26煤矿安全高效开采地质保障系统

煤矿平安高效开采

地质保证系统高产高效矿井技术是当今世界采煤兴隆国家普遍采用的一种先进的现代化采煤技术和管理方式，也是衡量一个国家煤炭工业兴隆程度的主要标志“双高〞矿井的建立是一项庞大的系统工程开采地质条件掌握程度直接关系到采煤的经济效益，而采前盘区和任务面的地质勘探那么是机械化开采尤其是综采高产高效的地质保证世界各主要产煤国家在开展机械化采煤中普遍遇到开采地质条件与采煤设备的顺应性问题长期以来，国内仍以不能满足综采设计要求的精查地质勘探资料作为矿井设计和采区布置的根据，忽视采区地质条件分析研讨，因此给开采带来较大的经济损失，更不能到达高产高效的目的。高产高效矿井地质保证系统的根本概念高产高效矿井地质保证系统是以预测预告为先导，以物探先行钻探跟进为手段，并依托先进的计算机技术实现消费地质工

作的动态管理。1.1煤层厚度及其变化由于受基底构造、原始成煤环境、后期冲刷和构造作用的影响，呵斥不同煤田、矿井或同一

矿井的不同采区、任务面的煤层厚度不同或出现增厚、变薄景象。当煤层厚度

小于实践

采高时，在任务面煤壁表现为破顶或破底，给综采设备维护带来困难；当煤层厚度大于任务

面采高并撇顶煤时，由于煤层松软，极易呵斥漏顶，给顶板管理呵斥不便。一、影响煤炭开采的地质要素1.2顶、底板岩性空间分布及其稳定性煤层顶、底板岩层稳定是确保平安、高效消费的根本条件。1.3构造构造对煤厚变化〔尤其是侧向变化〕、瓦斯和矿井水的突出有艰苦影响。

1.4矿井水文地质及瓦斯地质瓦斯涌出量亦是高产高效任务面必需重点思索的要素之一1.5煤层中的其他地质异常体在华北地域的煤田中，经常有岩浆岩侵入体、岩溶陷落柱和煤层冲刷带等地质异常体出

现，严重影响综采任务面的正常掘进。二、高产高效矿井地质保证系统的研讨现状在我国，随着采煤机械化的迅速

提高，以前地质部门提交的精查地质勘探资料已远远不能满足矿井设计和采区布置的需求。

2.1

开展采区开采地质条件综合评价和预测研讨煤炭科学研讨总院西安分院、中国矿业大学等单位采用块段指数法、数理统计综合评价法、

模糊数学法和数学力学法等，量化预测断层及煤层断裂强度。2.2采区高分辨三维地震勘探的研讨与运用获得了突破性的进展2.3探测手段的研讨获得显著效果一批适用于矿井作业的防爆仪器，包括数字防爆横波地震仪、数字防爆坑道无线电波透视仪

、数字防爆直流电法仪、防爆瑞雷波仪、钻孔防爆直流电法仪、钻孔防爆测斜仪以及坑道全

液压钻机系列等问世，为探测采煤任务面内地质异常体提供了条件。2.4针对高承压水对煤矿开采的要挟，组织了

“六五〞攻关课题、“七五〞工业性实验和“八五〞二期工业性实验经过分析研讨

提出煤层底板“三带〞概念，革新突水系数的涵义，进而构成了带压开采实际与方法，指

导奥陶系石灰岩岩溶地下水水害防治。从目前的现状来看，我国煤炭工业高产高效矿井消费的地质保证系统

的技术水准较低、技术手段滞后、研讨成果零散，研讨成果还多处于定性阶段，还远远承当

不起保证系统这一重担。主要表如今以下几个方面：(1)

研讨水准较低。(2)

监测和探测手段较为落后，可靠性差。三、高产高效地质保证系统研讨的突破方向3.1在不同的地质勘探阶段，加强开采地质条件评价的力度3.2完善和推行采区三维地震勘探技术3.3进一步研制适宜矿井作业和实时处置的

物探仪器3.4建立高产高效矿井〔任务面〕地质条件预测系统寺河矿大采高地质保证技术运用寺河矿４３０１任务面概略寺河矿4301任务面走向长2352m，倾斜长300m，是晋煤集团首个长度到达300m的超长综采任务面，由于综采任务面规那么布置和延续作业的特性，其对煤层赋存形状、地质构造的控制程度等地质要素要求很高，所以必需建立有效的地质保证体系。该任务面从设计到开采，一直立足于超前查明采区及任务面地质条件，采用四级地质保证技术,保证超长任务面平安高效开采。寺河矿四级地质保证技术一、实施地面补充钻探、三维地震勘探工程控制煤层赋存情况及地质构造。二、采用井下定向千米钻孔探测技术进展区域构造探查。三、利用无线电波透视〔坑透〕等井下物探技术查明回采任务面的构造及异常。四、采用频次高、精度高的一周地质预测预告技术指点平安高效开采。一、实施地面补充钻探、三维地震勘探工程控制煤层赋存情况及地质构造。采区、任务面设计布置前经过钻探补充勘探工程提高了勘探控制程度，采区高级储量到达了100%，经过三维地震勘探查明了采区内落差≥5m的断层及直径≥25m陷落柱，查明了3#煤层的底板起伏形状和波幅大于或等于10m的褶曲。〔1〕、地面补充钻探寺河矿东井属原寺河井田勘探范围，上世纪70年代，山西省煤化局地质勘探一队在原寺河井田进展了精查地质勘探，提交了<晋城矿区寺河井田煤矿精查勘探地质报告>，根据原精查勘探地质报告，东四采区勘探级别已较高，为了更加提高勘探精度，于2002—2005年期间在东井区规划施工了27个补勘钻孔，其中东四采区施工了15个，并于2006年提交了<寺河矿东区补充勘探地质报告>。至此，东四采区勘探储量级别全部到达了高级储量，钻孔点距及线距分别到达了600m，煤层延续性、稳定性等赋存情况得到了高级控制，为采掘设计和部署提供了第一手可靠资料。〔2〕、地面三维地震勘探随着三维地震勘探技术在全国煤田领域的逐渐推行，为进一步查明采区内落差≥5m的断层及直径≥25m陷落柱，查明3#煤层的底板起伏形状和波幅大于或等于10m的褶曲，于2003—2004年由山西煤田综合普查队和山西第六工程勘察院对东四采区进展了三维地震勘探，勘探面积共12.3Km2，构成了三维地质勘探报告及相关煤层底板等高线图〔图1〕。图1三维地质勘探煤层底板等高线图二、采用井下定向千米钻孔探测技术进展区域构造探查。在任务面掘进前，利用长间隔定向钻孔轨迹准确定位的特性，根据钻孔的平面、剖面轨迹，经过计算相应煤层标高、绘制等高线、分析异常点，从而进一步分析预测出煤层的赋存形状及地质构造等异常区。1、钻孔轨迹成图〔1〕把钻孔轨迹数据从存储器中的odadisk盘中拷出。〔2〕把拷出的轨迹数据导入DGS成像软件，再用DGS软件生成Excel原始数据文件，在DGS软件内可以看出某钻孔的各项参数和轨迹〔见图2〕。在导出的Excel原始数据文件中，拷出总长度、方位角、倾角三种数据，作为钻孔轨迹成像数据。图2DGS软件生成的钻孔参数及轨迹表示图〔3〕把原始数据文件带入曾经编辑好的计算钻孔轨迹的Excel表格，在表格内自动生成钻孔轨迹坐标值〔X,Y,Z,〕，再与AutoCAD衔接绘制出钻孔轨迹。2、煤层赋存形状分析〔1〕计算煤层底板标高：实测千米钻机施工位置的孔口标高，由于千米钻机在施工过程中具有探煤顶、探煤底轨迹〔见图3〕，根据孔口实测标高及探顶、探底轨迹计算出顶、底标高，探顶点标高参照附近地勘钻孔资料减去煤层铅垂厚度即可作为煤层底板标高。图3钻孔探顶、探底轨迹表示图〔2〕绘制煤层底板等高线图，分析赋存形状：根据计算出的底板标高，结合已有巷道及地质钻孔资料，可以绘制出煤层底板等高线图〔见图4〕，从而分析出煤层的赋存形状及地质条件。图4根据钻孔轨迹计算标高绘制的煤层底板等高线图3、地质异常区分析预测

〔1〕单孔异常分析：定向千米钻孔在施工过程中存在软煤、塌孔、见矸、顶钻等异常景象，按照其DGS的准确定位，可以做出每一孔，每一分支的剖面和平面轨迹，根据两种轨迹，可以准确标定出单孔异常位置。〔2〕综合确定异常区域：根据单孔异常位置，结合煤层底板等高线图、临近巷道揭露情况和地勘资料，综合分析，从而对地质异常区给予确定和预测。图5综合分析异常区表示图三、利用无线电波透视〔坑透〕等井下物探技术查明回采任务面的构造及异常。回采前经过坑透结合井下钻探〔千米定向钻孔、MK抽放钻孔〕进一步查明了作面内断层及其分布范围，准确控制陷落柱的长、短轴，查明冲刷带、厚夹矸的发育情况等。坑透主要是探测任务面内隐伏的断层、陷落柱、煤层冲刷变薄等异常以及顺槽揭露的异常在任务面内的延伸长度。其根本原理是电磁波在井下穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它异常时，波能量被吸收或完全被屏蔽，接纳机收到很微弱的信号或收不到信号，构成所谓透射异常，然后再根据顺槽揭露资料进展地质推断和解释。在晋煤集团坑透作为回采任务面物探手段，虽得到了成熟运用，但其最大透视长度在以往为220m，作为长度300m的任务面，能否透视过去是摆在我们面前的一个新课题，我们超前谋划，在到达300m的对掘巷道位置进展了透视实验，选择不同频率进展透视，根据接纳数据分析，以为利用0.3MHz频率透视300m长的任务面在寺河矿是行得通的。任务面圈出后，采用0.3MHz频率对该面进展了全面坑透。由于我矿具有巷道断面大、煤质硬等特点，呵斥一些异常体对电磁波的衰减强度不明显，从而出现过漏探、判别模糊、范围不清等景象，为了尽能够准确圈定坑透异常区，在总结以往任务面坑透阅历的根底上，对该面坑透中，在常规10m的观测点距、一次透视扫描的根底上，对异常区进展部分二次透视，经过减少点距加密透视来进一步准确圈定异常区，其中对大坡度段、三维勘探异常区域、巷道揭露异常区域进展了二次透视，获得了较好的效果。超长任务面坑透结果如图6所示。图6超长任务面坑透结果图四、采用频次高、精度高的一周地质预告技术指点平安高效开采。地质预测预告虽然有传统的年报、季报、月报及暂时预告，但随着超长任务面平安高效建立，其对地质预测预告的精细化要求也越来越高，在采掘过程中，经过跟踪构造、异常变化情况，及时搜集、分析地质资料，利用三维地震再分析软件实时动态分析，定期编制一周地质预告曾经成为这一要求的主要保证手段。1、搜集已有地质资料进展分析预测

每周先搜集最新的实测进尺、巷道实测高程、定向钻孔探测资料、地面钻孔地质资料、采掘区域内煤层赋存的变化情况及实践揭露的地质构造情况等，以三维地震勘探资料和超前钻孔为根底资料，进展超前探测，超前预告。2、利用三维实时动态分析技术进展预测

在矿井的消费、运用过程中，随着三维地震解释技术的不断改良和探采对比，仍需进一步进展再分析、再解释，以指点矿井采掘部署和平安消费。在采掘工程中，及时将已采掘的相关煤层底板标高、补充钻孔数据、构造及异常数据汇总，配合利用解释新技术，进展再分析、再解释。在重点地段，将地震信息与更多的井下实测标高、钻孔、测井等地质资料更好地结合起来，重新提取出不同方向的三维剖面，进展对比分析，从而更准确地标定煤层的赋存形状。在实际中，主要用了三维可视化技术和实时提取时间剖面解释技术。〔1〕三维可视化技术将搜集并整理好的资料添加到三维地震数据体的数据库中，然后对该区块的数据体重新进展插值和执行时深转换，最后拟合生成新的3#煤层的底板等高线和沿层振幅切片，并加载到三维可视化模块当中进展整体显示。〔如图7〕图7寺河矿盘区3#煤层底板可视立体图〔2〕实时提取实际剖面解释技术利用地震反射波的时间剖面对存在异常的区域每隔5米提取一条横向和纵向的时间剖面，分析确定采、掘区域