煤矿安全高效生产地质保障技术现状与展望

#$ 煤矿安全高效生产地质保障技术现状
#% #$ 煤田地质与勘探技术 ! ! 煤田地质与勘探技术是其他相关煤矿地质保障 技术发展的基础。从 )$ 世纪 %$ 年代以来，煤炭科 学研究总院西安研究院等科研院所在煤田构造、含 煤地层、沉积环境、应用煤岩学、煤田预测、煤层 气、数学地质及应用软件开发、煤系共伴生矿产与 煤综合利用、环境影响评价与治理等学科领域进行 了大量的科学研究探索，先后承担完成了包括国家 、“ N"+ ” 、重点科技攻关、社会公益项目、 “ M(+ ” 万方数据
第 +% 卷第 + 期! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
煤 炭 科 学 技 术!
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! )$$" 年 + 月
煤科总院 !" 年
煤矿安全高效生产地质保障技术现状与展望
董! 书! 宁
（ 煤炭科学研究总院 西安研究院，陕西 西安 ! "#$$%& ）
摘! 要：论述了煤矿安全高效生产地质保障技术、装备及应用现状，指出了存在的问题，并对今后 的发展作出了展望。 关键词：煤矿；安全高效；地质保障技术 中图分类号：’()! ! ! 文献标志码：*! ! ! 文章编号：$)%+ , )++( （ )$$" ） $+ , $$$# , $(
!"##$%& ’(&")&(*% )%+ ,#*’,$-& *. -*)/ 0(%$ 1$*/*1(-)/ 1")#)%&$$ &$-2%*/*1($’ &* (0,#*3$ ’).$&4 )%+ $..(-($%-4
! ! 准确的地质资料和超前预测是煤矿安全和高效 生产的最根本的保障条件。煤矿地质保障技术作为 煤矿安全、高效生产的关键技术之一，列入安全高 效矿井的五大保障体系。长期以来，我国煤田地质 和矿井地质工作者在煤矿开采地质条件的综合评 价、探测技术理论方法和探测仪器研制等方面进行 了大量探索，并寻求为矿井生产提供地质保障的技 术途径和措施，取得了长足进展。
-./0 12345657
（ !"!#$ %$&’"’(’)，*+"$# *,#- .)&)#/0+ %$&’"’(’)，!"!#$! "#$$%& ，*+"$#）
56’&#)-&：8269 :;:<= >69?399<9 @2< ?3==<5@ 96@3;@6A5 AB ?A;C D65< 7<ACA76?;C 73;=;5@<< @<?25ACA76<9 ;5> <E36:D<5@9 ;5> 6@9 ;::C6?;@6A59， ;5;CFG<9 @2< <H69@657 :=AIC<D9，;5> CAAJ9 BA=K;=> @2< B3@3=<L 7$48*#+’：?A;C D65<；9;B<@F ;5> <BB6?6<5@；7<ACA76?;C 73;=;5@<< @<?25ACA76<9
统” 、 “ 采区突水地质条件综合预测技术” 等项目， 及结合资源开采开展的试验研究，为高精度地分层 查清采场不同含水层的分布、隔水层的防突水效应 和导含水构造等奠定了基础。 ! ! 地面采用瞬变电磁法、高分辨电阻率法、大地 电磁测深（ %&’ ( &’ ） 、可控源声频大地电磁测深 （ )*%&’） 、磁偶源频率测深技术等，查明采区内 较大范围富水区段、导含水构造、奥灰界面及其破 碎程度，为综采工作面布置和实施防治水工作提供 必要的地质资料。瞬变电磁法探查深度可达 +## , " -## .；井下采用直流电法和音频电透视技术等， 探测工作面煤层顶底板含水构造、探查巷道侧帮和 掘进前方的断层破碎带、隐伏含导水构造、采空区 积水区、潜在突水点等，为防治水设计提供地质依 据。这些技术已比较成熟，在我国东部一些大水矿 区，如淮南、淮北、皖北、兖州、邢台、开滦等矿 区，得到了广泛应用。 ! ! 井下采用 /’"-# （ % ） 音频电穿透仪对 -## , 0## . 采长的回采工作面进行探测，主要探测采煤 工作面顶底板 "## . 范围内的富水区域、工作面内 含水老窑、陷落柱平面分布范围等，也可用于对注 浆效果的检测。 ! ! 该仪器探测深度 "## .，穿透距离 0## .，具 有体积小、易携带、易操作、方便施工、性能稳定 可靠等特点，近年来先后在焦作、义马、邢台、兖 州、肥城、淮北、邯郸、新汶、广旺等矿务局推广 应用，效果很好。 ! ! 在水害危险区段，采用水害监测预警技术，可 对矿井水压、水位、水温和应力等参数进行井下实 时监测，并对采集的信息实时分析，进而发布预警 信息，为启动水害防治预案提供依据。西安研究院 在原煤炭部 ""# 项新技术推广之一“ */ 1 "% 水 压、水位自动记录仪” 的基础上，成功研制出集 中化、智 能 化 和 高 可 靠 性 矿 用 本 质 安 全 型 仪 器 23""4 矿井水压实时监测系统，实现了矿井水位、 水压远程监测。该系统可对井下几个至上百个分布 式点进行“ 一线多点” 形式的超远距离地面集中 监测。 ! ! 此外，在矿井防治水方面还应用了大型放水试 验技术、脉冲干扰试验技术、原位地应力测试技 术、地下水数值模拟技术、矿井水质快速判别技 术、矿井水文地质决策系统和地理信息系统技术、 底板注浆改造技术等。
! ! 经过几十年的努力，我国在全液压坑道钻机和 井下近水平定向钻进技术研究领域有了很大的进 步。"# 世纪 $# 年代末为配合推广综合机械化采煤 技术西安研究院开始研制坑道钻机，于 "# 世纪 %# 年代初研制成功煤炭系统第 & 台全液压动力头式坑 道钻机，由此拉开我国煤矿坑道钻机更新换代的序 幕。历经 "# 余年发展，’( 系列钻机已涵盖了孔深 $) * & ### + 的能力范围，成为国内规格品种最全、 应用效果最好的坑道钻机，其应用领域也从最初的 地质勘探扩展到煤矿安全和工程施工等方面。近 " 年，根据现代化矿井的生产需要，又成功研制履带 自行式全液压钻机，大幅度提高了钻机的综合效 率。 ! ! 在坑道钻机配套的钻具加工方面，将摩擦焊 接、数控加工、精密热处理等新工艺、新技术应用 于产品的加工制造中，极大提高了产品品级和内在 质量。现有产品种类有 ,-" * %. ++ 外平钻杆、适 用软煤钻进和近水平大直径工程孔钻进需要的 %# * -"# ++ 螺 旋 钻 杆， ,$) * &./ ++ 各 种 形 式 的 012 钻头。 ! ! 西安研究院于 "# 世纪 .# 年代初在国内率先开 展了井下定向钻进技术研究，经近 &# 年的努力， 取得突破性进展。其特点是利用钻孔自然弯曲规律 或人工受控定向钻进方法使近水平钻孔按设计轨迹 要求延伸达到预定目标。广泛应用于煤矿井下瓦斯 抽放、探放水、煤层厚度探查、断层和陷落柱探查 等。 ! ! 目 前 国 内 使 用 的 钻 机 以 314%### 5 &####6 （ ’( 7 $ ） 型全液压钻机为主。该钻机为全液压动 力头式坑道钻机，扭矩及给进、起拔能力大，钻进 效率高，操作简单，安全可靠，解体性好，搬运安 装方便。主要用于煤矿井下大直径瓦斯抽放钻孔、 地质勘探孔或地面工程中的大直径近水平钻孔的施 工。钻孔深度可达 %## * & ### +。"##/ 年 / 月 * "##- 年 " 月，使用该钻机及配套钻具在铜川矿务 局陈 家 山 矿 施 工 大 直 径 长 钻 孔 &% 个，累 计 进 尺 % 8)) +，在 -&) 区段成功钻出深度分别为 %#"9 ) + 和 %8) + 两个钻孔，尤其是 " 号孔使 %)) + 长的孔 段连续保持在厚约 &# + 的煤层中，创造了全国大 直径顺煤层钻孔深度的最高记录。从这些钻孔中共 抽出纯瓦斯 -/% 万 +/ ，很好地解决了掘进瓦斯超 限问题，同时使掘进单进提高了 &$# + 5 月。 万方数据
技术开发专项资金、国家自然科学基金、发改委重 大技术专项、国家安全生产监督管理总局安全技术 专项、国际合作等重大科研课题，取得了一大批重 要的研究成果。与此同时，培养造就了一支高素质 人才队伍，为我国煤田地质科学发展、煤田地质勘 探技术进步做出了突出贡献。长期以来，西安研究 院等始终坚持科研与生产实践相结合，针对煤田地 质勘探和煤矿安全高效生产的实际问题，开发研究 出一批适应市场需要的新方法、新技术，特别是在 煤田勘探理论、煤炭资源预测和评价、矿井开采地 质条件预测评价、煤矿地测信息管理软件、煤层气 测试技术、煤层气资源评价与开发技术、瓦斯赋存 地质规律研究方法及抽放技术、建设项目环境影响 评价方法与水土保持等研究领域取得重要进展，并 在全国范围内推广应用。 ! ! 随着矿井开采的不断进行，获得了大量的各类 地质信息资料，计算机技术的飞速发展为煤矿地质 信息的管理提供了有效的工具和手段。近年来西安 研究院等数家单位在煤矿推广地测空间信息系统管 #
第 $5 卷第 $ 期! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
煤 炭 科 学 技 术!
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! -##4 年 $ 月
理技术取得了很好的效果。该系统可对煤矿生产中 的地质、测量、物探、水文地质、钻探、采掘工程 所揭露的多元地质信息进行动态、高效、可视化管 理，实现有关数据库的实时更新，具有方便的数据 信息输 入、查 询、显 示、修 改、编 辑、输 出 等 功 能；系统为丰富的三维地震数据信息的动态管理和 二次开发利用开辟了新的技术途径；还可以对以三 维地震解释成果数据为核心的多元地质信息集成分 析和开采地质条件动态评价预测，如对诸如断层、 褶曲、煤层厚度、冲刷带、陷落柱、岩浆岩侵入体 等开采地质条件进行快速评价和预测，指导矿井生 产。 ! ! 该系统可以满足矿井安全高效生产对信息服务 的总体要求，成为矿井开采地质条件预测评价和煤 矿生产管理决策的有力工具，目前已在全国上百对 矿井推广使用，发挥了重要作用。 !" #$ 煤矿井防治水技术与装备 ! ! 长期以来，西安研究院等单位在矿山水文地质 条件勘探技术与装备、矿井水害监测监控与防治技 术与装备、矿井水害治理与水资源综合利用技术与 装备、矿井水害抢险救灾技术与装备等方面进行了 长达半个世纪的持续研究，先后完成的国家“ 六 五” 科技攻关项目“ 华北地区灰岩水上安全采煤 技术” 、国家“ 七五” 科技攻关项目“ 北方岩溶充 水矿区充水特征及发展趋势、排供结合及其他防治 方法的可行性研究” ，国家工业性试验项目“ 华北 型煤田奥灰岩溶水综合防治工业性试验” 、联合国 开发计划署资助项目“ 煤矿岩溶水害综合防治技 术” 等国家级矿山水害防治技术研究项目，为我 国煤矿床水文地质学理论与技术体系的形成和发展 做出了巨大贡献，实现了我国煤矿井水文地质条件 勘探工作由地面向矿井下的转换、矿井水文地质条 件评价由定性向定量的转换、矿井水害防治由被动 防治向超前预测预警的转换。 ! ! 西安研究院等单位完成了“ 开滦范各庄矿特 大突水灾害治理技术与工程” 、 “ 淮北杨庄矿特大突 水灾害治理技术与工程” 、“ 皖北任楼矿特大突水 灾害治理技术与工程” 、“ 肥城东部四矿综合水文 地质条件勘探技术与工程” 、“ 邢台东庞矿特大陷 落柱突水灾害治理” 等我国 "# 多个省 $# 多个主要 大水矿区的矿井水害防治工作。这是我国矿山水害 防治技术的创新性实践。 ! ! 近年来立项实施的“ 三维建场法多测站探测系 万方数据 -