“煤炭安全高效绿色智能开采地质保障”会议论文

来源：《煤田地质与勘探》2020年第4期

煤炭地质工作是煤炭生产的基础性工作，“九五”末提出煤矿生产地质保障的概念。随着技术的不断进步，煤炭生产正在由安全、高效开采向绿色、智能开采发展，其对地质保障提出了更高要求。中煤科工集团西安研究院有限公司(简称西安研究院)多年来一直致力于煤矿地质保障理论、技术、装备及工程应用研究，为煤炭地质保障技术进步做出了突出贡献，挂靠在安徽理工大学的中国煤炭学会矿井地质专业委员会和西安研究院的中国煤炭工业安全技术学会煤矿水害防治专委会与中国地质学会、中国煤炭学会煤田地质专委会多年来持续打造煤炭地质保障技术交流高端平台，2020年以上专委会联合举办“煤炭安全高效绿色智能开采地质保障”学术论坛，同时征集会议论文，煤炭行业院士、知名专家和青年才俊一起探讨相关技术进展及难点问题。本刊选登部分论文，供同行交流。

行业视野: 地质
类别; 34个
关键词; 27位
专家; 7篇
论文; 4495IP
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钻孔瞬变电磁探测在水力压裂效果检测中的应用

作者(Author)：赵睿, 范涛, 李宇腾, 王继矿, 马媛, 王冰纯, 刘磊, 房哲

摘要：水力压裂技术广泛应用在矿井冲击地压防治、围岩卸压等各方面，但对于压裂效果的评价检测一直缺乏高效、直观的技术手段。为解决这一问题，采用动源动接收的钻孔瞬变电磁三分量探测方法，开发了一套适用于压裂孔内施工的探测装备以及配套施工工艺。在煤矿井下开展了2次工程试验，通过对比压裂前后2次探测数据垂直分量的处理结果，提取出纯异常场，确定主要裂缝分布范围，并根据2组水平分量的计算结果实现了异常体中心方位角定位，完成压裂裂缝的立体空间三维成像展示。研究表明：钻孔瞬变电磁三分量探测技术能够与煤矿井下压裂施工相结合，通过压裂前后探测结果对比获得压裂液的分布位置，进而分析压裂裂缝发育情况，实现压裂效果检测评价的目的。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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基于分段波形互相关的井下随采地震数据成像

作者(Author)：张唤兰, 王保利

摘要：随采地震勘探是以采煤机为震源的被动地震探测技术，由于采煤机是不断移动的、且其激发的是一种连续信号，因此常规数据处理方法无法直接应用。提出分段波形互相关方法，通过将采煤机产生的数据分段，采用互相关方法提取有效信号的走时，然后利用速度层析成像方法对工作面内部和切眼前方进行速度成像。利用波动方程对含异常体的工作面模型进行随采地震数值模拟，反演得到的成像结果和速度模型基本吻合；实际随采地震数据测试中，利用该方法对采煤机震源数据反演得到采动过程中地震波传播速度的成像结果，实现了对工作面内应力异常变化区域的实时动态监测。研究结果表明：基于分段互相关成像方法能解决采煤机震源信号处理问题，满足随采地震勘探技术实时性和稳定性的要求。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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应力干扰下煤层顶板水平井穿层分段压裂规律

作者(Author)：许耀波

摘要：穿层压裂是提高煤层顶板水平井产气量的关键技术，而应力干扰对煤层顶板水平井穿层分段压裂效果具有重要影响，为此，建立顶板水平井穿层分段压裂数值模型，研究应力干扰对穿层分段压裂裂缝扩展的影响规律。结果表明：煤层的岩石力学参数、压裂段间距和压裂施工方式是影响顶板水平井穿层压裂段间干扰的3个重要因素，随着煤层泊松比的降低，叠加应力逐渐增加，段间干扰程度增加；随着段间距离的增加，叠加应力逐渐减少、应力干扰逐渐减弱；顶板岩层内的叠加应力和应力干扰程度明显大于煤层；渗流扩散泄压施工产生的叠加应力明显低于连续压裂施工，段间干扰程度明显降低。研究得出连续施工的中硬煤层分段间距在90 m左右，软煤层分段间距在70~80 m较合理。扩散泄压压裂施工段间距相应降低，中硬煤层的分段间距在70 m左右、软煤层分段间距在60 m左右较合理。工程实践表明，顶板水平井分段压裂裂缝穿透了煤层，形成了较长裂缝，取得了较好的产气效果，实现对煤层的高效穿层压裂改造，研究结果为顶板水平井穿层压裂段间距优化提供了理论依据。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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综采工作面薄煤区无线电波多频率透视精细探测

作者(Author)：吴荣新, 沈国庆, 王汉卿, 肖玉林

摘要：对于综采工作面内的大范围薄煤区，采用无线电波单频率透视探测难以准确反映，严重影响工作面高效安全生产。为更加精细探查大范围薄煤区赋存情况，提出了无线电波多频率透视探测方法。以淮河能源集团张集矿1610A综采工作面为研究对象，根据研究区地质条件，选取0.088、0.158、0.365、0.965 MHz 4个频率透视探测，圈定了薄煤区范围, 对透视场强值及吸收系数值与工作频率的关系进行了分析。结果表明：随工作频率的升高，无线电波透视场强值总体上表现出下降的趋势，煤岩吸收系数值表现出上升的趋势；同一频率探测，煤层变薄程度越低，透视场强值越高，煤岩吸收系数值越低；不同频率探测，煤层变薄程度越低，不同频率的透视场强及吸收系数值差异越小；煤层变薄程度高的薄煤区在多个频率探测结果上均有反映，而变薄程度低的薄煤区仅在较高频率上有反映。多频率探测圈定的2个薄煤区范围与回采揭露验证相符合，证实多频率探测能够有效识别并圈定不同程度变薄区的影响范围，实现对煤层变薄区的精细探测。大于等于0.965 MHz频率的无线电波菲涅尔带窄，能量近线性传播，能够识别出走向上相距10 m的2个薄煤区。采用无线电波多频率探测可以实现工作面大范围地质异常区的精细探测。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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轻量化坑道钻机的研制及应用

作者(Author)：凡东, 王瑞泽, 田宏亮, 常江华

摘要：为解决坑道钻机质量大，在巷道中搬迁运输困难的问题，采用轻型结构设计与模块化组装思路，结合轻质材料应用，研制了由5052-H38态高强度铝合金作为主材的ZDY1200G型轻量化坑道钻机，钻机快速拆解后单部件最大质量292.5 kg。采用三维DIC散斑变系统对钻机铝合金给进机身在极限载荷下的应变与位移进行了测量分析，测得最大回转负载工况最大主应变为0.87%，最大起拔工况机身关键部位最大位移6.317 mm，未产生塑性变形，满足使用需求。钻机研制成功后在云南省沧源县某矿进行了现场工业性试验，完成了斜向下43°、深度512.68 m的取心钻孔。试验结果表明，采用铝合金的坑道钻机在强度、刚度、可靠性上与碳钢为主材的坑道钻机相当，并且具有搬迁运输方便的优点，能较好地应用于坑道钻探施工。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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煤层底板突水综合监测技术及其应用

作者(Author)：段建华

摘要：底板岩溶水害是华北型煤田较为普遍存在的问题，因其具有隐蔽性、突发性的特点，防治水工作面临巨大的问题和挑战，因此，底板突水监测预警已成为煤矿安全生产过程中的必要措施。底板水害的形成和发生都有一个从孕育、发展到发生的演变过程，在此过程的不同阶段，底板裂隙、岩层视电阻率等均会释放出对应的突水征兆，及时、准确、有效地采集这些信息，根据这些信息判别突水过程中的具体水文地质特征，为建立突水监测系统奠定了基础。根据突水三要素，在葛泉煤矿东井11916工作面，利用井–地–孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建了底板突水综合监测系统，对引起突水的导水通道和水源2个要素进行实时监测。监测结果表明：正常情况下，11916工作面回采过程中底板破坏深度为20~25 m，但是在2019年9月14日工作面推进到中间巷道时，运料巷和中间巷来自顶板的压力对底板破坏的叠加作用，以及附近的陷落柱原有破裂，致使该位置底板破坏深度加大，达到30~35 m，底板本溪灰岩水通过导水通道进入运料巷，底板出水2 m3/h，从视电阻率监测结果中不难发现1个低阻异常体从底板下逐步向上发育的过程。利用井–地–孔微震监测技术和视电阻率监测技术构建的底板突水综合监测系统能够捕捉到底板突水征兆，对于预测重特大水害事故的发生具有重要意义和实用价值。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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华北型煤田底板灰岩含水层超前区域治理模式与选择准则

作者(Author)：董书宁, 郭小铭, 刘其声, 王皓, 南生辉, 郑士田, 王宇航

摘要：为建立系统的超前区域水害探查治理技术体系，分析概括我国石炭–二叠纪煤田煤层赋存及水文地质条件，从水害治理工程的系统性出发，围绕我国煤层底板水害超前区域治理工程施工过程中钻孔施工条件、层位选取、钻进工艺3个主要因素，概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式。综合考虑煤层埋深、煤层底板承受水压、底板岩层结构组合等判识指标，确定了各类治理模式的选择准则；结合钻孔布设、注浆材料2项指标，进一步划分出超前区域治理亚类模式。以淮北矿区、韩城矿区2个典型超前区域治理工程实践为例，分析了各区域治理模式的选取原则及工程应用效果。研究成果对指导我国煤层底板含水层超前区域治理工程模式选择与底板注浆工程实施具有重要理论指导作用。

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煤田地质与勘探

2020年第04期

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