瑞利波探测仪超前探测瓦斯地质构造立项任务书修改.doc

项目编号：阳泉煤业（集团）有限责任公司科研开发项目立项任务书项目名称： 地质雷达超前探测技术研究承担单位： 山西新景矿煤业有限责任公司开发机构： 煤炭科学研究总院重庆研究院起止年月： 2012年5月-2012年10月项目负责人： 郭有慧一、立项的目的意义及必要性用于煤矿井下的防爆型KJH-D型探地雷达，由煤炭科学研究总院重庆研究院根据国家“七五”科技攻关项目“瑞利波探测技术研究”于1991年研制成功，经大量工业性试验，在煤矿井下超前探测中取得了地质效果，并在接下来的一段时期内，不断的改进更新仪器的软硬件，仪器经过四代的发展现在定名为YTR(D)瑞利波探测仪，获得了煤炭部科技进步二等奖，北京国际发明展览会铜奖，93年国家级新产品，96年煤炭部重点推广的科技成果，98年煤炭部推广应用三等奖。瑞利波探测技术是具有理论成熟、操作简单、分辨率高、解释成果直观、无需辅助工程等特点和优点。该技术有望发展成为煤矿井下高精度超前探测地质构造异常体的新型物探技术。山西新景矿煤业有限责任公司各煤层，尤其是3#煤层瓦斯赋存条件复杂多变，在煤炭开采中，日益突出的瓦斯地质与构造问题严重威胁着煤矿生产的安全，尤其是难以预测的煤与瓦斯突出或爆炸的危险更为严重。为了实现各煤层，尤其是3#煤层掘进工作面安全掘进，提高煤矿安全管理水平以及确保企业安全生产的需要，采用探瑞利波探测技术的物探方法对掘进巷道前方进行超前探测研究，建立起掘进工作面超前探测预报预测系统，并在生产过程中进行验证，总结提高该物探方法在掘进工作面超前构造探测的准确性，适应性和探测有效距离，加强瓦斯地质预测预报，从而为掘进工作的超前地质构造、瓦斯地质预测预报提供有效、快捷、方便的探测方法，解决掘进工作面的超前预测预报难题，提高掘进效率和安全管理水平，查明影响开采的地质异常，保证生产的正常进行，对安全生产有着重要意义。二、二、课题主要研究技术内容的国内外发展现状与趋势，国内现有技术基础，以及与课题有关的技术领域的国内外专利申请和授权情况（附有关专利查新结论我国煤层赋存条件较差，受地质构造及成煤环境等因素制约，在采掘过程中易发生瓦斯突出、突水及顶板冒落等自然灾害，严重威胁着煤矿安全生产和矿工的生命安全。随着矿井生产水平的逐年延伸，煤矿地应力随之增大，瓦斯地质条件更加恶化。这些不利因素都给煤矿的安全生产提出了更高的要求。如何建立一套完善的煤矿安全生产技术保障体系已成为目前学术研究的前沿和热点问题。根据新景公司目前的技术条件水平，地面三维地震勘探结合钻孔资料，基本能解决较大的构造分布，无法解决在掘进巷道过程中占有很高比例的小型构造和瓦斯异常区。然而，在采掘工作面隐伏着许多小断层、陷落柱等地质构造与地质现象，而且在地质构造揭露过程中常伴随瓦斯突出或涌出量变大现象，这些地质构造及瓦斯突出问题严重影响着正常的安全生产，因此在开掘巷道和采煤工作面进行必要的超前地质预报显得尤为主要。由于巷道为立体受限空间，空间狭小并含可燃气体，工作条件差，很多地球物理探测方法和手段受到限制。瑞利波探测技术是通过采集人工地震波所携带的地下信息来分析地质构造，其采用方法是面波频普分析法，也叫瞬态法，它是由震源产生一定带宽的脉冲，通过侧线上相距震源不同距离的两个接收传感器，把信号采集到瑞利波仪的记录中，利用FFT（快速速付里叶变换）和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，从而得到两个记录信号在不同频率下瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，根据两路不同频率信号的相位差就可计算出传播时间和速度。由A，B两点的已知距离，便可求得不同频率瑞利波的相速度，同时由此得到该点的频散曲线。三、主要研究、试验内容、目标、技术关键及主要技术经济指标1攻关目标（1）通过井下巷道超前探测试验与实际掘进情况对比，研究新景公司煤巷掘进前方常见地质构造异常体(如：断层、裂隙破碎带、陷落柱、含水带、瓦斯聚集区等)与一定频率范围的瑞利波的相关关系；研究瑞利波探测在本矿区的适用范围和适宜的探测目标，测定现场探测的物理参数、为瑞利波探测的推广应用打下良好的技术基础。（2）研究针对新景公司矿区煤岩地层的瑞利波探测工艺和瑞利波探测资料解释方法，形成一套简便、快捷和直观的探瑞利波探测井下工作方法。同时，通过参与项目研究培养瑞利波探测操作和使用的物探专业技术人员。2研究内容（1）加强井下瑞利波探测试验，并及时收集掘进实际揭露资料进行验证，综合分析研究地质异常体和瑞利波之间的关系。收集新景公司各煤层的地质资料，研究矿区的煤层地质环境、地球物理特性和常见的地质构造异常。结合矿区的实际情况，重点分析这些地质异常体与瑞利波的关联性。从已知到未知，不断积累探测经验，提交探瑞利波探测预报试验报告。（2）通过使用煤系地层的瑞利波探测，研究如何获得高质量、一定频率范围的瑞利波的井下瑞利波探测工艺。（3）进行不同体系的瑞利波探测研究试验，适应不同探测环境和探测要求的瑞利波探测方法，尽可能加大瑞利波探测的距离。（4）通过瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，计算出传播的时间和速度，可求得不同频率瑞利波的相对速度，得到该点的频散曲线，确定存在异常体。对比瑞利波超前探测技术探测到的30m-80m的地质异常体（如石门厚度，断层、破碎、残余煤厚、下层煤厚度、瓦斯异常等），分析新景公司常见地质构造异常体与瑞利波探测的特征关系，用于指导掘进过程中的地质超前探测预报试验。3技术关键（1）煤系地层的瑞利波探测工艺；（2）瑞利波探测井下针对性的超前探测试验；（3）瑞利波探测数字处理和解释技术4主要技术经济指标技术指标：（1）落差大于1/2煤厚的断层，预报准确率70%以上；（2）直径10米以上的陷落柱，预报准确率70%以上。（3）瓦斯异常区，预报准确率70%以上；经济指标：探测成果指导实践，探测成本合理。四、达到的技术水平，经济、社会效益及推广应用前景瑞利波探测具有高探测分辨率和高工作效率的特点，它逐渐成为浅部地球物理勘探的一种重要手段。该套技术和装备探测工作具有科技含量高，无需辅助工程，非接触无损探测，井下探测快速，基本不影响生产等优点，属于国家重点推广应用的新型矿井物探手段。近年来，随着瑞利波探测工作方法的不断提高，得到了长足的进步。目前，该技术已经被广泛应用于煤矿井下超前探测。瑞利波超前探测技术用于探测30m到80m的地质异常体（如石门厚度，断层、破碎、残余煤厚、下层煤厚度、瓦斯异常等），推广应用后将提高矿井超前预测预报的精度和矿井物探的应用水平，分析瑞利波探测条件，跟踪采掘进行超前探测，对比实际揭露地地质资料与探测结果，总结瑞利波与探测技术在突出煤层中断层、陷落柱、冲刷、煤层软分层特征反映，具体应用特征效果，客观认识瑞利波超前探测构造技术在阳泉矿区的适用性，为进一步扩大工程应用做准备。为保障煤矿安全生产有重要的意义。同时，该技术可以解决一些掘进过程中的技术难题，节省大量生产成本，经济效益相当显著。五、采用的研究、试验方法和技术路线（包括工艺流程）：本项目采取理论与实践相结合，课题研究与人才培养相结合，最终落实到应用探测工作中。项目的实施分三个部分进行：1根据新景公司具体情况进行瑞利波超前探测理论研究和可行性分析。2研究井下瑞利波超前探测工艺和数据信号处理技术。3进行连续煤巷超前跟踪探测试验，根据掘进验证资料总结出新景公司常见地质异常体的不同频率相对速度，得到该点的频散曲线规律。井下实际操作方法如下：瑞利波探测技术是通过采集人工地震波所携带的地下信息来分析地质构造，其采用方法是面波频普分析法，也叫瞬态法。仪器具有防爆性能，工作过程是在放炮点上一个瞬态冲击振动作为震源，由震源产生产生一定频率范围的瑞利波，不同频率和振幅的瑞利波叠加在一起向前传播，通过侧线上相距震源不同距离的两个接收传感器，把信号采集到瑞利波仪的记录中，利用FFT（快速速付里叶变换）和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，得到两个记录信号在不同频率下瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，根据两路不同频率信号的相位差就可计算出传播时间和速度。由A，B两点的已知距离，便可求得不同频率瑞利波的相速度，同时由此得到该点的频散曲线。由于施工现场条件限制，应视施工现场场地大小决定x,在通常情况下， 道间距x约为100cm左右。震源激发点距第一个传感器x也布置约为100cm左右。六、现有技术基础及条件1阳煤集团对巷道超前探测研究很重视，有实际钻探经验的人员和设备，有一批忠于职守、勇于拼搏、善于协调的探测配合队伍，为课题研究提供了基础。2阳煤集团办公自动化的普及应用为系统推广创造了条件。3协作单位长期从事瑞利波超前探测国家科技攻关项目研究，有丰富的项目经验和较高的技术水平，在该领域的研究水平处于国内领先水平。参加项目的研究人员中都是研究所的技术骨干，技术力量完全能胜任该项目的研究。4现有煤炭科学研究总院西安研究院研制的YTR(D)瑞利波探测仪。七、地点、试验规模和进度安排项目研究分别在山西新景矿煤业有限责任公司和煤炭科学研究总院西安研究院进行。试验地点：新景公司的掘进工作面进度安排：12011.5：收集资料，制订项目实施方案和现场试验方案，瑞利波探测仪安装调试；22011.52011.8：进行井下瑞利波探测仪探测试验，开展约6000米3#煤煤巷掘进头超前探测试验，及时提供超前探测预报试验报告并及时实地收集地质构造异常特征，分析瑞利波探测成果与构造异常的关系；32011.9：通过瑞利波探测相位差计算出的传播时间和速度，求得不同频率瑞利波的相对速度，得到频散曲线，确定存在异常体。综合井下瑞利波探测工作方法，编写研究报告。42011.10：课题总结，编写报告，组织验收或鉴定。八、承担单位和主要协作单位及分工承担单位：新景公司1、确定跟踪探测的典型采掘工作面。2、提供已知的地质资料和图件；3、配备必要的专职技术人员；4、提供验证物探成果的生产地质资料和进行验证工作；5、为西安研究院参加本项目的技术人员提供食宿方便。协作单位：煤炭科学研究总院西安研究院 1、提供施工组织设计和项目实施方案；2、派遣技术人员参加项目运作，在项目进行前期和新技术应用初期负责施工设计和施工组织；3、负责培训矿方技术人员；4、负责资料处理和解释；5、负责项目报告起草编制；6、负责提供项目规定工作的仪器设备。九、项目研究人员名单姓名性别单位（部门）职务、职称承担内容负责人冯宏男煤炭科学研究总院西安研究院总工、高工、博士负责总体规划、研究项目主要参加人员王勇男煤炭科学研究总院西安研究院工程师现场探测实验、报告编写刘广亮男煤炭科学研究总院西安研究院工程师现场探测实验、报告编写徐冠南男煤炭科学研究总院西安研究院工程师现场探测实验、报告编写十、项目研究人员（内部）名单姓名性别单位（部门）职务、职称承担内容负责人郭有慧男新景公司总工程师项目总体实施负责人张会青男新景公司副总工程师项目的组织、方案论证审核项目主要参加人员张维滨男新景公司部长助理项目的现场协调、资料整理杜永华男新景公司主任工程师项目的现场协调、资料整理王海东男新景公司助理工程师项目的现场协调、资料整理十一、项目用到的及需要增添的主要设备、仪器、材料项目用到煤炭科学研究总院西安研究院YTR(D)防爆瑞利波探测仪。十二、经费总概算序号费用名称金额(万元)备注1超前探测辅助材料15震源垫板等易损消耗工程材料2差旅费15开始和后期23人，中间1人，共计4个人月的住勤及替换旅途、通讯费用3远程运输费2探测设备及处理系统及更新软件等维护的往返。4全程数据处理及最终报告整理费用13.5每阶段中间和最终报告5税金4.5普通技术服务发票67 8910合 计50十三、经费支出明细预算表费用名称小计金额(千元)2009年2010年2011年1超前探测辅助材料1501502差旅费1501503远程运输费20204全程数据处理及最终报告整理费用1351355税金454567891011合 计500十四、技术的先进性与技术资料（1）利用煤炭科学研究总院西安研究院YTR(D)防爆瑞利波探测仪来探测掘进头前方地质构造情况，控制区内的构造形态（如断层、褶皱、陷落柱、3#煤层冲刷变薄无煤带等地质构造、地质现象）和瓦斯异常区，指导巷道掘进工作，为矿井实现高效高产，安全生产铺平道路；（2）利用最新理论与技术进行数据分析和经验总结，进而推广应用；（3）技术资料提供电子版，供新景公司物探技术人员参考、学习，更高水平地培训超前物探技术人员，并就新景公司地质构造疑难问题可以相互沟通、借鉴。十五、技术成果与形式（1）现场探测报告根据探测情况及时提供，进行生产验证，总结技术经验，修改探测方法和参数，提高探测准确性，以查明区内的断层以及其它影响煤矿开采的构造，然后对资料进行深入细致地分析和研究，利用现有资料，加强采探对比，尽量提高解释精度，确保矿井生产的安全与效益。（2）提交探测实验总结纸质报告八份，电子版一份。十六、审批意见1.申报单位意见： 负责人：（签 章） 年 月 日2管理部门意见： 负责人：（签 章） 年 月 日3专家组