科研開發(fā)項目立項任務(wù)書.doc

項目編號：山西國陽新能股份有限公司科研開發(fā)項目立項任務(wù)書項目名稱： 3#煤層掘進超前地質(zhì)構(gòu)造與瓦斯突出物探探測試驗研究承擔單位： 陽煤（集團）有限責任公司新景礦開發(fā)機構(gòu)： 西安煤科院、重慶煤科院、中國礦業(yè)大學起止年月： 2010年1月2010年12月項目負責人：劉繼勇 一、 立項的目的意義及必要性 新景礦3#煤層瓦斯賦存條件復雜多變，在煤炭開采中，日益突出的瓦斯地質(zhì)與構(gòu)造問題嚴重威脅著煤礦生產(chǎn)的安全，尤其是難以預測的煤與瓦斯突出或爆炸的危險更為嚴重。因此，使用先進的地質(zhì)、物探、鉆探技術(shù)和裝備，對3#煤層掘進巷道前方采區(qū)和工作面的地質(zhì)條件進行綜合探測和評價，采用巷道超前的物探方法（瑞利波探測技術(shù)、防爆地質(zhì)雷達技術(shù)、三維地震屬性解釋技術(shù)），在3#煤層掘進工作面進行地質(zhì)構(gòu)造超前物探，并在生產(chǎn)過程中進行驗證，總結(jié)提高各種物探方法在3#煤層掘進工作面超前構(gòu)造探測的準確性，適應(yīng)性和探測有效距離，加強瓦斯地質(zhì)預測預報，從而為掘進工作的超前地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯地質(zhì)預測預報提供有效、快捷、方便的探測方法，解決掘進工作面的超前預測預報難題，提高掘進效率和安全管理水平，查明影響開采的地質(zhì)異常，保證生產(chǎn)的正常進行，對安全生產(chǎn)有著重要意義。二、課題主要研究技術(shù)內(nèi)容的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)，以及與課題有關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域的國內(nèi)外專利申請和授權(quán)情況1、瑞利波探測技術(shù)是通過采集人工地震波所攜帶的地下信息來分析地質(zhì)構(gòu)造，其采用方法是面波頻普分析法，也叫瞬態(tài)法，它是由震源產(chǎn)生一定帶寬的脈沖，通過側(cè)線上相距震源不同距離的兩個接收傳感器，把信號采集到瑞利波儀的記錄中，利用FFT（快速速付里葉變換）和頻譜分析技術(shù)，通過相干函數(shù)的互功率譜相位展開譜，從而得到兩個記錄信號在不同頻率下瑞利波在傳播過程中由于時滯而產(chǎn)生的相位差，根據(jù)兩路不同頻率信號的相位差就可計算出傳播時間和速度。由A，B兩點的已知距離，便可求得不同頻率瑞利波的相速度，同時由此得到該點的頻散曲線。2、防爆地質(zhì)雷達技術(shù)是重慶煤科院最新研制生產(chǎn)的一種用于煤礦井下的礦井物探設(shè)備，是目前國內(nèi)唯一定型批量生產(chǎn)的脈沖式防爆探地雷達裝備。該裝備采用雷達波反射探測原理，超前探測礦井掘進頭前方30-50米范圍內(nèi)的斷層構(gòu)造、陷落柱、溶洞、裂隙帶、采空區(qū)、含水帶等礦井地質(zhì)異常情況。3、地震屬性的分類結(jié)合煤田地震勘探的特點，可以根據(jù)運動學/動力學特征把地震屬性分為八個類別：時間、振幅、頻率、相位、吸收衰減、速度。地震屬性的類型很多，要根據(jù)解決的地質(zhì)問題來選擇相應(yīng)的地震屬性。地震屬性的關(guān)鍵在于屬性提取，提取的方式包括同相軸屬性提取和數(shù)據(jù)體屬性提取。中國礦業(yè)大學開發(fā)的煤礦三維地震數(shù)據(jù)動態(tài)解釋系統(tǒng)具有地震屬性模塊，提取了21個一維、二維地震屬性參數(shù)，并且計算了C3相干數(shù)據(jù)體與方差數(shù)據(jù)體。叢0世紀90年代起地震屬性技術(shù)開始在煤田三維地震勘探中得到應(yīng)用，在地震地質(zhì)條件較好的地區(qū)，可以解決的主要地質(zhì)問題是解釋小構(gòu)造，特別是落差小于5m的斷層；探查隱伏陷落柱；探查采空區(qū)和古溶洞；預測奧陶系巖巖溶裂隙發(fā)育帶；解釋煤層底板的斷裂結(jié)構(gòu)發(fā)育帶；解釋煤層的分叉、合并、沖刷變薄帶；預測瓦斯富集帶。三、主要研究、試驗內(nèi)容、目標、技術(shù)關(guān)鍵及主要技術(shù)經(jīng)濟指標1、YTR（A）瑞利波探測儀是西安煤科院采用了瞬態(tài)法瑞利波勘探方法，儀器具有防爆性能，既可以應(yīng)用于礦井地質(zhì)構(gòu)造勘探，又可以應(yīng)用于地面工程勘探。瑞利波超前探測技術(shù)用于探測30m到80m的地質(zhì)異常體。如石門厚度，斷層、破碎、殘余煤厚、下層煤厚度、大應(yīng)力異常等。2、KJH-D防爆地質(zhì)雷達是重慶煤科院采用雷達波反射探測原理，超前探測礦井掘進頭前方30-50米范圍內(nèi)的斷層構(gòu)造、陷落柱、溶洞、裂隙帶、采空區(qū)、含水帶等礦井地質(zhì)異常情況。利用斷層、陷落柱等地質(zhì)體與周圍介質(zhì)的電性差異（介電常數(shù)差異）產(chǎn)生電磁反射波，達到對目標探測和定位的目的。3、多年來，中國礦業(yè)大學對煤田三維地震資料的解釋方法進行了深入的研究，建立了煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室和國內(nèi)唯一的巖性地震勘探實驗室，在實際工作中積累了大量有益經(jīng)驗。中國礦業(yè)大學配有巖性地震工作站及配套設(shè)備，帶有各種地震資料處理和解釋軟件（包括d-Tect地震屬性處理與模式識別系統(tǒng)），并配有磁帶機、繪圖儀、數(shù)字化儀、激光打印機等外部設(shè)備。中國礦業(yè)大學課題組主要成員具有高級職稱，具有多年的科研經(jīng)歷，承擔了多個國家級的重大科研項目，包括973計劃項目“煤礦重大瓦斯災害的基礎(chǔ)研究”和“煤礦突水機理和防治基礎(chǔ)理論研究”、國家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)專項“西部煤炭資源吧高精度三維地震勘探技術(shù)開發(fā)”、國家自然基金項目“煤層瓦斯富集區(qū)的地震預測理論與方法研究”和“煤層氣地震勘探理論和方法研究”。四、達到的技術(shù)水平，經(jīng)濟、社會效益及推廣應(yīng)用前景1、分析瑞利波探測條件，跟蹤采掘進行超前探測，對比實際揭露地地質(zhì)資料與探測結(jié)果，總結(jié)瑞利波與探測技術(shù)在突出煤層中斷層、陷落柱、沖刷、煤層軟分層特征反映，具體應(yīng)用特征效果?？陀^認識瑞利波超前探測構(gòu)造技術(shù)在陽泉礦區(qū)的適用性，為進一步擴大工程應(yīng)用做準備。瑞利波超前探測技術(shù)用于探測30m到80m的地質(zhì)異常體。如石門厚度，斷層、破碎、殘余煤厚、下層煤厚度、大應(yīng)力異常等。2、探地雷達具有高探測分辨率和高工作效率的特點，它逐漸成為淺部地球物理勘探的一種重要手段。近年來，隨著高頻微電子技術(shù)、計算機數(shù)據(jù)處理方法水平和探地雷達工作方法的不斷提高，探地雷達技術(shù)得到了長足的進步。目前，該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)調(diào)查、工程質(zhì)量檢測、礦產(chǎn)資源勘察、水文與生態(tài)環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)災害探測、礦井地質(zhì)探測、考古和地下掩埋物的探測等眾多領(lǐng)域。針對煤礦具體應(yīng)用在：井下巷道掘進前方（30-50米）超前探測瓦斯地質(zhì)異常體；斷層；陷落柱；富含水帶；煤層頂?shù)装寮爱a(chǎn)狀變化帶等。3、三維地震屬性解釋技術(shù)項目總體目標：把地震屬性技術(shù)應(yīng)用于陽煤集團，對陽煤集團三維地震資料進行構(gòu)造、煤層結(jié)構(gòu)和巖性解釋。使陽煤集團煤田地震勘探的整體水平向前邁進，從構(gòu)造勘探階段進入巖性勘探階段。主要研究內(nèi)容：、對2009年施工的三個采區(qū)（12.2km2）三維地震數(shù)據(jù)體進行地震屬性解釋，并且與傳統(tǒng)解釋模式進行對比分析，完善三維地震勘探解釋方法，提高構(gòu)造解釋的準確率。、對以發(fā)生瓦斯突出的三維地震勘探區(qū)域（10km2）的地震數(shù)據(jù)體進行地震屬性解釋，尋找軟煤及裂隙發(fā)育帶在三維地震資料上的反映，探索三維地震探測瓦斯與煤突出區(qū)域的預測方法。五、采用的研究、試驗方法和技術(shù)路線（包括工藝流程） 1、YTR（A）瑞利波探測儀采用了瞬態(tài)法瑞利波勘探方法，儀器具有防爆性能，既可以應(yīng)用于礦井地質(zhì)構(gòu)造勘探，又可以應(yīng)用于地面工程勘探。瞬態(tài)法銳利波勘探的工作過程是在放炮點上一個瞬態(tài)沖擊振動作為震源，該震源產(chǎn)生一定頻率范圍的瑞利波，不同頻率和振幅的瑞利波疊加在一起向前傳播，在震源x處的測線上，采用縱觀測系統(tǒng)，即震源和傳感器并列在一條直線上，以道間距為x安置有兩個或兩個以上單分量加速度傳感器，對于布置傳感器的道間距x，理論上講x越大,所接收瑞利波頻譜的低頻成分越豐富，對加大勘探深度非常有利。如果x越小，所接收的各道信號就沒有足夠的相位差，從而無法保證資料處理。由于施工現(xiàn)場條件限制，應(yīng)視施工現(xiàn)場場地大小決定x,在通常情況下， 道間距x約為100cm左右。震源激發(fā)點距第一個傳感器x也布置約為100cm左右。 2、KJH-D防爆地質(zhì)雷達、 巷道掘進頭超前探測時，在巷道掘進面上架設(shè)發(fā)射和接收天線，在掘進面上同時發(fā)射和接收反射脈沖信號，然后根據(jù)回波信號走時來計算異常體界面的距離和位置。、巷道兩幫探測方法是在巷道同一幫按照一定天線間距和移動步距架設(shè)發(fā)射和接收天線。在同一幫上同時發(fā)射脈沖信號和接收反射脈沖信號，并同時移動發(fā)射和接收天線對工作面進行探地雷達掃描，然后根據(jù)回波信號和掃描線排列組成的雷達剖面來探測工作面內(nèi)部的異常體的距離和位置。、巷道頂?shù)装逄綔y方法是在巷道沿底板（或頂板）按照一定的天線間距和移動步距架設(shè)發(fā)射和接收天線。在同一平面上同時發(fā)射脈沖信號和接收反射脈沖信號，并移動發(fā)射和接收天線對底板（或頂板）進行探地雷達掃描，然后根據(jù)回波信號和掃描線排列組成的雷達剖面來探測底板（或頂板）內(nèi)部的異常體的距離和位置。3、三維地震屬性解釋技術(shù)項目、 地震屬性提取、地震屬性處理、地震屬性顯示、 地震屬性解釋六、現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)及條件 近年來，我們運用三維地震勘探法對采區(qū)工作面進行了對隱伏構(gòu)造的探測和預報，收到了良好的效果，定性和定量的準確性方面前進了一步，使得我們對地質(zhì)構(gòu)造（現(xiàn)象）的預測預報達到了一個新的臺階。我礦先后已進行了三次三維地震勘探，技術(shù)人員克服了山高道險、成孔艱難和土地協(xié)調(diào)困難等一系列不利因素，保質(zhì)保量地取得了第一手資料資料，處理和解釋工作完成后，同步完成了報告圖件的CAD成圖、報告的編制和提交工作。3#、8#、15#煤層是三維地震所控制的主要煤層。成果資料圈定了勘探區(qū)內(nèi)的三維地震物探異常區(qū)，并對異常區(qū)做出定性解釋，查明了3#、8#、15#煤層底板的賦存形態(tài)和控制了其深度，對3#、8#和15#煤層中發(fā)育的陷落柱進行了控制，對3#煤層沖刷變薄帶進行了解釋，對3#、8#和15#煤層的厚度進行了定性解釋。七、地點、試驗規(guī)模和進度安排新景礦3#煤蘆南二區(qū)、蘆北采區(qū)及各掘進工作面。需要增加兩名專職的物探人員，專門從事物探資料的分析和運用，進一步提高地質(zhì)構(gòu)造（現(xiàn)象）的預測準確程度，為生產(chǎn)技術(shù)和安全管理部門提供較為準確的地質(zhì)預測預報，便于各級領(lǐng)導和部門合理安排生產(chǎn)計劃，正確制定采煤方法和安全管理措施，為煤炭資源和減少人為的不合理資源浪費現(xiàn)象打下了良好基礎(chǔ)。八、承擔單位和主要協(xié)作單位及分工承擔單位：陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司新景礦，負責井上下基礎(chǔ)資料收集、分析，采集探測點測量、地質(zhì)描素采集、礦壓數(shù)據(jù)、御壓孔鉆屑計量等資料；協(xié)作單位：西安煤科院、重慶煤科院、中國礦業(yè)大學，負責技術(shù)指導，勘探的數(shù)據(jù)采集作業(yè)、數(shù)據(jù)處理、報告提交和數(shù)據(jù)整理；地震數(shù)據(jù)處理于解釋：22.2萬元（1萬元/km2） 編制研究報告： 1萬元 合計 23.2萬元2009年9月 簽訂合同；2009年10月 地震數(shù)據(jù)的收集與處理；2009年11月 利用地震屬性技術(shù)對三維地震資料重新解釋。2009年12月 研究報告編制。九、項目研究人員名單姓名性別單位（部門）職務(wù)、職稱承擔內(nèi)容負責人馮宏男西安煤科院教授項目的具體實施、報告編寫負責人宋勁男重慶煤科院教授項目的具體實施、報告編寫負責人劉樹才男中國礦業(yè)大學教授項目的具體實施、報告編寫項目主要參加人員十、項目研究人員（內(nèi)部）名單姓名性別單位（部門）職務(wù)、職稱承擔內(nèi)容負責人劉繼勇男新景礦總工程師項目的協(xié)調(diào)、方案論證審核負責人齊貴明男新景礦地測部部長項目的協(xié)調(diào)、方案論證審核項目主要參加人員張會青男新景礦地測部主任工程師項目的現(xiàn)場協(xié)調(diào)邱愛紅男新景礦地測部部長助理項目的現(xiàn)場實施張維濱男新景礦地測部地質(zhì)組長項目的現(xiàn)場實施及數(shù)據(jù)采集十一、項目用到的及需要增添的主要設(shè)備、儀器、材料瑞利波探測儀器各一臺防爆地質(zhì)雷達一臺煤礦三維地震數(shù)據(jù)動態(tài)解釋系統(tǒng)軟件十二、經(jīng)費總概算序號費用名稱金額(萬元)備注1研發(fā)費502 人員工資費103 科研材料費204 測試費105 設(shè)備費1006 鑒定費1078910合 計200十三、經(jīng)費支出明細預算表費用名稱小計金額(千元)2009年2010年1科研人工費1001002科研設(shè)備儀器100010003科研材料費2002004科研設(shè)備租賃費 5研發(fā)費5005006科研用圖書資料費7試驗檢驗費1001008科研設(shè)備修理費1001009研發(fā)機構(gòu)公用費用10關(guān)鍵設(shè)備、儀器購置費11與技術(shù)開發(fā)相關(guān)的其他費用合 計20002000十四、技術(shù)的先進性與技術(shù)資料1. 對掘進、開拓工作面地質(zhì)構(gòu)造（現(xiàn)象）的預測預報一直是擺在地質(zhì)工作人員面前的難題，因勘探鉆孔僅能控制一點，鉆孔間距最小也在500米左右，無法大面積準確控制煤層地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)。而采用巷道超前的物探方法（瑞利波探測技術(shù)、防爆地質(zhì)雷達技術(shù)、三維地震屬性解釋技術(shù)），現(xiàn)已推廣應(yīng)用，取得了較好的地質(zhì)效果，為礦井實現(xiàn)高效高產(chǎn)，安全生產(chǎn)鋪平了道路。同時，三種物探方法也是解決礦井生產(chǎn)復雜地表及地質(zhì)構(gòu)造的有效物探手段。所以有必要開展瑞利波探測技術(shù)、防爆地質(zhì)雷達技術(shù)、三維地震屬性解釋技術(shù)工作，以控制區(qū)內(nèi)的構(gòu)造形態(tài)，如斷層、褶皺、陷落柱、3#煤層沖刷變薄無煤帶等地質(zhì)構(gòu)造（現(xiàn)象）。 2.提供YTR（A）瑞利波探測儀、KJH-D防爆地質(zhì)雷達探測儀和三維地震屬性解釋技術(shù)軟件。3. 更高水平地培訓超前物探技術(shù)人員。十五、技術(shù)成果與形式1、采用三種物探方法進行聯(lián)合探測，然后進行生產(chǎn)驗證，總結(jié)技術(shù)經(jīng)驗，修改