【word】 地球物理學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用

地球物理學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用2東撼晨斜技2011年第4期地球物理學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用白向根,郭現(xiàn)偉(兗礦集團濟寧三號煤礦,山東濟寧272069)摘要地球物理學(xué)作為一門基礎(chǔ)科學(xué),在眾多領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用.該文以地球物理學(xué)的基本理論為指導(dǎo),根據(jù)地球物理場的特點,闡述了地球物理學(xué)在采礦工程中的應(yīng)用,包括應(yīng)用地球物理方法解決礦山開采引起的地質(zhì)問題,對于礦井建設(shè)及科學(xué)采礦均具有重要意義.關(guān)鍵詞地球物理學(xué)電磁輻射聲發(fā)射紅外輻射采礦工程中圖分類號TD326文獻標識碼A目前我國煤炭產(chǎn)量增長較快,煤炭開采過程中遇到的問題越來越多,尤其是東部礦井開采深度加大,開采引起的地質(zhì)問題也更加明顯,許多問題急需解決.1煤巖變形破壞的電磁輻射及應(yīng)用1.1受載巖石電磁輻射特性砂巖,泥巖和混凝土在壓縮和拉伸條件下變形破裂時均有電磁輻射信號產(chǎn)生.隨著應(yīng)力升高,電磁輻射信號基本上呈增強趨勢.但有時在初始加載階段,電磁輻射強度較高,這是由于加載方向與原始主應(yīng)力方向不一致,巖石試樣產(chǎn)生收縮變形,并伴隨微破裂所致.電磁輻射主要有2種形式,即表面電荷(靜電場)和脈沖電磁場.當載荷較低或變形較為緩慢時,靜電?收稿日期:20101130作者簡介:白向根(1971一),男,任兗礦集團濟寧三號煤礦掘進二區(qū)區(qū)長,多年從事礦井掘進區(qū)隊管理工作.場占優(yōu)勢.電磁輻射信號是陣發(fā)性的脈沖信號,而不是連續(xù)的,這說明巖體的變形及破裂不是連續(xù)性的,而是陣發(fā)性的,變形及破裂需要一個能量的積累過程,在能量的積累過程中不產(chǎn)生電磁輻射或電磁輻射很弱.在應(yīng)力峰值之后,應(yīng)力越來越低,電磁輻射也呈減弱趨勢.1.2煤巖電磁輻射在煤與瓦斯突出預(yù)測中的應(yīng)用應(yīng)用電磁輻射監(jiān)測儀監(jiān)測到的工作面煤巖電磁輻射信號(強度E和脈沖數(shù)N)是煤巖體變形破壞程度和強度的綜合反映;煤巖所受應(yīng)力作用越大,變形破壞過程越強烈,產(chǎn)生的電磁輻射信號越強.當煤巖體無法承受地應(yīng)力(包括采動應(yīng)力,構(gòu)造應(yīng)力等),瓦斯壓力等綜合作用,且卸壓區(qū)的煤巖體又不足以抵制動力現(xiàn)象時,煤巖動力災(zāi)害即將發(fā)生.煤巖動力災(zāi)害現(xiàn)象是經(jīng)歷一個發(fā)展過程后產(chǎn)生的突變行為,因此,在突變發(fā)生前必然有明顯的前兆現(xiàn)象,即煤巖體處于高度集中的應(yīng)力狀態(tài),電磁輻射信號較強,且一段時間內(nèi)F式:(一)14n,(7級導(dǎo)線,測站數(shù)為n)本文案例l中,每一測站中兩遍測角誤差一盧1已經(jīng)違背了偶然誤差的基本性質(zhì),雖然符合界限性的特征,兩遍差值符合限差,但是呈現(xiàn)出一定的規(guī)律,已經(jīng)演變?yōu)橐环N系統(tǒng)誤差:(/32一91)一180”-4-14./n-(63”)因此,經(jīng)常對測量資料進行總結(jié)分析是非常必要,往往能夠發(fā)現(xiàn)事態(tài)發(fā)展的潛在規(guī)律,并及時調(diào)整,避免事態(tài)進一步惡化.(2)利用貫通測量的優(yōu)越性,充分利用貫通聯(lián)測的分析成果.根據(jù)貫通聯(lián)測情況進行精度評定,能夠總結(jié)出施工導(dǎo)線資料是否符合標準,對迎頭的施工測量有指導(dǎo)意義.(3)煤礦測量規(guī)程>規(guī)定,在布設(shè)井下導(dǎo)線時,一般每隔1.52.Okra應(yīng)加測陀螺邊,以加強井下導(dǎo)線方向控制.鑒于沿空掘進過程中測量工作的特殊性,可以適當調(diào)整,當沿空導(dǎo)線總長度約1000kin時及時加測陀螺定向邊,檢查現(xiàn)場導(dǎo)線精度,防止問題發(fā)現(xiàn)太晚,偏差太大,造成無法挽回的損失.(4)加強與采掘單位的配合.沿空施工過程中與采掘保持好聯(lián)系,可以經(jīng)常與施工單位協(xié)調(diào)好,要求定期鉆探,一方面可以了解現(xiàn)場煤柱情況,對測量工作是一種校核,另一方面對一些碎部工程情況不明的采空區(qū),也能盡早發(fā)現(xiàn)問題,防患于未然.(5)建立健全碎部測量排查制度,優(yōu)化管理模式.堅持責任落實到個人,讓每一個測量人員都認識到其重要性,防止遺漏和測量錯誤.每年組織一次有針對性的井下碎部工程大排查活動,以適應(yīng)井下復(fù)雜多變的情況.擬訂下發(fā)關(guān)于加強碎部工程技術(shù)管理有關(guān)規(guī)定相關(guān)文件,要求其他單位協(xié)助做好碎部工程管理工作,由個別單位重視轉(zhuǎn)變?yōu)槿V上下都重視.4小結(jié)上述方案已成功運用于濟寧三號煤礦123上05膠順沿123上04采空區(qū)掘進,163下05膠順沿163下04采空區(qū)掘進,53下07輔順沿53下06采空區(qū)掘進,方案可行,正確指導(dǎo)了現(xiàn)場安全施工.2011年第4期東撼爰甜技3煤巖體變形破壞速度逐漸加劇,煤巖電磁輻射信號呈現(xiàn)逐漸增強趨勢,煤巖電磁輻射信號充分反映了煤巖災(zāi)害發(fā)生的危險程度.2聲發(fā)射技術(shù)2.1聲發(fā)射技術(shù)材料受到外載荷作用時,由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不均勻及各種缺陷的存在造成應(yīng)力集中,從而使局部應(yīng)力分布不穩(wěn)定.當這種不穩(wěn)定的應(yīng)力分布狀態(tài)所積蓄的應(yīng)變能力達到一定程度時,將發(fā)生應(yīng)力的重新分布,從而達到新的穩(wěn)定狀態(tài).在這一過程中往往伴隨有范性流變,微觀龜裂,錯位的發(fā)生與堆積以致裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展.這實際上就是應(yīng)變能的釋放過程.這種被釋放的應(yīng)變能,一部分是以應(yīng)力波的形式發(fā)射出去,由于最先注意到的應(yīng)力波發(fā)射現(xiàn)象是人耳可聽領(lǐng)域內(nèi)的聲波,所以就稱它為聲發(fā)射口.聲發(fā)射(AcousticEmission,簡稱AE)就是材料在外載荷或內(nèi)力作用下以彈性波的形式釋放應(yīng)變能的現(xiàn)象.2.2沖擊礦壓檢測原理由于地應(yīng)力的增大和開采擾動的影響,深部采區(qū)較淺部采區(qū)煤巖的動力傾向性相對增大,發(fā)生沖擊礦壓的幾率也相對增加.隨著我國開采深度的逐年加深,沖擊礦壓越來越突出.聲發(fā)射相對強弱指標以事件率和能率的變化率為基礎(chǔ),并考慮了巖體聲發(fā)射參數(shù)的時間序列,有效地消除了測點布置,地質(zhì)構(gòu)造等因素對聲發(fā)射信號的影響,采用聲發(fā)射技術(shù)對沖擊礦壓的危險性評價及預(yù)測預(yù)報方面有顯著的成效.綜合考慮巖體聲發(fā)射事件率,能率及其相對強弱指標等參數(shù),進行巖體穩(wěn)定性趨勢分析,可以更準確地預(yù)測采場圍巖的穩(wěn)定狀態(tài),有利于礦壓監(jiān)測與預(yù)報,對井下實現(xiàn)安全生產(chǎn)特別重要.3紅外監(jiān)測3.1煤巖變形破壞的紅外變化巖石在壓剪破裂過程中,其發(fā)射率基本不變,紅外輻射變化實際上是由表面物理溫度的變化引起的】.溫度來源為熱一力耦合效應(yīng).巖石加載過程中存在兩種熱效應(yīng)一熱彈效應(yīng)和摩擦熱效應(yīng).熱彈效應(yīng)貫穿整個加載過程,而摩擦熱效應(yīng)僅出現(xiàn)在巖石出現(xiàn)微破裂的塑性階段.兩種熱效應(yīng)的共同作用使得巖石表面的輻射溫度場復(fù)雜多樣化.3.2紅外輻射探測預(yù)測)中擊地壓的原理在采掘面前方,依次存在著松弛區(qū)(即卸壓帶)A,應(yīng)力集中區(qū)B和原始應(yīng)力區(qū)C,如圖1所示.采掘空間形成后,煤體前方的這3個區(qū)域始終存在,并隨著工作面的推進而前移.在A區(qū),煤體已發(fā)生屈服,在煤體內(nèi)部形成了大量的裂隙,煤體已大量破壞,其內(nèi)部附存的能大部分得到釋放,已不能承受太大的應(yīng)長D工作面走向距離圖1工作面應(yīng)力狀態(tài)分布示意圖力作用.因此,該區(qū)域的應(yīng)力較低.由A區(qū)到B區(qū),應(yīng)力越來越高,煤體變形量越來越大,處于裂隙發(fā)育煤體強化階段至裂隙發(fā)育階段,因此在煤體內(nèi)產(chǎn)生的紅外輻射信號也會有相應(yīng)的變化特征.在應(yīng)力集中區(qū),在應(yīng)力達到最大值的過程中,煤體的變形破裂過程也越來越強烈,紅外輻射信號變化最強.越過峰值后進入c區(qū),紅外輻射信號將有所變化,整體出現(xiàn)下降趨勢.采用非接觸紅外輻射探測法測定的是煤巖總體紅外輻射強度的變化,監(jiān)測的是應(yīng)力松弛區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)的變化過程.沖擊地壓是地應(yīng)力和煤體共同作用的結(jié)果,經(jīng)過一個流變發(fā)展過程后產(chǎn)生的突變行為,具有明顯的前兆,即工作面前方煤體處于高應(yīng)力狀態(tài),產(chǎn)生的紅外輻射溫度較高,或處于逐漸增強的變形破裂過程中,煤體紅外輻射溫度逐漸增高.紅外輻射溫度變化和煤巖的應(yīng)力變化狀態(tài)以及變形破壞有關(guān),應(yīng)力高和變形破壞嚴重時,沖擊危險性就大,紅外輻射溫度就高,變化幅度也大,因此通過定量分析紅外輻射溫度變化,可以直觀地判斷煤體的受力和破壞的動態(tài)變化過程,來預(yù)測沖擊地壓發(fā)生危險的可能性.4結(jié)束語(1)在鼓勵探尋新概念和提倡新思路的同時,地球科學(xué)正在比以往任何時候都注重積累改善了精度,頻率和分辨率的數(shù)據(jù).研究地球物理場的特性,掌握地球物理場的規(guī)律及監(jiān)測方法是將地球物理方法成功用于采礦工程中的關(guān)鍵.(2)電磁輻射法預(yù)測煤巖動力災(zāi)害是完全可行的,方法簡單,省時省力,預(yù)測精度高,真正實現(xiàn)了非接觸空間預(yù)測.(3)由于地應(yīng)力的增大和開采擾動的影響,深部采區(qū)較淺部采區(qū)煤巖的動力傾向性相對增大,發(fā)生沖擊礦壓的幾率也相對增加,隨著我國開采深度的逐年加深,沖擊礦壓越來越突出,采用電磁輻射和聲發(fā)射技術(shù)對沖擊礦壓的危險性評價及預(yù)測預(yù)報方面有顯著的成效.(4)如果煤巖體紅外輻射溫度的變化規(guī)律是升溫一降溫一大幅度升溫一大幅度降溫,則預(yù)示著沖擊地壓發(fā)生危險的可能性.4參戰(zhàn)晨甜技2011年第4期橫河煤礦1:2000地形圖修測精度分析戰(zhàn)軍祥,朱長青,宗觀紅(山東宏河集團橫河煤礦,山東鄒城273514)摘要該文對礦區(qū)地形圖測量的誤差來源,精度計算做了分析,提出了提高測繪精度的措施.關(guān)鍵詞地形匿平面精度高程精度中國分類號TD172文獻標識碼B橫河煤礦1:2000比例尺地形圖是在建井初期進行施測繪制的,保持了原有的自然地形情況.隨著礦井的開發(fā)建設(shè),原有的地物地貌發(fā)生了很大的變化,已不適應(yīng)礦井的生產(chǎn)建設(shè)需要,為滿足生產(chǎn)的需要,對井田區(qū)域地形圖進行了修測.由于礦區(qū)基本控制網(wǎng)已經(jīng)形成,不必重新建立控制網(wǎng),原有控制點能滿足要求時,直接在原控制點測圖,控制點不能滿足要求時,進行圖根控制點的加密后測量.碎部點的采集使用RTS632全站儀及手持式對中桿.本文從理論上對測圖精度進行簡要分析.1觀測值中誤差1.1水平角觀測的誤差水平角觀測誤差主要來源于以下幾個方面:(1)儀器對中誤差(m中),目標偏心誤差(rrl,目)m中:p”e,/a2+b2.-2cosa.(1)2口6m=P(+)(2)式中:心距:口,6_夾角的兩邊長:a一水平角.p=206265由兩公式可以看出,目標對中誤差與水平角大小無關(guān),影響它的主要因素是兩邊的長度,邊長越短,誤差越大.而儀器對中誤差與水平角大小有關(guān).當在,收稿日期:20101019作者簡介:戰(zhàn)軍祥,男,大學(xué),工程師,現(xiàn)任山東宏河集團橫河煤礦礦長.180.左右,以及兩邊長度相差較大時,對中誤差較大.實際上,光學(xué)對點器的誤差一般為3mm左右,手持式對中桿誤差為10ram左右,若設(shè)測距長度為s,也可用下列近似計算公式:m=士0.O03p/s(3)/71+目=0.O01p/s(4)(2)觀測誤差(/7/,觀).觀測誤差由照準誤差()和讀數(shù)誤差(m.)組成.m:土(5)m土【式中:一望遠鏡放大倍數(shù),此處取=30,則m,:4-2.0”.由于采用液晶顯示的讀數(shù)系統(tǒng),照準目標后多次重復(fù)顯示的讀數(shù)差一般不超過5,所以取m=5.則m觀=佤(3)夕卜界影響,n外.外界條件的影響比較復(fù)雜,從理論上很難定量分析.主要是由外界氣象條件的影響造成的.選擇有利的觀測時間,避開不利的觀測條件可以減弱其影響.一般可取m林=-i-3.(4)儀器誤差/Z由于儀器在制造和檢校過程中,不可能完全滿足理論上的要求,不可避免的存在殘余誤差.采用合理的觀測方法,認真操作,嚴格置平,盡量保持兩目標同距等高,可以減弱其影響.根據(jù)有關(guān)資料介紹可取m儀:3o綜上所述,半測回方向中誤差m=士半測回測角中誤差/1.睪=m.參考文獻:1王恩元,何學(xué)秋,劉貞堂,等.受載巖石電磁輻射特性及其應(yīng)用研究J.20022張艷霞,何暉.巖石聲發(fā)射的Ka/ser效應(yīng)研究進展-,.地下空閫與工程.20073】段偉.煤巖試樣變形破壞聲電效應(yīng)試驗研究_,.能源技術(shù)與管理.20084董玉芬,杜洪貴,任偉杰,林毅明.遼寧煤巖的紅外信息隨應(yīng)力變化的實驗研究.,.遼寧工程技術(shù)大學(xué)(自然科學(xué)版)2ool5郭文奇,張擁軍,安里千,等.紅外輻射測預(yù)測煤礦沖擊地壓的試驗研究朋.北京煤炭科學(xué)技術(shù).20076A1B1DatD1$ornette.地球物理學(xué)中物理學(xué)應(yīng)用的可喜進展.世界地震iJA.2006