物探隨煤層賦存條件變化的探測(cè)方法及效果研究

1、類別 年科 學(xué) 技 術(shù) 項(xiàng) 目計(jì) 劃 任 務(wù) 書（物探隨煤層賦存條件變化的探測(cè)方法及效果研究）負(fù)責(zé)單位：皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 宿 州 學(xué) 院 起止年限： 2012.6-2013.6 填 寫 說(shuō) 明為加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)計(jì)劃管理，凡科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目，都須填報(bào)計(jì)劃任務(wù)書。計(jì)劃任務(wù)書由承擔(dān)任務(wù)的主要負(fù)責(zé)單位（會(huì)同協(xié)作單位）編制，經(jīng)主管部門審查后，一式三份上報(bào)。1、目的意義和國(guó)內(nèi)外概況一欄，除填寫國(guó)內(nèi)外概況，主要差距和趨勢(shì)外，還應(yīng)包括國(guó)內(nèi)其他單位的研究情況。2、主要研究、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵一欄要有總目標(biāo)和階段目標(biāo)；攻關(guān)內(nèi)容要具體；經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益要明確，不僅要求定型，而且要定量，既要有數(shù)的概念；理論、規(guī)

2、律等課題要求有經(jīng)過(guò)實(shí)踐考核的成果；成套設(shè)備不僅要有單項(xiàng)設(shè)備的指標(biāo)，而且有綜合指標(biāo)和效益。3、采用的研究、試驗(yàn)方法和技術(shù)路線一欄，凡成套項(xiàng)目，要求通盤考慮，包括總體設(shè)計(jì)、工藝、新產(chǎn)品的研究，老產(chǎn)品的改進(jìn)，現(xiàn)有產(chǎn)品的配套等，最后形成能力。4、地點(diǎn)，試驗(yàn)規(guī)模和進(jìn)度安排及承擔(dān)單位和主要協(xié)作單位及分工欄，進(jìn)度要盡量加快，并要求具體，要包括現(xiàn)場(chǎng)在內(nèi)的協(xié)作單位的分工、責(zé)任以及承擔(dān)任務(wù)的具體進(jìn)度。5、經(jīng)費(fèi)概算及主要設(shè)備和儀器欄。申報(bào)經(jīng)費(fèi)要實(shí)事求是，精打細(xì)算；已有的（包括可代用的）儀表及設(shè)備不要再買；凡工程費(fèi)和老產(chǎn)品配套費(fèi)應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)出，部只補(bǔ)助科研費(fèi)；如現(xiàn)場(chǎng)償還部分經(jīng)費(fèi)，清將有償部分寫入（有償部分歸科研單位作科研

3、費(fèi)使用）；明細(xì)表要寫具體（包括型號(hào)、數(shù)量、價(jià)格等）。目的意義和國(guó)內(nèi)外概況（包括國(guó)內(nèi)外專利情況）：1）研究背景煤礦五大災(zāi)害“水、火、瓦斯、冒頂、煤塵”，其中突水災(zāi)害位居其首。特別是近年來(lái)頻頻發(fā)生的重、特大型突水事故，觸目驚心。2005年12月2日，河南省洛陽(yáng)市新安縣寺溝煤礦發(fā)生特別重大突水事故，死亡42名礦工，直接經(jīng)濟(jì)損失973萬(wàn)元；2005年12月28日，山西大同左云縣范家寺寶源礦業(yè)公司發(fā)生重大突水事故，20名礦工遇難；2006年5月18日該礦業(yè)公司再次發(fā)生特別重大突水事故，56名礦工遇難，直接經(jīng)濟(jì)損失5312萬(wàn)元；2006年7月17日，廣西大廠礦發(fā)生的重大突水事故，81名礦工遇難；2006年

4、8月7日，廣東省梅州市興寧市大興煤礦在開(kāi)采急傾斜煤層時(shí)發(fā)生抽冒，破壞了防水安全煤柱，上部大量老空積水突入礦井，123人死亡。皖北煤電集團(tuán)公司所屬各井田屬典型的華北型隱伏煤田，是多水源充水煤田。各井田除了受大氣降水及地表水水害影響較小外，既受到頂板砂巖及松散層含水層潰水的影響，下伏石炭系太原組灰?guī)r和奧陶系馬家溝組灰?guī)r強(qiáng)含水層的威脅和危害，同時(shí)還不同程度受斷層、陷落柱突水以及老塘透水的威脅。如：2001年劉橋一礦623和626工作面發(fā)生太灰含水層突水，突水量達(dá)到365m3/h，對(duì)生產(chǎn)造成較大影響；恒源煤礦曾發(fā)生4413工作面頂板砂巖潰水事故，水量達(dá)284m3/h；1988年百善煤礦發(fā)生頂板抽冒事故

5、，埋沒(méi)工作面的全部支架；2001年祁東煤礦發(fā)生頂板松散層底含沙層潰水，水量達(dá)1520m3/h，淹沒(méi)礦井；任樓煤礦1996年3月發(fā)生陷落柱突水，水量為34570m3/h，淹沒(méi)礦井；另外，劉橋一礦、孟莊煤礦也曾發(fā)生老塘透水事故。物探方法能夠超前探測(cè)井下不同空間的含水異常體，能將透水事故抑制在萌芽狀態(tài)。物探方法因其快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為煤礦防治水的一種主要方法。2）礦井瞬變電磁在超前探水中應(yīng)用及存在問(wèn)題對(duì)井下不同空間（頂板、底板、巷道前方、工作面內(nèi)）含水異常體的超前探測(cè)方法有很多種：直流電阻率法、音頻電透法、紅外探水法、無(wú)線電波透視法等，礦井瞬變電磁方法因其探測(cè)體積效應(yīng)小、移動(dòng)速度快、成本低、方

6、向性好而應(yīng)用廣泛，是近幾年來(lái)煤礦防治水青睞的一種非接觸式的電磁方法。將瞬變電磁法應(yīng)用于井下全空間經(jīng)歷了一段過(guò)程，從“煙圈效應(yīng)”向全空間傳播的過(guò)渡、井下觀測(cè)系統(tǒng)的確立、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（井下人文、天電、金屬等干擾的校正、視電阻率的計(jì)算、結(jié)果成像系統(tǒng)的顯示）的完善以及井下防爆設(shè)備的研制，從目前在各大礦務(wù)局的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析，這種方法應(yīng)用于井下是可行的，為煤礦防治水能提供一定得地質(zhì)依據(jù)。然而隨著煤礦防治水在空間位置（鉆孔的平面布置及孔深）上精度的進(jìn)一步提高，煤礦生產(chǎn)單位對(duì)物探結(jié)果的要求也越來(lái)越精細(xì)，這就要求礦井瞬變電磁在現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)隨地質(zhì)條件的變化作出相應(yīng)的改變。總體而言，以往針對(duì)不同的地質(zhì)條件礦井瞬變電磁

7、在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集時(shí)存在以下問(wèn)題：A）礦井瞬變電磁在井下的觀測(cè)系統(tǒng)只有兩種：“U”觀測(cè)系統(tǒng)及“扇形”觀測(cè)系統(tǒng)，井下數(shù)據(jù)采集時(shí)孤立的使用一種觀測(cè)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)量較小，結(jié)果解釋時(shí)精度不夠；B）“扇形”觀測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集時(shí)，隨煤層傾角變化時(shí)，角度不能精確定位，線框角度的放置隨意性太大。如此，數(shù)據(jù)解釋時(shí)會(huì)造成空間解釋的偏差；C）原有的資料解釋過(guò)程中，結(jié)果只能顯示視電阻率的結(jié)果擬斷面圖，顯示方法單一。基于上述三點(diǎn)，隨著煤層賦存條件的變化，礦井瞬變電磁法現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理時(shí)也應(yīng)有一定得變化，尤其是現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集應(yīng)建立更為可靠的、精確的、量化的新模式。3）本項(xiàng)目的研究目的和意義本課題擬選擇代表性煤礦（煤層賦存條

8、件變化比較明顯的煤礦）為研究基地。本項(xiàng)目利用改進(jìn)后的技術(shù)探測(cè)效果與以往沒(méi)有改進(jìn)的探測(cè)效果做對(duì)比，輔以實(shí)際鉆孔驗(yàn)證，對(duì)比探測(cè)技術(shù)（特別是礦井瞬變電磁線框設(shè)計(jì)前后）改變前后的探測(cè)效果與實(shí)際的誤差，驗(yàn)證如果礦井瞬變電磁線框放置的角度不準(zhǔn)確，為對(duì)煤層賦存條件發(fā)生變化的探測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的偏差。為煤礦防治水的工作進(jìn)一步提高精度，更進(jìn)一步的為煤礦的安全、高效開(kāi)采提供保障。主要研究、（試驗(yàn)內(nèi)容和技術(shù)關(guān)鍵）（包括技術(shù)途徑，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，提出技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性報(bào)告）：1）主要研究?jī)?nèi)容本項(xiàng)目的主要目的是建立新的礦井瞬變電磁探測(cè)體系，進(jìn)一步提高探測(cè)解釋的精度，不僅能夠解決井下不同空間的含水異常體的精準(zhǔn)位置，更為重要的

9、是要對(duì)含水異常體的類型做精細(xì)判別。依據(jù)這一目的，主要的研究?jī)?nèi)容如下：A）對(duì)礦井瞬變電磁的基本理論做全新研究，進(jìn)一步模擬煙圈效應(yīng)在全空間下的具體形態(tài)；B）對(duì)礦井瞬變電磁在井下受到的干擾類型進(jìn)行劃分，模擬不同類型的干擾對(duì)煤、巖的正常響應(yīng)的影響；C）進(jìn)一步研究煤層賦存條件發(fā)生變化時(shí)觀測(cè)系統(tǒng)的建立，討論“U”觀測(cè)系統(tǒng)及“扇形”觀測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的具體條件；D）基于上述的理論研究，在煤層賦存條件發(fā)生變化時(shí)，設(shè)計(jì) “扇形”觀測(cè)系統(tǒng)布置時(shí)線框角度隨意精準(zhǔn)變化；E）通過(guò)探測(cè)對(duì)比線框在設(shè)計(jì)前后的效果，驗(yàn)證角度精準(zhǔn)自由變化的重要性；F）進(jìn)一步完善在這樣的探測(cè)方法下的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及資料解釋中的結(jié)果顯示方式；2）擬解決的關(guān)

10、鍵問(wèn)題依據(jù)項(xiàng)目的研究目的，本項(xiàng)目需解決的關(guān)鍵問(wèn)題包括：A）研究煤層的傾角變化與礦井瞬變電磁探測(cè)方向的關(guān)系；B）設(shè)計(jì)礦井瞬變電磁探測(cè)線框精準(zhǔn)自由變化；C）全新礦井瞬變電磁探測(cè)體系的確立。3）可行性分析基于項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容和關(guān)鍵問(wèn)題，可行性分析主要包括設(shè)計(jì)線框的探測(cè)與對(duì)比試驗(yàn)、關(guān)鍵問(wèn)題解決兩部分。A）設(shè)計(jì)線框的探測(cè)與對(duì)比試驗(yàn)的可能性：項(xiàng)目申報(bào)者在攻讀碩士研究生期間，完成了國(guó)內(nèi)第一款本安型礦井瞬變電磁的設(shè)計(jì)，因此，礦井瞬變電磁的整個(gè)探測(cè)系統(tǒng)較為熟悉，有能力設(shè)計(jì)隨煤層賦存條件變化的自由變化的探測(cè)線框；另外，項(xiàng)目組先期參與過(guò)皖北礦務(wù)局的礦井瞬變電磁探測(cè)項(xiàng)目，因此，設(shè)計(jì)線框的探測(cè)與對(duì)比試驗(yàn)也完全能夠勝任；B

11、）關(guān)鍵問(wèn)題解決的可行性：前面提及的三個(gè)“擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題”，首先是煤層的傾角變化與礦井瞬變電磁探測(cè)方向的關(guān)系，這一問(wèn)題相對(duì)容易解決，只需要加強(qiáng)對(duì)不同傾角的煤層進(jìn)行系統(tǒng)的采集、測(cè)試并適當(dāng)分析即可解決；然后是設(shè)計(jì)礦井瞬變電磁探測(cè)線框精準(zhǔn)自由變化，這一問(wèn)題重點(diǎn)在于解決線框變化角度時(shí)的精準(zhǔn)性，這個(gè)在工藝上存在可能性，并不難解決，關(guān)鍵是解決其便攜性及材料選擇時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的干擾性上；此外，就是資料解釋的單一性，以往的數(shù)據(jù)解釋結(jié)果是顯示視電阻率的擬斷面圖，在新的礦井瞬變電磁探測(cè)系統(tǒng)中結(jié)果解釋中一定要加進(jìn)去瞬變電磁在不同地球物理測(cè)點(diǎn)的多測(cè)道響應(yīng)剖面及單點(diǎn)的視電阻率隨深度的變化關(guān)系曲線，加強(qiáng)結(jié)果解釋的真實(shí)性及精準(zhǔn)性

12、。至于海量測(cè)試數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理技術(shù)，我們?cè)谝酝M(jìn)行過(guò)大量的研究，一般沒(méi)有問(wèn)題；軟件的編制在宿州學(xué)院內(nèi)部即可解決。綜上可知，有探測(cè)裝置設(shè)計(jì)、有測(cè)試手段、有處理方法，實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目的研究目標(biāo)是完全可行的。采用的研究、試驗(yàn)方法和技術(shù)路線（包括工藝流程）：本項(xiàng)目的研究方法主要結(jié)合研究?jī)?nèi)容而定，具體如下圖所示： 1）資料收與理論研究：基于煙圈傳播理論，研究煤層傾角的變化對(duì)探測(cè)效果的影響，弄清煤層的傾角與礦井瞬變電磁探測(cè)線框放置之間的關(guān)系； 2）探測(cè)線框的設(shè)計(jì)：在弄清礦井瞬變電磁探測(cè)方向與煤層傾角之間的關(guān)系的前提下，設(shè)計(jì)與研制可以角度自由精準(zhǔn)變化的線框，保證數(shù)據(jù)解釋時(shí)空間位置的精確性；3）數(shù)據(jù)處理與解析系統(tǒng)：

13、在現(xiàn)行的數(shù)據(jù)解釋軟件的基礎(chǔ)之上，增添數(shù)據(jù)顯示的方式及干擾校正的具體模式；4）設(shè)計(jì)前后的探測(cè)效果對(duì)比，研究全新的隨煤層賦存條件變化的物探方法；5）選擇特定的煤礦及巷道，連續(xù)跟蹤探測(cè)驗(yàn)證起設(shè)計(jì)的合理及精準(zhǔn)性；6）編寫報(bào)告，進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收。地點(diǎn)、試驗(yàn)規(guī)模和進(jìn)度安排：地點(diǎn)：擬定在祁東煤礦進(jìn)行研究工作。實(shí)驗(yàn)規(guī)模：選擇正在回采的煤層賦存條件存在變化的工作面即可。進(jìn)度安排：2012.7-2012.8月：收集資料及選擇試驗(yàn)巷道；2012.8-2012.9月：完成對(duì)礦井瞬變電磁探測(cè)線框的設(shè)計(jì)；2012.10月：對(duì)設(shè)計(jì)線框做探測(cè)試驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、提出新的探測(cè)系統(tǒng)，編制相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件；2012.11月：連續(xù)跟

14、蹤對(duì)比探測(cè)，驗(yàn)證并修改模型和軟件；2012. 12-2013.2月：編制報(bào)告、項(xiàng)目驗(yàn)收；經(jīng)費(fèi)概算（包括總概算和分年度預(yù)算的項(xiàng)目和費(fèi)用）：經(jīng)費(fèi)總概算：經(jīng)費(fèi)主要包括分析測(cè)試費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、數(shù)據(jù)分析-建模-軟件編制費(fèi)、差旅費(fèi)、報(bào)告編制費(fèi)和管理費(fèi)，具體如下：1）分析測(cè)試費(fèi)：包括10次驗(yàn)證探測(cè)，約30000元/次，合計(jì)30萬(wàn)元；2）線框設(shè)計(jì)費(fèi)用：主要是對(duì)礦井瞬變電磁探測(cè)線框的設(shè)計(jì)，估計(jì)4萬(wàn)元（主要是角度的設(shè)計(jì)及材料的選擇）；3）數(shù)據(jù)分析-建模-軟件編制費(fèi)：數(shù)據(jù)分析和建模費(fèi)用3萬(wàn)元，軟件編制2萬(wàn)元，合計(jì)5萬(wàn)元；4）報(bào)告編制、復(fù)制費(fèi)等：3萬(wàn)元；5）成果驗(yàn)收或鑒定費(fèi)：3萬(wàn)元6）管理費(fèi)用：按照10%收取，合計(jì)4.5

15、萬(wàn)元。以上費(fèi)用合計(jì)：49.4萬(wàn)元。主要設(shè)備和儀器（名稱、規(guī)格型號(hào)、數(shù)量）：礦井瞬變電磁儀器主機(jī)一套：TEM75HZ發(fā)射、接收線圈：2mX2m，匝數(shù)：16X32發(fā)射電壓：12V數(shù)據(jù)處理軟件一套：MTEMTEST1.0 經(jīng)辦人： 器材（供應(yīng)）部門負(fù)責(zé)人：承擔(dān)單位和主要協(xié)作單位及分工（包括研究、試制、試驗(yàn)各階段的各單位的分工和承擔(dān)的責(zé)任）：本項(xiàng)目由皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司和宿州學(xué)院地球科學(xué)與工程學(xué)院共同承擔(dān)，具體研究工作由安徽省煤礦勘探工程技術(shù)研究中心負(fù)責(zé)實(shí)施，包括項(xiàng)目設(shè)計(jì)、分析測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、報(bào)告編寫、匯報(bào)等。皖北煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司在研究中主要負(fù)責(zé)提供研究區(qū)以往研究資料，并協(xié)調(diào)樣品的采集工作；宿州學(xué)院負(fù)責(zé)線框的設(shè)計(jì)、測(cè)試工作，并對(duì)項(xiàng)目的組織、實(shí)施進(jìn)行協(xié)調(diào)。課題領(lǐng)導(dǎo)小組成員（單位、姓名、職務(wù)