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地质构造对“双高”矿井建设的影响探析

供稿:工控网 2007/2/1 9:07:00

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阳泉煤业(集团)有限责任公司(以下简称阳煤集团公司)是一个拥有6个矿11对生产矿井, 年产1600万t的国有特大型煤 炭企业。目前,采煤综合机械化程度达到100%,高产高效矿井建设也创出历史新水平。 随着高产高效矿井建设的发展,地质问题对煤炭生产的影响 愈加突出,由于没有超前查明地质构造所造成的生产被动和经济损失逐年加大。 本文 将结合阳煤集团公司的生产和地质工作技术现状,分析地质问题凸显的原因,并提出解 决地质问题的对策。   1 原因分析   1.1 矿区扩大,地质条件趋于复杂   阳煤集团公司经过多年的发展,东部浅埋区的多对井口相继报废。为保持一定的总体生产规 模, 生产采区和矿井不得不向西、向南延伸。采掘揭露表明,采区向西向南延伸后地质条件明显 趋 于复杂。二矿东部12区陷落柱密度为2.7个/km2,而西部13区为5.6个/km2;三矿二号 井东 部已采区陷落柱密度为5.4个/km2,而西部10采区为10个/km2。南部的五矿陷落柱分 布密 度最高达46个/km2,已开采的19个工作面,存在较大挠曲的工作面4个,占全部开采工作 面的21%;遇见陷落柱114个,平均每个工作面中有6个。1.2 地质勘探成果控制程度偏低   (1)依据的技术标准偏低。阳煤集团公司各矿的精查勘探成果,大多形成于上世纪70年代, 只有一矿矿区 精查勘探完成于1983年。对于这一时期的地质报告,规范规定的主要地质成果指标是:查明 第一水平内落差大于30m以上的断层,地质条件好的地区应查明落差20m的断层,对小构造发 育程度做出评述。如此指标只能满足长壁炮采采煤方法的技术要求,不能适应综合机械化采 煤方法对地质成果的要求。   (2)勘探工程质量较差。因主要工程在“文革”期间完成,造成工程质量较差。以冶头勘 探区为例,在测井技术尚不完善的情况下,精查勘探共施工85个钻孔,有56个为不取芯钻孔 。不取芯钻探工艺的大量采用导致勘探成果质量大大降低。其它勘探区也存在类似问题。   (3)阳泉矿区影响生产的主要地质构造为陷落柱,以钻探为主的勘探手段对其缺乏针对性 ,查明情况十分有限。例如,五矿在累计开采的5.28km2区域内,原精查地质报 告只提供有7个陷落柱,而实际开采揭露了99个。   1.3 未知地质因素明显增加   随着采煤工艺的发展,开采方法发生了很大变化。15#煤厚煤层由分层开采变成了综采放 顶 煤一次采全高。分层开采时上分层遇到的地质构造,对于中、下分层等于事先查明。而一次 采全高的综放采煤工艺丧失了边采边探、以采代探的有利条件,未知地质因素明显增加,地 质构造对产量的影响明显加大。与之类似,阳煤集团公司五矿、新景矿目前分别只开采一层 15# 和3#煤层,无法通过上组煤的开采来预测下组煤的构造发育情况,工作面所遇到的都是未 知 地质构造,增加了生产衔接安排的困难。另外,工作面走向长度加大也增加了避开地质构造 影响的困难。   1.4 采掘设备重型化,对地质构造的适应性差   一个综采工作面内安装有上千吨的大型设备,一个支架重达十几吨,一旦遇到地质构造,拆 装 转移非常困难。而炮采或高档普采工作面的搬家,以及延长或缩短与综采工作面相比是非常 容易的。同样是遇到地质构造,炮采、高档普采工作面除硬过外,还可以采用绕、跑(搬家 )等措施过地质构造,而综采工作面如此处理相当困难。据统计,高档普采工作面遇到30m 以上的陷落柱搬家一般需10~20d左右。而综采工作面搬家则需30~40d以上。由此可见,综 采工艺适应性差增大了地质构造对生产的影响。   1.5 采煤队减少,遇地质构造对产量的影响大   从20世纪80年代初期至今,阳煤集团公司原煤年产量在1300~1600万t。这样的产量80代初 是通过4 0余个采煤队来实现的,一个采煤队年产量最高也就是40~50万t,这是一种广种薄收的生产 组织模式。在此情况下,如果一个工作面遇地质构造,其影响的产量对全公司来说比重 并不大。当前,公司不足20个采煤队,其中一矿综五队年 产量超过了200万t,如果不能提前查明,一旦遇到地质构造就会对产量造成重大影 响,甚至危及全矿产量计划和经营指标。这种集中生产模式使得地质构造对产量的影响比重 大大增加,凸显了地质构造对生产的影响。   1.6 超前查明地质构造的方法、手段不能满足需要   矿井地质工作是煤炭生产过程中的一项重要的基础性技术工作。20世纪90年代以来,采煤方 法、采 掘设备、工作面单产都发生了巨大变化,但地质工作的方式方法则没有很大的变化,仍然是 将主要精力放在工作面中,仍然是以分析研究为主,缺乏技术手段方法的应用,查明构造的 精度、速度不能满足高产高效生产的要求。虽然近几年我们比较成功地开展了工作面坑透和 地面三维地震工作,但仍有很多技术难题。坑透必须在工作面形成之后进行,如遇大型构造 ,仍然会导致大量无效进尺和资源浪费,甚至是工作面报废;坑透能有效探测长轴大于30m 以上的陷落柱和落差大于1/ 2煤厚的断层,但对其它构造如冲刷、褶曲等有效性大大降低。 三维地震勘探技术在平原区应用效果很好,但在山区的应用还处于起步阶段。总之,地 质工作观念、工作方式及资金投入滞后于采煤技术的发展,超前查明地质构造的手段不足, 也是地质问题凸显的原因之一。   2 对策研究   2.1 转变地质工作观念立足超前查明的原则   针对矿区地质条件趋于复杂的客观事实,传统的地质工作观念必须改变:(1)地质工作不仅 是煤炭企业技术的基础工作,更是经济效益的基础工作,必须加大超 前投入力度;(2)地质基础工作不是一劳永逸的,必须随着采煤技术的发展不断补充、完善 和更新,工作标准必须适应主要采煤方法的要求;(3)对于高产高效工作面,地质条件必须 立足超前查明。超前查明要把握好采区巷道布置前、综采工作面安装前和采煤工作面遇构造 采取措施前3个环节。(4)要坚持“生产需要是目标,超前查明是标准,地质分析是基础, 应用手段是关键”的技术工作思路,根据采煤方法和生产衔接,超前安排地质工作。   2.2 推广应用三维地震、坑透为主的综合勘探手段, 提高地质成果质量   提高地质成果质量,查明隐伏地质构造,必须依赖于有效的地质勘探手段。就当前技术水平 而言,应完善以下3个方面的勘探工作。首先,以钻探为主要手段的补充勘探工作必须到位。新布置采区内的高级储量比例必须达80%以上,构造及煤层控制程度必须满足高产高效的要求。其次,大力推进三维地震勘探。应当结合生产统一规划,逐步实施,实现在采区设计前 完成三维地震勘探的工作目标。要基本查明30m以上陷落柱、5m以上落差断层以及无煤区 ,准确率不低于70%。第三,加大井下无线电坑透工作力度。坑透工作应当按照“集 中管理,专业队伍,提高精度,市场引导”的指导方针,在一次坑透取得较好成果的基础上 对异常区开展二次坑透,分析研究各种地质构造的异常规律,由多解向单解,由定性向定量 逐步过渡;分析新的干扰因素及其排除方法,进一步提高坑透成果的准确率,满足高产高效 要求。   2.3 优化采区、工作面设计,有效避让地质构造   地质条件可以查明,但不可以改变。采区和工作面设计前必须认真分析地质条件的特点和地 质资料的可靠程度,结合采煤方法及矿井产量等因素,提出趋利避害的设计方案,有效避让 地质构造。对于多煤层开采区域,要合理安排开采顺序。(1)设计必须依据地质部门正式 批准的采区地质说明书,首采区段应有三维地震勘探资料;(2)采区和工作面设计在总体 上向大采长、大走向发展的同时,要兼顾地质条件、采煤工艺、采掘队伍及矿井产量安排等 因素,合理布置工作面尺寸,并针对构造随着采掘探明发生的变化而留有变化预案;(3 ) 选择合理的采煤方法和开采顺序,以大面综采综放为主,小面高档普采为辅,优化工作面衔 接顺序,做到合理集中生产。对于工作面遇构造缩短、跳采等方案要进行详细的经济效益 评 估和方案比较,突出经济效益;(4)开采结束的采区应对其设计进行总结、反思,积累经 验教训。   2.4 合理选择采掘设备,提升设备过构造的能力   针对阳煤集团公司地质条件向复杂变化的趋势, 要根据不同的地质条件,选用不同的采掘设备,加大采掘设备适应和克服构造 的能力。(1)总体上讲,应具备开采薄、中、厚煤层的各类支架和采掘机械;(2)加大采 煤机组主要部件如滚筒、刀齿的强度,对于较小构造和有夹矸的煤层可直接采过,以降低因 过构造采取特殊措施的费用,并提高生产效率;(3)必须加强支架的爬坡能力和抗倾倒能 力,防止褶曲构造和煤层坡度变化造成的支架倒架、窜架、窜溜等,对于构造复杂区和回收 区,可采用小面开采,配备轻型支架。   2.5 加强工作面过构造的技术研究,规范施工组织和措施   加强工作面过构造的技术研究,顺利通过地质构造已成为提升高产高效水平的重要环节。( 1)要加大构造探明力度,确保每个工作面进行坑透,对坑透异常区必须打钻证实,必要时 进行巷探;(2)对过构造的技术方案要反复论证,不仅要考虑构造规模、性质,还要考虑 产量、衔接安排及队伍状况,要进行经济效益评价,要有遇特殊情况的应变方案;(3)加 强现场管理。地质部门要不间断地跟踪构造变化情况,定期向队组和有关部门提供剖面图及 预测资料;生产部门要认真研究过构造的施工工艺措施,要确保各项技术措施落实到位,并 保持一定的推进速度;(4)严密组织领导,大胆创新。过构造期间要制定专项的经济分配 政策,并严格考核,井队领导要跟班上岗,确保有效的组织协调。要及时总结经验教训,积 极探索,大胆创新,走出一条符合自身实际的路子,真正实现高产高效。   2.6 加快建立高产高效地质保障系统   高产高效地质保障

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