煤矿煤厚变化的预报方法

煤矿煤厚变化的预报方法

0煤层厚度对煤矿安全生产的影响随着煤矿开采深度的深化，煤矿厚度已成为制约煤矿生产和开发的重要因素，主要体现在三个方面。首先,由于煤层厚度变化部位通常是瓦斯聚集异常区,故会对采区巷道安全及布置造成影响。其次,煤层厚度变化会影响计划生产量,在己掘好的工作面回采巷道中,煤层变薄会减少可采煤量,直接影响煤矿计划的生产量。第三,煤层厚度变化会造成工作面回采率下降。如果能在煤矿开采前掌握煤层厚度的变化规律,并根据其变化规律采取相应的对策,则会降低因煤层厚度变化对矿井生产造成的不利影响。由此可见,煤层厚度对煤矿安全生产有着重要的现实意义。在煤田勘探中,单一的地质方法往往只能反映区域煤厚信息,对整体信息分析精度差;利用钻孔资料的对比、内插计算煤厚精度有限;地球物理方法的垂向、横向分辨率达不到解决煤厚精确变化的要求。因此,如何利用现有的方法预测薄层厚度,是众多国内外地质工作者探索和研究的重要课题。文中从地面和井下两方面列举现存的各种预测煤厚的方法,对比评价不同方法优缺点及影响因素,提供煤厚综合预测的新思路。1预测煤层厚度法1.1地面预测1.1.1矿区聚煤规律在地面利用地质分析法预测煤厚时,必须结合当前矿区地质资料,重点分析岩相古地理,总结出矿区的聚煤规律,掌握断层、褶皱和岩浆活动对区内煤厚影响规律。1.1.2无钻孔区域煤厚信息的计算在钻孔钻进煤层时,应特别注重煤芯的采取率,注意取全煤层的顶底板;利用区内钻孔煤厚资料通过数学插值、人工神经网络方法可计算无钻孔区域煤厚信息。在钻探时通常选用地球物理测井作为钻孔探测煤厚的一个补充、验证手段。1.1.3统计分析方法目前,地震勘探技术是预测煤厚的有效方法之一,主要包括基于煤层反射波形成机制的直接计算煤厚方法和运用地震波运动学、动力学地震属性参数与煤厚对应关系的统计分析方法。(1)直接预测方法。根据薄层理论及煤层反射波形成机理推导出直接计算厚度公式,进而求取煤厚的方法,包括振幅谱法、波阻抗反演、钻孔约束频域定量预测法等。(2)统计分析法。利用反射波运动学与动力学某些特征参数与厚度的统计关系,预测薄层的厚度变化。这些地震属性参数可分为时域振幅类参数、付氏谱类参数、自相关类参数及线性预测类参数。1.1.4磁体测量电磁法勘探通常包括天然电磁波法、瞬变电磁法及直流电法等,在煤田勘探中探测煤厚通常采用天然电磁波法。1.2矿工预测1.2.1岩溶暗河及岩溶暗河发育情况井下分析煤厚时,首先了解矿井内的成煤古地理环境、地质构造、煤系组成、含煤性变化及岩溶暗河发育情况;其次是根据已经掌握煤厚变化,进行煤厚变化原因分析,进一步圈定煤厚变化范围,总结变化趋势。1.2.2钻探使用普遍直接探查煤厚的技术手段有井下钻探、巷探。其中,钻探使用的最普遍,常用井下电煤钻或轻便小型钻机探查,巷探一般利用生产准备巷道,如煤门、溜煤眼或联络横贯等巷道探查。1.2.3地震勘探1.2.3.地面地震波追踪(1)在巷道空间,通过单点探测技术及反射共偏移探测技术可获取顶底板岩、煤层界面的地震波垂直反射信号,通过有效相位对比与追踪,可快速准确地获得顶底板剩余煤厚。(2)采用矿井震波超前探测技术获取巷道迎头前方地震反射信号,运用波场分离、偏移成像等方法,可以超前探测迎头前方煤厚变化趋势。1.2.3.煤厚评价的必要性工作面震波CT技术采用运输巷、回风巷和切眼等巷道构成的透射勘探观测系统,根据地震波速度与岩性的对应关系,进行煤厚评价。若在采煤工作面中出现高速区,在无其它特殊条件影响下即是相对高速的顶、底板介质取代了部分煤层位置,使得煤层变薄;反之煤层增厚。1.2.4磁体测量矿井巷道同地面一样,可选择天然电磁波法、瞬变电法及直流电法进行煤厚探测;而工作面普遍采用无线电波透视法。1.2.5地震波反射能量的属性联合解释在煤厚综合地球物理探测过程中,可以根据岩煤层地球物理性质差异,提取地震波反射能量与波速界面、电磁法的电阻率、电阻率变化率等多种属性参数,利用不同物性参数联合解释。在解释过程中一般基于“弹性波能量异常判定煤厚突变界面,视电阻率响应差异圈定煤层厚薄区域”的原则。2综合预测技术体系2.1综合探测研究(1)由于地质情况的复杂性、钻探的区域局限性以及物探的多解性,单一方法对煤厚预测的准确度并不十分可靠,且不同方法预测分析效果也不尽相同。为了提高准确性和精确度,必须开展综合预测研究。(2)综合探测的思想在地球物理专业应用较广泛,但是在矿井煤厚预测方面,少有涉及。现在综合预测多强调几种方法的综合运用,缺乏针对地质对象预测准确性评价,易造成一哄而上的局面。(3)目前,在实际工作中,缺乏对钻探和各种物探方法的选择、搭配及互相配合应用的综合方法研究,缺乏将地质工作、钻探、物探技术的成果结合起来进行煤厚准确定量的研究。2.2单一地质、地层及地面气象模拟分析总体来讲,预测煤厚方法分为地面和井下2个方面,而每一个方面具体又分为地质分析法、钻探(巷探)、地震法及电磁法等。不同预测方法的技术特点见表1。从表1来看,无论地面还是井下预测,基础的地质分析法优势是能有效反映区域信息,但对局部资料把握有限;钻探、巷探能真实反映目标介质周边信息,但远离控制区域,煤厚数据可靠性低;地球物理探测手段对煤厚的探测精度差异较大,测井及地震探测准确性高,而电磁法相对较低,电磁法探测准确度主要受到电磁干扰影响;综合物探可靠性强,但与直接接触类方法相比仍不能完全满足现场需求。通过上面分析可知,单一地质、钻探、物探方法针对煤厚敏感性不尽相同,单一方法均存在局限性。在实际预测过程中,需根据条件选取多种方法组合。2.3地层及地面地质互通矿井综合煤厚预测应以“以地质分析为核心,钻探为基础,钻探、物探与地质分析联合,地面井下结合,多元信息互补”为原则。(1)“以地质分析为核心”是指以地面和井下地质调查为主要手段,并将地质分析作为煤厚预测的核心,贯穿于整个预测工作。(2)“以钻探为基础”是指以地面钻探和井下钻探、巷探为基本手段,钻探能提出真实煤厚资料,同时能够验证物探结果,为物探校正物性参数提供依据。(3)“钻探、物探与地质分析联合”是指在开展地球物理测井、地震法、电磁法等。物探工作的同时,必须将物探解译,与已有钻孔资料及地质信息紧密结合。(4)“地面井下结合”是指将地面、井下巷道及工作面预测相结合,地面预测重点了解矿井区域煤厚资料,井下分析侧重把握局部煤厚信息。(5)“多元信息互补”是指预测过程中,地面的地质、钻探、物探资料及井下的钻探、实际掘进、回采收集的信息充分运用,多元信息进行融合互补。其中,在简单地质条件地区可利用现有的地质、钻探、地震资料进行联合解释;而对于复杂地质情况下除利用常规手段外,可采用测井、电磁法探测相结合,同时对地震资料进行精细处理,以便准确掌握煤厚信息。2.4地面应用地震资料在上述综合预测准则的指导下,建立综合预测技术体系,其工作流程如图1所示。首先,对矿井勘探设计资料进行详细研究,在地面结合钻孔及测井资料,参考三维地震资料,还可以借鉴其它物探方法信息,运用逻辑学、概率与统计学、物理学及计算机科学等各学科手段,勾勒出具体某一煤层厚度等值线图;然后,在井下运用钻探、物探手段及已获煤厚信息校正得出相对真实煤层厚度等值线图,以便指导安全高效生产。3融合多元