煤礦隱蔽致災源精細探測技術 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 應用及發展 劉 樹 才 中國礦業大學 資源學院 18605161285 liushucai@cumt.edu.cn 微信： Liushucai_cumt 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1. 煤礦安全高效生產中的主要地質 問題 2. 地面地球物理勘探技術及應用 3. 礦井地球物理勘探 技術及應用 4. 礦井物探技術發展展望 主要內容 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 國家安全監管總局、國家煤礦安監局： 煤礦地質工作規定 （ 2014 ） 煤礦隱蔽致災地 質因素 主要包括 ： 采空區、廢棄老窯（井 筒）、封閉不良鉆孔，斷層、裂隙、褶曲、 陷落柱、導水裂縫帶、地下含水體、瓦斯富 集區、井下火區、古河床沖刷帶、天窗等不 良地質體 。巖爆（沖擊地壓） 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 ? 煤 系地層的電性特征 煤的電阻率 與煤化程度、煤巖成分、礦物雜質含量以及水分等 因素有關。 煤化程度很低的褐煤，常含有較高的水分和溶于水 的腐植酸離子，故其電阻率較低，一般僅為 n ? 10 ～ n ? 10 2歐 姆 · 米。 隨著 煤化程度 的加深，褐煤中水分和溶于水的腐植酸離 子含量將顯著減少，褐煤的離子導電性減弱，其電阻率明顯增高。 煙煤常具有較高的電阻率，但隨 煤變質程度 的加深，電阻率減小， 過渡至無煙煤，電阻率急劇下降。煙煤電阻率的變化范圍為 n ? 10 2～ n ? 10 3歐姆 · 米。 無煙煤常具有良好的電子導電性，因而 其電阻率很低，一般在 1 歐姆 · 米以下。 煤系地層的 主要 地球物理特征 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 煤層總是以泥巖、粉砂巖、砂巖或偶爾還有灰巖作為頂底 板 ( 圍巖 ) ，與圍巖相比，煤層具有速度低、密度小的特點 ( 見下 表 ) 。由表可知，在 巖石 — 煤 — 巖石 斷面中，以煤層為中心形成 了一個低速“ 槽 ”。煤與圍巖密度、速度的比值約為 1:1.5 ～ 3.0 之間。煤層上、下界面都是一個極強的波阻抗分界面。 巖 性 縱波速度， km/s 橫波速度， km/s 密度， g/cm3 圍 巖 （砂巖、粉砂巖、 泥巖、灰巖） 3.0 ～ 4.8 1.6 ～ 2.8 2.4 ～ 2.8 煤 1.8 ～ 2.4 0.9 ～ 1.4 ≈1.3 ? 煤系地層的地震特征 煤系地層的 主要 地球物理特征 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1 ）巷道迎頭超前探測； 2 ）查明采煤工作面內褶皺、斷層、火成巖體、 陷落柱等構造。 1.1 小構造探測 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1 ）探查巷道掘進前方導水構造、采空區等； 2 ）探查煤層頂板巖層的賦水情況； 3 ）探查采場底板隱伏導水通道及富水帶； 4 ）注漿效果檢測等； 5 ）突水動態監測等。 1.2 防治水工作的需要 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1 ）我國煤礦主要水害類型 我國礦井水害類型很多，按水的來源大體上可分為五類： ① 第四紀底界面含水層，埋深淺煤層影響大。 ② 煤層頂板砂巖孔、裂隙水水害，采動離層水等。 ③ 煤層底板奧灰巖溶水水害（寒武灰巖水）。 ④ 導水陷落柱、斷層裂隙帶等。 ⑤ 老窯采空區、封閉不良鉆孔等水害。 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 一、煤礦主要水害類型 1. 煤礦生產中的主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 ? 斷層導水實例 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 ? 陷落柱突水實例 開灤范各莊煤礦 2171 工 作 面 發 生 特 大 陷 落柱突 水 , 造成 全礦被淹 ， 最大突水 量達 2053 m 3/min ， 為目前世界上水量最 大的突水 。 陷落柱 富含水層 工作面 1. 煤礦生產中的主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 2005 年 5 月 21 日 ， 安徽省淮北礦業集團海孜煤礦 745 采煤工 作面發生頂板離層透水事故 ， 最大流量達 3887 m 3/h ， 瞬時 淹沒工作面 、 機巷和風巷 ， 造成 5 人死亡 。 ? 頂板離層透水案例 1. 煤礦生產中的主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1. 掘進巷道前方水害體超前預報 ; 2. 工作面煤層頂板巖層水害體探測 ; 3. 工作面煤層底板巖層水害體探測 ; 4. 工作面巷道外邊界斷層賦水性探測 ; 5. 工作面煤層內部小構造、陷落柱等探測 ; 6. 含水構造注漿效果檢測等其它探測工作。 二、煤礦水文物探工作的主要任務 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 1 ）動力災害（瓦斯突出、沖擊礦壓、突水等） 的監測預警等； 2 ）采礦工程需要，如巷道松動圈探測、錨桿 檢查等； 3 ）地溫測量等。 1.3 安全生產中的問題 1. 煤礦 生產中的 主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 巷道掘進 期間 ? 老窯采空積水區 ? 煤層變薄區 ? 瓦斯富集區 ? 陷落柱構造 ? 斷層構造 ? 地層局部富水區 工作面回 采期間 如何提前預測 上述問題 ? ? 其它地質問題 1. 煤礦生產中的主要地質問題 煤礦隱蔽致災源精細探測技術 探