三维地震勘探技术实现煤炭科学精准开采

阳煤集团利用三维地震勘探技术探明地质构造，指导采煤生产，对隐蔽致灾地质因素进行规避，能够避免颠覆性事故发生。

深地“核磁共振”探资源

地震勘探是地球物理勘探的手段之一，它利用岩石的弹性差别，采用人工方法激发地震波，根据物理仪器在地面检测的结果，研究地震波在地层中传播情况，以此推断、了解地下地质构造和岩性。阳煤集团与中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室彭书萍院士团队合作，开展“煤矿隐蔽致灾地质因素精细探测技术的研究及应用推广”项目。阳煤集团地质测量部主任范德元说：“上天难，入地更难。就像医院检查病情要给病人做核磁共振，我们通过地震勘探技术给地球做体检，了解地下几千米是什么样子。该技术拓展了地下勘测极限，使地下地质特征和煤储情况更加精确地展示在人们眼前。”。

范德元介绍，三维地震勘探工作包括野外信息采集、室内信息处理和解释三个阶段。勘测时在地表条测线上布上网格，在浅井或坑中用炸药人工激发地震波，地震波向下传播遇到两种不同介质的分界面，就会发生反射和折射。激发地震波的同时，布置在测线上多点位置的地震波器，将来自不同介质分界面的反射波引起的地面震动转换为地震信号保存起来。地震信号受到地下介质的“改造”，带来与地质构造与地层岩性有关的各种信息，提取出这些信息，经过计算机数据处理，就能获得地震剖面图。工作人员根据地震剖面图信息，确定地下地质构造形态及其特征。单个地震勘探检测波点提供的地质数据精度远不如钻孔取芯，但地震数据点密度大，可实现对地质体可视连续观测，这是传统单一钻探手段无法比拟的。

掌握安全高产金钥匙

阳泉矿区地质构造复杂，瓦斯、水、火等灾害严重，不仅威胁着职工的生命，还对矿井的高产高效建设有着重要影响。掌握了三维地震勘探技术就等于握住了高产高效矿井安全生产的“金钥匙”。

去年，阳煤集团地质测量部在新景矿、新元矿四采区、寺家庄矿中央采区进行了30多平方公里的三维地震数据体连片处理，在中国矿大院士团队的支持帮助下，阳煤建立起一套适合阳泉矿区的隐蔽致灾地质因素精细探测方法，能探测到采区落差大于5米的断层、直径大于20米的陷落柱、波幅大于5米的褶曲。

“有了这项技术，我们可以在采区设计前探明断层、陷落柱、薄煤区等地质异常情况，构造指导设计工作，避免采区、工作面设计失误和无效进尺，不仅节约了大量资金，还提高了资源回收率。”范德元说。

“原来我们对工作面的设计多依赖经验，遇到大的地质变化，也没有其他办法，‘摊上就摊上了’。” 新元矿采矿队长深有感触地说：“我们曾经依据经验设计了西一和西二两个采区。后来我们应用三维地震勘探技术“校正”了原来的设计，将西一、西二采区实现大联合，省掉一个采区，走向由原来的1200米增加到3000米，节省了大量巷道布置。利用先进的技术，在图纸上就能发现哪里有断层，在布置巷道时就可以有意避开它，工作面没有断层对顶板管理、瓦斯防治等方面的好处都很大。采区陷落柱意味着出现了无煤区，工作面要‘搬家’，同时，出现陷落柱不利支护，很可能发生大面积冒顶。陷落柱位置不清，又与含水层、裂隙水沟通，极易造成矿井透水。目前通过三维地震勘探技术共发现多个陷落柱、疑似陷落柱，有效避免了颠覆性事故的发生。”

实现地下无人精准开采

从根本上破解煤矿安全高效生产难题，煤炭工业须由劳动密集型升级为技术密集型，走智能、少人(无人)、安全精准开采之路。“阳煤采煤工作面正在逐步实现智能化开采，通过井下综采设备更新确保各类数据传回的可靠性，这些数据汇集起来建设工业数据库，用数字模型可以绘制数字矿山，使得井下地质条件、矿压等一系列情况变得透明可视。”公司机电副总经理王书明介绍，如今，公司已拥有7个综采自动化工作面，实现了瓦斯浓度与采煤机速度联动控制、采煤机自动截割三角、采煤机记忆切割等12个版块自动化。

近日，阳煤集团的这个技术已经通过中国煤炭工业协会技术成果鉴定，被认定“达到国际先进水平”。今年，国家级煤炭科学精准开采实验基地即将落户阳煤。阳煤总工程师令狐说，他们将在袁院士带领下，将地理空间服务、互联网、CT扫描、VR等技术积极推向矿山可视化建设，打造具有透视功能的地球物理科学支撑下的“互联网+矿山”，对煤层赋存进行真实反演，实现断层、陷落柱、矿井水、瓦斯等致灾因素精确定位作为未来精准开采的主攻方向。