瓦斯地質保障系統專題講座張海軍煤礦瓦斯治理國家工程研究中心峰峰分中心2021年4月18日1前言煤礦地質工作的重要性及現階段面臨的主要問題煤礦地質工作的重要性及現階段面臨的主要問題瓦斯地質河南理工大學楊力生教授于上個世紀70年代提出的。1983年，他與他的同事一起，在煤炭部支持下，建立了“編制全國煤礦瓦斯地質圖〞煤炭工業部重大工程。瓦斯地質形成和開展瓦斯地質形成和開展

瓦斯地質保障是世界性難題理論體系不完整單因素假說瓦斯主導作用、地壓主導作用、化學本質假說…

綜合作用假說振動說、分層分離說、破壞區說、游離瓦斯壓力說…突出過程中破壞與發展機制還停留在定性與假說性階段；事故發生過程中主要因素與次要因素及其作用機理不清楚；只能對某些現象給予解釋，還不能形成統一完整的理論體系。

技術體系不成熟瓦斯地質條件探測技術、低透氣性瓦斯抽采技術……關鍵技術仍不夠成熟方法手段不成套研究手段、工作手段、管理手段……尚未形成一套完整體系管理體系不系統組織機構、運行機制、制度規程……建設不健全、不具系統性2淮南經驗&做法淮南煤田地形地質與開發布局圖杜絕了誤揭〔穿〕煤層、誤透老空老硐事故，杜絕了地質工作失誤造成的瓦斯事故，杜絕了礦井突水死亡和淹井事故。杜絕了因地質構造探查不明造成綜采工作面無方案停產搬家事故，杜絕了巷道測量、工程標定錯誤。為瓦斯治理、水害防治、礦壓治理、快速建井、快速掘進、綜采綜掘高效生產提供了強有力地質根底支撐。實現了地質保障工作目標通過礦井高精度綜合勘探，超前高精度探明了礦區煤炭資源儲量1030000萬噸，為顧橋、張集礦等千萬噸級礦井開發和潘一礦等百萬噸級改擴建礦井提供了可靠的煤炭資源保障。為礦區資源大開發提供了豐厚的煤礦資源保障煤炭資源回收率處全國先進水平平安解放出受水威脅的煤炭資源儲量11100萬噸構建了現代煤礦平安高效綠色開采的地質保障體系統計說明，82%的突出與構造有關；淮南煤與瓦斯突出近50%〔53次〕發生在地質異常區；淮南瓦斯異常涌出〔噴出〕〔23次〕多發生于巖石巷道裂隙發育帶…理論與實踐說明：瓦斯動力現象與其地質賦存條件密切相關。確立了“保障有力，行業領先，尖兵要尖〞的工作開展目標；淮南礦業集團高度重視瓦斯地質工作提出了“地質要過關，重點攻物探〞、“地質是尖兵，出路在創“新〞等瓦斯地質工作理念。認為“地質不過關，瓦斯治本難〞；淮南礦業集團瓦斯綜合治理目標是通過實施三步走戰略，實現“三個杜絕〞：杜絕瓦斯爆炸、杜絕煤與瓦斯突出、杜絕瓦斯超限！1.高目標引領，推動瓦斯地質工作創新開展圍繞企業治理瓦斯目標，瓦斯地質保障工作目標：杜絕誤揭〔穿〕煤層事故！杜絕因地質工作失誤直接造成瓦斯異常涌出、瓦斯超限事故!杜絕誤透老空巷〔峒〕事故!由被動服務型向主動參與型轉變由附屬工具型向超前指導型轉變由定性粗放型向定量精細型轉變由以預防為主向以治理為主轉變轉變觀念：工作思路一研規律性研究，服務于瓦斯治理方案的決策。工作方法二探地面地質勘探，服務于礦井設計、瓦斯治理設計；井下瓦斯地質探查，指導瓦斯治理措施制定。三控嚴格控制煤層層位、地質構造；嚴格控制老塘（老峒）、應力集中區；嚴格控制采掘之間的時空關系。工作方法四抓抓基礎，基層單位組織建設、基礎資料、基本功；抓規范，規范日常工作程序、審批程序、地質說明書、地質預報編制的內容和格式；抓質量，質量標準化動態達標；抓示范，開展新技術、新方法、新工藝的應用與創新的示范礦井建設，發揮示范效應。五保“高投入、上手段、攻項目、嚴管理、建隊伍”五項保障措施。體系架構：地質保障體系技術體系保障措施管理體系組織體系責任體系制度體系規定規范標準體系技術創新工作體系高投入攻項目上手段嚴管理建隊伍礦區采區工作面綜合探測技術手段地質數學…信息技術集團公司組織編制了?淮南礦業集團地質保障規劃?，并特邀2名中國工程院院士及多位地質專家組織召開了?淮南礦業集團地質保障規劃?專家咨詢會。集團公司就地質保障工作每年專門印發年度4號文，對地質保障工作原那么、工作目標、保障措施和主要工作任務加以明確，指導地質工作高效運行。2.科學統籌制定地質保障規劃與方案3.創新管理建立健全瓦斯地質保障管理體系組織機構將地質測量處與通風處合并，組建瓦斯地質管理研究院（安全開采管理研究總院），解決“瓦斯”與“地質”協調統一問題；各礦（礦建項目部）、勘探工程處均設置地質科，配齊了地質副總工程師、地質科長，充實了瓦斯地質技術人員。3.創新管理建立健全瓦斯地質保障管理體系運行機制瓦斯地質管理工作推行分級管理，分級負責制：集團公司地質工作由公司常務副總經理、總工程師直接領導，公司分管地質技術管理的副總工程師協助總工程師領導地質工作，安全開采總院負責礦區地質保障工作的指導與監管；各礦（礦建項目部）是本礦井瓦斯地質工作的責任主體，對礦井地質工作負終端責任，礦長是第一責任者，礦總工程師直接領導地質工作，礦地地質副總工程師協助總工程師領導地質工作；地質勘探工程處對地面勘探、井下物探負責。3.創新管理建立健全瓦斯地質保障管理體系保障制度地質工作季度例會制度地質“一礦一策”保障制度地質工作評估會診制度地質動態質量標準化檢查驗收考核制度地質隊伍考評制度三維地震勘探施工單位準入制度地質工作“三級”管理制度采掘工作面地質預報后評估制度4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施高投入夯實瓦斯地質基礎2004年開始設立瓦斯治理專項基金，噸煤10元；2005年安全投入按噸煤30元提取，15元用于瓦斯治理；地質勘探費用由10前的噸煤0.5元提高到現在的噸煤1.3元；2010年投入500萬元裝備坑透儀、地質雷達等物探儀器；2011-2015年逐步裝備瑞雷波等物探儀器，預計1000萬元；十二五規劃地質勘探及測繪工程資金總投入約50760萬元；集團公司每年投入約2000萬用于地質技術研發。4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施上手段，提高瓦斯地質技術水平近十幾年來，淮南礦業集團樹立“先行先試”的觀念，積極引進高科技技術手段，通過廣泛開展試驗研究，形成了以地面綜合勘探、井下超前探測為主的礦井、采區、工作面三個不同層次的超前探測技術方法。地面綜合勘探利用鉆探、物探、化探相結合的地面綜合探測手段，用于礦井、采區瓦斯地質勘探。井下超前探測是根據地質條件和井下采掘空間條件，選用地震法、直流電法、電磁法等物探和鉆探手段，用于查明采掘過程中地質異常問題。4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施攻項目，破解瓦斯地質技術難題針對瓦斯地質難題，淮南礦業集團堅持走產、學、研相結合的道路，密切結合礦區地質實際，與國內外科研院校開展了一系列專項攻關。與中國礦業大學、安徽理工大學等合作，根據鉆孔資料、煤樣試驗、井下實測等收集礦區瓦斯含量資料近2000個，瓦斯壓力數據近600個，編制全礦區、各礦各煤層瓦斯地質圖，厘清了淮南礦區瓦斯賦存根本規律。潘一礦13-1煤層瓦斯含量等值線圖顧橋礦13-1煤層瓦斯含量等值線圖潘三礦東四下山采區13-1煤層瓦斯富集區AVO特征與安徽理工大學、安徽建筑工業學院等合作，對淮南歷史上煤與瓦斯突出進行了統計分析，摸清了淮南礦區煤與瓦斯突出的一般規律。與安徽理工大學等合作，對淮南礦區構造煤區域分布規律進行了研究。13-1煤層構造煤平面分布圖11-2煤層構造煤平面分布圖淮南礦業集團三維地震勘探累計59個區塊，勘探面積達309.96km2，投入資金1億元以上，已完成三維地震勘探解釋成果52個，進一步查明了勘探區內煤層賦存和構造賦存條件，針對三維地震勘探過程中存在問題、難題，先后與中國礦業大學〔北京〕、中國科學院、中石油等合作攻關，取得了許多重要成果。斷層實見點驗證情況綜合表13-1煤層構造三維顯示發現陷落柱及疑似陷落柱5個三維數據體立體顯示剖面解釋瞬時相位剖面波形剖面波形變密度剖面變密度剖面隱伏構造體在時間剖面上表現為同相軸的中斷、扭曲、缺失等特征，在瞬時相位剖面上表現為相位的明顯變化。隱伏構造體在淺部為橢圓，隨時間〔或深度〕加深橢圓的大小在逐漸增大，說明隱伏構造體邊界隨深度加深而加大。切片解釋隱伏構造體空間形態顧橋礦發現的新構造瞬時相位剖面發現新地層特大型斷裂構造2條地震剖面上新地層中發現的逆斷層

潘二礦旋鈕構造發現斷裂旋鈕構造帶2條顧橋礦首采區北塊13-1煤層厚度圖發現煤層變薄帶朱集礦8煤巖漿巖侵入體巖漿巖侵入體發現巖漿巖侵入區13-1煤層頂、底板含水性圖含水性預測顧橋礦13-1煤層應力云圖最大水平主應力最大剪應力最小水平主應力主應力矢量圖地應力預測潘北礦地震屬性螞蟻追蹤與地震剖面結合解釋小斷層小斷層、裂隙帶預測T0T5T4T3T0T5T3T0T5T4T3T3T4T4T3T4T3T4T5T5LN232線重新處理前〔上〕、后〔下〕地震剖面比照與中國礦業大學〔北京〕、中煤物探研究院等單位合作，對早期三維地震勘探數據重新進行處理與解釋。潘三礦西二采區作二次資料處理后，新增斷層15條。二次處理精細解釋潘一礦1602(3)面走向測線瞬變電磁結果剖面“三帶〞地面瞬變電磁探測研究采用界面反射測量原理。反射回來的地震信號被三分量高靈敏度的地震檢波器接收形成地震記錄。巷道反射探測布置示意圖反射地震法巷道超前探測研究顧橋煤礦-780m南翼軌道大巷偏移及探采結果驗證比照圖震源條件：采用錘擊和放炮震源，探測距離在60-120m。解決問題：對前方波阻抗差異明顯的地質構造界面具有較好的分辨能力。反射地震法巷道超前探測特點反射地震法巷道超前探測研究存在問題：煤巷掘進探測需放炮和接收點布入相對完整煤層中，巖巷掘進探測需避開圍巖松動范圍。偏移時速度選擇困難，因此利用平均速度對前方界面進行計算，降低后續界面的判斷準確性。對與巷道夾角大的高傾角斷層構造分辨能力相對較好，落差小的構造分辨能力低。面波地震法施工布置示意圖瑞雷波地震法巷道超前探測研究在迎頭正前方80m范圍內，6m、16m、26m、50m處分別有4個異常跳動，這說明根據探測結果，以上4處可能會有構造或地質分層。南翼大巷迎頭瑞雷波超前勘探驗證圖顧橋南翼大巷迎頭瑞雷波勘探結果圖瑞雷波地震法巷道超前探測研究屢次覆蓋觀測系統布置圖屢次覆蓋系統電法超前探測交匯剖面直流電阻率法巷道超前探測研究點源空間示意圖向坑道工作面發送回線上供一電流脈沖方波，方波后沿下降的瞬間，產生一個向回線法線方向傳播的一次磁場，在一次磁場的鼓勵下，地質體將產生渦流〔大小取決于地質體的導電程度〕；一次場消失后，該渦流不會立即消失，它將有一個過渡(衰減)過程。過渡過程又產生一個衰減的二次磁場向掌子面傳播，由接收回線接收二次磁場，該二次磁場的變化將反映地質體的電性分布情況。如按不同的延遲時間測量二次感生電動勢V(t)，就得到了二次磁場隨時間衰減的特性曲線。如果沒有良導體存在時，將觀測到快速衰減的過渡過程；當存在良導體時，由于電源切斷的一瞬間，在導體內部將產生渦流以維持一次場的切斷，所觀測到的過渡過程衰變速度將變慢，從而判斷導體的存在。瞬變電磁法巷道超前探測研究瞬變電磁法巷道超前探測原理示意圖瞬變電磁法巷道超前探測立體布置圖瞬變電磁法巷道超前探測研究瞬變電磁法巷道超前探測三方向剖面電阻率成果圖瞬變電磁法巷道超前探測剖面及驗證結果比照圖利用發射天線發射高頻寬帶電磁波脈沖，接收天線接收來自地下介質的界面的反射波。地質雷達法巷道超前探測原理示意圖地質雷達巷道超前探測研究顧南1414(1)工作面軌道順槽K11點前94m超前探測驗證剖面圖透射槽波勘探原理圖槽波又稱為導波或煤層波。槽波地震回采工作面超前探測研究槽波地震煤層厚度解釋成果圖槽波地震回采工作面超前探測研究工作面地震CT探測現場布置示意圖各種波組發育特征震波CT回采工作面超前探測研究地震CT探測速度分布解釋及驗證震波CT回采工作面超前探測研究坑透布置及異常解釋圖無線電透視CT成像〔坑透〕回采工作面超前探測研究顧橋礦工作面坑透場強分布剖面張集礦17268面工作面中部薄煤區探測與驗證結果(紅線為實見層滑變薄區)直流電法透視CT回采工作面超前探測研究潘二礦底板灰巖富氣區域勘查剖面及地質解釋成果井下二維地震掘進工作面底部超前探測研究潘二礦底板巷頂板巖層二維地震探測剖面井下二維地震掘進工作面底部超前探測研究探測測線布置1#孔噴氣位置Gd1#鉆場潘二礦A組煤層底板巷放水鉆孔嚴重瓦斯噴孔事例右幫底板反射地震波探測異常位置確定右幫底板二維電阻率法探測異常位置確定右幫底板瞬變電磁法探測異常位置確定潛在含氣空腔實見噴氣空腔綜合探測異常平面分布實見出水位置瓦斯樣品分析直方圖2021、2021年淮南礦區地質〔斷層〕預報準確率統計4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施嚴管理，確保制度落實到位嚴管干部為保證制度的落實，集團公司常務副總經理、總工程師通過安全生產視頻會、季度地質工作例會等直接推動地質保障重點事項的落實。各礦（礦建項目部）、勘探工程處負責對地測副總工程師、地測科長及管技人員進行年度考評，并將對地測副總工程師、地測科長的考評結果報送集團公司人力資源部、安全開采總院備案。對因地質測量工作失誤造成煤與瓦斯異常涌出事故的，給予礦地測副總工程師和地測科長撤職處分。對因地質工作失誤發生突出危險區域誤揭突出煤層、瓦斯超限和透水事故的，按集團公司一號文組織追查處理。發生誤揭其它煤層、誤透老空老巷〔峒〕事故及貫穿測量、工程標定錯誤的，給予相關責任人行政警告以上處分。對未進行井下坑透造成綜采工作面無方案停采搬家的，追究礦長、總工程師的經濟責任。4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施嚴管理，確保制度落實到位嚴管現場嚴格落實經集團公司核準的地質測量工作“一礦一策”意見，安全開采總院負責監管，礦無權自行隨意更改，確保各項措施落實到位。集團公司副總工程師每月組織兩次以上以瓦斯地質為重點的駐礦評估會診，現場蹲點剖析，全面查找問題，提出整改要求。實行“瓦斯地質結合，管理研究并重”，統一管理礦區瓦斯綜合治理，重點監管高瓦斯頭面。采掘工作面必須懸掛“地質預測預報”指導施工，接受檢驗；應力集中區必須懸掛警示牌。4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施嚴管理，確保制度落實到位嚴管技術建立健全以總工程師為首的技術管理體系，放權加責。地質預報預測資料必須翔實、準確，不得漏報、遲報。堅持瓦斯地質工作以控制煤層層位、控制地質構造為重點。為防止誤揭煤層，集團公司嚴格規定“層位構造控制不明的，不得進行揭煤；突出煤層頂（底）板巷道施工時，層位、構造控制不明的不得掘進”。4.著力推進全面實施瓦斯地質工作保障措施建隊伍，確保瓦斯地質隊伍高質量