城郊煤矿2.4Mt-a新井设计-浅析锚网索钢带耦合支护技术研究运用

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分英文原文译文：在煤层地震勘探技术的基础上使用体波为天然碱矿山测量支柱宽度M:Gea；H:Wangb；A：Schisslerc；R:Ramanida科学和技术，罗拉密苏里大学，MO65409，USAb纽蒙特矿业公司，格林伍德村，CO80111，美国Ç利科技公司，金，一氧化碳80401，美国d宾夕法尼亚州立大学，大学科技园，PA16802，USA2011年1月8日。2012年3月2日。2012年3月25日。抽象体波是以煤层地震勘探技术为基础的。它对天然碱矿山房柱支柱宽度测量评估时，一个关键的问题，在与水接触时天然碱面临的屏障支柱的溶出率的问题。这个煤层地震勘探技术和传统技术之间的主要区别是，这种技术是利用高频率的P波和S波信号。在怀俄明州的两个天然碱矿山的技术进行了测试。三个矿点被利用为研究对象，其中的支柱宽度介于82至107中号。调查表明，所研究的天然碱缝均P和S波的速度只有1.5％的平均标准偏差，波传播是非常稳定的。高频信号，在2500-5000赫兹的范围内，利用高分辨率的调查。三种类型的反射信号进行观察，这是P波，S波和S波的在煤层无效接口模式转换。椭圆形的映射方法是用来容纳在地下矿井中遇到的高度不规则的调查线。该方法还允许同时使用所有的反射信号，因此，显著增加可用的物理数据为支柱的宽度计算。估计在±4.6米，或柱宽度约5％的平均映射误差。也可以利用其他矿山，如石灰石矿山，缝阻抗是类似或高于围岩的阻抗，在煤层地震勘探技术为基础的体波。亮点►为评估支柱溶出率，天然碱矿山►高频信号，至5,000Hz面临的主要问题的开发，利用高分辨率调查。►广泛的测试在两个天然碱矿山支柱宽度介于82至107中号。►正式表明美国矿山安全和卫生上将和天然碱行业。►适用于高的煤层阻抗，如石灰石矿山，其他矿山。关键词：煤层地震;检测失效;天然碱;屏障的支柱;煤矿安全介绍天然碱是含水碳酸钠，具有多种用途，包括玻璃制造，肥皂和纸张制造，水处理的商品。它也被广泛使用在化工行业。怀俄明州碱矿，估计总储量127亿吨，其中40亿吨目前正在考虑收回[1]。是世界上最大的天然碱矿床。在怀俄明州的天然碱矿开采始于1947年。目前，在该地区的主要生产有四个：FMC，通用化工，OCI和苏威。采矿方法在实践中是房柱工作面。天然碱行业关注的一个主要问题是水的存在恶化了屏障支柱。屏障支柱是留在地方分开积极矿区采空区的支柱。长钻孔的方法，已广泛用于煤矿开采，为了测算阻隔支柱的宽度和在采矿时提前检测空洞，不符合天然碱矿山的实际，因为它会导致水进入屏障支柱。正因为如此，利用非破坏性的测试方法，如地球物理技术，是必要的。本文讨论了在煤层地震检测天然碱开采的屏障支柱恶化的目的开发的技术为基础的体波。这项技术的测试程序在怀俄明州的两个天然碱矿得到了运用。体波在煤层地震勘探技术上的概念工作原理体波的工作原理如图所示。（1）传感器和地震源放置在煤层中。当震源开始后，产生P波和S波，从地震源上开始，在三个方向发射信号。这些信号被反射回从煤层接口和传感器检测点。基于传播时间和速度的联营体波以及地震源和传感器的位置，可以划定缝接口点。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s11使用频率高的反射体波测量支柱宽度。以煤层地震勘探技术为基础的体波是与常规使用的煤层地震（ISS）的技术是不同。传统的技术有很多使用限制。最近这种技术的应用，在煤矿的检测是无效的。当煤层的阻抗相似或大于该值，使用体波检测是必需的。体波在煤层地震方法的使用是由四部分组成：（1）实验设计，优化的传感器和信息源的布局。（2）野外作业，包括钻井，安装传感器和数据采集。（3）数据分析，以确定反射信号，并建立相关的旅行时间。（4）的映射缝无效接口。关键问题：长距离获得高频信号以煤层地震方法为基础的体波的发展面临着许多独特的问题。最关键的技术障碍，获得长距离高频信号的能力。从物理学上知道，与反射信号的对象相比，波的长度必须小于反射对象。否则，波只会越过如图对象。正因为如此，如果被检测对象的大小是小，所需的信号频率会很高。在怀俄明的天然碱矿山接缝高度是3.7中号的情况下，所需的信号频率最低是1400赫兹，如果反映利用P波（P波速度在天然碱：5114米/秒）。以确保使用技术是可靠的，所需的频率甚至更高。事实上，在怀俄明州的天然碱矿山的测试所使用的信号有一个典型的2500-5000赫兹的频率范围。（1）从物理学上知道，高频信号的衰减严重。因此，高频信号的检测范围是非常有限的。因为这个原因，高频信号通常视在实验的范围和领域的研究很少使用。在怀俄明州的天然碱地雷屏障支柱，具有典型的60-90米的范围内。因此，一个类似的范围内的支柱被选定为这项技术的测试。反射信号的双向传播，在这些测试点的距离介于183至229中号。高频信号，高达5000赫兹以上的描述距离的检测能力，这个项目是一个巨大的挑战。为了提高捕获高频信号，需要一个高分辨率数据采集系统，一个16通道ESG的波段地震监测系统，用于数据采集。该系统有一个可调采样率16位分辨率。这项调查的采样率是50K采样/秒。30VS2/米，在50到5000赫兹的频率（加或减3分贝），灵敏度与ESG的研究利用传感器A1030加速度计，单轴传感器。除了选择仪器，我们关注的重点是如何解决的耦合效应。耦合作用是影响信号强弱的主要因素之一，并且是唯一的主要因素，我们可以以此开展工作。提高耦合效应有两种方法。一种方法是安装钻孔传感器。由于支柱表面往往高度不平整，支柱表面的传感信号往往失真，特别是高频信号衰减。因此消除断裂带所造成的衰减问题是改善耦合效应的关键。为实现这一目标的最有效的手段是在断裂区超前钻孔安装传感器。断裂区的深度取决于许多因素。支柱应力的研究已经表明，裂隙带通常是不到一半的支柱高度。基于这一事实考虑，1.5米和2.1米长的钻孔，可用于传感器安装。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s12波长和对象的大小。为了确保安装一个特殊的传感器安装技术质量，检索传感器安装技术开发[6]。有了这项技术，传感器的锚，螺丝装配，首先是与特定类型的树脂凝成在钻孔底部。轮值锚，然后连接到传感器。传感器安装锚固强度进行测量所需要的力量拉锚的金额，称为拔出力。实验室测试结果表明，传感器安装在天然碱拉出来的力量是至少2.67千牛。检索传感器安装技术使传感器可靠地安装在钻孔底部，但，是用于安装和检索操作简单方便。田间试验表明，安装技术，这是获得高频信号是必不可少的。传感器安装在订明的方式展出可预见的，一致的，可重复的性能。网点表征为了使用体波在煤层地震勘探技术为支柱的宽度测量，一些网点相关参数，必须先进行评估。这些参数包括P波和S波的速度，信号特征，频谱，所需炸药量，衰减该网站的属性，与信号检测距离。一个基本手段，以获得所要求的信息传输的调查。传输调查类似反射测量仪器仪表，现场操作，将收集的数据传输调查。透射和反射调查之间的区别是测试布局。调查反映，如图1所示。传感器和地震源通常位于同方的支柱。相反，传输调查，传感器和震源放在两个不同的侧面，往往在两侧的支柱。与传输的调查，由传感器接收到的信号是直接和不受干扰，允许的场地条件进行客观的评价。例如，在P-和S波的速度信号的旅行时间和相关的地震源和传感器之间的距离的比例。传输调查进行了两个网站，一个一般的化学FMC的。在这两个矿山的传输调查选定的支柱，分别是104米和88米，宽。这些支柱宽度分别代表天然碱矿山使用的障碍支柱。共有十一个调查（每次调查是指震源产生的事件，并从这个事件中获得的地震数据），所有这些是成功的。试验场在FMC传输调查显示图。3，传感器阵列的支柱东侧（图上方）和节点是西侧（图底部）。这两部分之间的平均距离为99中号。传感器孔位于背短项，并在肋骨中间钻水平。其中7个传感器洞，是正常的，指出源方向和其他两个是垂直导向（图4）。这项安排旨在促进偏振分析。直线和角度传感器孔分别为1.5和2.1米长，分别。爆破孔钻水平在肋骨中间，直径为5.2厘米和1.2米长。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s13在FMC传输调查的试验场地图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s14传感器传输的调查孔的布局。天然碱高频信号在FMC网站共有7个传输调查被执行。地震的来源包括单帽，42和125号允许棒型炸药。所有的孔都源于粘土假人。从所有的调查，获得了出色的信号。作为一个例子，原来的纪录（未筛选）传输调查图。5。有两个组的波。第一组是P波，第二个是S波。这些波组是非常明确的，尖锐的移民和明确分离的特点。频率内容为P波和S波是非常高的。谱分析表明，在5000赫兹的主频。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s15事件60（加速度）的传输信号。信号的极化角度传感器孔（S1，S3，S5和S7）被用来充当伪两轴传感器和测试这些伪两轴传感器是否可以促进偏振分析。这些传感器接收到的信号表明，这些伪两轴传感器在这方面非常有效。请注意，S5和S7导向的信号传播方向，因此P波信号比S波信号强。相比之下，S1和S3的信号传播方向垂直和S波信号比P波信号强。P波和S波速度天然碱P波和S波速度在5114米/秒和2613米/秒，分别计算。与考虑，从49测线和标准偏差分别为1.2％和0.79％的P波和S波速度的数据为基础计算，可以得出结论，该站点的速度场是非常稳定。事实上，它被认为，根据现场和实验室测试结果，这种稳定是代表目前在怀俄明州开采的天然碱矿床。例如，在两个现场，并在实验室中测得的P波速度差异只有20米/秒，或0.3％（图8）。一个稳定的速度场是一个非常有利的条件，申请在煤层地震勘探技术为基础的体波。反思调查也进行了反射调查在一般的化学和FMC。在一般的化学测试，103米，宽支柱，网站是同一个用于输电调查的。在FMC的试验场地，是一个真正的障碍支柱，这是82米，宽（图6）。开采出方的支柱，是装满了水。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s16在FMC中RB3是主要的爆破部分的试验场和实验布局。在FMC网站缝无效边界呈不规则。在中部地区相对平坦。在它的右边是一个V形的支柱，它可以吸收进入到该地区的信号，像一个“汇”反映调查期间。左侧是几个短项为本，在同一方向。这些项目的影响是在测试前不明。由于这些原因，部分“装满水”为标志，反射调查的目标市场选择。一旦被选定的目标，传感器部分和爆破部分计划。传感器部分（图7），包括7个双角度传感器孔，其中4.45厘米，直径2.1米深。角度传感器孔被用来充当伪两轴传感器促进偏振分析。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s17FMC调查设计的传感器的部分反映反映调查的爆破孔扩散到三个一般的位置，并作为“RB1，RB2和RB3确定。RB1与RB2位于传感器阵列的两个相邻的短项背。它们的位置如图。7。RB3的主要爆破节。本节中的爆破孔的细节图所示8。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s18在FMC的调查中反映爆破的主要部分FMC试验场利用两次。首次使用该技术的初步测试。在一般的化学和FMC，这是成功的初步测试之后，该网站被再次使用，作为该技术的示范点。MSHA的和天然碱行业在2005年8月举行一个正式的示范试验。在FMC的网站进行了总共18反射测量。所有这些调查获得高品质的反射信号。作为一个例子，反射调查原始记录图。9。本次调查相关的射线路径和反射信号的位置，如图所示。9。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s19118事件的反射信号的射线路径有两组反射波，在图中标示的V形展出。第一组是在位于传感器阵列左侧短期入境的S波的反射信号。第二组是反映从煤层无效接口的信号。反射信号的频率含量非常高，集中在5000赫兹。如此高的频率内容的真正意义在于对反映从煤层无效接口的信号已经走过超过170米的事实。最好的知识，没有类似的应用已有报道。高频信号是必不可少的高分辨率调查。数据分析数据分析是非常重要的可靠使用的调查数据。有几个独特的数据分析与体波在煤层地震勘探技术为基础的应用相关的问题。第一个是直接来港定居人士的高幅度。直接来港定居人士是指那些直接从源到接收者的信号，其中旅游。由于行驶距离短，这些信号的幅度比反射信号高得多。这种差异幅度可能会产生反射信号检测的困难。信号跟踪图。11是这样的一个例子。反映在这种情况下，反射信号包括反映P波，S波，S波模式转换（P波的变化在煤层无效接口S波）由于反映。反射信号的幅度，特别是反映S波，S波由于模式的转换，都非常低，由于直接来港定居人士的优势体现。这是非常困难的，因为背景噪声和信号干扰的视觉检查时间正是这些反射信号到达。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s110108事件的信号跟踪数据分析中的第二个主要问题是抵达类型的识别。因为它已经在前面讨论过，有三种类型的反射信号，P波，S波和S波的模式转换。由于这些信号的旅行时间差别很大，分配信号类型的任何失误都会导致重大的计算错误柱宽度。因此，信号类型是在数据分析中最重要的。其他非常重要的问题是在数据分析的异常检测。离群这里指的反射信号，不反映从煤层无效接口。当体波在煤层地震勘探技术的应用在矿山，在试验现场附近的地下运作，是潜在的“反射”。第一组的反射信号图。9是这样的一个例子。如果没有正确识别这些信号，他们将显着污染的最终结果。一个方法，广泛用于数据分析，包括。偏振分析，hodogram技术，傅立叶变换，小波分析，模式分析，互相关，等详细的讨论这些方法根据体波在煤层中的应用GE[6]编写的一份报告中，可以发现地震技术。以下是一个简短小波技术的应用示范。其中利用反射信号的识别方式，小波分析，发现在许多情况下非常有效。小波分析的好处是，它允许一个检查在任何特定时刻信号的频率和幅度。作为示范，小波变换信号图。11图。12。图中，小波系数是指数振幅注意时间，频率和WT系数轴。在图中，低频噪音从高频信号分离。作为一个结果，反映的S波信号中脱颖而出，即使他们有比背景噪声的幅度要低得多。煤柱宽度测量已经确定反射信号后，下一步就是要映射的反射面。在地球物理，传统的方法，以提高反射数据是叠加多通道数据。使用这种方法时，接收器和源更正一个共同的基准。改正的，但是，必须是相当轻微的，因为这是主要通过静校正了个别地震的痕迹不断转变。在地下进行的无效检测，接收器和源往往显着偏离直线。在试验场的FMC，两三个爆破部分的情况下，位于该项目，从传感器线偏离15％和22％的反射距离（图6）。正因为如此，另一种方法是必要的。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s111跟踪事件108的小波变换信号椭圆形的作图法[6]被选定为它的鲁棒性和灵活性。反思的调查依靠两条信息：震源和接收器的位置，和信号源和接收器之间的旅行距离。如果一个人认为一个源和一个接收器的灶，它立即被称为一个椭圆形的独特定义信号的旅行距离，在均匀介质中的反射点必须是椭圆。根据解析几何，椭圆只定义了一丝潜在的反射点，但也反射面，这是该点的切线方向。因此，反射面，这些椭圆形的共同切线划定。在位于西349FMC的发展部分的障碍支柱映射的结果图。13。在这种情况下，使用椭圆的方法有一些明显的优势。首先，该方法的传感器和源位置，它可以在任何方便的位置上没有具体要求。图中的椭圆形，包括从所有三个部分爆破，这三个独特的椭圆组的反射数据。这将是非常困难的，如果不是不可能的，这样做，如果使用常规的放样方法。椭圆方法的其他重要优势是它在处理大量数据的处理和可视性。该方法可以同时处理数据，无论传感器和源位置，信号类型，调查序列。图中的椭圆形代表所有可用的反射数据，其中原产三个一般的位置，从9个反射调查收集。信号信息的类型包括反射P波，S波，S波由于模式的转换。此外，作为该方法直接表示反射数据，避免了许多数学操作，否则，可能会需要。可以映射错误估计直接从情节。根据椭圆形的作图法的理论，支柱边界划定共同切线。在图中，这个共同的切线代表一条红线，这与实际的支柱边界不谋而合。在这种情况下的平均映射错误估计在±4.6中号。最后，该方法简单，直观，易于使用。图STYLEREF1\s0.SEQ图\*ARABIC\s112在屏障支柱中绘制一个椭圆形无效接口的方法结论一个体波在煤层地震勘探技术为基础开发天然碱矿山屏障支柱宽度测量评估在与水接触时，一个关键的问题，由天然碱产业面临的屏障支柱的溶出率的目的。在怀俄明州的两个天然碱矿山，通用化工和FMC的技术进行了测试。三个矿点被利用为支柱宽度介于82至107中号的研究。除了一般在这些矿点的技术测试，技术也正式表明了美国矿山安全和卫生行政及天然碱产业在FMC网站。以下是一个简要的测试结果。高频信号和可靠的数据采集技术FMC和一般化学观察到的反射信号的一个独特的特点是高频率，通常在2500-5000赫兹的范围。该技术的成功在很大程度上是由于其获得这些高频信号的能力。除了在数据采集系统和传感器，用于项目，检索传感器安装技术的发展，导致在耦合效应显着的改善，是一个关键因素。高频信号的高分辨率调查的一个先决条件。一致和准确的P-和S波的速度P波和S波在矿点的速度显得非常一致。例如，在FMC的网站，一般化工站点和实验室测量P波速度是5114米/小号，5102米/秒，5093米/秒，分别。这三个测量值之间的最大区别是只有20米/秒，或0.3％的平均P波速度。这种一致性构成了一个非常有利的条件，采用体波在煤层地震勘探技术在怀俄明州的天然碱地雷。多个反射信号和兼容的数据分析方法三种类型的反射信号，观察下两个装满水和干燥的条件，这是P波，S波和S波由