布尔台矿井地质保障系统建设进展与建议.pdf

第6期 陈健杨海平 邓元良 等布尔台矿井地质保障系统建设进展与建议 5 商魑韵 蘩 讨 布尔台矿井地质保障系统 建设进展与建议 木 陈 健 ， 杨海平 ， 邓元良 ， 陈肃彬 1 ． 咸阳市城市建设管理局市政工程公司， 陕西 咸阳7 1 2 0 0 0 ； 2 ． 神华集团万利煤炭分公司， 内蒙古 鄂尔多斯0 1 7 0 0 0 ； 3 ． 青海省地质调查院， 青海 西宁8 1 0 0 1 2 摘要 以影响布 尔台矿井综合机械化开采的主要地质因素为评价对象， 分析 了该矿井地质保障系 统建设 中取得的一些成就及存在的主要 问题。提 出了加 大开采地质条件的超前探测和综合研究力 度， 合理划分采区， 优化矿井设计、 依靠科技进步加快高效集约化矿井建设步伐、 强化顶板管理是实 现布 尔台矿井安全、 高产高效开采的重要地质保 障。 关键词 地质保障系统； 开采地质条件 ； 超前探测； 综合机械化开采 ； 布 尔台矿井 中图分类号 T D 1 6 3 ． 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 7 4 9 X 2 0 0 8 0 6 0 0 0 5 0 4 0 引言 建设本质安全型高产高效矿井是我国煤炭工业 的发展方向， 也是煤炭企业的追求 目标。安全高效 矿井要以可靠的地质保障系统 为基础， 随着先进的 采煤工艺技术普及和生产规模 的不断扩大 ， 煤矿采 掘对地质保障系统的评价方法和评价指标体系提出 了更高 、 更严格的要求。多年来， 许多学者从不同角 度对我 国安全 高效 矿井 地质 保 障系统 进行 了研 究L l J ， 比较一致的认识是矿井内中小型断层 、 煤层 厚度稳定性 、 顶底板条件 、 矿井水文地质和瓦斯地质 条件是评价煤矿地质保障系统建设的主要指标。本 文剖析了东胜煤田布尔台矿井地质保障系统建设取 得的进展， 并针对存在的一些问题提出了建议 ， 以期 对该矿井的安全高效生产有所裨益。 1 矿井地质背景及影响综采的主要 因素 1 ． 1 矿井地质背景 布尔台矿井位于鄂尔多斯市伊金霍洛旗布尔台 ’ 基金项 目 国家重大基础研究计划 项 目 深部煤炭资 源赋存规 律 、 开采地质条件与精细探测基础研究 2 0 0 6 C B 2 0 2 2 0 0 资助 。 收稿 日期 2 0 0 8 0 5 0 5 作者简介 陈健 1 9 6 2一 ， 男 ， 陕西 户县 人。 1 9 8 8年毕业 于西安地 质学院 ， 高级工程师 ， 主要从事矿井工程建设研究与管理工作。 乡境内， 地理坐标 东经 1 0 9 。 4 9 4 9 ” ～1 1 0 。 0 5 1 1 ” ， 北 纬 3 9 。 2 1 4 3 ” ～3 9 。 3 O 5 3 ” 。矿井范围由 2 5个拐点 连线圈定而成 ， 总体形态为不规则多边形 ， 总面积约 1 9 3 k m ， 由神华集团万利煤炭公司投资建设， 设计 年生产能力 2 0 0 0万 t 。 矿井中生界主要含煤地层为中侏罗统延安组 ， 岩石组合由白色、 浅灰色 、 灰 白色各级粒度砂岩 、 灰、 深灰色泥质粉砂岩 、 砂质泥岩、 泥岩和煤层组成， 为 内陆河湖环境含煤碎屑岩建造 ， 厚度 1 6 1 ． 5 5 2 8 4 ． 2 0 m， 平均 2 1 7 ． 04 m， 最小埋深 4 8 ． 7 5 m。该组含煤 8～ 3 1 层， 其中可采煤层共 1 0层 ， 主采煤层有 3 煤 层和 5 煤层 表 1 。布尔台矿井位于鄂尔多斯台 拗伊盟隆起东胜复式向斜东翼中东部 ， 地层走 向线 呈宽缓的“ s ” 形弯 曲， 倾 向南西或北东 ， 倾角 3 。 一 1 1 。 ， 迹线约 3 3 0 。 。矿井内发育次级短轴平缓褶皱 ， 波峰 、 波谷宽缓 ， 褶幅 1 0 m左右 ， 褶皱包络面向南西 倾伏。断层 以中小型高角度正断层与层滑断层为 主。矿井内无岩浆岩分布 ， 无陷落柱构造。 布尔台矿井属低瓦斯矿 ， 自然瓦斯成分以氮气 为主 ， C O 次之， 甲烷含量少 5 ％ 一3 5 ． 3 7 ％ 。主 采煤层不具备瓦斯突出危险性。 1 ． 2 影响矿井综采的主要地质因素分析 影响布尔台矿井开采的主要地质因素有构造条 件、 煤层条件和顶底板条件。 6 陕西煤炭 2 0 0 8年 断层构造较复杂 原煤田地质详查 、 精查勘探在 矿井内未发现断层和陷落柱构造 ， 将矿井勘探类型 归为构造简单类型。煤矿采掘生产中已经揭露了大 量落差 0 ． 5 71 2 m的中小型高角度正断层和层滑 断层。这些断层 的存在显得前期综采优化设计 、 采 区划分 、 工作面的布局不尽合理， 造成采面搬家和采 掘衔接紧张 ， 增大了工程掘岩量和掘进工程量 ， 加大 了顶板管理难度， 严重影响了生产效率和经济效益 ， 同时带来了一系列安全隐患 。 可采煤层赋存条件较差 布尔台矿井各可采煤 层间距较小 ， 属近距离煤层群开采。大部分可采煤 层厚度变化较大， 侧向延伸不稳定 ， 区内经常出现大 面积薄煤区和无煤区， 因此多数可采煤层厚度和稳 定性较差， 严重制约采区划分与工作面的布置。煤 层结构简单 ～较简单 ， 不含夹矸或含 1 ～ 2层泥岩夹 矸。煤体坚固性系数 0 ． 8 3 ～1 ． 0 9 ， 属软弱 ～ 较软弱 岩层 。 煤层顶底板力学强度低 布尔台矿井煤层顶底板 以砂质泥岩、 粉砂岩和泥岩等软质岩层为主， 夹透镜 状中细粒砂岩， 砂岩与粉砂质泥岩之间相变剧烈。煤 层顶底板节理构造发育 ， 岩体完整性差， 容易发生顶 板冒落。顶底板岩体力学强度与岩石类型和结构密 切相关。从饱和状态下主采煤层顶底板单 向抗压强 度和岩石坚固性系数测定结果 表2 可以看出， 煤层 顶底板岩石力学强度普遍较低 ， 砂岩的抗压强度和普 氏系数比粉砂质泥岩高。顶板强度指数为 2 ． 3 3 2 ． 3 9 ， 属I 类 不稳定 顶板， 管理难度比较大。 2 矿井地质保障系统建设情况 根据布尔台矿井采掘生产中揭露的地质问题， 万利公司已经改变 了以前对矿井地层产状平缓、 地 质构造简单的认识 ， 从满足综采工艺对地质条件要 求角度出发 ， 积极探索适合于矿井地质特色的保障 系统构建方法和新技术途径。 2 ． 1 井下地面探测相结合提高地质构造探测精度 为查明影响矿井工作面布置和采掘生产的地质 构造因素 ， 尤其是断层构造 ， 万利公司委托煤炭科学 研究总院西安研究院在矿井首采区井下大巷实施了 w瑞利波超前构造探测 ， 在寸草塔盘 区、 1 1盘 区约 l 0 ． 4 5 k m 范围内开展 了三维地震勘探。井下和地 第 6期 陈健杨海平 邓元良 等布尔台矿井地质保障系统建设进展与建议 7 面结合 、 多手段综合勘探评价提高 了探测区地质构 造超前探测精度 ， 取得了较好的构造预测效果。 表2 主采煤层顶底板主要岩石力学参数 2 ． 2 注重物探与地质研究的结合 万利公司委托西安研究院开展“ 布尔台矿井开 采地质条件综合研究” 工作， 圈定 了构造复杂区， 更 加理性地认识到矿井构造规律和生成机理 ， 加深 了 对三维地震勘探 、 瑞利波探测技术方法的理解 ， 提高 了对物探解释断层 的可靠性分析能力 ， 在煤矿生产 中发挥了重要的指导作用。 2 ． 3 加强开采地质条件分类研究 西安研究院采用层析法研究了布尔台矿井可采 煤层分布 ， 精确圈定 了无煤区和不可采区范围 ， 定量 评定厚度稳定性和可采性 ； 通过剖析煤层冲刷带砂 体特征和发育规律 、 量化预测 冲刷带分布及其对煤 层的冲蚀破坏程度 ； 查明矿井瓦斯赋存状况及控制 瓦斯集散的地质因素 ， 定量评价了主采煤层瓦斯突 出危险性 ； 结合煤层顶底板岩性、 岩石力学性质与构 造 ， 量化了顶板类型； 依据科学评定标准 ， 划分矿井 地质类型 ， 有效地解决 了采掘方式与地质条件相适 应问题 ， 为矿井安全高效生产提供了基础地质保障。 2 ． 4 地质信息动态管理和数字成图技术 近年来， 万利煤炭公司依托现代计算机技术和信 息动态管理软件 ， 利用地理信息系统 G e o g r a p h y i n f o r - m a ri o n s y s te m 技术建立地质信息数据库， 加强对矿井 生产中获取的各类原始地质信息进行集成存储、 分析 和预处理， 实现了矿井地质资料信息化、 绘图数字化、 图件三维可视化， 提高了矿井地质条件综合评价预测 精度， 为专家评价决策提供了较可靠依据。 3 矿井地质保障系统建设中的问题及建议 3 ． 1 矿井地质保障系统建设中存在的问题 三维地震勘探范围有限， 未知地质因素控制程 度低 布尔台矿井 目前处于生产初期 ， 开采主采煤层 中所遇到的地质构造、 煤层条件 、 顶底板条件 、 冲刷 带等都是勘探和建井阶段没有预见到的。随着生产 规模的扩大和矿井开采 向深部延伸 ， 一些未知地质 因素及其对矿井高产高效生产影 响程度将会增加。 如未采区主采煤层断层分布情况 、 主采煤层采完后 的下煤组构造条件 、 水文地质、 瓦斯地质 、 煤层顶底 板等条件及其对矿井生产影响程度。矿井大范围内 尚未开展三维地震勘探 ， 对影响工作面生产的未知 地质条件勘探程度低， 认识尚不全面。 对矿井小型断层和层滑断层探 测可靠性较低 布尔台矿井内中小型断层发育， 其中落差 日 ≤5 m 的小型高角度正断层占构造复杂区断层总数的 6 4 ． 3 ％， 层滑断层占2 5 ％。探采对 比验证表明， 三维地 震勘探对矿井小型断层的漏探率为4 2 ％， 对层滑断 层的漏探率几乎为 1 0 0 ％。一个高产高效工作面内 不能存在 H3 m的未知断层 ， 否则可能迫使采面 搬家⋯。因此 ， 三维地震勘探对矿井小 型断层 和层 滑断层漏探率高， 小型未知断层仍是影响矿井综采 生产 的最关键地质要素。 地质信息动态管理水平有待提 高 布尔台矿井 的原始资料已经实现了信息化、 图件数字化、 信息管 理网络化 ， 问题是对资料的二次开发力度和各类地 质信息之间关系的综合分析程度不够。例如 ， 由于 煤矿缺乏地球物理专业人才， 尤其是地质与地球物 理相结合的复合型人 才， 地质人员在利用三维地震 探测成果时往往将探测区的构造信息原封不动地照 搬过来 ， 缺少探采对 比的地质动态解释和地震信息 的再加工提炼过程。因此， 地质信息二次开发和综 合分析研究工作仍属于矿井地质保障系统建设的薄 弱环节。 3 ． 2 实现矿井安全高效开采的有关建议 8 陕西煤炭 2 0 0 8年 鉴于矿井 目前采掘范围有限， 三维地震和 w瑞 利波超前探测区域狭小 ， 随着矿井开采面积扩大和 采掘 向深部拓展 ， 许多新 的未知因素将会 出现并可 能成为影响综采的主要矛盾。为了保障煤矿生产在 安全 、 高产高效的前提条件下进行 ， 应以研究地质规 律为基础 ， 以地质量化预测为先导 ， 以先进的地球物 理探测技术为主要手段 ， 并依托现代计算机技术和 地质数据软件处理系统 ， 实现矿井生产的地质动态 解释和科学管理 。 加 大开采地质条件综合探测力度 针对矿井小 型断层发育 、 可采煤层厚度稳定性差的特点， 应在构 造相对简单区超前实施高精度高分辨率三维地震勘 探、 井下继续开展 w瑞利波超前探测 、 二维地震勘 探 、 直流电法物探 ， 实现多手段、 多方法综合探测 、 探 测成果综合分析和相互 印证 ， 以查明小构造分布情 况和可能出现的含水异常带 、 煤厚变异带与无煤区 ， 为优化采区和工作面设计提供精确可靠的地质资 料 。 优化设计、 合理划分采 区 为了满足机械化 、 集 中化生产要求， 应在矿井生产不 同阶段开 展相应性 质的地质工作 ， 对前期探采资料进行综合分析 和综 合评价， 加快 “ 数字化矿井” 建设 步伐 ， 建 立地质条 件动态预测系统。根据可采煤层赋存条件和矿井构 造特点修改原来 的采掘工程部 署， 优化生产设计。 应以确切的采面无法通过的中小型断层作为采区边 界 ， 重新划分采区， 但应尽量减少同时生产的采区个 数 ， 提高工作面单产。 依靠科技进步， 加快高效集约化矿井建设步伐 坚持走“ 科技办矿 、 科技管矿 、 科技兴矿” 的道路 ， 应 用新的构造地质学和矿井地质学理论指导矿井开采 地质条件研究。瞄准当前国际地球物理技术和设备 研制的最新动态 ， 大胆采用新设备 、 新技术手段 ， 不 断提高对综采工作面地质条件及诱发工程灾害源的 超前探测预报的精度和准确率。充分发挥各种采煤 工艺优势 ， 依据开采地质条件灵活选用采煤工艺， 合 理安排开采程序 ， 确保采面顺利衔接。在地质条件 适宜综采的区域 ， 以综采和轻 型支架放顶煤技术为 主导工艺 ； 对不适宜综采的地段采用普采 、 炮采等技 术 ， 实现资源最佳配置， 提高资源利用率 。推广使用 跨巷 ， 折巷 、 斜巷 、 旋转等变向开采， 提高综采工作面 储量 ， 增加工作面推进长度， 减少工作面搬家次数和 搬家费用 ， 加快矿井高效集约化生产步伐 ， 强化顶板管理 布尔台矿井煤层顶板岩性组合 复杂 ， 稳定性差， 在开采中应积极推广使用快速掘进 与快速支护技术 ， 大力开 展“ 支护锚 杆化矿井 ” 建 设， 根据煤层赋存条件和顶板稳定性参数 ， 合理选择 工作面支护形式 ， 改进支护手段。在地 质条件特殊 地段采用锚喷 、 可缩性支架 、 “ 锚 、 注 、 网、 带 、 梁” 复 合支护方式 ， 增加巷道稳定性 ， 提高支护质量。顶板 不稳定地段要适当降低采高 ， 缩小支柱间距 ， 增加支 柱密度 ， 提高支护强度。顶板较稳定地段采用液压 切顶支柱 ， 实现远距离操作 ， 机械回撤 ， 杜绝回柱放 顶事故。同时， 应从煤层本身 、 煤层顶底板岩层结构 和地应力分析人手 ， 结合岩体工程力学性质 、 采矿工 程研究 ， 逐步建立和完善预测采动区岩体应力分布 状态 、 采区地质异常状况 、 巷道和工作面顶板冒落等 灾害的监测预警方法技术的综合研究工作。 4 结论 1 影响布尔台矿井开采 的主要地质因素有断 层 、 煤层条件和顶底板条件。应在前期地质保 障系 统建设的基础上 ， 进一步提高地质条件超前探测精 度和综合解释工作 ， 探索各种地质 因素的相互关系， 加快“ 数字化矿井” 建设步伐 ， 提高地质信息动态管 理能力。 2 综采 固然是布尔台矿井主要采煤工艺， 在 地质条件不适宜综采的地段应发挥普采和炮采技术 优势， 以提高资源 回收率。根据矿井地质条件重新 划分采区， 优化采区设计 ， 合理安排采掘方式和采掘 程序 ， 确保采面顺利衔接。 3 建立采掘地质灾害监测预警方法技术的综合 研究， 加强安全生产长效机制建设， 提高顶板控制能 力， 为高产高效矿井安全生产提供可靠的地质保障。 参考文献 [ 1 ] 韩德馨， 彭苏萍．我国煤矿高产高效矿井地质保 障系统研究 回顾 及发展构想 [ J ] ． 中国煤炭， 2 0 0 2 ， 2 8 2 1 5 ． [ 2 j 李恒堂， 雷宝林， 杨光明．我国煤矿地质保障系统 技术发展 现状和前 景 [ J ] ． 煤 田地质 与勘探， 2 0 0 5 ， 3 3 增刊 91 3 ． [ 3 ] 董书宁．煤矿安全高效生产地质保障技术现状与 展望[ J ] ． 煤炭科学技术， 2 0 0 7， 3 5 3 1 5 ． [ 4 ] 刘世勋．矿井地质保障技术在神东矿区的应用 [ J ] ． 煤田地 质与勘 探， 2 0 0 4， 3 2 增刊 1 4 5一 上转第 4页 4 陕西煤炭 2 0 0 8钲 章 ， 要简洁明了， 有参考价值 ， 其他多余论述或雷同 的一般程序 以及那些华丽的画面尽可删去。 4 结语 编辑是站在人才背后的工作 ， 编辑 作者要甘 为人梯， 愿替他人作嫁 ， 要用热心、 耐心 、 细心 、 公 心和责任心对待每件来稿 ； 尽己所能 ， 将那些已经迈 开双脚的年轻者送上奋进之路 ， 推向展示舞台， 让他 们怀着自信前行。让那些辛劳一生， 默默奉献的过 来者， 用心血和双手创造 的丰富经验 ， 再为社会和人 类进步添砖加瓦。 陕西煤炭 期刊的编辑工作将 在科学发展观的引导下， 不断学习 ， 不断提高 ， 努力 架桥铺路 ， 尽心建造平台 ， 为煤炭技术进步， 为我 国 煤炭工业现代化的早 日实现 ， 作出应有的贡献。 参考文献 [ 1 ] 石平五． 采矿科学的现状和发展 [ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 5 增 刊 1 2 0 3 0 ． [ 2 ] 曲金田． 采用信息技术建设新型高产高效矿井 [ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 3 ， 1 7 9 ． [ 3 ] 范立民， 等． 浅埋煤层开采过程 中地下水流动变 化规律[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 3 ， 1 2 6 2 8 ． [ 4 ] 范立民， 王峰颢， 冉广庆． 论煤矿建设工程地质灾 下接第 8页 [ 5 ] 夏玉成．论高产高效工作面地质保障系统[ J ] ， 中 国煤田地质， 1 9 9 7 ， 9 增刊 3 3 3 6 ． [ 6 ] 赵存明， 王安民， 赵宗沛．双高矿井地质保证技术 条件的探讨[ J ] ． 煤田地质与勘探， 1 ,9 9 7 ， 2 5 5 3 6． [ 7 ] 丁焕仁．高产高效矿井安全生产的地质保障问题 害危险性评估[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 4 ， 2 3 5 ． [ 5 ] 范京道． 坚持科技创新实现跨越式发展[ J ] ． 陕西 煤炭， 2 0 0 6 ， 4 7 9 ． [ 6 ] 黄庆享． 煤炭资源绿色开采[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 8 1 1 8 2 1 ． [ 7 ] 毛开友． 采掘综合机械化的发展和创新[ J ] ． 陕西 煤炭， 2 0 0 8 ， 1 l 4一l 7 ． [ 8 ] 张占民， 李耀民． 煤炭信息技术发展趋势及解决 方案[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 5增刊 1 8 99 0 ． [ 9 ] 祁树雄． 建设数字型煤炭企业应采取的对策[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 5增刊 1 9 1 9 3 ． [ 1 0 ] 赵宇波． 陕西煤炭企业信息化建设分析与研究 [ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 5增刊 1 9 6 9 7 ． [ 1 1 ] 杜 锋， 梁 杰． 煤炭地下气化技术[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 3 ， 1 1 71 9 ． [ 1 2 ] 姜水军． 神东矿区煤矸石再洗可行性研究[ J ] ． 陕西煤炭， 2 0 0 7 ， 4 3 7 3 8 ． [ 1 3 ] 石平五． 我国科学采煤发展研究现状 [ J ] ． 陕西 煤炭， 2 0 0 8 ， 1 91 1 ． [ 1 4 ] 李维东． 科技论文的编辑加工[ J ] ． 科技编辑研 究 ， 2 0 0 5 ， 1 7 3 6 4 1 ． [ 1 5 ] 姚 远． 编辑社会角色的反思[ J ] ． 科技编辑研究， 2 0 02， 1 4 272 8． [ 8 ] [ 9 ] 一 --一--- 初探[ J ] ． 甘肃科技， 2 0 0 3 ， 1 9 1 1 7 4 7 6 ． 彭苏萍． 建立与完善我国煤矿高产高效矿井的地 质保障系统的几个问题[ A] ． 见 谢和平． 可持续 发展与煤炭工业报告文集[ C ] ． 北京 煤炭工业出 版社 ， 1 9 9 8 ， 1 9 2 5 ． 朱占虎， 刘 伯．试论高产高效矿井地质保障体系 [ J ] ． 中国煤田地质， 2 0 0 4， 1 6 4 6 6 6 7 ． Th e c o n s t r u c t i o n o f g e o l o g i c a l g u a r a nt e e s y s t e m i n Bu r t e M i n e a n d s o me s u g g e s t i o n s C HEN J i a n ，Y ANG Ha i p i n g ，D E NG Yu a n l i a n g ，CHE NG S u b i n 1 ．Mu n i c i p a l E n g i n e e r i n g c o r p o r a t i o n ， X i a n y a n g C i t y c o n s t r u c t i o n A d m i n i s t r a t i o n ， X i a n y a n g 7 1 2 0 0 0 ，C h i n a ； 2 ．Wa n l i B r a n c h，S h e n h u a G r o u p，Or d o s 0 1 7 0 0 0，C h i n a ； 3 ． Q i n g h a i G e o l o g i c a l S u r v e y I n s t i t u t e ， X i n i n g 8 1 0 0 1 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r a n a l y s e s t h e a c h i v e me n t a n d p r o b l e ms i n t h e c o n s t r u c t i o n o f g e o l o g i c al g u a r an t e e s y s t e m i n B u t t e Mi n e ．T h e mo s t i m p o r t ant g e o l o gi c a l g u a r a n t e e f o r c o n s t ruc t i n g s al e ， h i g h e ff i c i e n t B u r t e M i n e a r e g e g e o l o g y d e t e c t i n g i nv anc e ， o p t i m i z i n g d e s i g n ， u s i n g n e w s c i e n c e an d t e c h n o l o g y ，s t r e n g t h e n i n g r o o f c o n t rol an d S O o n ． Ke y wo r d s g e o l o g i c al g u a r an t e e s y s t e m；mi n i n g g e o l o g i c a l c o n d i t i o n；d e t e c t i n a d v a n c e ；f u l l y me c h a n i z e d mi n i n g；B u rt e mi n e