新中国成立70多年来,随着能源行业的不断发展和科学技术的不断进步,我国煤炭开采方法历经了人力开采、炮采、普采和综采等不同的发展阶段。目前,正在智能化的道路上疾步迈进。
煤炭开采是一个复杂的系统工程,要实现智能化开采就必须实现一个庞大的技术集群的深度融合。近年来,我们国家开采智能化方面取得了显著的进步,在一些地质条件简单的工作面初步形成了基于远程视频监控和人工干预相结合、以记忆截割为特征的智能化开采模式。但是,受精准探测技术的限制,在复杂地质条件下的智能化开采还是举步维艰。
中国煤科西安研究院此次在第19届国际采矿展展出的随掘随采技术有望解决这一难题,将煤矿的智能化开采事业向前推进一大步。
为满足煤矿智能化开采需求,西安研究院经过技术先导性研究、开发、试验和示范,成功研发出了具有自主知识产权的煤矿井下回采工作面随采地震探测技术与装备和掘进工作面随掘探测技术与装备。
与以往的地震勘探技术不同的是,随掘随采地震探测技术以掘进机切割煤壁产生的振动信号或采煤机割煤时激发的信号作为震源信号,克服了炸药震源应用受限的弊端。通过在巷道或者回采工作面两顺槽和孔内布设地震传感器实时接收信号,不再影响煤矿正常的生产活动。利用地震勘探数据实时处理和动态成像技术,实现对煤矿井下掘进工作面前方一定区域或者工作面内部煤层中断层、陷落柱、煤层变薄区等静态地质条件精细探测以及顶板破碎带、应力集中区、突出危险区等动态灾变条件的监测预警,为煤矿的智能化开采装上了一双“千里眼”!
随采地震和随掘地震两种技术属于长期实时动态监测技术。与传统矿井地震勘探最大的区别在于,可以对采掘工作面范围内静态的构造发育和动态的应力变化进行动态监测;并根据监测结果,实时优化、动态刷新采掘工作面三维地质模型,逐次、递进式实现工作面透明化,进而构建采掘工作面前方一定范围内的三维地质动态模型,从而实现煤炭智能化开采从“记忆截割”向“预想截割”的跨越。
目前,西安研究院围绕采集传输设备、探测方法和数据处理技术三个方面实现了“井下随采/随掘地震采集双授时技术”“煤矿井下随采随掘时钟同步和传输的技术”“窄带信号的时频双域正则化稀疏反褶积方法”“随采地震信号的强单频和随机噪声压制方法”““采煤机/掘进机震源自动定位技术”等12项关键技术的自主创新。授权了15项发明专利,发表了相关论文20余篇。
随掘地震技术在内蒙古乌海某矿的示范项目中,最远探测距离达300米,达到煤厚的60多倍;断层探测距离误差小于5米。在内蒙古唐家会煤矿的示范应用中提前200米成功预报0.5米小断层,预报位置误差仅8米。
随采地震技术在贵州某矿的示范项目中,工作面内超前探测距离超过200米,探测出断距小于半煤厚的两条小断层。在内蒙古唐家会煤矿的应用中提前350米预报2处构造异常体。
内蒙古唐家会煤矿随采地震监测结果