基于NEMV技术对红柳林煤矿煤层火烧边界的确定.pdf
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1、收稿日期:作者简介:苗彦平(),男,陕西神木人,博士,高级工程师,主要从事煤矿开采技术工作。基于 技术对红柳林煤矿煤层火烧边界的确定苗彦平,杨磊,党冰,郑丽娟,杨皓洁(陕煤集团神木红柳林矿业有限公司,陕西 榆林 ;陕西浩兴坤达新能源科技有限公司,陕西 西安 )摘要:中国西北地区大部分煤田均存在煤层自燃现象,不仅浪费大量的煤炭资源,而且污染环境。同时由此形成的烧变岩是良好的导水及储水空间,容易在煤田采掘过程中造成突水危害,直接威胁到煤矿的安全生产,因此火烧区边界的确定对煤矿安全生产具有重要意义。采用自然电磁脉冲理论与 地质勘探技术,结合当地地质背景资料确定火烧区边界的解释原则,通过数值模拟和实测
2、数据处理对比分析发现,电磁脉冲信号由正常地层经过烧变区时,信号值会发生突变,应力系数剖面上表现为由高到低或由低到高的突变点,或应力系数剖面上的变化界线,进而精确划分火烧区边界。通过层析成像剖面与应力系数分布剖面对红柳林研究区域 煤层火烧区边界进行精确划分,为今后煤田工程设计提供了技术保障。关键词:地质勘探技术;火烧区边界;应力;红柳林煤矿中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):,:;引言中国西北部煤系地层埋深较浅,且形成于中生代侏罗纪的煤变质程度较低,易风化和氧化,在储热第 期苗彦平杨磊党冰等基于 技术对红柳林煤矿煤层火烧边界的确定条件良好的地区,就会使煤层发生自燃,然后烘烤围岩,
3、形成烧变岩。岩石在经过漫长的烘烤后,原有的岩体稳定性必然下降,孔隙裂隙增加,形成良好的储水空间或强含水层。煤层自燃后,顶板烧变岩很容易垮落,产生新的裂隙,为水的赋存提供了有利条件,影响附近煤层安全回采。红柳林井田煤层上覆基岩较薄,距离风化基岩含水层较近。作为煤层开采的直接充水含水层,其发育厚度极其不均,且富水性强、地下水静储量大、补给条件良好,为红柳林井田水害防治主要对象 。技术是通过观测和分析由岩石、矿石(或者其他探测对象)所显示的天然电磁脉冲信号差异体现应力变化点,结合专有软件所形成的层析成像剖面进行研判,进而研究地质构造的一种新型地球物理勘探方法。技术原理纵振动声波引起横向电极化,这一极
4、化会与某一特定波段的电磁波强烈耦合,从而出现极化激元,产生电磁声子,形成电磁脉冲波 。技术通过接收地下不同深度的自然电磁脉冲信息,对频谱内不同波长有效散射面积进行还原,提取地质极化异常。正常煤层与火烧区之间由于内部应力状态不一致,勘测出的数值也是不一样,进而可以精确划分火烧区边界。划分 煤层火烧边界 关于 煤层火烧边界的圈定原则根据区域地质综合研究,煤层自燃后形成空腔,其上覆地层原应力平衡被破坏,致使出现大量层间裂隙或破碎带,为后期地表水的下渗提供了导水通道 ,对比原始沉积状态的基岩,会产生应力卸载的现象,其应力系数普遍呈现低 超低异常显示。同时,火烧区上覆地层与火烧区底界之下地层在应力剖面图
5、上有明显分界线。原生基岩受风化后结构杂乱,松软易碎,孔隙增大,透水性增强,节理裂隙显现,应力集中程度较低,其应力系数呈现低异常显示。故此,火烧边界的圈定原则如下:火烧边界为应力系数陡变点,即在应力系数剖面上表现为由高到低或由低到高的突变点;火烧边界在层析成像剖面上存在异常。火烧边界剖面解释 层析成像剖面长度 以东,煤层底板以上相比于西部层理性较差,推测是由于煤层燃烧后上覆地层出现大量层间裂隙或破碎带所致,局部放大图上异常明显,火烧区边界剖面解释如图 所示。?图 火烧区边界剖面解释 陕西煤炭 年 世纪初,科学家通过 定律认识到:原子的热运动在宏观上的直接表现为热容。直到 世纪初 利用 量子假说解
6、释了固体热容为什么会随温度降低而下降的现象。年波恩与冯卡门首次使用了周期性边界条件来研究晶体点阵振动。后来黄昆先生继承并发展了波恩的理论,他认为固体内部的晶格在应力状态下会在固体温度控制的能量范围内发生微振动,导致晶格变形,随着应力的增大,产生了压电效应。在地球运动与万有引力的影响下,地球内部具有类压电体性质的岩石应力状态发生变化,岩石受到挤压产生形变甚至破碎,储存在岩石中的能量突然释放,这一过程伴随着岩石固体晶格的断裂。断裂会使得晶格中的应力系数剖面 煤层底板以上应力分布为低异常,与层析成像剖面异常吻合,进一步确定了火烧区边界。低异常区中的超低异常区推测为 煤层完全燃烧后形成较大的空间,从而
7、造成上部烧变岩层在形成过程中局部滑塌,尤其是紧靠煤层的烧熔岩部分表现得尤为显著,造成局部超低应力异常区。层析成像剖面在长度 以东,煤层底板以上相比于西部层理性较差,推测是由于煤层燃烧后上覆地层出现大量层间裂隙或破碎带所致,局部放大图上异常明显,如图 所示。?图 火烧区边界剖面解释 应力系数剖面与层析成像剖面异常吻合,进一步确定了火烧区边界。低异常区中的超低异常区推测为 煤层完全燃烧后形成空腔,上覆地层出现大量层间裂隙或破碎带,且在形成过程中局部坍塌,造成局部超低应力异常区。层析成像剖面在长度 以东,低异常区中的高应力异常推测为 煤层火烧区上覆地层烧变程度轻、烧变过程中未发生原岩的熔融而保存原岩
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