地球物理学在采矿工程中的应用.doc

地球物理学在采矿工程中的应用 2东撼晨斜技2011年第4期 地球物理学在采矿工程中的应用 白向根,郭现伟 (兖矿集团济宁三号煤矿,山东济宁272069) 摘要地球物理学作为一门基础科学,在众多领域得到了成功的应用.该文以地球物理学的基本理论为指导,根据地球物理场的特点,阐 述了地球物理学在采矿工程中的应用,包括应用地球物理方法解决矿山开采引起的地质问题,对于矿井建设及科学采矿均具有重要意义. 关键词地球物理学电磁辐射声发射红外辐射采矿工程 中图分类号TD326文献标识码A 目前我国煤炭产量增长较快,煤炭开采过程中遇 到的问题越来越多,尤其是东部矿井开采深度加大,开 采引起的地质问题也更加明显,许多问题急需解决. 1煤岩变形破坏的电磁辐射及应用 1.1受载岩石电磁辐射特性 砂岩,泥岩和混凝土在压缩和拉伸条件下变形破 裂时均有电磁辐射信号产生.随着应力升高,电磁辐 射信号基本上呈增强趋势.但有时在初始加载阶段, 电磁辐射强度较高,这是由于加载方向与原始主应力 方向不一致,岩石试样产生收缩变形,并伴随微破裂所 致.电磁辐射主要有2种形式,即表面电荷(静电场) 和脉冲电磁场.当载荷较低或变形较为缓慢时,静电 ?收稿日期:2010—11—30 作者简介:白向根(1971一),男,任兖矿集团济宁三号煤矿掘进二 区区长,多年从事矿井掘进区队管理工作. 场占优势.电磁辐射信号是阵发性的脉冲信号,而不 是连续的,这说明岩体的变形及破裂不是连续性的,而 是阵发性的,变形及破裂需要一个能量的积累过程,在 能量的积累过程中不产生电磁辐射或电磁辐射很弱. 在应力峰值之后,应力越来越低,电磁辐射也呈减弱趋 势. 1.2煤岩电磁辐射在煤与瓦斯突出预测中的应用 应用电磁辐射监测仪监测到的工作面煤岩电磁辐 射信号(强度E和脉冲数N)是煤岩体变形破坏程度和 强度的综合反映;煤岩所受应力作用越大,变形破坏 过程越强烈,产生的电磁辐射信号越强.当煤岩体无 法承受地应力(包括采动应力,构造应力等),瓦斯压 力等综合作用,且卸压区的煤岩体又不足以抵制动力 现象时,煤岩动力灾害即将发生.煤岩动力灾害现象 是经历一个发展过程后产生的突变行为,因此,在突 变发生前必然有明显的前兆现象,即煤岩体处于高度 集中的应力状态,电磁辐射信号较强,且一段时间内 F式: ∑(一)≤±14√n,(7级导线,测站数为n) 本文案例l中,每一测站中两遍测角误差一卢1 已经违背了偶然误差的基本性质,虽然符合界限性的 特征,两遍差值符合限差,但是呈现出一定的规律,已 经演变为一种系统误差: ∑(/32一』91)一180”-4-14.~/n-(63”) 因此,经常对测量资料进行总结分析是非常必要, 往往能够发现事态发展的潜在规律,并及时调整,避免 事态进一步恶化. (2)利用贯通测量的优越性,充分利用贯通联测 的分析成果. 根据贯通联测情况进行精度评定,能够总结出施 工导线资料是否符合标准,对迎头的施工测量有指导 意义. (3)《煤矿测量规程gt;规定,在布设井下导线时,一 般每隔1.5～2.Okra应加测陀螺边,以加强井下导线方 向控制.鉴于沿空掘进过程中测量工作的特殊性,可 以适当调整,当沿空导线总长度约1000kin时及时加测 陀螺定向边,检查现场导线精度,防止问题发现太晚, 偏差太大,造成无法挽回的损失. (4)加强与采掘单位的配合.沿空施工过程中与 采掘保持好联系,可以经常与施工单位协调好,要求定 期钻探,一方面可以了解现场煤柱情况,对测量工作是 一 种校核,另一方面对一些碎部工程情况不明的采空 区,也能尽早发现问题,防患于未然. (5)建立健全碎部测量排查制度,优化管理模式. 坚持责任落实到个人,让每一个测量人员都认识 到其重要性,防止遗漏和测量错误.每年组织一次有 针对性的井下碎部工程大排查活动,以适应井下复杂 多变的情况. 拟订下发《关于加强碎部工程技术管理有关规 定》相关文件,要求其他单位协助做好碎部工程管理工 作,由个别单位重视转变为全矿上下都重视. 4小结 上述方案已成功运用于济宁三号煤矿123上05胶 顺沿123上04采空区掘进,163下05胶顺沿163下04采 空区掘进,53下07辅顺沿53下06采空区掘进,方案可 行,正确指导了现场安全施工. 2011年第4期东撼爰甜技3 煤岩体变形破坏速度逐渐加剧,煤岩电磁辐射信号呈 现逐渐增强趋势,煤岩电磁辐射信号充分反映了煤岩 灾害发生的危险程度. 2声发射技术 2.1声发射技术 材料受到外载荷作用时,由于内部结构的不均匀 及各种缺陷的存在造成应力集中,从而使局部应力分 布不稳定.当这种不稳定的应力分布状态所积蓄的应 变能力达到一定程度时,将发生应力的重新分布,从而 达到新的稳定状态.在这一过程中往往伴随有范性流 变,微观龟裂,错位的