CN102900440B - 海下综采放顶采煤方法 - Google Patents

Abstract

海下综采放顶采煤方法，包括四个关键技术、一个保障体系和一个评价体系，四个关键技术是：海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术、导水裂隙带预测与监测关键技术、顶板透水预测与防控水技术、海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术；一个保障体系为：海下安全开采保障体系；一个评价体系为：海下安全开采的评价体系。其目的在于提供一种可使海底煤矿资源的开采率得到进一步提高，让海底煤矿资源被充分利用，避免造成浪费，并可增加企业的经济效率，明显地降低企业的生产成本，具有更高的安全性能的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术。

Description

海下综采放顶采煤方法

技术领域

本发明涉及海下综采放顶采煤方法。

背景技术

综采放顶煤采煤方法由于采高较大，造成顶板裂隙带高度升高，顶板运动剧烈，极易引起煤层上方岩层的大变形，故受到海水的威胁程度升高。所以国际上有海下采煤经验的英国、澳大利亚、日本、加拿大与智利，采煤方法多为房柱式部分开采，极少数用长壁综采，但从未有综采放顶煤实践，由此导致目前的海下采煤技术存在着资源开采率低、资源浪费大、开采成本高，安全保障不够到位等问题，造成海底煤矿资源的极大浪费。

发明内容

本发明目的在于提供一种可使海底煤矿资源的开采率得到进一步提高，让海底煤矿资源被充分利用，避免造成资源浪费，并可增加企业的经济效率，明显地降低企业的生产成本，具有更高的安全性能的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术。

本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术，包括四个关键技术、一个保障体系和一个评价体系，四个关键技术是：海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术、导水裂隙带预测与监测关键技术、顶板透水预测与防控水技术、海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术；一个保障体系为：海下安全开采保障体系；一个评价体系为：海下安全开采的评价体系；

所述海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术，是针对海域内三软煤层，用海水的动态加载作用，利用计算机数值模拟、物理相似材料模拟与现场实验分析相结合进行推演，得到海下开采覆岩顶板来压步距、来压速度、采动影响覆岩破坏范围、覆岩内导水岩层高度等参数，由此确定采煤工作面支架的型号、巷道的支护参数；

所述导水裂隙带预测与监测关键技术，采用覆岩运动、透水优势面、导水裂隙带等多种预测方法预测导水裂隙带，并利用“双端堵水导高观测技术”来监测顶板水的渗透情况；

所述顶板透水预测与防控水技术，是依据底板突水优势面理论，提出海下开采“透水优势面”的理论，并利用该理论对海域内开采容易发生的透水点进行预测与预计，为监测透水优势面的海水渗入状态，采用定位钻探、定点水压、水位与水离子监测方法；

所述海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术，是通过对海水和主要含水层水的混合配比试验和预警阈值的监测，确立以Na⁺、Cl^-离子为主要监测对象来在线实时监控海水渗入，建立基于Na⁺、Cl^-离子为主要监测体系的实时自动在线水情、水质监测系统，随着监测点处海水比例的增加,Cl^-和SO₄ ^2-含量显著增加，变化趋势比其他离子明显的多，因此在阴离子中可以选择Cl^-和SO₄ ^2-作为特征离子进行监测,根据其离子含量的变化进行预警，当离子含量的增加幅度≤10%时，表明矿井处于安全状态，可以正常工作；当离子含量的增加幅度为10-30%时，表明矿井处于戒备状态，需要加强观测分析，当离子含量的增加幅度为30-50%时，表明矿井处于紧急戒备状态，需要密切关注，准备救援，当离子含量的增加幅度为≥50%时，表明矿井处于危险报警，应紧急救援；

所述海下安全开采保障体系，是建立海下安全开采灾害预警与应急预案、海下安全开采防灾害性溃水工程设施、海下安全开采综合监控技术、安全生产监测监控系统与基于WEBGIS的海下安全开采灾害预警及应急预案六大系统，明确、全面地对海下矿井进行系统的监控；

所述海下安全开采的评价体系，是指建立了基于3个二级目标、18个三级目标的安全评价体系，该体系使用层次分析的方法，建立评价指标和模型；

还包括采用石油系统海上三维地震勘探技术和设备对海域煤田进行精准探测，即利用区内已有钻探资料制作人工合成地震记录，参考以往地震剖面所确定的波组与地层的对应关系，设计海域内地震波传输模型，综合判定地震反射层的地质意义，在波组对比中，蚕蛹强相位对比、波组对比、纵剖面对比与任意剖面对比以及水平切片对比等相结合的做法，以保证层位对比的可靠性。

本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术，其中所述实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术适用于综采放顶煤采煤方法。

本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术，其包括四个关键技术、一个保障体系和一个评价体系，四个关键技术是：海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术、导水裂隙带预测与监测关键技术、顶板透水预测与防控水技术、海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术；一个保障体系为：海下安全开采保障体系；一个评价体系为：海下安全开采的评价体系。故本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术具有可使海底煤矿资源的开采率得到进一步提高，让海底煤矿资源被充分利用，避免造成浪费，并可增加企业的经济效率，明显地降低企业的生产成本，具有更高的安全性能的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术的特点。

本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术的其他细节和特点可通过阅读下文详加描述的实施例便可清楚明了。

具体实施方式

本发明的实施海下综采放顶采煤方法，包括四个关键技术、一个保障体系和一个评价体系，四个关键技术是：海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术、导水裂隙带预测与监测关键技术、顶板透水预测与防控水技术、海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术；一个保障体系为：海下安全开采保障体系；一个评价体系为：海下安全开采的评价体系；

所述海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术，是针对海域内三软煤层，用海水的动态加载作用，利用计算机数值模拟、物理相似材料模拟与现场实验分析相结合进行推演，得到海下开采覆岩顶板来压步距、来压速度、采动影响覆岩破坏范围、覆岩内导水岩层高度等参数，由此确定采煤工作面支架的型号、巷道的支护参数；

所述导水裂隙带预测与监测关键技术，采用覆岩运动、透水优势面、导水裂隙带等多种预测方法预测导水裂隙带，并利用“双端堵水导高观测技术”来监测顶板水的渗透情况；

所述顶板透水预测与防控水技术，是依据底板突水优势面理论，提出海下开采“透水优势面”的理论，并利用该理论对海域内开采容易发生的透水点进行预测与预计，为监测透水优势面的海水渗入状态，采用定位钻探、定点水压、水位与水离子监测方法；

所述海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术，是通过对海水和主要含水层水的混合配比试验和预警阈值的监测，确立以Na⁺、Cl^-离子为主要监测对象来在线实时监控海水渗入，建立基于Na⁺、Cl^-离子为主要监测体系的实时自动在线水情、水质监测系统，随着监测点处海水比例的增加,Cl^-和SO₄ ^2-含量显著增加，变化趋势比其他离子明显的多，因此在阴离子中可以选择Cl^-和SO₄ ^2-作为特征离子进行监测,根据其离子含量的变化进行预警，当离子含量的增加幅度≤10%时，表明矿井处于安全状态，可以正常工作；当离子含量的增加幅度为10-30%时，表明矿井处于戒备状态，需要加强观测分析，当离子含量的增加幅度为30-50%时，表明矿井处于紧急戒备状态，需要密切关注，准备救援，当离子含量的增加幅度为≥50%时，表明矿井处于危险报警，应紧急救援；

所述海下安全开采保障体系，是建立海下安全开采灾害预警与应急预案、海下安全开采防灾害性溃水工程设施、海下安全开采综合监控技术、安全生产监测监控系统与基于WEBGIS的海下安全开采灾害预警及应急预案六大系统，明确、全面地对海下矿井进行系统的监控；

所述海下安全开采的评价体系，是指建立了基于3个二级目标、18个三级目标的安全评价体系，该体系使用层次分析的方法，建立评价指标和模型；

还包括采用石油系统海上三维地震勘探技术和设备对海域煤田进行精准探测，即利用区内已有钻探资料制作人工合成地震记录，参考以往地震剖面所确定的波组与地层的对应关系，设计海域内地震波传输模型，综合判定地震反射层的地质意义，在波组对比中，蚕蛹强相位对比、波组对比、纵剖面对比与任意剖面对比以及水平切片对比等相结合的做法，以保证层位对比的可靠性。

对海域地层进行钻探勘探，面临施工困难，钻孔封堵难度大等问题；使用地震勘探，面临水深变化大、海浪起伏不定、气象变化大、养殖区域影响等因素，不能实现信号的精准收集与定位。本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术利用区内已有钻探资料制作人工合成地震记录，参考以往地震剖面所确定的波组与地层的对应关系，设计了海域内地震波传输模型，综合判定地震反射层的地质意义。在波组对比中，坚持强相位对比、波组对比、纵剖面对比与任意剖面对比以及水平切片对比等相结合的做法，保证了层位对比的可靠性，也大大提高了工作效率。本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术通过系列研究与校准，开展了再次大规模的地震勘探。勘探资料经与钻孔资料和采掘揭露情况对比分析，误差在4m之内，达到了采矿精度要求。

上述采煤技术适用于综采放顶煤这种采煤方法。综采放顶煤这种采煤方法由于采高较大，造成顶板裂隙带高度升高，顶板运动剧烈，极易引起煤层上方岩层的大变形，故受到海水的威胁程度升高。所以国际上有海下采煤经验的英国、澳大利亚、日本、加拿大与智利，采煤方法多为房柱式部分开采，极少数用长壁综采，但从未有综采放顶煤实践。本课题采用的综采放顶煤是一次成功的尝试，开创了国际上海下采煤方法的先河，填补了国内外海下采煤方法的空白。

本发明的实施海下综采放顶煤采煤方法的安全采煤关键技术成果具有良好的推广应用前景，不仅可应用到濒临渤海的龙口海域，还可以应用到国内其它大型水体下的煤炭开采。龙口矿区濒临渤海，按保守估算可生产约877亿元产值的煤炭，具有约80亿元纯利润；使矿井服务年限延长10年以上。本课题研究成果对开发蓬莱海域下和黄河口海域下，以及我国其它海域下煤炭资源将起到很好的促进和示范，将解放大量的煤炭储量，这对延长我国部分大型水体下困扰的煤炭生产企业服务年限，保持我国煤炭生产的中长期可持续发展具有积极作用。

本发明中的四项关键技术的技术体系都由预测体系和监测体系构成。通过预测体系确定该项技术的技术方法，通过监测体系确定技术的监控手段。技术体系实现了理论与实践的统一、预防与控制的统一、技术与方法的统一。四个关键技术涉及到20个技术要点。为了保障海下安全高效开采，项目共建设了灾害预警与应急预案、防灾害性溃水工程设施、综合监控体系等4个保障系统，4个保障系统构成海下安全高效开采的保障体系。为了对关键技术与保障体系的实施效果进行评价，项目建立了具有3个二级目标、18个三级目标的综合评价体系，并使用层析分析的方法进行汇总分析。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.海下综采放顶采煤方法，其特征在于包括四个关键技术、一个保障体系和一个评价体系，四个关键技术是：海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术、导水裂隙带预测与监测关键技术、顶板透水预测与防控水技术、海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术；一个保障体系为：海下安全开采保障体系；一个评价体系为：海下安全开采的评价体系；

所述海下开采覆岩运动规律的预测与监测关键技术，是针对海域内三软煤层，用海水的动态加载作用，利用计算机数值模拟、物理相似材料模拟与现场实验分析相结合进行推演，得到海下开采覆岩顶板来压步距、来压速度、采动影响覆岩破坏范围、覆岩内导水岩层高度参数，由此确定采煤工作面支架的型号、巷道的支护参数；

所述导水裂隙带预测与监测关键技术，采用覆岩运动、透水优势面、导水裂隙带多种预测方法预测导水裂隙带，并利用“双端堵水导高观测技术”来监测顶板水的渗透情况；

所述顶板透水预测与防控水技术，是依据底板突水优势面理论，提出海下开采“透水优势面”的理论，并利用透水优势面理论对海域内开采容易发生的透水点进行预测与预计，为监测透水优势面的海水渗入状态，采用定位钻探、定点水压、水位与水离子监测方法；

所述海域水文地质信息动态监测、分析与预报技术，是通过对海水和主要含水层水的混合配比试验和预警阈值的监测，确立以Na⁺、Cl^-离子为主要监测对象来在线实时监控海水渗入，建立基于Na⁺、Cl^-离子为主要监测体系的实时自动在线水情、水质监测系统，随着监测点处海水比例的增加,Cl^-和SO₄ ^2-含量显著增加，变化趋势比其他离子明显的多，因此在阴离子中选择Cl^-和SO₄ ^2-作为特征离子进行监测,根据其离子含量的变化进行预警，当离子含量的增加幅度≤10%时，表明矿井处于安全状态，可以正常工作；当离子含量的增加幅度为10-30%时，表明矿井处于戒备状态，需要加强观测分析，当离子含量的增加幅度为30-50%时，表明矿井处于紧急戒备状态，需要密切关注，准备救援，当离子含量的增加幅度为≥50%时，表明矿井处于危险报警，应紧急救援；

所述海下安全开采保障体系，是建立海下安全开采灾害预警与应急预案、海下安全开采防灾害性溃水工程设施、海下安全开采综合监控技术、安全生产监测监控系统与基于WEBGIS的海下安全开采灾害预警及应急预案六大系统，明确、全面地对海下矿井进行系统的监控；

所述海下安全开采的评价体系，是指建立了基于3个二级目标、18个三级目标的安全评价体系，该体系使用层次分析的方法，建立评价指标和模型；

还包括采用石油系统海上三维地震勘探技术和设备对海域煤田进行精准探测，即利用区内已有钻探资料制作人工合成地震记录，参考以往地震剖面所确定的波组与地层的对应关系，设计海域内地震波传输模型，综合判定地震反射层的地质意义，在波组对比中，蚕蛹强相位对比、波组对比、纵剖面对比与任意剖面对比以及水平切片对比相结合的做法，以保证层位对比的可靠性。