煤礦安全高效開采地質(zhì)保障系統(tǒng)課件

1、煤礦安全高效開采地質(zhì)保障系統(tǒng)煤礦安全高效開采地質(zhì)保障系統(tǒng)的研究意義 我煤炭工業(yè)由于地質(zhì)狀況查明不清，機(jī)械化程度低，生產(chǎn)效率低，90年代全國年煤炭產(chǎn)量約十億余 噸，職工人數(shù)超過700萬 80年代我國開始綜合機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)，難度很大。其中最大的問題是開采地質(zhì)條件復(fù)雜影響了機(jī)械化的效益。 1、綜采機(jī)械設(shè)備遇到3-5米斷層，便要停產(chǎn)搬家，造成經(jīng)濟(jì)損失； 2、頂板壓架事故造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,有時(shí)甚至人員傷亡。 3、淮南潘二礦：年設(shè)計(jì)能力300萬噸，因地質(zhì)構(gòu)造查明不清，投產(chǎn)十年后，產(chǎn)量一直在50萬噸左右，虧損20億元，2000年破產(chǎn)實(shí)施煤礦機(jī)械化高效開采，必須有可靠的地質(zhì)保障為基礎(chǔ)煤礦安全高效開采地質(zhì)保障

2、系統(tǒng)的研究意義深部煤炭資源賦存狀況掌握程度低，開發(fā)盲目性大 深部煤炭資源精確勘查的技術(shù)難度越來越大 深部開發(fā)地質(zhì)條件的變化，致災(zāi)因素增多，影響強(qiáng)度加大 突水事故井筒破裂圍巖變形巷道失穩(wěn)地溫增高瓦斯聚積 隨著煤礦開采深度加大，影響煤礦高效開采的地質(zhì)制約越來越大，研究建立先進(jìn)的地質(zhì)勘探技術(shù)與煤礦高效安全開采地質(zhì)保障系統(tǒng)迫在眉睫煤礦安全高效開采地質(zhì)保障系統(tǒng)的研究意義 礦井地質(zhì)工作要求能分辨3米的斷層和地質(zhì)異常體, 空間誤差1.5%。而精查地質(zhì)報(bào)告只能查明落差 20米的斷層。深部開發(fā)中，各種地質(zhì)因素影響礦井安全生產(chǎn)的問題將更加突出，傳統(tǒng)地質(zhì)成果和方法很難保障煤礦安全高效開采。必須依靠先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)與裝

3、備。煤礦物探技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)，很多地面先進(jìn)物探技術(shù)與裝備由于不符合煤礦安全規(guī)范不能用于煤礦，煤礦探測(cè)技術(shù)與裝備必須自主開發(fā)。煤礦高效安全開采地質(zhì)保障系統(tǒng)必須以先進(jìn)的物探技術(shù)為基礎(chǔ)，必須依靠自主開發(fā) 先進(jìn)高效的綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，必須查明采區(qū)內(nèi)落差3-5m的斷層，否則設(shè)備推進(jìn)速度慢、開采效益差. 精查地質(zhì)報(bào)告只能查明落差大于20米的斷層 迫切需要先進(jìn)可靠的煤礦復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造探測(cè)和預(yù)測(cè)技術(shù)。 以運(yùn)動(dòng)學(xué)為基礎(chǔ)的三維地震勘探理論認(rèn)為三維地震勘探只能解決落差13米的斷層和地質(zhì)異常體。 一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系背 景要查清落差3-5米的斷層，無論從理論和技術(shù)上的難度極大！ 結(jié)合我國煤礦特點(diǎn)，針對(duì)

4、煤礦小構(gòu)造、煤巖層結(jié)構(gòu)和厚度進(jìn)行長(zhǎng)期攻關(guān)，在煤礦高分辨三維地震勘探技術(shù)的： 理論研究 野外數(shù)據(jù)采集技術(shù) 數(shù)據(jù)處理技術(shù) 成果解釋技術(shù) 等方面進(jìn)行重點(diǎn)研究，取得一批具有自主產(chǎn)權(quán)的科研成果。研究?jī)?nèi)容一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系關(guān)鍵技術(shù)2：建立了以聚焦分析技術(shù)為基礎(chǔ)的地震野外數(shù)據(jù)采集技術(shù) 利用聚焦分析技術(shù)開發(fā)了三維地震探測(cè)數(shù)據(jù)采集與評(píng)價(jià)軟件，在淮南顧橋礦實(shí)施了井地聯(lián)合三維三分量數(shù)據(jù)采集，采集到800-1200m深煤系地層品質(zhì)良好的三維地震數(shù)據(jù)體。顧橋礦區(qū)全方位、高覆蓋、炮檢均勻的觀測(cè)系統(tǒng)常規(guī)地震野外采集評(píng)價(jià)方法我們地震野外采集評(píng)價(jià)方法一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系地表一致性校正（

5、淮南顧北礦）關(guān)鍵技術(shù)3：開發(fā)出由96個(gè)處理模塊組成的煤田地震數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（EMS）淮南顧北礦（深度: 890m）處理效果：高分辨率處理剖面中尖滅點(diǎn)、薄層分辨率明顯提高法國CGG軟件處理效果EMS系統(tǒng)處理效果法國CGG軟件處理效果EMS系統(tǒng)處理效果高分辨處理（淮南顧北礦）一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系關(guān)鍵技術(shù)4：建立了以-為約束的地震反演方法和精細(xì)構(gòu)造評(píng)估技術(shù) 建立了以人工伽瑪曲線為約束的地震反演方法、可視化解釋技術(shù)、精細(xì)地質(zhì)構(gòu)造分析評(píng)估技術(shù)。開發(fā)出具有自主產(chǎn)權(quán)的微機(jī)版煤田高分辨地震解釋軟件。斷層陷落柱時(shí)差分析斷層檢測(cè)與落差估計(jì)淮南礦區(qū)潘一礦地震反演剖面(深度: 780m)利用三維可視

6、化技術(shù)確定煤層的空間形態(tài)三維地震勘探微機(jī)解釋系統(tǒng)一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系T i m e 0.5 0.6Line 354100m565ms落差小于5米大于3米的小斷層在時(shí)間剖面（左）和水平切片上的顯示 應(yīng)用效果1：可精確識(shí)別斷距3-5米的小斷層，為保證機(jī)械化生產(chǎn)提供可靠的地質(zhì)保障一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系0.4s0.5s0.6sLine 176 大型陷落柱在時(shí)間剖面上的顯示100m 小型陷落柱在地震時(shí)間剖面上的顯示coal0.2s0.3s0.4s應(yīng)用效果2：可精確探測(cè)直徑20米的陷落柱狀況，為保證綜采裝備的推進(jìn)、防止煤礦突水事故的發(fā)生提供精確地質(zhì)預(yù)警一、煤礦小構(gòu)造高

7、分辨三維地震勘探技術(shù)體系剖面上為反射波的突變 應(yīng)用效果3：可準(zhǔn)確探測(cè)出深度500米的3米3米的煤礦巷道，保障煤礦生產(chǎn)布局和生產(chǎn)安全。在沿層振幅切上表現(xiàn)為強(qiáng)振幅探測(cè)的巷道位置與煤礦提供的實(shí)際平面位置相符 3米3米巷道在時(shí)間剖面上的顯示（沿巷道剖面）一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系采空區(qū)邊界地震反射波出現(xiàn)中斷，采空部位地震波得零亂采空區(qū)在沿層振幅切片上表現(xiàn)為弱振幅帶 應(yīng)用效果5：可準(zhǔn)確探測(cè)出深度350米的煤礦采空區(qū)邊界，指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)布局，保障生產(chǎn)安全。采空區(qū)邊界通過強(qiáng)弱振幅變化帶圈定一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系應(yīng)用效果6：精確預(yù)測(cè)煤層厚度，1米的煤層厚度預(yù)測(cè)精度達(dá)95%以上?？?/p>

8、用來指導(dǎo)采區(qū)布置、開采方法選擇和開采資源的管理。一、煤礦小構(gòu)造高分辨三維地震勘探技術(shù)體系1）地震探測(cè)精確度高，通過努力能夠查明落差3-5m的小斷層和小褶皺；2）地震探測(cè)信息量大，地震探測(cè)橫向連續(xù)性好，采樣間距小，能夠識(shí)別頂板巖性、煤層厚度、煤體滑脫面、構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)、吸附態(tài)瓦斯富集部位等瓦斯地質(zhì)指標(biāo);3）地震探測(cè)整體性強(qiáng)，得到的是三維數(shù)據(jù)體的空間形態(tài)。地震結(jié)合測(cè)井垂向分辨率高；地質(zhì)結(jié)合測(cè)井可靠性高;4）地震探測(cè)能夠直接得到吸附瓦斯富集的部位，并對(duì)斷層附近的游離瓦斯有明顯反應(yīng)；我國95%的煤礦是地下開采，煤層賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，瓦斯分布不均，對(duì)煤礦安全開采造成嚴(yán)重威脅。二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技

9、術(shù)與方法地層：石炭二疊紀(jì)煤系煤層：上石盒子組13-1煤層位置：淮南煤田構(gòu)造：淮南復(fù)式向斜以淮南煤田為靶區(qū)，對(duì)瓦斯富集與突出部位進(jìn)行了詳細(xì)研究二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法完成的實(shí)際工作量主要工作量集中在資料采集和系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用兩個(gè)方面課題目前作了大量的研究任務(wù)測(cè)井資料分析巖樣測(cè)試三分量VSP井三維縱波采集二維三分量采集三維三分量采集礦 井多波地震儀野外設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)地震資料處理軟件三參數(shù)AVO反演軟件生產(chǎn)性科研報(bào)告200口 89塊 1口 42km2 7km 15km2 1套 1套 1套 1套 5份二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法瓦斯突出煤體結(jié)構(gòu)高分辨測(cè)井技術(shù)礦井瓦斯突出部位預(yù)測(cè)的地

10、震反演技術(shù)精確探測(cè)瓦斯富集部位的三維三分量地震探測(cè)技術(shù)瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù) 通過十年的艱苦奮斗和探索,初步摸索到瓦斯在地球物理探測(cè)中的響應(yīng)特征,并實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的突破二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法瓦斯突出煤體結(jié)構(gòu)的測(cè)井曲線特征高視電阻率 高伽瑪伽瑪高自然電位低聲波速度低自然伽瑪對(duì)144個(gè)鉆孔的測(cè)井資料進(jìn)行分析 構(gòu)造煤測(cè)井曲線具有“三高二低”的特點(diǎn)：二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法1、瓦斯突出部位預(yù)測(cè)的地震探測(cè)與反演技術(shù)不同突出危險(xiǎn)程度煤體的測(cè)井響應(yīng)特征物性響應(yīng)參數(shù)非突出煤體過渡煤體突出煤體嚴(yán)重突出煤體密度/gcm-31.651.55-1.651.45-1.551.

11、45孔隙度nv/%5.5揮發(fā)分Vdaf /%3632-3628-3243-42-32泊松比0.4抗拉強(qiáng)度Rc/MPa0.450.35-0.450.25-0.35128-124-820501850-20501650-18501650視電阻率電位DLW/m200伽瑪伽瑪HGG/mc-1670自然伽瑪HG/1410-146-106聲波時(shí)差SV/usm-1500二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法1、瓦斯突出部位預(yù)測(cè)的地震探測(cè)與反演技術(shù)地震測(cè)井聯(lián)合屬性分析識(shí)別煤層宏觀結(jié)構(gòu)13-1煤層構(gòu)造煤Inline 309局部放大圖煤層及構(gòu)造煤預(yù)測(cè)剖面圖滑脫面Inline 252局部放大圖煤層及構(gòu)造煤預(yù)測(cè)剖面圖含

12、裂隙煤層的多波地震響應(yīng) 含直立裂隙煤層地質(zhì)模型 多波響應(yīng)3 精確探測(cè)瓦斯富集部位的三維三分量地震探測(cè)技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法三分量地震處理系統(tǒng) 核 心：基礎(chǔ)理論和方法研究成果平 臺(tái)：當(dāng)前地震成熟軟件系統(tǒng)系 統(tǒng)：獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)適用性：二維和三維模塊數(shù)：二維31個(gè)，三維46個(gè) 作 用：填補(bǔ)國內(nèi)煤層氣處理軟件 空白3 精確探測(cè)瓦斯富集部位的三維三分量地震探測(cè)技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法煤田三分量地震資料的處理 快慢波剖面快慢波處理3 精確探測(cè)瓦斯富集部位的三維三分量地震探測(cè)技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法煤田三分量地震資料的處理 棒狀線的方向代表快波偏振方向棒

13、狀線的長(zhǎng)短代表著快慢波時(shí)差快波方位與快慢波時(shí)差 快慢波時(shí)差等值線3 精確探測(cè)瓦斯富集部位的三維三分量地震探測(cè)技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法 煤層節(jié)理裂隙發(fā)育，單位體積的煤表面積大，則吸附態(tài)的瓦斯的能力大。而節(jié)理裂隙發(fā)育的煤層的泊松比增大，煤層與頂板、底板的泊松比差發(fā)生變化。這種泊松比差的變化引起振幅隨偏移距的變化。 使用地震振幅探測(cè)瓦斯就是利用振幅信息尋找煤層中的節(jié)理裂隙密集帶,即構(gòu)造煤發(fā)育區(qū)4 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)利用地震振幅變化判別瓦斯富集的原理二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法不同煤體的AVO響應(yīng) 煤層頂界面AVO響應(yīng) 無論是砂巖頂板還是頁泥巖頂板，軟分層

14、AVO特征比較突出，這對(duì)于使用AVO技術(shù)預(yù)測(cè)瓦斯富集是有利的，是本次模型正演的一個(gè)積極成果不同煤體的AVO模型砂巖原生煤泥巖原生煤砂巖構(gòu)造煤泥巖構(gòu)造煤4、 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法瓦斯突出煤層與非突出煤層的AVO響應(yīng)瓦斯突出點(diǎn)附近非瓦斯突出點(diǎn)附近非突出煤層的地震振幅隨著偏移距的增大呈上升趨勢(shì)瓦斯突出煤層地震振幅隨偏移距的增大呈下降趨勢(shì)4、 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法*136煤田地震資料精細(xì)解釋-AVO三參數(shù)反演技術(shù)提出了一種新的三參數(shù)AVO反演方法，能直接反演 、 K和三個(gè)彈性參數(shù)。用來預(yù)測(cè)瓦斯的

15、突出部位密度圖(瓦斯突出部位的密度小)瓦斯突出點(diǎn)剪切模量圖(瓦斯突出部位的剪切模量小)瓦斯突出點(diǎn)四 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)4、 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法根據(jù)三參數(shù)AVO反演結(jié)果預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)依據(jù)： 瓦斯突出煤層地震響應(yīng)為:密度減小，剪切模量和體積模量減小預(yù)測(cè)方法： 瓦斯突出區(qū)可通過預(yù)測(cè)低密度和（或）低剪切模量、低彈性模量區(qū)域來實(shí)現(xiàn)構(gòu)造煤區(qū)域5 建立了瓦斯富集區(qū)綜合地震預(yù)測(cè)方法四 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法根據(jù)快慢波時(shí)差預(yù)測(cè) 預(yù)測(cè)依據(jù)： 含裂隙煤層出現(xiàn)橫波分裂現(xiàn)象預(yù)測(cè)方法： 含裂隙煤層的快慢

16、波時(shí)差越大， 各向異性越強(qiáng)，裂隙越發(fā)育 快波方位探測(cè)裂隙發(fā)育方向 裂隙煤區(qū)域5 建立了瓦斯富集區(qū)綜合地震預(yù)測(cè)方法四 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法綜合相關(guān)地震地質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè) 對(duì)煤層厚度、構(gòu)造、埋深、頂?shù)装鍘r性和含氣性進(jìn)行多屬性綜合分析得到煤層底板等高線、各向異性系數(shù)、裂隙方位和快慢波時(shí)差背景下的預(yù)測(cè)分布圖 5 建立了瓦斯富集區(qū)綜合地震預(yù)測(cè)方法四 瓦斯富集區(qū)預(yù)測(cè)的地震振幅變化判別技術(shù)二、煤礦瓦斯災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)與方法 頂板穩(wěn)定性是影響煤礦開采的重要因素之一,常常造成壓架、停采和礦工生命安全事故 煤礦頂板冒落預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是一個(gè)十分復(fù)雜的技術(shù)難題，傳統(tǒng)的頂板

17、災(zāi)害防治研究側(cè)重力學(xué)機(jī)理和工程防治措施,對(duì)頂板地質(zhì)體的空間分布與預(yù)測(cè)考慮較少三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法背 景 用沉積地質(zhì)學(xué)、巖石力學(xué)、采礦工程學(xué)和地球物理探測(cè)的方法對(duì)煤層頂板巖體進(jìn)行綜合研究，分析頂板巖體結(jié)構(gòu)及其分布特征、不連續(xù)砂巖頂板在采礦過程中的力學(xué)響應(yīng)特征，建立煤礦頂板穩(wěn)定性地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法研究?jī)?nèi)容煤礦頂板巖體平面分布特征（淮南礦區(qū)13-1煤層）三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法 用巖石力學(xué)、沉積地質(zhì)學(xué)和采礦工程學(xué)的方法進(jìn)行綜合研究，分析了不連續(xù)砂巖頂板在采礦過程中的力學(xué)響應(yīng)特征，建立了沉積非連續(xù)介質(zhì)頂板地質(zhì)力學(xué)模型，用來指導(dǎo)頂板冒落預(yù)測(cè) I區(qū)的砂巖體彈性地基梁計(jì)算模式

18、煤層頂板沉積非連續(xù)介質(zhì)地質(zhì)力學(xué)模型 關(guān)鍵技術(shù)1：建立了煤礦沉積非連續(xù)介質(zhì)頂板地質(zhì)力學(xué)模型三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法通過礦區(qū)詳細(xì)地質(zhì)調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室研究，發(fā)現(xiàn)砂巖頂板的空間分布控制了煤層頂板的穩(wěn)定性,砂巖頂板變薄尖滅區(qū)是頂板災(zāi)害易發(fā)區(qū)。 關(guān)鍵技術(shù)2：發(fā)現(xiàn)煤礦砂巖頂板變薄尖滅區(qū)是頂板災(zāi)害易發(fā)區(qū)煤礦頂板砂巖變薄尖滅區(qū)穩(wěn)定性物理模擬淮南礦區(qū)潘一礦頂板冒落特征示意圖三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法 以鉆孔測(cè)竟曲線和三維地震勘探為基礎(chǔ)，建立了煤層頂板巖性綜合反演解釋技術(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)出老頂砂巖的變薄尖滅帶、沖刷帶和復(fù)合頂板分布區(qū) 關(guān)鍵技術(shù)3：準(zhǔn)確預(yù)測(cè)頂板砂巖變薄尖滅帶板巖性綜合反演解釋技術(shù)頂板砂

19、巖尖滅點(diǎn)13-1煤用常規(guī)鉆孔資料預(yù)測(cè)頂板變薄尖滅區(qū)（精度：125米）用鉆孔測(cè)井曲線與地震聯(lián)合反演技術(shù)預(yù)測(cè)頂板變薄尖滅區(qū)（精度：10米）三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法 巷道布置與古河床展布格局大角度相交三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法 關(guān)鍵技術(shù)4：結(jié)合不同礦區(qū)的具體情況，研究和建立一套利用宏觀地質(zhì)特征進(jìn)行綜采、綜放生產(chǎn)地質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo) 滑面或裂隙的角度錨固技術(shù)三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法 關(guān)鍵技術(shù)4：結(jié)合不同礦區(qū)的具體情況，研究和建立一套利用宏觀地質(zhì)特征進(jìn)行綜采、綜放生產(chǎn)地質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo) 古河床邊緣泥巖地層的側(cè)向錨桿支護(hù)技術(shù)三、煤層頂板穩(wěn)定性的地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)與方法 關(guān)鍵技術(shù)4：

20、結(jié)合不同礦區(qū)的具體情況，研究和建立一套利用宏觀地質(zhì)特征進(jìn)行綜采、綜放生產(chǎn)地質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法 近年來，煤礦突水災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重地影響煤礦安全高效開采 煤礦突水災(zāi)害主要涉及老空水、底板承壓水。由于地層結(jié)構(gòu)的多樣性，礦井水體分布的非均質(zhì)性、流動(dòng)性特征，礦井突水災(zāi)害源預(yù)測(cè)難度大；礦井突水災(zāi)害防治的關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)突水通道和富水區(qū)域的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)三維地震勘探的數(shù)據(jù)采集密度大，信息量大，通過努力，有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)突水構(gòu)造分布的 精確預(yù)測(cè)。根據(jù)礦井水的電性特征，采用地震與電法聯(lián)合探測(cè)的技術(shù)，可將礦井突水災(zāi)害源的預(yù)測(cè)精度大大提高。 關(guān)鍵技術(shù)1：通過高精度三維地震勘探，精確查明礦井有關(guān)

21、地質(zhì)構(gòu)造和巖溶構(gòu)造的分布狀況，預(yù)測(cè)可能的突水通道。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法逆斷層第四系底第四系底13-1煤13-1煤淮南顧橋礦區(qū)第四系斷層的分布狀況0.4s0.5s0.6sLine 176 大型陷落柱在時(shí)間剖面上的顯示100m 小型陷落柱在地震時(shí)間剖面上的顯示coal0.2s0.3s0.4s 關(guān)鍵技術(shù)2：利用三維地震勘探資料進(jìn)行屬性分析，準(zhǔn)確圈定采空區(qū)的分布狀況，預(yù)測(cè)可能的老窯積水區(qū)。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法淮南潘一礦采空區(qū)地震探測(cè)結(jié)果圖 關(guān)鍵技術(shù)3：根據(jù)灰?guī)r水相對(duì)灰?guī)r骨架移動(dòng)時(shí)灰?guī)r富水區(qū)的地震波縱波頻譜出現(xiàn)衰減特征，可以通過“主頻低值，低頻高值，高頻低

22、值”來判別礦井底板突水的可能性。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法在河南車集礦進(jìn)行了測(cè)試，鉆孔627附近為灰?guī)r富水區(qū)，鉆孔625附近為無水區(qū)域 關(guān)鍵技術(shù)4：在三維地震勘探基礎(chǔ)上，采用高密度電法、瞬變電磁等方法，進(jìn)一步確定導(dǎo)水構(gòu)造的富水性特征：電阻率越小，富水性越強(qiáng)。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法統(tǒng)計(jì)性分析，認(rèn)為30Hz，40Hz代表低頻， 50Hz，60Hz代表高頻。高阻低阻高阻低阻高阻低阻充水30%充水60%充水100%采空區(qū)富水性數(shù)值模擬結(jié)果 關(guān)鍵技術(shù)5：地質(zhì)雷達(dá)波遇到含水的空洞時(shí)，相位發(fā)生變化，與入射波相位相反；遇到空氣空洞時(shí)，電磁波的相位不變，空氣空洞中的多次波

23、較多；這種特征可準(zhǔn)確用來探測(cè)老空水 。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法1.5m 煤系砂泥巖 0.5m 灰?guī)r 3m溶洞灰?guī)r溶洞FDTD模擬示例500M天線不同尺度含氣、水空洞的雷達(dá)剖面圖含水空洞（40cm）含氣空洞（40cm）含水空洞（25cm）含氣空洞（25cm）200M含水空洞（25cm）900M含水空洞（25cm）含水溶洞在譜剖面上的特征應(yīng)用效果1：根據(jù)對(duì)地震資料的精細(xì)解釋，發(fā)現(xiàn)永城礦區(qū)的原生裂隙大多分布在次級(jí)背斜的軸部或北北東向構(gòu)造帶中，其走向與主構(gòu)造方向一致，并與煤層聯(lián)通。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法永城集團(tuán)城郊北礦斷層裂縫發(fā)育帶平面圖 應(yīng)用效果2：利用地質(zhì)

24、雷達(dá)可準(zhǔn)確探測(cè)出煤礦老空區(qū)的含水特征，指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)布局，保障生產(chǎn)安全。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法 地下陷落柱在反射能量上的特征 圈定滲水區(qū)域應(yīng)用效果3：在地震勘探基礎(chǔ)上，通過高密度電法，進(jìn)一步準(zhǔn)確確定采空區(qū)的富水性特征。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技術(shù)與方法123平朔三礦高密度電法的采空區(qū)探測(cè)結(jié)果在4#煤層發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)富水采空區(qū)，1采空區(qū)完全被水充填，2采空區(qū)80%被采空區(qū)充填；在9#煤發(fā)現(xiàn)有一個(gè)富水采空區(qū)，60%被水充填。應(yīng)用效果4：常采用直流電法、瞬變電磁和地震相結(jié)合超前探測(cè)方法可準(zhǔn)確探測(cè)出工作面前方的突水構(gòu)造，并確定其含水性特征。四、 礦井突水災(zāi)害源高分辨探測(cè)技術(shù)技

25、術(shù)與方法相對(duì)低阻區(qū)瞬變電磁探測(cè)（ PROTEM47）雜散反射地震探測(cè)陷落柱 煤礦生產(chǎn)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造的預(yù)測(cè)精度要求高，地面探測(cè)不能滿足生產(chǎn)的要求，必須在礦井內(nèi)進(jìn)一步探測(cè)。 國外成熟產(chǎn)品少, 設(shè)備存在以下主要不足： 1）設(shè)備不防爆，國家規(guī)定不準(zhǔn)在井下作業(yè)； 2）裝備非屏蔽，不適合礦井使用； 3）軟件不配套，無針對(duì)礦井的專門軟件 礦井物探經(jīng)歷了數(shù)十年的探索，先后出現(xiàn)了直流電法、槽波地震等方法，并取得了成效，但仍存在如下缺點(diǎn)： 1）探測(cè)精度較低； 2）采集速度慢； 3）儀器笨重，操作不方便 礦井物探儀器專業(yè)性強(qiáng)，探測(cè)裝備除地面探測(cè)裝備要求的技術(shù)指標(biāo)外，還必須防爆、屏蔽、抗干擾強(qiáng)，礦井探測(cè)裝備研制難度大，前

26、期投入大，風(fēng)險(xiǎn)大，非行業(yè)部門很少研制。五、研究發(fā)展了先進(jìn)礦井物探儀器和技術(shù)背 景礦井探測(cè)儀器與裝備必須依靠自主開發(fā)!研究?jī)?nèi)容 針對(duì)上述難題和煤礦需求，我們重點(diǎn)研制開發(fā)了兩套礦井探測(cè)儀器與相關(guān)技術(shù): 礦井多波地震儀:主要解決工作面前方100-150米范圍內(nèi)構(gòu)造和地質(zhì)異常的超前預(yù)測(cè)問題; 礦井地質(zhì)雷達(dá): 主要解決工作面前方或圍巖35米左右范圍內(nèi)地質(zhì)異常的精確快速預(yù)警問題礦井工作面超前探測(cè)示意五、研究發(fā)展了先進(jìn)礦井物探儀器和技術(shù)EMS-1礦井多波地震儀 關(guān)鍵技術(shù)1：自主開發(fā)出具有國際先進(jìn)水平的礦井多波地震儀,獲2項(xiàng)國家發(fā)明專利， 1項(xiàng)軟件版權(quán)。 該儀器可對(duì)圍巖和采煤工作面150米前方1.5米的異常地

27、質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別。系統(tǒng)特點(diǎn)三分量接收，網(wǎng)絡(luò)分布式控制儀器輕巧便攜，整個(gè)儀器重量3.25kg, 防爆可進(jìn)行多種地震波法的地震勘探自制主機(jī)數(shù)個(gè)智能三分量檢波器五、研究發(fā)展了先進(jìn)礦井物探儀器和技術(shù) 礦井多波地震儀與同類裝備比較參 量 儀器型號(hào)OPSEIS811-14I/O SYSTEM SN388本項(xiàng)目多波地震儀前端檢波器檢波分量單分量為主，用于多波勘探時(shí)，所配置的三分量檢波器三分量使用相同芯體三分量，Z對(duì)縱波，X、Y對(duì)橫波失 真0.1%0.1%5kg8kg3.9kg與檢波器合一，40kg車載、體積大40kg車載、體積大37kg高性能便攜機(jī)3kg主要參數(shù)增 益（dB）24、36、42、4812、

28、24、36、480、12、240、6、12、72采樣間隔（ms）1、2、40.5、1、2、40.5、1、2、40.024 人工設(shè)置動(dòng)態(tài)范圍（db）107、110、113115、119、120120左右120左右?guī)?寬3360Hz3420Hz10420Hz32kHz適用范圍深層勘探深層勘探深層勘探中、淺層勘探 是國內(nèi)外首創(chuàng)便攜分布式礦井多波地震儀，并具有領(lǐng)先的技術(shù)內(nèi)涵，處于國際先進(jìn)水平 五、研究發(fā)展了先進(jìn)礦井物探儀器和技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù)2：自主開發(fā)我國第一臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、實(shí)時(shí)處理、精度高的礦井地質(zhì)雷達(dá)。獲2項(xiàng)國家發(fā)明專利，1項(xiàng)實(shí)用新型專利，1項(xiàng)軟件版權(quán)。 該雷達(dá)系統(tǒng)可對(duì)圍巖和采煤工作面30-50

29、米前方的異常地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行快速探測(cè)和識(shí)別。礦井地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)礦井地質(zhì)雷達(dá)軟件系統(tǒng)五、研究發(fā)展了先進(jìn)礦井物探儀器和技術(shù)地質(zhì)雷達(dá)與同類裝備比較，在同類研究中處于國際領(lǐng)先水平主要參數(shù)主要雷達(dá)型號(hào)及其技術(shù)GR-1（中國礦大）SIR-20（美國）RIS（意大利）RAMAC/GPR（瑞典）EKKO100A（加拿大）CR-20（愛迪爾公司）前置增益8bit無無無無無發(fā)射電壓700V380V600V400V400V600V低噪放大器-20+60 dB-20+80dB無無無-20+40dB發(fā)射頻率200K120K100K100K100K100K測(cè)量時(shí)窗02000ns08000ns01800ns01800ns01800ns05000ns采樣點(diǎn)數(shù)1283276812840961284096128819212820962564096疊加次數(shù)13276812048132768132768110241 1024數(shù)據(jù)傳輸接口網(wǎng)口、USB并口并口并口幷口網(wǎng)口防爆天線有無無無無無雷達(dá)主機(jī)一體結(jié)構(gòu)一體結(jié)構(gòu)分體分體分體一體三維解釋有有無無無無其他GR1地質(zhì)雷達(dá)獨(dú)家具有軟件現(xiàn)代處理、現(xiàn)代譜分析、屬性識(shí)別等功能 通過防爆天線系統(tǒng)和屏蔽技術(shù)的研制成功，使雷達(dá)發(fā)射功率大大加強(qiáng)，探測(cè)距離大大加大。在國際上首次奠