26煤礦安全高效開采地質(zhì)保障系統(tǒng)

煤礦平安高效開采

地質(zhì)保證系統(tǒng)高產(chǎn)高效礦井技術(shù)是當(dāng)今世界采煤興隆國家普遍采用的一種先進(jìn)的現(xiàn)代化采煤技術(shù)和管理方式，也是衡量一個(gè)國家煤炭工業(yè)興隆程度的主要標(biāo)志“雙高〞礦井的建立是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程開采地質(zhì)條件掌握程度直接關(guān)系到采煤的經(jīng)濟(jì)效益，而采前盤區(qū)和任務(wù)面的地質(zhì)勘探那么是機(jī)械化開采尤其是綜采高產(chǎn)高效的地質(zhì)保證世界各主要產(chǎn)煤國家在開展機(jī)械化采煤中普遍遇到開采地質(zhì)條件與采煤設(shè)備的順應(yīng)性問題長(zhǎng)期以來，國內(nèi)仍以不能滿足綜采設(shè)計(jì)要求的精查地質(zhì)勘探資料作為礦井設(shè)計(jì)和采區(qū)布置的根據(jù)，忽視采區(qū)地質(zhì)條件分析研討，因此給開采帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失，更不能到達(dá)高產(chǎn)高效的目的。高產(chǎn)高效礦井地質(zhì)保證系統(tǒng)的根本概念高產(chǎn)高效礦井地質(zhì)保證系統(tǒng)是以預(yù)測(cè)預(yù)告為先導(dǎo)，以物探先行鉆探跟進(jìn)為手段，并依托先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)消費(fèi)地質(zhì)工

作的動(dòng)態(tài)管理。1.1煤層厚度及其變化由于受基底構(gòu)造、原始成煤環(huán)境、后期沖刷和構(gòu)造作用的影響，呵斥不同煤田、礦井或同一

礦井的不同采區(qū)、任務(wù)面的煤層厚度不同或出現(xiàn)增厚、變薄景象。當(dāng)煤層厚度

小于實(shí)踐

采高時(shí)，在任務(wù)面煤壁表現(xiàn)為破頂或破底，給綜采設(shè)備維護(hù)帶來困難；當(dāng)煤層厚度大于任務(wù)

面采高并撇頂煤時(shí)，由于煤層松軟，極易呵斥漏頂，給頂板管理呵斥不便。一、影響煤炭開采的地質(zhì)要素1.2頂、底板巖性空間分布及其穩(wěn)定性煤層頂、底板巖層穩(wěn)定是確保平安、高效消費(fèi)的根本條件。1.3構(gòu)造構(gòu)造對(duì)煤厚變化〔尤其是側(cè)向變化〕、瓦斯和礦井水的突出有艱苦影響。

1.4礦井水文地質(zhì)及瓦斯地質(zhì)瓦斯涌出量亦是高產(chǎn)高效任務(wù)面必需重點(diǎn)思索的要素之一1.5煤層中的其他地質(zhì)異常體在華北地域的煤田中，經(jīng)常有巖漿巖侵入體、巖溶陷落柱和煤層沖刷帶等地質(zhì)異常體出

現(xiàn)，嚴(yán)重影響綜采任務(wù)面的正常掘進(jìn)。二、高產(chǎn)高效礦井地質(zhì)保證系統(tǒng)的研討現(xiàn)狀在我國，隨著采煤機(jī)械化的迅速

提高，以前地質(zhì)部門提交的精查地質(zhì)勘探資料已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足礦井設(shè)計(jì)和采區(qū)布置的需求。

2.1

開展采區(qū)開采地質(zhì)條件綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)研討煤炭科學(xué)研討總院西安分院、中國礦業(yè)大學(xué)等單位采用塊段指數(shù)法、數(shù)理統(tǒng)計(jì)綜合評(píng)價(jià)法、

模糊數(shù)學(xué)法和數(shù)學(xué)力學(xué)法等，量化預(yù)測(cè)斷層及煤層斷裂強(qiáng)度。2.2采區(qū)高分辨三維地震勘探的研討與運(yùn)用獲得了突破性的進(jìn)展2.3探測(cè)手段的研討獲得顯著效果一批適用于礦井作業(yè)的防爆儀器，包括數(shù)字防爆橫波地震儀、數(shù)字防爆坑道無線電波透視儀

、數(shù)字防爆直流電法儀、防爆瑞雷波儀、鉆孔防爆直流電法儀、鉆孔防爆測(cè)斜儀以及坑道全

液壓鉆機(jī)系列等問世，為探測(cè)采煤任務(wù)面內(nèi)地質(zhì)異常體提供了條件。2.4針對(duì)高承壓水對(duì)煤礦開采的要挾，組織了

“六五〞攻關(guān)課題、“七五〞工業(yè)性實(shí)驗(yàn)和“八五〞二期工業(yè)性實(shí)驗(yàn)經(jīng)過分析研討

提出煤層底板“三帶〞概念，革新突水系數(shù)的涵義，進(jìn)而構(gòu)成了帶壓開采實(shí)際與方法，指

導(dǎo)奧陶系石灰?guī)r巖溶地下水水害防治。從目前的現(xiàn)狀來看，我國煤炭工業(yè)高產(chǎn)高效礦井消費(fèi)的地質(zhì)保證系統(tǒng)

的技術(shù)水準(zhǔn)較低、技術(shù)手段滯后、研討成果零散，研討成果還多處于定性階段，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)承當(dāng)

不起保證系統(tǒng)這一重?fù)?dān)。主要表如今以下幾個(gè)方面：(1)

研討水準(zhǔn)較低。(2)

監(jiān)測(cè)和探測(cè)手段較為落后，可靠性差。三、高產(chǎn)高效地質(zhì)保證系統(tǒng)研討的突破方向3.1在不同的地質(zhì)勘探階段，加強(qiáng)開采地質(zhì)條件評(píng)價(jià)的力度3.2完善和推行采區(qū)三維地震勘探技術(shù)3.3進(jìn)一步研制適宜礦井作業(yè)和實(shí)時(shí)處置的

物探儀器3.4建立高產(chǎn)高效礦井〔任務(wù)面〕地質(zhì)條件預(yù)測(cè)系統(tǒng)寺河礦大采高地質(zhì)保證技術(shù)運(yùn)用寺河礦４３０１任務(wù)面概略寺河礦4301任務(wù)面走向長(zhǎng)2352m，傾斜長(zhǎng)300m，是晉煤集團(tuán)首個(gè)長(zhǎng)度到達(dá)300m的超長(zhǎng)綜采任務(wù)面，由于綜采任務(wù)面規(guī)那么布置和延續(xù)作業(yè)的特性，其對(duì)煤層賦存形狀、地質(zhì)構(gòu)造的控制程度等地質(zhì)要素要求很高，所以必需建立有效的地質(zhì)保證體系。該任務(wù)面從設(shè)計(jì)到開采，一直立足于超前查明采區(qū)及任務(wù)面地質(zhì)條件，采用四級(jí)地質(zhì)保證技術(shù),保證超長(zhǎng)任務(wù)面平安高效開采。寺河礦四級(jí)地質(zhì)保證技術(shù)一、實(shí)施地面補(bǔ)充鉆探、三維地震勘探工程控制煤層賦存情況及地質(zhì)構(gòu)造。二、采用井下定向千米鉆孔探測(cè)技術(shù)進(jìn)展區(qū)域構(gòu)造探查。三、利用無線電波透視〔坑透〕等井下物探技術(shù)查明回采任務(wù)面的構(gòu)造及異常。四、采用頻次高、精度高的一周地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)告技術(shù)指點(diǎn)平安高效開采。一、實(shí)施地面補(bǔ)充鉆探、三維地震勘探工程控制煤層賦存情況及地質(zhì)構(gòu)造。采區(qū)、任務(wù)面設(shè)計(jì)布置前經(jīng)過鉆探補(bǔ)充勘探工程提高了勘探控制程度，采區(qū)高級(jí)儲(chǔ)量到達(dá)了100%，經(jīng)過三維地震勘探查明了采區(qū)內(nèi)落差≥5m的斷層及直徑≥25m陷落柱，查明了3#煤層的底板起伏形狀和波幅大于或等于10m的褶曲?！?〕、地面補(bǔ)充鉆探寺河礦東井屬原寺河井田勘探范圍，上世紀(jì)70年代，山西省煤化局地質(zhì)勘探一隊(duì)在原寺河井田進(jìn)展了精查地質(zhì)勘探，提交了<晉城礦區(qū)寺河井田煤礦精查勘探地質(zhì)報(bào)告>，根據(jù)原精查勘探地質(zhì)報(bào)告，東四采區(qū)勘探級(jí)別已較高，為了更加提高勘探精度，于2002—2005年期間在東井區(qū)規(guī)劃施工了27個(gè)補(bǔ)勘鉆孔，其中東四采區(qū)施工了15個(gè)，并于2006年提交了<寺河礦東區(qū)補(bǔ)充勘探地質(zhì)報(bào)告>。至此，東四采區(qū)勘探儲(chǔ)量級(jí)別全部到達(dá)了高級(jí)儲(chǔ)量，鉆孔點(diǎn)距及線距分別到達(dá)了600m，煤層延續(xù)性、穩(wěn)定性等賦存情況得到了高級(jí)控制，為采掘設(shè)計(jì)和部署提供了第一手可靠資料。〔2〕、地面三維地震勘探隨著三維地震勘探技術(shù)在全國煤田領(lǐng)域的逐漸推行，為進(jìn)一步查明采區(qū)內(nèi)落差≥5m的斷層及直徑≥25m陷落柱，查明3#煤層的底板起伏形狀和波幅大于或等于10m的褶曲，于2003—2004年由山西煤田綜合普查隊(duì)和山西第六工程勘察院對(duì)東四采區(qū)進(jìn)展了三維地震勘探，勘探面積共12.3Km2，構(gòu)成了三維地質(zhì)勘探報(bào)告及相關(guān)煤層底板等高線圖〔圖1〕。圖1三維地質(zhì)勘探煤層底板等高線圖二、采用井下定向千米鉆孔探測(cè)技術(shù)進(jìn)展區(qū)域構(gòu)造探查。在任務(wù)面掘進(jìn)前，利用長(zhǎng)間隔定向鉆孔軌跡準(zhǔn)確定位的特性，根據(jù)鉆孔的平面、剖面軌跡，經(jīng)過計(jì)算相應(yīng)煤層標(biāo)高、繪制等高線、分析異常點(diǎn)，從而進(jìn)一步分析預(yù)測(cè)出煤層的賦存形狀及地質(zhì)構(gòu)造等異常區(qū)。1、鉆孔軌跡成圖〔1〕把鉆孔軌跡數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器中的odadisk盤中拷出?！?〕把拷出的軌跡數(shù)據(jù)導(dǎo)入DGS成像軟件，再用DGS軟件生成Excel原始數(shù)據(jù)文件，在DGS軟件內(nèi)可以看出某鉆孔的各項(xiàng)參數(shù)和軌跡〔見圖2〕。在導(dǎo)出的Excel原始數(shù)據(jù)文件中，拷出總長(zhǎng)度、方位角、傾角三種數(shù)據(jù)，作為鉆孔軌跡成像數(shù)據(jù)。圖2DGS軟件生成的鉆孔參數(shù)及軌跡表示圖〔3〕把原始數(shù)據(jù)文件帶入曾經(jīng)編輯好的計(jì)算鉆孔軌跡的Excel表格，在表格內(nèi)自動(dòng)生成鉆孔軌跡坐標(biāo)值〔X,Y,Z,〕，再與AutoCAD銜接繪制出鉆孔軌跡。2、煤層賦存形狀分析〔1〕計(jì)算煤層底板標(biāo)高：實(shí)測(cè)千米鉆機(jī)施工位置的孔口標(biāo)高，由于千米鉆機(jī)在施工過程中具有探煤頂、探煤底軌跡〔見圖3〕，根據(jù)孔口實(shí)測(cè)標(biāo)高及探頂、探底軌跡計(jì)算出頂、底標(biāo)高，探頂點(diǎn)標(biāo)高參照附近地勘鉆孔資料減去煤層鉛垂厚度即可作為煤層底板標(biāo)高。圖3鉆孔探頂、探底軌跡表示圖〔2〕繪制煤層底板等高線圖，分析賦存形狀：根據(jù)計(jì)算出的底板標(biāo)高，結(jié)合已有巷道及地質(zhì)鉆孔資料，可以繪制出煤層底板等高線圖〔見圖4〕，從而分析出煤層的賦存形狀及地質(zhì)條件。圖4根據(jù)鉆孔軌跡計(jì)算標(biāo)高繪制的煤層底板等高線圖3、地質(zhì)異常區(qū)分析預(yù)測(cè)

〔1〕單孔異常分析：定向千米鉆孔在施工過程中存在軟煤、塌孔、見矸、頂鉆等異常景象，按照其DGS的準(zhǔn)確定位，可以做出每一孔，每一分支的剖面和平面軌跡，根據(jù)兩種軌跡，可以準(zhǔn)確標(biāo)定出單孔異常位置?！?〕綜合確定異常區(qū)域：根據(jù)單孔異常位置，結(jié)合煤層底板等高線圖、臨近巷道揭露情況和地勘資料，綜合分析，從而對(duì)地質(zhì)異常區(qū)給予確定和預(yù)測(cè)。圖5綜合分析異常區(qū)表示圖三、利用無線電波透視〔坑透〕等井下物探技術(shù)查明回采任務(wù)面的構(gòu)造及異常?；夭汕敖?jīng)過坑透結(jié)合井下鉆探〔千米定向鉆孔、MK抽放鉆孔〕進(jìn)一步查明了作面內(nèi)斷層及其分布范圍，準(zhǔn)確控制陷落柱的長(zhǎng)、短軸，查明沖刷帶、厚夾矸的發(fā)育情況等?？油钢饕翘綔y(cè)任務(wù)面內(nèi)隱伏的斷層、陷落柱、煤層沖刷變薄等異常以及順槽揭露的異常在任務(wù)面內(nèi)的延伸長(zhǎng)度。其根本原理是電磁波在井下穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其它異常時(shí)，波能量被吸收或完全被屏蔽，接納機(jī)收到很微弱的信號(hào)或收不到信號(hào)，構(gòu)成所謂透射異常，然后再根據(jù)順槽揭露資料進(jìn)展地質(zhì)推斷和解釋。在晉煤集團(tuán)坑透作為回采任務(wù)面物探手段，雖得到了成熟運(yùn)用，但其最大透視長(zhǎng)度在以往為220m，作為長(zhǎng)度300m的任務(wù)面，能否透視過去是擺在我們面前的一個(gè)新課題，我們超前謀劃，在到達(dá)300m的對(duì)掘巷道位置進(jìn)展了透視實(shí)驗(yàn)，選擇不同頻率進(jìn)展透視，根據(jù)接納數(shù)據(jù)分析，以為利用0.3MHz頻率透視300m長(zhǎng)的任務(wù)面在寺河礦是行得通的。任務(wù)面圈出后，采用0.3MHz頻率對(duì)該面進(jìn)展了全面坑透。由于我礦具有巷道斷面大、煤質(zhì)硬等特點(diǎn)，呵斥一些異常體對(duì)電磁波的衰減強(qiáng)度不明顯，從而出現(xiàn)過漏探、判別模糊、范圍不清等景象，為了盡能夠準(zhǔn)確圈定坑透異常區(qū)，在總結(jié)以往任務(wù)面坑透閱歷的根底上，對(duì)該面坑透中，在常規(guī)10m的觀測(cè)點(diǎn)距、一次透視掃描的根底上，對(duì)異常區(qū)進(jìn)展部分二次透視，經(jīng)過減少點(diǎn)距加密透視來進(jìn)一步準(zhǔn)確圈定異常區(qū)，其中對(duì)大坡度段、三維勘探異常區(qū)域、巷道揭露異常區(qū)域進(jìn)展了二次透視，獲得了較好的效果。超長(zhǎng)任務(wù)面坑透結(jié)果如圖6所示。圖6超長(zhǎng)任務(wù)面坑透結(jié)果圖四、采用頻次高、精度高的一周地質(zhì)預(yù)告技術(shù)指點(diǎn)平安高效開采。地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)告雖然有傳統(tǒng)的年報(bào)、季報(bào)、月報(bào)及暫時(shí)預(yù)告，但隨著超長(zhǎng)任務(wù)面平安高效建立，其對(duì)地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)告的精細(xì)化要求也越來越高，在采掘過程中，經(jīng)過跟蹤構(gòu)造、異常變化情況，及時(shí)搜集、分析地質(zhì)資料，利用三維地震再分析軟件實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析，定期編制一周地質(zhì)預(yù)告曾經(jīng)成為這一要求的主要保證手段。1、搜集已有地質(zhì)資料進(jìn)展分析預(yù)測(cè)

每周先搜集最新的實(shí)測(cè)進(jìn)尺、巷道實(shí)測(cè)高程、定向鉆孔探測(cè)資料、地面鉆孔地質(zhì)資料、采掘區(qū)域內(nèi)煤層賦存的變化情況及實(shí)踐揭露的地質(zhì)構(gòu)造情況等，以三維地震勘探資料和超前鉆孔為根底資料，進(jìn)展超前探測(cè)，超前預(yù)告。2、利用三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析技術(shù)進(jìn)展預(yù)測(cè)

在礦井的消費(fèi)、運(yùn)用過程中，隨著三維地震解釋技術(shù)的不斷改良和探采對(duì)比，仍需進(jìn)一步進(jìn)展再分析、再解釋，以指點(diǎn)礦井采掘部署和平安消費(fèi)。在采掘工程中，及時(shí)將已采掘的相關(guān)煤層底板標(biāo)高、補(bǔ)充鉆孔數(shù)據(jù)、構(gòu)造及異常數(shù)據(jù)匯總，配合利用解釋新技術(shù)，進(jìn)展再分析、再解釋。在重點(diǎn)地段，將地震信息與更多的井下實(shí)測(cè)標(biāo)高、鉆孔、測(cè)井等地質(zhì)資料更好地結(jié)合起來，重新提取出不同方向的三維剖面，進(jìn)展對(duì)比分析，從而更準(zhǔn)確地標(biāo)定煤層的賦存形狀。在實(shí)際中，主要用了三維可視化技術(shù)和實(shí)時(shí)提取時(shí)間剖面解釋技術(shù)?！?〕三維可視化技術(shù)將搜集并整理好的資料添加到三維地震數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)庫中，然后對(duì)該區(qū)塊的數(shù)據(jù)體重新進(jìn)展插值和執(zhí)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，最后擬合生成新的3#煤層的底板等高線和沿層振幅切片，并加載到三維可視化模塊當(dāng)中進(jìn)展整體顯示?！踩鐖D7〕圖7寺河礦盤區(qū)3#煤層底板可視立體圖〔2〕實(shí)時(shí)提取實(shí)際剖面解釋技術(shù)利用地震反射波的時(shí)間剖面對(duì)存在異常的區(qū)域每隔5米提取一條橫向和縱向的時(shí)間剖面，分析確定采、掘區(qū)域