大安山煤矿掘进巷道地质变化带探测技术研究.pdf

第1 8卷 第5期 总第 1 1 4期 2 0 1 3年 1 0月 煤矿 开 采 Co a l mi n i n g Te c hn o l o g y V o 1 ． 1 8 N o ． 5 S e r i e s N o ． 1 1 4 0 c t o b e r 2 01 3 大安山煤矿掘进巷道地质变化带探测技术研究 谢 伏 巨 北京吴华能源股份有限公司 大安 山煤矿 ，北京 1 0 2 4 1 9 [ 摘要] 大安山井田构造以复式褶曲构造形态为主，因勘探地质资料缺乏，尤其是小构造发 育情况不清楚，给矿井进行安全高效的机械化开采和掘进带来 了不 良影响。采用六通道瑞利波探测技 术对大安山煤矿某掘进巷道进行了地质变化带井下探测，根据探测结果推断出了掘进迎头前方和侧帮 地质变化带和断层等构造情况。实际揭露情况验证了推断结论，为大安山煤矿安全高效开采提供 了技 术保障，对京西煤 田具有 重要 的指导意义和推广价值。 [ 关键词] 地质变化带；瑞利波；预测预报；超前探测 [ 中图分类号]T D 1 6 3 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 6 2 2 5 2 0 1 3 0 5 0 0 2 4 ． 0 2 Te c h no l o g y o f Ge o l o g i c a l Va r i a t i o n Zo n e Ex p l o r a t i o n o f Dr i v i n g Ro a d wa y i n Da a n s h a n Co l l i e r y 大安山井田构造以复式褶曲构造形态为主，其 中背斜多呈紧闭状，向斜较为宽缓 ，伴有倾向、走 向断层 ，次级构造十分发育 。 该矿井 目前 已进人 中期开采阶段 ，并在褶 曲轴 部区域的部分煤层中布置了综采工作面 ，矿井及工 作面产能和机械化程度得到大幅提高。由于勘探地 质资料缺乏 ，尤其是小构造发育情况不清楚 ，给矿 井机械化采掘工作面造成不 良影响，成为中后期矿 井普遍存在的技术问题 。 针对大安山煤矿特殊的地质赋存状态 ，采用井 下物探技术 ，研究满足采掘工程要求 、方便快捷且 经济有效的井下地质变化带及小构造超前预测技 术 ，为大安山煤矿安全高效开采提供技术保障，对 于京西煤 田中后期煤矿安全高效生产 ，具有重要指 导意 义。 1 瑞利波探测技术及探测原理 对于井下小构造超前探测 ，瑞利波探测技术在 探测深度和可靠性上有 了较大突破 ，目前可探测到 地表以下或前方 3～8 0 m地质构造 的不 同岩性界 面，由于瑞利波探测具有探测距离远、携带方便和 操作简单的特点 ，因此对于断层 、褶曲等地质变化 带的井下超前探测 ，具有明显的技术优势。而且可 在现场实时显示探测处理结果 ，对现场施工有着重 大的意义。该项技术完全适应煤矿井下巷道狭窄的 空间条件 ，是解决煤矿井下地质构造超前探测的有 效 方 法 之 一 ，具 有 良好 的 应 用 效 果 和 发 展 前 景 一 。 瑞利波探测技术是通过设备采集人工震源激发 出的地震波 ，从中提取相关信息来分析岩层内部的 结构 J 。通过瑞利波探测可清楚地描述 出瑞利波 传播速度与深度的关系及变化规律的频散 曲线 。 通常，当探测的岩土介质 比较均一时，瑞利波 的波速随探测深度的增大呈线性规律增加 ；当瑞利 波遇到不同介质的分界面时 ，频散曲线会呈现一个 所谓 “ 之”字形拐折形态 。因此 ，在依据频散 曲线 进行分析时 ，一般认为 “ 之”字形拐折的中点为不 同介质层 的分界面。借用地面地震勘探中多次覆盖 的理论 ，发展出了一种新 的瑞利波勘探技术瞬 态多道瑞利波勘探技术 J 。Y T R D瑞利波探 测仪采用六道瑞利波探测技术 ，探{ 贝 4 深度可以达到 3～8 0 m 的范 围。在岩层情 况 比较完好 的情 况下 ， 甚至可以突破 8 0 m的深度 ，达到 1 2 0 m左右。多道 瑞利波的施工方法如图 1所示。 图1 多道瑞利波探测原理 2 实例 分析 2 ． 1 工作布置及地质任务 探测地点在大安 山煤矿 5 5 0 m水平 轴 7槽壁 式工作面下巷。1号测点位于 5 5 0 m水平轴 7槽壁 式面下巷掘进工作 面中点，距 7 6号导线点 2 6 m， [ 收稿日期]2 0 1 3 - 0 4 0 l [ 作者简介]谢伏巨 1 9 8 2 一 ，男，浙江宁波人，工程师，大安山煤矿技术分中心办公室副主任。 2 4 谢伏巨大安山煤矿掘进巷道地质变化带探测技术研究 2 0 1 3年第5期 通过瑞利 波探 测技术 ，对掘进工作 面进行超前探 测 ，以探 明工作 面前 方 3～8 0 m 内的地质 异常 变 化 ，为巷道安全快速掘进提供地质依据。2号测点 位于 5 5 0 m水平轴 7槽壁式面下巷下帮 ，距 7 6号 导线点 2 1 ． 5 m，通过瑞利波探测技术 ，对轴 7槽煤 层进行探测 ，探测该点垂直线内煤层 中的地质异常 变化 ，为下一区段 回采及巷道掘进提供依据。测点 位置如图 2所示 。 图 2测 点 位 置 2 ． 2 结果分析 瑞利波探测仪采集到的原始资料是瑞利波沿地 面传播的振动波形 ，对这样的原始资料须经过室 内 整理、计算和解释才能得到所需的探测结果 ，井下 探测所得数据需用瑞利波数据处理软件进行分析 。 图 3为 1号测点探测结果。 j i m 0 2 0 1 1 j i m 0 3 0 1 1 O 2 0 l 5 0 3 0 1 5 1 1 ． 5 麓嘲釉 2 3 4 5 1 0 1 1 5 I 2 0 I I I 3 0 I 4 0 产 一 、 J 譬 ■ h 5 0 磊 ～ r f 鸣 甩一 _ r l 0 o k 1 5 0 { { 4 2 - 5 0 m 7 4 - ．- 7 6 m 图3 1号测点探测分析结果 在距掘进面煤壁垂直距离为 1 5 ． 9 r n ，4 2～5 0 m 和 7 4～ 7 6 m三处位置有 明显异 常，说明在此三处 可能存在地质变化，具体为何类型地质构造，需通 过钻探进行验证 ，或可 由矿方地质技术人员根据临 界工作面、巷道揭露情况进行推测 。 图4为 2号测点探测结果 ，在距下帮煤壁垂直 距离为 2 0～2 3 m处位置有 明显异常 ，说明在此 处 可能存在地质变化。 x lx tO l O 1 l x 0 4 0 1 1 01 0 1 5 O 4 O l 5 l 1 ．5 2 3 4 5 1 0 I I J 1 5 l ■ ■ k 2 0 3 0 l I 4 0 l 5 0 鞠 黼 l I ■■ 1 o 0 I k I 黼 l 5 0 图4 2号测点探测分析结果 2 ． 3 验证情况 2 0 0 9年 8月 2 5日对 7月 1 8日瑞利波探测的几 次推断异常处进行跟踪验证 ，经井下现场实际掘进 后揭露显示 ，与探测结果基本符合 ，具体对比结果 如表 1 所示。 表 1 探测推 断地质异 常与 实际情况对 比 探 幕 鬈 釜 质 巷 ； 地 质 异 常 类 型 异 常 位 置 地 质 异 常 位 置 一 1 号 测 点 前 1 5 ． 9 m 处1 号 测 点 前 1 7 ． 2 m 处鬈 冀 位 置 煤 层 突 然 1 号测 点前 4 2～5 0 m 1号测点前 4 2～ 5 0 m 1号 测 点 前 4 3 ． 4 m 范围内 范 围内 处 ，有一小断层 1 号 测点前 7 4～7 6 m 1 号测点前 7 4 7 6 m 手 舁学 范围内 范 围内 儿 开 吊 2号测 点前 2 0～2 3 m 2号测点前 2 0～ 2 3 m 2号 测 点 前 2 1 ． 6 m 范围内 范 围内 处， 有一地质变化带 3结论 在大安山煤矿 2个地点进行了工业试验 ，经数 据分析得 出了瑞利波探测结果 ，并且对探测结果进 下转 4 3页 2 5 白 虎等急倾斜采煤机润滑与防滑系统的研究设计 2 0 1 3年第5期 组件 图3 MG 2 x 1 0 0 ／ 4 9 5 一 Q WD型采煤机二级 防滑装置 工作原理 采煤机下牵时 ，电磁 阀合 电复位 ， 电磁 阀供液 ，液压千斤顶伸 出，左右防滑装置 的防 滑块防滑端同时离开销轨的槽 口，防滑功能解除 ； 采煤机电源与电磁阀电源连锁反应，当采煤机牵引 断电复位 ，电磁阀同时 自动断电复位 ，液压千斤顶 中的油通过电磁阀回到油池 ，液压千斤顶活塞杆复 位 ，同时弹簧组件受弹簧作用推出 ，防滑装置的防 滑块防滑端卡人到销轨的槽 口内，防滑功能生效启 用。采煤机上牵时，电磁阀一直处于断电复位状 态 ，防滑块搭销轨行走 ，当采煤机 下滑 一级制 动失效 时防滑功能生效启用 。 该二级防滑装置工作可靠，磨损小，寿命长； 制动力大 ，结构紧凑。 3 结束语 润滑与防滑是急倾斜工作面采煤机必须解决 的 难题 。文章介绍的强制润滑系统和防滑系统正应用 于 MG 2 1 0 0 ／ 4 9 5 - Q WD型采煤机上，经过 6个 多 月的工业试验 ，证明该系统具有实用性 ，为急倾斜 采煤机研究设计提供了参考和借鉴。 [ 参考文献 ] [ 1 ]栾振辉，单付丰． 采煤机截割部的润滑系统 [ J ]． 煤矿机械， 2 0 0 2 8 ． [ 2 ]成占军 ． 电牵引采煤机在急倾斜工作面的应用 [ J ]． 河北煤 炭 ，2 0 0 7 2 ． [ 3 ]国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局 ．煤矿安全 规程 [ M]．北京 中国法制出版社 ，2 0 1 1 ． [ 4 ]阎中成． M G 4 0 0 ／ 9 2 0 - WD型采煤机运行状况浅析 [ J ]．机械 管理开发 ，2 0 0 7 3 8 3 - 8 4 ． [ 5 ]孙业林．短壁采煤机 M G 3 0 0 ／ 3 5 5 - N WD [ J ]． 黑龙江科技信 息 ，2 0 1 2 1 5 5 4 ． [ 6 ]郭生龙．电牵引采煤机液压系统原理及故障分析 [ J ]．煤， 2 0 0 0 ，8 1 2 ． [ 责任编辑 王兴库 ] 上接 2 5页 行了跟踪验证 ，证明了瑞利波探测技术及探测结果 的确能对矿井实际生产提供可靠的技术依据，能够 实现掘进巷道超前地质变化带的预测预报。 [ 参考文献] [ 1 ]李铁峰 ．地质灾害学 [ M]． 北京 北京大学 出版社 ，2 0 0 2 ． [ 2 ]高照忠 ，魏海霞 ．测量 技术在 地质灾 害监测 中的应用 [ J ]． 大众科技 ，2 0 0 9 5 1 4 3 ，1 5 1 ． [ 3 ]陈仲侯，傅唯 ． 浅层地震勘探 [ M]． 成都成都地质学院 出版 社，1 9 8 6 ． [ 4 ]张秋光．场论 上、中、下 [ M]．北京地质出版社， 1 9 8 5 ． [ 5 ]钱鸣高，刘听成 ． 矿山压力及其控制 [ M]． 北京煤炭工业 出版社 ，1 9 8 4 ． [ 6 ]窦林名 ．煤矿开采冲击矿压灾害 防治 [ M]．徐 州 中 国矿业 大学 出版社 ，2 0 0 6 ． [ 7 ]杨成林 ．瑞利波勘探 [ M]．j E 京 地质出版社 ，1 9 9 3 ． [ 8 ]张碧星，鲁来玉，鲍光淑．瑞利波勘探中 “ 之”形频散曲线 研究 [ J ]． 地球物理学报，2 0 0 2 3 2 6 3 2 7 4 ． [ 责任编辑 王兴库 ] 上接 9 2页 2 4号煤层 1 4 2 1 4工作面开采时 ，对工作 面 产生影响的是上位岩性较硬的中砂岩顶板的拱式结 构 的再次失稳 ，但来压不明显 ，表现为较大的静载 荷作用 。 3 1 4 2 1 4工作面顶板破碎漏 冒、煤壁塑性破 坏范围较大 ，易发生煤壁片帮是影响生产的关键 因 素 ，因此 ，保持较高 的支架初撑力和采取煤岩体提 前注浆加固是确保端面煤岩稳定性的有效方法。 [ 参考文献] [ 1 ]郑百生，谢文兵，等 ．近距离孤岛工作面动压影响巷道围岩 控制 [ J ]．中国矿业大学学报 ，2 0 0 6 ，2 5 4 4 8 3 - 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