摘要：矿井水力压裂技术在坚硬顶板卸压和瓦斯高效抽采领域得到的广泛应用,但对于长钻孔水力压裂效果的检测评价一直缺乏较为理想的物探方法,传统探测方法存在成本高、效率低与探测距离短的不足。为实现坚硬顶板定向长钻孔水力压裂效果高效直观地检测这一目标,采用一种煤矿井下在压裂孔内施工的动源动接收瞬变电磁探测方法,探测装置天线是由收发间距固定的极小发射线圈和三分量接收探头组成,在钻孔内沿钻孔逐点移动进行三分量接收。为了弥补有缆装置探测距离的不足,采用孔外定时同步、孔内发射接收的探测装置,采用钻机推送的方式对神东某矿井2号压裂钻孔40~315 m段进行压裂前、压裂后分别探测。首先对垂直分量数据进行预处理,采用水平分量数据实现探头姿态变化影响校正,并提取纯异常场进行分析,最终实现充水裂缝三维成像技术。试验结果表明:纯异常场等值线图中有明显条带状低阻异常分布,综合分析压裂前、后视电阻率分布情况认为该条带状低阻异常即为压裂形成裂缝所致,异常走向即为裂缝延伸方向,异常延伸范围即为裂缝延伸范围。三分量瞬变电磁探测技术是矿井物探、钻探和水力压裂技术的有机结合与相互补充,对裂缝走向和延展范围进行有效圈定,能够有效应用于坚硬顶板定向长钻孔水力压裂效果评价。

摘要：煤矿井下越界开采扰乱煤炭资源开发秩序,同时存在巨大的安全隐患,准确探测越界开采采空区及其边界对安全采掘极为重要。常规的矿井瞬变电磁探测方法容易受到巷道中的金属和电磁信号干扰,探测精度有限,难以满足采空区边界精准解释的需求。为了解决这一问题,提出一种钻孔中收发信号的钻孔瞬变电磁方法和施工工艺,利用其远离巷道和靠近异常体的特点,提高异常信号在实测数据中的占比;并研究可行域约束的OCCAM反演算法,进一步减小体积效应影响,实现了对越界开采采空区的电阻率精细成像。结合山西某煤矿的工程实践,对该方法精准探测邻矿越界开采采空区规模、性质的实用性和有效性进行了检验。结果表明,钻孔瞬变电磁方法是矿井地球物理技术与钻探工艺技术的高效结合和有益补充,基于可行域约束的OCCAM反演算法能够有效应用于越界开采采空区的边界精确成像解释。

摘要：采掘失调是煤矿安全生产的重大隐患之一,巷道快速掘进是保障采掘平衡的重要手段,矿井地球物理超前探测有效距离短,探测精度受井下复杂环境影响严重,制约巷道掘进速度,为解决探掘接续紧张矛盾,提出一种利用掘进工作面前方500 m长度定向钻孔开展探测工作的钻孔瞬变电磁探测方法,该方法可实现超长距离水害超前探测。在以钻孔钻进方向为Z轴正方向,以孔口所在平面右向为X轴正方向,下向为Y轴正方向的坐标系下,钻孔瞬变电磁水平分量异常响应形态均为“正弦曲线”或“反向正弦曲线”形态,通过形态组合判定出孔旁异常体所在象限,结合由水平分量异常场矢量合成得到的异常体中心偏转角度计算了异常体中心XOY平面旋转角。在此基础上,视每一个由垂直分量反演得到的电阻率为独立异常体,基于深度计算系数与电阻率的关系曲线推导出深度-电阻率与采样时间的映射关系,实现了电阻率与测点测道的一一对应,进一步采用K-means聚类算法智能定位其分布象限,计算了其XOY平面旋转角,再以定向钻孔轨迹为旋转轴,以测点所在孔位的倾角和方位角为旋转角进行坐标空间旋转,实现了非直钻孔径向的电阻率立体成像。计算了三维数值模拟和水槽物理模拟结果,对钻孔径向的异常体均取得了良好的立体成像效果。结合山西某煤矿井下的工程实践,对该方法远距离超前探测能力和精细立体解释掘进工作面前方地质异常体的性质、形态和规模的实用性和有效性进行了检验。研究表明:基于聚类的钻孔瞬变电磁立体成像方法是地球物理与机器学习的有机结合,该方法能够为井下掘进工作面隐伏水害超前探测精细解释提供技术支撑,此外,在掘进前开展定向钻孔中的长距离瞬变电磁水害立体超前探测,可有效保障巷道高效快速掘进。

摘要：伽马探测器是核测井仪的核心器件,起到将地层放射性物理信息转化为可量化的电信号的作用,是实现数字化测井的桥梁。其输出信号是微弱的负极性电流脉冲,不能直接被信号采集电路所接收,因此,需要设计专门的信号处理电路进行规范化调整。对伽马探测器输出信号进行特征分析并结合煤矿应用环境特点,设计并实现了可满足小体积、低功耗、高可靠性需求的信号处理电路。经测试验证表明,电路性能稳定,能有效将待处理的非标信号调整得到标准的方波信号,达到预期技术需求。

摘要：数据采集与控制电路是测井仪核心电路之一,具有对钻孔轨迹信息及地层信息进行采集、存储及上传的纽带作用。基于煤矿井下实际的应用环境,提出了数据采集与控制电路设计的要求及其应该具备的功能电路。设计了以微功耗、高性能、高集成度的STM32单片机为核心的数据采集与控制电路并在实验室环境下,对设计电路进行了测试,测试结果表明:设计的电路能够按照下发的工程参数有效采集并存储待测信息,经无线WiFi进行测量数据上传,电路运行稳定、体积小、实测功耗低,满足预设的技术要求。

摘要：自然伽马测井因其可有效识别钻遇地层岩性的特点,在煤矿井下逐步得到应用。基于对测井仪特殊应用环境的分析,提出了测井仪中采控一体化电路设计要求及其具备的功能模块,并设计了以微功耗、高性能、高集成度的STM32单片机为核心的采控一体化电路。在实验室环境下,对采控一体化电路进行了测试,测试结果表明,该电路工作性能稳定、功耗低,可按照预设配置参数有效采集、存储待测信息并经无线WiFi上传。