(供稿:晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院有限公司(大同)技術(shù)中心 臧歡歡)
研發(fā)起止時(shí)間:2018.9~2020.12
完成單位:晉能控股集團(tuán)有限公司、太原理工大學(xué)、晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司、晉能控股山西科學(xué)技術(shù)研究院有限公司
成果水平:國(guó)際先進(jìn)
目前,大同礦區(qū)雙紀(jì)煤層多層采空/積水區(qū)探測(cè)存在的突出問(wèn)題是雙紀(jì)煤層的層間距大,石炭-二疊紀(jì)煤層賦存較深,地面和井下的常規(guī)探測(cè)設(shè)備不能精準(zhǔn)探測(cè)到石炭-二疊紀(jì)煤層頂板上方的積水層位和積水范圍,無(wú)法實(shí)現(xiàn)深部煤礦多層采空/積水區(qū)的遠(yuǎn)距離精準(zhǔn)探測(cè)。所以,有必要針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行深入研究,探究預(yù)測(cè)與防治采空積水的新方法、新技術(shù)和新設(shè)備。
(1)雙紀(jì)煤層圍巖破裂連通特征及時(shí)空演化規(guī)律
采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)試、理論研究、物理模擬和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了侏羅紀(jì)大間距煤層群下行開(kāi)采圍巖破壞與連通性特征,綜合分析了侏羅紀(jì)煤層底板采動(dòng)破壞深度與石炭-二疊紀(jì)煤層頂板裂隙擴(kuò)展高度,揭示了侏羅-石炭二疊雙紀(jì)煤層開(kāi)采擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、巨厚層間裂隙區(qū)及滲流場(chǎng)演化特征規(guī)律。
(2)深部大間距煤層群采空/積水區(qū)精準(zhǔn)立體探測(cè)體系
針對(duì)礦井遠(yuǎn)距離多層采空積水區(qū)的探測(cè)問(wèn)題,提出了地面探測(cè)與井下探測(cè)相結(jié)合、瞬變電磁法與直流電法相結(jié)合、物探解釋與采掘和抽放水資料相結(jié)合、多參數(shù)定性解釋與定量解釋相結(jié)合的綜合立體探測(cè)方法,構(gòu)建地面與井下、瞬變電磁與直流電法相結(jié)合的深部大間距煤層群采空/積水區(qū)精準(zhǔn)立體探測(cè)體系,如圖1所示。
圖1 井地聯(lián)合探測(cè)方法示意圖
(3)遠(yuǎn)距離精準(zhǔn)探測(cè)儀器及裝置的研發(fā)
常規(guī)的井下瞬變電磁發(fā)射裝置由單人或雙人手持來(lái)控制發(fā)射線(xiàn)框的高度及發(fā)射方向,最大問(wèn)題是發(fā)射方向或方向角偏差太大、接收數(shù)據(jù)中含有人體及其抖動(dòng)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)干擾,對(duì)所采集數(shù)據(jù)的可靠性影響較大,甚至?xí)?dǎo)致處理解釋結(jié)果出現(xiàn)假異常。為了解決現(xiàn)有設(shè)備的弊端,設(shè)計(jì)了一種傾斜巷道礦井瞬變電磁無(wú)干擾發(fā)射裝置,發(fā)射裝置的主視圖如圖2 所示。這種發(fā)射裝置為木質(zhì)卯榫結(jié)構(gòu),能精確控制發(fā)射方向、發(fā)射框邊長(zhǎng)、發(fā)射高度,有效避免人體或發(fā)射架體的電磁感應(yīng)影響,架體穩(wěn)定,而且適應(yīng)傾斜巷道地形,發(fā)射裝置主視圖及實(shí)物圖如圖2、圖3所示。
圖2 發(fā)射裝置的主視圖
圖3 發(fā)射裝置實(shí)物圖
(1)研究了侏羅紀(jì)大間距煤層群下行開(kāi)采圍巖破壞與連通性特征,應(yīng)用彈塑性理論,綜合分析了侏羅紀(jì)煤層底板采動(dòng)破壞深度與石炭-二疊紀(jì)煤層頂板裂隙擴(kuò)展高度,揭示了侏羅-石炭二疊雙紀(jì)煤層開(kāi)采擾動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)、巨厚層間裂隙區(qū)及滲流場(chǎng)演化特征規(guī)律。
(2)提出了深部煤礦多層采空積水區(qū)井地聯(lián)合探測(cè)的方法,構(gòu)建了地面與井下、瞬變電磁與直流電法相結(jié)合的深部大間距煤層群采空/積水區(qū)精準(zhǔn)立體探測(cè)體系。
(3)研制了礦井巷道瞬變電磁無(wú)干擾發(fā)射裝置,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離全方位電磁信號(hào)的發(fā)射與接收,提高了采空/積水區(qū)探測(cè)精度。
研究成果在金莊煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用,建立了一種深部煤礦多層采空/積水區(qū)井地聯(lián)合探測(cè)方法,實(shí)現(xiàn)了多層采空/積水區(qū)的精準(zhǔn)探測(cè),保證了礦井的安全高效生產(chǎn),項(xiàng)目的開(kāi)展為煤礦安全生產(chǎn)提供了可靠的保障措施。
本項(xiàng)目于2021年4月8日通過(guò)了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的專(zhuān)家鑒定,研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。