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1、浦县宏源煤业集团有限责任公司下属煤矿老窑探测可行性研究提案一浦县宏源煤业集团有限责任公司下属煤矿现状分析浦县宏源煤业集团有限责任公司以原煤开采、原煤洗选为主营业务，兼营发 电、粉煤灰建材、高等教育等业务。集团公司下属的17个煤矿子公司中，控股子公司4个，全资子公司13个，其中参与集团公司并重组的煤矿 12座，核定生产能 力为312万吨/年。由于历史原因，在矿井井田范围内有多处小窑，现均已关闭停 产。这些小窑大多数没有正规的采掘工程图纸，或者采掘工程图纸中所标柱的井巷 工程及采煤工作面与实际开采位置不符。由此，给宏源煤业集团有限责任公司下属 矿井安全生产造成了巨大的安全隐患和资源流失。以蒲县宏源
2、煤业集团有限公司下属的原红发煤矿为例，在原红发煤矿东部边 界、西部边界、南部边界和北部边界均有小窑越界开采。根据现有原红发煤矿的采 掘工程图纸显示，初步估算的可采储量约有70万吨。由于周边小窑越界开采的破坏，实际的可采储量不足 30万吨，无法满足在过渡期内的正常生产。在原红发煤 矿北部有由八个已经关闭的小窑组成，这些小窑沿着东西走向分布。根据宏源煤业 集团有限公司对相关历史资料、经验和小窑实际上的生产能力分析，估计上述小窑 的破坏范围以井口为中心，半径在500m左右的范围之内。如果以此作为分析依据，在未探清的原红发煤矿北部存在着约 8万吨的潜在储量。如果这一储量能得以 利用，对原红发煤矿作为过
3、渡矿井，可满足过渡期的生产要求。再者，可以加长在 北部区域布置工作面的长度，减少矿井接替搬家的次数，降低生产系统的复杂度， 提高采煤系统的安全程度，缩减由于工作面搬家造成的成本增加，加大煤炭的回收 率。浦县宏源煤业集团有限责任公司下属其他生产矿井中也存在着同样的问题。这 些问题时刻威胁着浦县宏源煤业集团有限责任公司下属煤矿的安全生产，因此，非 常有必要在掘进工作中能及时准确地预测前方的异常区域，降低生产矿井在生产过 程中无意中打通废弃小窑、采空区等造成煤矿事故发生的概率，同样在此探测的基 础上，可以增加资源的回收率，避免资源浪费。二煤矿老窑探测研究的意义浦县宏源煤业集团有限责任公司在过渡时期保
4、留的 4座矿井中均存在小窑越界 开采等现象。如在原红发煤矿的井田范围内标柱的小窑就有 8个，这些废弃小窑对 煤矿今后的安全带来了巨大的安全隐患。还以原红发煤矿为例，在原红发煤矿西部已经探明的越界开采区域中，未发现 积水。在原红发煤矿东部的采空区中，有极少量的积水现象。由于原红发煤矿1-2#煤层上部覆岩中没有含水层。因此，越界开采区域可能的积水水源主要来自雨水下渗以及山洪灌入已经停产关闭的小窑中。由于无法确定原红发煤矿北部越界开采 区域是否和东部采空区联通，因此，无法排除原红发煤矿北部边界处的越界开采和 含水情况。为了消除在北部区域掘进过程中的这一个潜在的安全隐患，有必要采用 超前物理勘探辅以钻
5、探的方法探明北部越界开采和老空含水的情况，为宏源公司的 下属原红发煤矿的安全生产提供保障。在计划初步实施的方案中，采用先掘矿井周边巷道，圈定现有的煤炭储量的方针。为确保安全掘进，在原红发煤矿北部边界范围内需要做探巷（约300M ,设计巷道 2012 （1）（约 450m） 、2012 （2）（约 450m）、上部边界巷道 2016 （2）（约500m ,共计约1600m的煤巷来探测和圈定目前可采的煤田的范围。以每天 掘进10m计算，整个工期约在5个月左右，在掘进过程中，由于对前方地质结构及 小窑的不了解，采用扇形布钻的工艺，钻探盲目性强，钻探工作量大，严重的影响 了掘进的速度和掘进的安全。因此
6、，非常有必要需求一种简单可靠的预测前方地质 构造和采空区的方法。目前，针对这一情况，国内国外经常采用的方法有瞬变电磁 法、直流电阻法和井下微震法。这三种方法和有优缺点，适用范围和条件各不相同（物探方法比较见附件一）。但这些方法可以有效的预测前方的地质异常区，提高 掘进工作的安全和速度，避免盲目钻探的工作量。三 项目实施的可行性分析由于宏源煤业集团有限公司下属的矿井中均存在小窑越界开采等问题，由此造 成的安全隐患时刻威胁着宏源煤业集团有限公司的下属煤矿的安全。因此，有必要 采用先进的技术加以解决。建议采用的方案有两种：1）由中国矿业大学提供技术及设备，针对性地解决原红发煤矿北部区域中由 越界开采
7、造成的安全隐患。国内物理勘探的参考费用约为3.5万/100m。为了增加物理勘探的灵活度，主要采用瞬变电磁探测，计划每50m做一次超前勘探，在每次超前勘探的点上，垂直于巷道方向做 180度的扇形扫描。在实际的操作过程中，根 据物理勘探探和钻探的结果，在探测的方案中做相应的调整。（备注：方案一详细实施过程见附件三）2）考虑到宏源煤业集团有限公司下属的几个矿井中均存在小窑越界开采等问题，为了降低总的成本，由宏源煤业集团公司采购必要的物理勘探设备，中国矿业 大学负责调校物理勘探设备，针对宏源下属煤矿的特点设计必要的分析算法，完成 方案一的全部内容，并培训矿方人员。使宏源煤业集团有限公司的工作人员能熟练
8、 使用设备和仪器，在今后，可以独立完成一些必要的物理勘探和数据分析工作，培 训的服务期为一年。此方案包括完成方案一的全部内容、调校仪器和培训矿方人 员，总费用预算约为不低于60万。四两种方案的成本分析万案一：以原红发煤矿为例，圈定北部可采 区域的范围 时需要掘 进巷道大约在 1600ml以国内市场参考价3.5万/100m计算，共需要投资大约在56万左右，如果 考虑整个探测工期较为紧凑，取 0.8的系数，最终费用约45万。万案一：同样以原红发煤矿为例，需要矿方购买必要的探测设备，探测设备可以采用国 内或者国外两种设备。国内设备相对较为国外设备便宜大约80%但设备可靠性低，维修和维护费用相对较高。
9、国外设备可靠性高，由于关税等因素，高于国内同 类产品。以瞬变电磁仪器为例，国产设备的价格在70万左右，国外设备的价格在85到95万之间。总体而言，矿方在初期投入较大，但是从长期的观点分析，第二 种方案较为划算。具体如下：1）目前，如果以红发矿为标准，年产 30万吨的巷道掘进量大约为每年 3000ml若以3.5万/100m计算，乘以0.8的系数，总费用约为84万。而目前宏源 公司下属四个矿井过渡期的巷道掘进量若都以产量30万吨/年计算，全部的巷道每年的掘进量约在12000m左右。这样在巷道超前勘探的投资达到了 300万左右。2）目前宏源公司下属生产矿井超前勘探的方法主要为钻探。一般每隔40m在工
10、作面前方打扇形钻孔，最少为 3个一一正前方、左前方和右前方。打每组扇形钻 孔的工作时间，以目前的速度计算，最快需要一整天的时间，严重地影响着掘进生 产的速度。若采用合理的物探方法可以有效的加快施工速度，减少钻探的速度。采 用保守的方案，每隔50m只对物探发现的可疑区进行钻探，可以有效的减少钻探的 工作量和降低钻探的成本。3）同时也可以增加资源的回收率，一般而言，物探方法可以确定物探点周围 100m范围内的地质异常（因物探设备差异，探测范围会略有不同）。这样在巷道 掘进的同时可以对巷帮两侧的煤炭的覆存和小窑的破坏情况作合理的评估和预测， 增加资源的回收率。五结论如果采用保守的策略，建议采用第一方
11、案。如果想一次投资到位，总成本最 低，建议采用第二方案。六附件附件一物探方法比较目前，国内外常用的物探方法有井下微震法、瞬变电磁法、超前雷达法、三 维地震法、直流电阻法和交叉孔层析成像法。优点井下微震法探测跑离远，易于识别井下小 断层等地质构造对含水空洞和小区域的空 碉不敏感，如废弃巷道瞬变电磁法对含水空碉敏感，探测距离 远，方向形好，布测方便探测精度相对于电阻法 低，成本高超前雷达法探测距离短，精度局，操作方 便无法区分含水和不含水空 碉，探测有效跑离大约10m左右三维地震法在地面上布置检波器，探测范 围广精度低无法区分含水和不含水空 碉，对井卜废弃老巷/、敏 感直流电阻法精度高，有利于探明
12、巷帮两侧 和底板的含水情况方向性差，超前勘探功能 弱，现场布置时间长，工 艺复杂，成本相对低交叉孔层析成像法精度局，成本局地面施工成本人禺，需要 在地面有潜在空洞区域打 深孔，布置传感器，设备 费用，施工费用局。无法 区分含水和不含水至碉基于上述分析，根据施工成本和方便程度，基本上可以排除井下微震法、超前 雷达法、三维地震法、和交叉孔层析成像法。适用于宏源集团下属煤矿的空碉探测 方法只有瞬变电磁法和直流电阻法。附件二物探设备比较下表中主要罗列了国内外最主要的物理勘探仪器，国产设备价格便宜，因为设 备需求量较小，国内设备可靠性较国外设备低。如果以五年的使用期计算，国外设 备有明显的优势。设备名成
13、本预算（万）围来源设备可靠性YDZ （A）直流 电法仪35 10%1）巷道底板含 水层、溶洞、西安煤科院国产设备，可 靠性一般，布富水构造探测需要时间长， 灵活性差。价 格便宜2）煤层顶板砂 岩局部富水区 探测RESECS II 三 维高密度电法 仪85 10%1）工程和地基 精细勘探2）煤矿老窑和 地下洞穴探测德国置方案复杂， 灵活性差，价 格高TEM47Hpl变 电磁仪探测90 10%TEM47H住要用 于煤矿井下或 隧道开掘中的 水情探测，探 测距离为100到 120m加拿大可靠性好，灵 活性强，使用 时间长TerraTEM 瞬变电磁探测仪50 10%TerraTEM 主要 用于煤矿井下
14、 或隧道开掘中 的水情探测， 探测距离为100到 120m澳大利亚可靠性好，灵 活性强，使用 时间长，接受 和发射可以使 用同轴电缆超前探测 仪70 10%用于煤矿矿井 下或隧道开掘 中的水情探 测，探测距离 为70m国产，多家国 内单位都有可靠性较差， 数据准确度因 厂家不同，差 异较大附件三方案一计划的实施步骤本课题研究期限第一阶段约为3个月，计划自2009年9月底开始，至2009年 12月中旬前结束。第二阶段2016 （2）的探测时间周期约为1个半月，时间起始周 期根据矿方生产计划而定，共计完成的时间周期约为4个半月。其中主要研究内容和实施过程在原红发煤矿进行。研究工作的室内部分（数据分
15、析处理）在中国矿业 大学完成，进度和内容如下：1 ) 2009年9月6日至9日收集分析资料、做前期调研、制定方案和提出合适 的探测方案。2 ) 2009年9月中旬至9月底，利用井下现有巷道的空间，采用瞬变电磁法， 探巷周围约300m的范围内做瞬变电磁勘探，形成探巷周围的地质异常区域分布 图。如果采用方案二，在此过程中，负责建立适用于宏源下属煤矿的数据分析算 法。3 ) 2009年9约底至2009年12中旬，针对设计巷道 2012 (1)和2012 (2) 采用跟踪服务的方式，沿设计巷道每隔 50m做超前勘探。4 )按矿方计划，采用瞬变电磁法针对设计巷道2016 (2)每隔50m采用瞬变电磁法对
16、地质异常做超前探测。这一阶段的时间约为1个半月(备注：在实际的探测过程中，根据探测结果，免费做相应的调整，包括探测间距 和服务时间)研发费用预算：根据国内物理勘探的市场价格大约为3.5万/100m,据此，计算总费用大约在XX万左右。但是由于整个工期较为紧凑，因此，原则上不低于X x万。项目负责人简介:杨真，项目主要负责人，中国矿业大学教师，采矿工 程博士，留学美国宾夕法尼亚州立大学采矿工程系两年， 从事煤矿空碉的探测研究。在美国留学期间参与并实施了 由美国MSH破资$100,000,000的空碉探测研究。系统的 分析和解决了由于未知的空碉引起的煤矿透水事故。林在康，项目负责人兼顾问，中国矿业大学能源学院采矿工程系教授、博士生 导师。江苏省、中国矿业大学教学名师采矿工程专家，主要从事煤矿设计、教学和 采矿软件开发等研究工作。
浦县宏源煤业集团有限公司下属煤矿老窑探测可行性研究提案
