CN109143384A - 一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法 - Google Patents
一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109143384A CN109143384A CN201811132893.XA CN201811132893A CN109143384A CN 109143384 A CN109143384 A CN 109143384A CN 201811132893 A CN201811132893 A CN 201811132893A CN 109143384 A CN109143384 A CN 109143384A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- model
- ponding
- digging laneway
- goaf
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 66
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 37
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 30
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 16
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 16
- 238000013517 stratification Methods 0.000 claims description 15
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 9
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 9
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 9
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 9
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 claims description 8
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 5
- 241000700608 Sagitta Species 0.000 claims description 3
- 239000012615 aggregate Substances 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 6
- 230000007704 transition Effects 0.000 abstract description 4
- 239000004744 fabric Substances 0.000 abstract description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 201000004569 Blindness Diseases 0.000 description 1
- 238000006424 Flood reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000006071 cream Substances 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 238000012625 in-situ measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
- G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices
- G01V3/10—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices using induction coils
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
- E21C41/16—Methods of underground mining; Layouts therefor
- E21C41/18—Methods of underground mining; Layouts therefor for brown or hard coal
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/10—Complex mathematical operations
- G06F17/18—Complex mathematical operations for evaluating statistical data, e.g. average values, frequency distributions, probability functions, regression analysis
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/30—Circuit design
- G06F30/32—Circuit design at the digital level
- G06F30/333—Design for testability [DFT], e.g. scan chain or built-in self-test [BIST]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computational Mathematics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Evolutionary Biology (AREA)
- Operations Research (AREA)
- Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
- Probability & Statistics with Applications (AREA)
- Algebra (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明属于矿井物理探测领域，具体涉及一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，包括制作巷道掘进相似材料实验模型；制作瞬变电磁发射与接收线圈；将线圈连接好导线放入模型A中，连接瞬变仪，随后通过预埋的塑料管给梯形采空区内注水，注满水后立即接通瞬变仪开始采集数据；将线圈分别放入模型B、模型C和模型D中，注水、接通瞬变仪采集数据；统计分析四个模型的探测成像结果，将测量结果与模型实际数据进行对比，确定探测精度及校正系数。本发明将巷道掘进过程中积水采空区位置的探测实验室化，可较为方便地对积水采空区与掘进工作面不同相对位置情况下的布测方案进行校正优化，有效提升了掘进中探测积水采空区位置的科学性。
Description
技术领域
本发明属于矿井物理探测领域，具体涉及一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法。
背景技术
在煤矿巷道掘进期间突水事故最为危险，大量积水突然溃出不仅会危及工作人员的生命安全也对工作面的生产设备造成极大损害。而采空区积水因其难以探查，是造成掘进期间突水事故的主要诱因。采空区积水诱发的突水事故通常水量巨大、突发性强、具有极大的破坏性和腐蚀性，严重时甚至可能淹没整个矿井。据统计在各类煤矿事故中，水害事故造成的人员伤亡仅次于瓦斯事故，造成的直接经济损失居各类事故首位，而超过80%的水害事故均由采空区积水造成。因此有必要在掘进期间采用物探手段超前查明隐伏采空区积水位置，提前采取防治措施。
针对采空区积水后地层电性发生较大变化的特点，采用瞬变电磁法探查效果较为显著，在矿井实际施工中采用瞬变电磁法进行采空区积水的勘探，操作方便应用广泛。采空区积水相对于掘进工作面的位置不同，其瞬变电磁响应特征也不同，在现场仪器布置方式也存在相应变化，必须针对性地采取布置方案，否则难以收到较好的探测效果。但具体布测形式如果直接在现场进行调试，费工费时还难以收到较为精确的校正效果。因此有必要在实测前先在实验室内进行模拟实验，针对采空区积水与掘进工作面不同类型的相对位置，制作不同类型的模型进行实验，根据实验结果对探测方案进行校正优化。然后根据实验结果再实施对现场的实测，这样的探测顺序更为科学合理，并且这样的优化方式成本较低，效率高，可以为现场提供更加灵活的指导方式。因此积极地探索掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法是有重要意义的。
发明内容
本发明针对目前巷道掘进中积水采空区位置的探测缺少必要的优化校正，对具体工况的方案适用性缺少探前的预判及精度校正，从设计模型实验预先模拟判定的角度出发，提供了一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，包括如下步骤：
1）制作与巷道所处地层结构相似的实验模型，实验模型包括模型A、模型B、模型C和模型D，模型A、模型B、模型C和模型D的外形结构尺寸相同且均包括模拟地质层，模拟地质层从下至上依次为岩层C、煤层B、岩层B、煤层A和岩层A，模拟地质层内设置有积水采空区且积水采空区在模型A、模型B、模型C和模型D中的位置均不相同，积水采空区的顶部预埋有凸出模拟地质层表面的注水管，对应的四个模型中还预留有不同位置及方向的掘进巷道；
2）制作感应线圈，感应线圈包括用于瞬变电磁的发射线圈和接收线圈，发射线圈和接收线圈均为正方形结构且接收线圈位于发射线圈内部，发射线圈采用标称直径0.450 mm规格的漆包线加工成60 mm×60 mm×40匝，接收线圈采用标称直径0.130 mm规格的漆包线加工成58 mm×58 mm×80匝，感应线圈的探测方向垂直于感应线圈的平面本身；
3）将感应线圈与瞬变电磁仪连通后放入模型A的掘进巷道中，感应线圈的探测方向朝向掘进巷道的斜上方并与掘进巷道的底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管向积水采空区内注水，当积水采空区注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
4）模型A的数据采集完成后切断电源并将感应线圈取出，再放入模型B的掘进巷道中，感应线圈探测方向垂直于对掘进巷道的推进方向，进一步通过预埋的注水管向积水采空区内注水，当积水采空区注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
5）模型B的数据采集完成后切断电源并将感应线圈取出，再放入模型C的掘进巷道中，感应线圈的探测方向朝向侧上方且与掘进巷道底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管向积水采空区内注水，当积水采空区注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
6）模型C的数据采集完成后切断电源并将感应线圈取出，再放入模型D的掘进巷道中，感应线圈的探测方向平行于对掘进巷道的推进方向，进一步通过预埋的注水管向积水采空区内注水，当积水采空区注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
7）模型D的数据采集完成后，统计分析四个模型的探测成像结果，根据成像结果分别定位各模型的积水采空区位置，并与模型实际位置的数据进行比对，确定探测精度及校正系数，从而用于对现场积水采空区位置的实测提供指导。
模拟地质层的加工配料选用粒径为0.7～1.5mm的细砂为骨料以及石灰、石膏、水为胶结材料，其中岩层A、岩层B和岩层C所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=7：0.6：0.4：1，煤层A和煤层B所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=8：0.6：0.4：1，配好材料后搅拌均匀后逐层铺设进模具中并压，模拟地质层所含岩层C的厚度为300 mm，煤层B的厚度为150 mm，岩层B的厚度为100 mm，煤层A的厚度为150 mm，岩层A的厚度为300 mm。
模型A、模型B、模型C和模型D为体积为1m3的正方体，掘进巷道设置在煤层B中且掘进巷道的截面为拱形与矩形面的组合结构，掘进巷道的拱高为30～50 mm，矩形面的高度为60～100 mm，掘进巷道的宽度为60～100 mm，工作面的长度为200～400 mm。
积水采空区为正四棱台结构，其中正四棱台上底为50×50 mm2的正方形，下底为100×100 mm2的正方形，高度为100～150mm，模型A的积水采空区位于掘进巷道正前100 mm的上方位置，模型B的积水采空区位于掘进巷道正前100 mm的位置，模型C的积水采空区位于掘进巷道侧向100 mm上方，模型D的积水采空区位于掘进巷道正侧方100 mm的位置。
模型A、模型B、模型C和模型D的制作采用上下均无底盖的正方体空心钢板围护结构作为模板，制作完成并达到设计需求强度后，将正方体空心钢板围护结构拆除方能进行积水采空区的探测试验。
本发明相比现有技术具有的特定技术特征及有益效果是：
本发明所述方法将巷道掘进过程中积水采空区位置的探测实验室化，较为方便地对积水采空区与掘进工作面不同相对位置情况下的布测方案进行校正优化，根据实验室内的模拟结果，可以为现场实测提供技术指导。本发明降低了实测方案的优化成本，一定程度上消除了物探施工过程中的盲目性，有效提升了掘进中探测积水采空区位置的科学性、合理性，对物探方案的优化具有重要借鉴意义。
附图说明
图1为本发明实验所建立的模型A；
图2为图1中针对模型A积水采空区的探查结构示意图；
图3为本发明实验所建立的模型B；
图4为图3中针对模型B积水采空区的探查结构示意图；
图5为本发明实验所建立的模型C；
图6为图5中针对模型C积水采空区的探查结构示意图；
图7为本发明实验所建立的模型D；
图8为图7中针对模型D积水采空区的探查结构示意图；
图9是探测线圈的结构示意图。
图中：1.1-模型A，1.2-模型B，1.3-模型C，1.4-模型D，2-掘进巷道，3-积水采空区，4-感应线圈，4.1-发射线圈，4.2-接收线圈，5-注水管，6-岩层A，7-煤层A，8-岩层B，9-煤层B，10-岩层C。
具体实施方式
参照图1～图9对发明进行进一步阐述，一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，包括如下步骤：
1）制作与巷道所处地层结构相似的实验模型，实验模型包括模型A1.1、模型B1.2、模型C1.3和模型D1.4，模型A1.1、模型B1.2、模型C1.3和模型D1.4的外形结构尺寸相同且均包括模拟地质层，模拟地质层从下至上依次为岩层C10、煤层B9、岩层B8、煤层A7和岩层A6，模拟地质层内设置有积水采空区3且积水采空区3在模型A1.1、模型B1.2、模型C1.3和模型D1.4中的位置均不相同，积水采空区3的顶部预埋有凸出模拟地质层表面的注水管5，对应的四个模型中还预留有不同位置及方向的掘进巷道2；
2）制作感应线圈4，感应线圈4包括用于瞬变电磁的发射线圈4.1和接收线圈4.2，发射线圈4.1和接收线圈4.2均为正方形结构且接收线圈4.2位于发射线圈4.1内部，发射线圈4.1采用标称直径0.450 mm规格的漆包线加工成60 mm×60 mm×40匝，接收线圈4.2采用标称直径0.130 mm规格的漆包线加工成58 mm×58 mm×80匝，感应线圈4的探测方向垂直于感应线圈4的平面本身；
3）将感应线圈4与瞬变电磁仪连通后放入模型A1.1的掘进巷道2中，感应线圈4的探测方向朝向掘进巷道2的斜上方并与掘进巷道2的底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管5向积水采空区3内注水，当积水采空区3注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
4）模型A1.1的数据采集完成后切断电源并将感应线圈4取出，再放入模型B1.2的掘进巷道2中，感应线圈4探测方向垂直于对掘进巷道2的推进方向，进一步通过预埋的注水管5向积水采空区3内注水，当积水采空区3注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
5）模型B1.2的数据采集完成后切断电源并将感应线圈4取出，再放入模型C1.3的掘进巷道2中，感应线圈4的探测方向朝向侧上方且与掘进巷道2底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管5向积水采空区3内注水，当积水采空区3注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
6）模型C1.3的数据采集完成后切断电源并将感应线圈4取出，再放入模型D1.4的掘进巷道2中，感应线圈4的探测方向平行于对掘进巷道2的推进方向，进一步通过预埋的注水管5向积水采空区3内注水，当积水采空区3注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
7）模型D1.4的数据采集完成后，统计分析四个模型的探测成像结果，根据成像结果分别定位各模型的积水采空区位置，并与模型实际位置的数据进行比对，确定探测精度及校正系数，从而用于对现场积水采空区3位置的实测提供指导。
本发明中模拟地质层的加工配料选用粒径为0.7～1.5mm的细砂为骨料以及石灰、石膏、水为胶结材料，其中岩层A6、岩层B8和岩层C10所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=7：0.6：0.4：1，煤层A7和煤层B9所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=8：0.6：0.4：1，配好材料后搅拌均匀后逐层铺设进模具中并压，模拟地质层所含岩层C10的厚度为300 mm，煤层B9的厚度为150 mm，岩层B8的厚度为100 mm，煤层A7的厚度为150 mm，岩层A6的厚度为300 mm。
模型A1.1、模型B1.2、模型C1.3和模型D1.4均为体积为1m3的正方体，掘进巷道2设置在煤层B9中且掘进巷道2的截面为拱形与矩形面的组合结构，掘进巷道2的拱高为30～50mm，矩形面的高度为60～100 mm，掘进巷道2的宽度为60～100 mm，工作面的长度为200～400 mm。
积水采空区3为正四棱台结构，其中正四棱台上底为50×50 mm2的正方形，下底为100×100 mm2的正方形，高度为100～150mm，模型A1.1的积水采空区3位于掘进巷道2正前100 mm的上方位置，模型B1.2的积水采空区3位于掘进巷道2正前100 mm的位置，模型C1.3的积水采空区3位于掘进巷道2侧向100 mm上方，模型D1.4的积水采空区3位于掘进巷道2正侧方100 mm的位置。模型A1.1、模型B1.2、模型C1.3和模型D1.4的制作采用上下均无底盖的正方体空心钢板围护结构作为模板，制作完成并达到设计需求强度后，将正方体空心钢板围护结构拆除方能进行积水采空区3的探测试验。
本发明所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法包括：参照常见突水类型，制作实验模型；根据模型尺寸选择探测线圈匝数及尺寸，并选取合适的瞬变电磁探测仪；利用瞬变电磁测深法对各模型进行探测，获得各类型情况下的瞬变电磁响应特征；根据模型内积水采空区实际位置与仪器测得位置间的偏差，分析计算获得测量精确度及校正系数。
具体实施中本发明所采用的瞬变电磁仪为TERRATEM 型瞬变仪，通过步骤4）、5）、6）、7）统计分析四个模型的探测视电阻率成像结果，不难发现视电阻率值主要集中在5～20Ω·m，依据现场探测经验判断6Ω·m等值线圈定的区域为低阻异常区域。
进一步的，据此得出模型A1.1低阻异常区域的范围是长55mm、宽56mm，模型B1.2的异常区域的范围是长57mm、宽55mm，模型C1.3异常区域的范围是长56mm、宽55mm，模型D1.4异常区域的范围是长57mm、宽55mm。
进一步的，将所得结果与模型内的实际积水采空区3正断面长50mm、宽50mm的区域范围相比较，可得经本发明所得的探测区域约为实际区域面积的1.2倍，最终确定探测校正系数为0.8。即在现有探测划定区域面积的基础上乘以校正系数0.8，用于校正探测过程中产生的误差，从而大大提高了对积水采空区3的精确定位。
Claims (5)
1.一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）制作与巷道所处地层结构相似的实验模型，实验模型包括模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4），模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）的外形结构尺寸相同且均包括模拟地质层，模拟地质层从下至上依次为岩层C（10）、煤层B（9）、岩层B（8）、煤层A（7）和岩层A（6），模拟地质层内设置有积水采空区（3）且积水采空区（3）在模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）中的位置均不相同，积水采空区（3）的顶部预埋有凸出模拟地质层表面的注水管（5），对应的四个模型中还预留有不同位置及方向的掘进巷道（2）；
2）制作感应线圈（4），感应线圈（4）包括用于瞬变电磁的发射线圈（4.1）和接收线圈（4.2），发射线圈（4.1）和接收线圈（4.2）均为正方形结构且接收线圈（4.2）位于发射线圈（4.1）内部，发射线圈（4.1）采用标称直径0.450 mm规格的漆包线加工成60 mm×60 mm×40匝，接收线圈（4.2）采用标称直径0.130 mm规格的漆包线加工成58 mm×58 mm×80匝，感应线圈（4）的探测方向垂直于感应线圈（4）的平面本身；
3）将感应线圈（4）与瞬变电磁仪连通后放入模型A（1.1）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）的探测方向朝向掘进巷道（2）的斜上方并与掘进巷道（2）的底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
4）模型A（1.1）的数据采集完成后切断电源并将感应线圈（4）取出，再放入模型B（1.2）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）探测方向垂直于对掘进巷道（2）的推进方向，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
5）模型B（1.2）的数据采集完成后切断电源并将感应线圈（4）取出，再放入模型C（1.3）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）的探测方向朝向侧上方且与掘进巷道（2）底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
6）模型C（1.3）的数据采集完成后切断电源并将感应线圈（4）取出，再放入模型D（1.4）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）的探测方向平行于对掘进巷道（2）的推进方向，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；
7）模型D（1.4）的数据采集完成后，统计分析四个模型的探测成像结果，根据成像结果分别定位各模型的积水采空区位置，并与模型实际位置的数据进行比对，确定探测精度及校正系数，从而用于对现场积水采空区（3）位置的实测提供指导。
2.根据权利要求1所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，模拟地质层的加工配料选用粒径为0.7～1.5mm的细砂为骨料以及石灰、石膏、水为胶结材料，其中岩层A（6）、岩层B（8）和岩层C（10）所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=7：0.6：0.4：1，煤层A（7）和煤层B（9）所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=8：0.6：0.4：1，配好材料后搅拌均匀后逐层铺设进模具中并压，模拟地质层所含岩层C（10）的厚度为300 mm，煤层B（9）的厚度为150 mm，岩层B（8）的厚度为100 mm，煤层A（7）的厚度为150mm，岩层A（6）的厚度为300 mm。
3.根据权利要求2所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）均为体积为1m3的正方体，掘进巷道（2）设置在煤层B（9）中且掘进巷道（2）的截面为拱形与矩形面的组合结构，掘进巷道（2）的拱高为30～50 mm，矩形面的高度为60～100 mm，掘进巷道（2）的宽度为60～100 mm，工作面的长度为200～400 mm。
4.根据权利要求1所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，积水采空区（3）为正四棱台结构，其中正四棱台上底为50×50 mm2的正方形，下底为100×100 mm2的正方形，高度为100～150mm，模型A（1.1）的积水采空区（3）位于掘进巷道（2）正前100 mm的上方位置，模型B（1.2）的积水采空区（3）位于掘进巷道（2）正前100 mm的位置，模型C（1.3）的积水采空区（3）位于掘进巷道（2）侧向100 mm上方，模型D（1.4）的积水采空区（3）位于掘进巷道（2）正侧方100 mm的位置。
5.根据权利要求3所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）的制作采用上下均无底盖的正方体空心钢板围护结构作为模板，制作完成并达到设计需求强度后，将正方体空心钢板围护结构拆除方能进行积水采空区（3）的探测试验。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811132893.XA CN109143384B (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法 |
| US16/537,604 US11473427B2 (en) | 2018-09-27 | 2019-08-11 | Physical simulation test method for detecting position of ponding goaf in excavation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811132893.XA CN109143384B (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109143384A true CN109143384A (zh) | 2019-01-04 |
| CN109143384B CN109143384B (zh) | 2020-03-20 |
Family
ID=64813170
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811132893.XA Active CN109143384B (zh) | 2018-09-27 | 2018-09-27 | 一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11473427B2 (zh) |
| CN (1) | CN109143384B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110220944A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-10 | 太原理工大学 | 应用于混凝土搅拌罐内料浆监测及称重装置 |
| CN113589389A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-11-02 | 太原理工大学 | 半空间瞬变电磁煤矿采空区模拟实验装置及方法 |
| CN114000827A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-01 | 中国矿业大学 | 一种基于压力渗流原理及电磁响应特征的陷落柱探查方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112861375B (zh) * | 2021-03-09 | 2023-10-20 | 宏大爆破工程集团有限责任公司 | 露天矿山采空区精细化验收方法、系统、设备及介质 |
| CN113671585B (zh) * | 2021-08-18 | 2022-04-29 | 中国矿业大学 | 一种掘进巷道智能化瞬变电磁探测与实时预警方法 |
| CN114547723B (zh) * | 2021-12-31 | 2024-06-14 | 安徽郎溪南方水泥有限公司 | 智慧矿山管控方法及装置 |
| CN116990144B (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-15 | 交通运输部公路科学研究所 | 局部遇水软化围岩隧道衬砌力学响应的试验方法及系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3887235A (en) * | 1973-02-15 | 1975-06-03 | Rheinstahl Ag | Assembly for hydraulic extraction of sheet-like mineral deposits sectioned into panels by a system of passageways |
| CN104714254A (zh) * | 2015-02-02 | 2015-06-17 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于瞬变电磁法探测煤矿积水采空区的方法和装置 |
| CN106555609A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-04-05 | 西安科技大学 | 一种煤矿采空区水探放方法 |
| CN206270337U (zh) * | 2016-12-08 | 2017-06-20 | 贵州大学 | 一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台 |
| CN108303514A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-20 | 清华大学 | 一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101029506B (zh) * | 2007-03-30 | 2010-06-02 | 刘夏宁 | 通用砌块现浇石膏墙和抗震房屋及其施工方法 |
| CN103226732B (zh) * | 2013-03-21 | 2016-06-22 | 中南大学 | 一种基于gms的矿区不同开采中段的地下水渗流场预测方法 |
| CN103256073B (zh) * | 2013-04-28 | 2015-07-29 | 中国矿业大学 | 煤矿井下冲击矿压分区分级预测方法 |
| CN105866855B (zh) * | 2015-01-22 | 2018-04-06 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种地质构造演化和变形过程的分析方法 |
| CN105137031A (zh) * | 2015-07-24 | 2015-12-09 | 华北水利水电大学 | 一种模拟采空区沉降机制的试验装置和试验方法 |
| CN105388265B (zh) * | 2015-10-29 | 2017-08-25 | 重庆大学 | 采空区瓦斯富集及运移的三维模拟方法 |
| CN105719551A (zh) | 2016-01-25 | 2016-06-29 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种煤层群开采及顶板和采空区水动态渗流立体模拟装置 |
| CN106405045A (zh) | 2016-11-04 | 2017-02-15 | 山东科技大学 | 深部煤层条带开采、充填模拟试验系统及试验方法 |
| CN108107185B (zh) * | 2017-11-29 | 2020-07-14 | 中国神华能源股份有限公司 | 矿井水净化实验测试装置及其测试方法 |
| WO2019132979A1 (en) * | 2017-12-29 | 2019-07-04 | Halliburton Energy Services, Inc. | Intelligent in-well steam monitoring using fiber optics |
| CN108922293B (zh) * | 2018-05-17 | 2020-07-07 | 中国矿业大学(北京) | 一种用于采矿教学和实验室试验的多功能模拟架 |
| CN109164104B (zh) | 2018-09-18 | 2021-02-12 | 太原理工大学 | 一种废弃矿井采空区气液两相逆流可视化模拟试验系统 |
-
2018
- 2018-09-27 CN CN201811132893.XA patent/CN109143384B/zh active Active
-
2019
- 2019-08-11 US US16/537,604 patent/US11473427B2/en active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3887235A (en) * | 1973-02-15 | 1975-06-03 | Rheinstahl Ag | Assembly for hydraulic extraction of sheet-like mineral deposits sectioned into panels by a system of passageways |
| CN104714254A (zh) * | 2015-02-02 | 2015-06-17 | 中国科学院地质与地球物理研究所 | 一种基于瞬变电磁法探测煤矿积水采空区的方法和装置 |
| CN106555609A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-04-05 | 西安科技大学 | 一种煤矿采空区水探放方法 |
| CN206270337U (zh) * | 2016-12-08 | 2017-06-20 | 贵州大学 | 一种大型三维动载矿用相似材料物理试验平台 |
| CN108303514A (zh) * | 2018-01-30 | 2018-07-20 | 清华大学 | 一种用于模拟煤矿地下封闭空间的试验装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110220944A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-09-10 | 太原理工大学 | 应用于混凝土搅拌罐内料浆监测及称重装置 |
| CN113589389A (zh) * | 2021-07-06 | 2021-11-02 | 太原理工大学 | 半空间瞬变电磁煤矿采空区模拟实验装置及方法 |
| CN113589389B (zh) * | 2021-07-06 | 2023-11-07 | 太原理工大学 | 半空间瞬变电磁煤矿采空区模拟实验装置及方法 |
| CN114000827A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-01 | 中国矿业大学 | 一种基于压力渗流原理及电磁响应特征的陷落柱探查方法 |
| CN114000827B (zh) * | 2021-11-05 | 2023-07-14 | 中国矿业大学 | 一种基于压力渗流原理及电磁响应特征的陷落柱探查方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200102825A1 (en) | 2020-04-02 |
| CN109143384B (zh) | 2020-03-20 |
| US11473427B2 (en) | 2022-10-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109143384A (zh) | 一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法 | |
| CN109029343B (zh) | 一种确定未知采空区范围和老采空区残余沉降的方法 | |
| CN107829453A (zh) | 一种垂直铺塑防渗帷幕渗漏检测的方法及装置 | |
| US7813883B2 (en) | Remotely reconfigurable system for mapping subsurface geological anomalies | |
| CN105649116B (zh) | 降雨条件下隧道穿越滑坡体影响的模型试验装置 | |
| CN107045147A (zh) | 一种探查河道溶洞的多维探测装置及方法 | |
| CN104155995B (zh) | 一种基于无人机的矿区塌陷监测方法 | |
| KR101495836B1 (ko) | 3차원 전기비저항 탐사시스템 및 이를 이용한 터널의 붕락구간 탐사방법 | |
| CN109461359A (zh) | 一种隧道含水地质构造超前探测方法 | |
| CN110609335A (zh) | 一种基于多手段的残采区复杂条件探测方法 | |
| Feng‐Shan et al. | APPLICATION OF HIGH‐DENSITY RESISTIVITY METHOD IN DETECTING WATER‐BEARING STRUCTURES AT A SEABED GOLD MINE | |
| Lin et al. | Transient electromagnetic detection method in water-sealed underground storage caverns | |
| CN207714393U (zh) | 一种垂直铺塑防渗帷幕渗漏检测装置 | |
| CN108732628A (zh) | 沿管线走向的高密度电法管线探测观测方法及系统 | |
| CN113917545B (zh) | 一种室内模拟瞬变电磁空间问题的方法及装置 | |
| Kovačević et al. | Application of geophysical investigations in underground engineering | |
| KR100284123B1 (ko) | 다양한 각도의 시추공 전기 비저항 탐사방법 및 그 장치 | |
| Pan et al. | Review of monitoring and early warning technologies for cover-collapse sinkholes | |
| KR100705756B1 (ko) | 전자기파를 이용한 터널전방 지반조건 측정방법 | |
| Genelle et al. | Geophysical methods applied to characterize landfill covers with geocomposite | |
| CN114113316A (zh) | 一种三维相似模拟装置和覆岩运动的三维试验监测方法 | |
| KR20160031323A (ko) | 전기비저항 측정을 통한 지하매설물 탐지 방법 | |
| Button et al. | Shallow tunneling in a tectonic mélange: rock mass characterization and data interpretation | |
| Kang et al. | Laboratory experiments for hazardous ground prediction ahead of a TBM tunnel face based on resistivity and induced polarization | |
| JP3567775B2 (ja) | 地山改良体の出来上り形状の推定方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |