采礦地球物理學概論 第一章 地球物理基礎采礦地球物理緒論

1、整理課件整理課件六、學時分配表學時分配表學時分配表 內容 講課 實驗 小計 （一）引言 2 2 （二）地球物理學簡介 6 6 （三）彈性波的傳播理論 2 2 （四）礦山開采引發(fā)的震動 3 3 （五）地震探測煤巖應力狀態(tài) 2 2 （六）煤巖變形破裂的聲發(fā)射 2 2 （七）煤巖變形破裂的電磁幅射 3 2 5 （八）開采引起的重力場 2 2 （九）煤巖變形破裂的電性參數 2 2 （十）煤巖變形破裂的溫度場 2 2 （十一）地質雷達的應用 4 4 合計 30 2 32 整理課件六、學時分配表評價方式（包括作業(yè)、實驗、考試等:（1）作業(yè)、實驗占30的成績；（2）考試，占70的成績。 整理課件整理課件整理

2、課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件天文學(地球作為星體)地質學( 地球內部作為深部地質學)(應用)地球空間物理學大氣物理學大地測量學海洋物理學勘探地球物理學普通地球物理學采礦地球物理學 行星物理學( 地球物理學 、天文學等共生學科)巖石物理學( 地球物理學 、地質學 、地球化學等共生學科)物理學固體地球物理學重力學 地球起源地磁學 地球年齡地電學 地球自轉地熱學 地球形狀地震學 地球動力整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件整理課件1) 震動法震動法 采礦作業(yè)打破了巖體內原有的應力平衡狀態(tài)，其結采礦作業(yè)打破了巖體內原有的應力平衡狀態(tài)，其結果造

3、成了巖體內變形能的聚積。這些能量以突然的形果造成了巖體內變形能的聚積。這些能量以突然的形式動力釋放，產生震動，并使變形增加。式動力釋放，產生震動，并使變形增加。 與大地地震相比，其震動頻率高，影響范圍小。震與大地地震相比，其震動頻率高，影響范圍小。震動能量為動能量為ll0 2ll0 10J，里氏震級為，里氏震級為04.5級，振動級，振動頻率為頻率為150Hz，震動范圍為兒百米到幾百公里。，震動范圍為兒百米到幾百公里。 整理課件 震動法記錄采礦震動的能量，確定和分析震動的震動法記錄采礦震動的能量，確定和分析震動的方向方向;對震中定位來評價和預測礦山動力現象。對震中定位來評價和預測礦山動力現象。

4、具體的說，就是記錄震動的地震圖，確定震動發(fā)生具體的說，就是記錄震動的地震圖，確定震動發(fā)生的時間，震中的坐標，震動釋放的能量，特別是震中的時間，震中的坐標，震動釋放的能量，特別是震中的大小，地震力矩，震動發(fā)生的機理，震中的壓力降的大小，地震力矩，震動發(fā)生的機理，震中的壓力降等，等， 以此為基礎，進行震動危險的預測預報，如預報震以此為基礎，進行震動危險的預測預報，如預報震動能量大于給定值的平均周期，在時間動能量大于給定值的平均周期，在時間T內震動能量內震動能量小于或等于給定值的概率，該區(qū)域內震動的危險性及小于或等于給定值的概率，該區(qū)域內震動的危險性及其他參數。其他參數。整理課件2) 聲發(fā)射法聲發(fā)射

5、法 巖石的聲發(fā)射也稱為地音，是巖石的變形和巖石的聲發(fā)射也稱為地音，是巖石的變形和破斷，顆粒之間的相位錯動，巖石間的摩擦滑破斷，顆粒之間的相位錯動，巖石間的摩擦滑動及其他引發(fā)的。地音與巖石的動力現象及彈動及其他引發(fā)的。地音與巖石的動力現象及彈性波的發(fā)射有關，是在應力作用下，巖體結構性波的發(fā)射有關，是在應力作用下，巖體結構的非彈性變性，結構非穩(wěn)定的結果。的非彈性變性，結構非穩(wěn)定的結果。整理課件 采礦地音法是以脈沖的形式記錄弱的、低能采礦地音法是以脈沖的形式記錄弱的、低能量的巖體聲發(fā)射彈性波。記錄的振動頻率從幾十量的巖體聲發(fā)射彈性波。記錄的振動頻率從幾十到到2000Hz或更高，記錄的能量低于或更高，

6、記錄的能量低于lxl0 -2J，振動，振動范圍從幾米到范圍從幾米到200多米。多米。 采礦地音法可用來確定巖體中的應力應變狀采礦地音法可用來確定巖體中的應力應變狀態(tài)，評價沖擊礦壓及煤和瓦斯突出的危險性，并態(tài)，評價沖擊礦壓及煤和瓦斯突出的危險性，并檢測其采取的防治措施的效果檢測其采取的防治措施的效果;評價邊坡穩(wěn)定性評價邊坡穩(wěn)定性;確定采掘面周圍的應力應變狀態(tài)等。確定采掘面周圍的應力應變狀態(tài)等。整理課件3) 電磁輻射法電磁輻射法 巖石電磁輻射是指巖石受載破裂過程中向外輻射電巖石電磁輻射是指巖石受載破裂過程中向外輻射電磁能量的過程或現象。磁能量的過程或現象。 巖石破裂電磁輻射的觀測和研究是從地震工作

7、者發(fā)巖石破裂電磁輻射的觀測和研究是從地震工作者發(fā)現震前電磁異常后開始的。在近現震前電磁異常后開始的。在近25-30年內巖石破裂電年內巖石破裂電磁輻射效應的研究，無論是在理論研究方面，還是在應磁輻射效應的研究，無論是在理論研究方面，還是在應用研究方面，都取得了飛速發(fā)展，特別是在地震方面用用研究方面，都取得了飛速發(fā)展，特別是在地震方面用于預報。于預報。整理課件 從九十年代開始，中國礦業(yè)大學對載荷從九十年代開始，中國礦業(yè)大學對載荷作用下煤體的電磁輻射特性及規(guī)律進行了較作用下煤體的電磁輻射特性及規(guī)律進行了較為深入的定性和定量研究。研究表明，煤巖為深入的定性和定量研究。研究表明，煤巖電磁輻射是煤巖體受載

8、變形破裂過程中向外電磁輻射是煤巖體受載變形破裂過程中向外輻射電磁能量的一種現象，與煤巖體的變形輻射電磁能量的一種現象，與煤巖體的變形破裂過程密切相關。破裂過程密切相關。整理課件 電磁輻射可用來預測沖擊礦壓、煤與瓦斯突出電磁輻射可用來預測沖擊礦壓、煤與瓦斯突出等煤巖災害動力現象。其主要參數是電磁輻射強度等煤巖災害動力現象。其主要參數是電磁輻射強度和脈沖數。電磁輻射強度主要反映了煤巖體的受載和脈沖數。電磁輻射強度主要反映了煤巖體的受載程度及變形破裂強度，脈沖數主要反映了煤巖體變程度及變形破裂強度，脈沖數主要反映了煤巖體變形及微破裂的頻次。形及微破裂的頻次。 此外，電磁輻射還可用于檢測煤巖動力災害防

9、治此外，電磁輻射還可用于檢測煤巖動力災害防治措施的效果措施的效果;評價邊坡穩(wěn)定性評價邊坡穩(wěn)定性;確定采掘面周圍的應確定采掘面周圍的應力應變，評價混凝土結構的穩(wěn)定性等。力應變，評價混凝土結構的穩(wěn)定性等。整理課件4) 振動法振動法 振動法解決采礦作業(yè)引起的地質動力現象問題，主振動法解決采礦作業(yè)引起的地質動力現象問題，主要是根據地震波的傳播速度的變化，確定巖石結構破壞要是根據地震波的傳播速度的變化，確定巖石結構破壞過程發(fā)展的各階段，如彈性階段的高應力，對應比較大過程發(fā)展的各階段，如彈性階段的高應力，對應比較大的振動頻率，表明了采掘面接近較大的震動沖擊地壓危的振動頻率，表明了采掘面接近較大的震動沖擊地

10、壓危險區(qū)，巖石破壞的最后階段將可能發(fā)生高能量的震動甚險區(qū)，巖石破壞的最后階段將可能發(fā)生高能量的震動甚至沖擊地壓。至沖擊地壓。整理課件 振動法解決礦山壓力問題，主要是根據不同類振動法解決礦山壓力問題，主要是根據不同類型振動波的傳播速度來確定巖體的物理力學參數，型振動波的傳播速度來確定巖體的物理力學參數，例如線彈性模量，泊松系數，橫向彈性模量，體例如線彈性模量，泊松系數，橫向彈性模量，體積彈性模量、積彈性模量、LAME常數等。這些參數是用動態(tài)常數等。這些參數是用動態(tài)方式確定的，與實驗室?guī)r塊試驗的靜態(tài)有很大差方式確定的，與實驗室?guī)r塊試驗的靜態(tài)有很大差異，這些參數更符合實際。異，這些參數更符合實際。

11、整理課件 振動法解決地質問題，主要是根據地震波在振動法解決地質問題，主要是根據地震波在煤層中傳播的通道性及傳播速度的異常，能量煤層中傳播的通道性及傳播速度的異常，能量或阻尼系數的變化來進行。當煤層的連續(xù)性出或阻尼系數的變化來進行。當煤層的連續(xù)性出現問題時，這些地震波的傳播通道將出現非正現問題時，這些地震波的傳播通道將出現非正常的波圖，或通道波組的振幅減小，甚至全部常的波圖，或通道波組的振幅減小，甚至全部消失等。消失等。整理課件5) 重力法重力法 重力法是根據地層中巖石介質質量分布的不均勻性重力法是根據地層中巖石介質質量分布的不均勻性來測量重力的異常變化。來測量重力的異常變化。 測量儀器和測量方

12、法的發(fā)展，促進了重力法的廣泛測量儀器和測量方法的發(fā)展，促進了重力法的廣泛應用，測量儀器的高精度性應用，測量儀器的高精度性(2Xl0 -9 m/s2)可使其廣泛應可使其廣泛應用于小構造、巖像變化的測量以及由于采礦作業(yè)引起密用于小構造、巖像變化的測量以及由于采礦作業(yè)引起密度分布的變化。度分布的變化。 目前，重力法主要研究開采引起巖體體積的變化目前，重力法主要研究開采引起巖體體積的變化;巖巖體震動、沖擊地壓的預測預報體震動、沖擊地壓的預測預報;小范圍內煤層構造的變小范圍內煤層構造的變化化;局部空洞的定位等方面。局部空洞的定位等方面。 重力法所采用的參數主要是重力微小的異常變化和塔重力法所采用的參數主

13、要是重力微小的異常變化和塔式重力式重力梯度。整理課件6) 地質電法地質電法 采礦地質電法是利用巖石中電特性的變化來解決地采礦地質電法是利用巖石中電特性的變化來解決地質、采礦技術、預測預報等方面的問題，其應用范圍非質、采礦技術、預測預報等方面的問題，其應用范圍非常廣泛。常廣泛。 地質電法主要測量巖石介質在電流穩(wěn)定性或亞穩(wěn)定性地質電法主要測量巖石介質在電流穩(wěn)定性或亞穩(wěn)定性方面的電阻特性，或電磁波在巖體中傳播的電阻，電介方面的電阻特性，或電磁波在巖體中傳播的電阻，電介常數和磁通量等參數。常數和磁通量等參數。 主要解決的問題有認識頂底板巖層地質條件主要解決的問題有認識頂底板巖層地質條件;震動、震動、沖擊礦壓、水災、火災的危險性評價沖擊礦壓、水災、火災的危險性評價;支架與圍巖相互支架與圍巖相互作用的評價作用的評價;巷道應力狀態(tài)的監(jiān)測。巷道應力狀態(tài)的監(jiān)測。整理課件7) 地熱地熱 自自19世紀麥克斯韋爾證明光是世紀麥克斯