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　　近幾年來，兗州礦業（集團）有限責任公司在煤田與采區的地質勘探方面研究及應用了一系列新技術，均取得了良好的效果。
　　
　　1 煤田地質勘探
　　
　　1)激發激化法進行物探找煤
　　
　　山東省煤炭科學研究所開展了利用激發極化推測煤系地層效果的試驗研究工作，經過試驗探測和實際應用，證明應用激發激化法進行物探找煤不但可以測量視電阻率，而且可同時測量到極化率、激發比和衰減度，使煤系地層與非煤系地層之間的激電效應差異更加明顯。與其它方法相比較，極大地提高了工效，節省了大量鉆孔勘探費用，有著良好的經濟效益和社會效益。山東省煤田內沉積的地層從上至下一般為第四系、第三系、白堊系、侏羅系、二疊系和奧陶系，其中石炭二疊系地層為主要的含煤地層。石炭系太原組地層以泥巖、粉砂巖和頁巖為主，一般含煤5～6層，大部分為薄煤層；二疊系山西組以砂巖為主，含煤2～3層，煤層厚度一般大于 3m，為厚煤層，也是全省的主要采煤層。
　　
　　在此項課題的研究過程中，為了了解非煤系地層的激電異常特征，他們在第三系、白堊系及奧陶系等非煤地層沉淀區進行了多點和多次試驗，對激電參數、視電阻率、激發比及極化率等進行了分年研究，結果表明三種地層的視電阻率曲線形態不同，但極化率和激發比曲線均表現為一條平緩曲線，且其值亦較??；為了掌握煤系地層的激電特征，他們又選擇了埋深150m以上的二疊系山西組及石炭系太原組為探測試驗的對象，分別針對煤層厚度、煤層埋深等因素的變化對激電參數異常的影響進行了研究分析，結果表明在相同條件下煤層愈厚、煤層埋深愈淺，則煤層的極化率和激發比異常愈大。近年來，山東省煤炭科學研究所應用激發極化法在省內部分礦區外圍開展了物探找煤，其中在臨沂、棗莊共進行了30多個不同塊段的找煤工作，均取得了滿意的效果。
　　
　　2)礦井開發勘探中煤田地震方法研究與應用
　　
　　機械化采煤的高精度指標對煤田地震提出了高技術要求，必須研究出適應礦井開發地震勘探的有效方法為采礦探尋細微的地質構造，才能夠滿足礦井開拓的需要。兗州礦業（集團）公司地質工程公司經過反復研究、實踐和驗證，采用高爆速炸藥和高頻檢波器、小炸藥量和小道距及小采樣率、少組合檢波與少復蓋次數、深埋檢波器的二高三小二少一深野外施工方法，較好地解決了對細微構造的勘探，為礦井建設和開拓提供了準確的地質資料。煤礦對開發地震的技術要求不僅十分嚴格，而且提供的資料立即就會在巷道開拓和采煤工作面上予以驗證，并以驗證的結果作為評價地震成果好壞的標準。因此，礦區開發地震勘探必須以高分辨率勘探為基礎，才能保證對煤層深度、小構造、小幅度起伏、煤層沖刷帶等地質現象的解釋。以兗州礦區為例，原地質報告描述興隆莊礦六采區構造簡單，僅有F2和 F12兩條斷層。設計部門按地質資料設計了5個采煤工作面。后來經二高三小二少一深的高分辨率地震勘探，新發現了斷點42個，組合連接成10條斷層，其中 9條斷層落差均小于10m，便否定了F12斷層，加強了F2斷層的控制。以后經過3個鉆孔及巷道開拓驗證，地震勘探成果精度較高，其中3煤層的深度誤差小于3m，斷層平面擺動誤差10m左右，極大地增強了礦方對地震資料的信任。最后，興隆莊礦根據地震資料提供的構造復雜情況，積極主動地修改了開拓設計方案，去掉了3.5個采煤工作面，僅保留1.5個采煤工作面。由于為礦井合理布局提供了準確資料，此項勘探成果為礦井建設節省了巷探工程等各項費用達 106.9萬元。
　　
　　3）魯西陸表海高分辨層序地層及海平面變動控制
　　
　　山東科技大學和兗州礦業（集團）公司地質工程公司開展了“魯西陸表海高分辨層序地層及海平面變動控制”的研究，依據鉆孔巖芯和測井資料對魯西陸表海盆地的含煤地層進行了高分辨率層序地層劃分，研究了高分辨率層序地層的特點及其控制因素。研究表明，魯西陸表海沉積序列中不同級次旋回相互疊加，具有特征的低頻和高頻層序疊加樣式；這種相互疊加的旋回結構受控于相互疊置的海平面變化周期，即復合海平面變化。海平面變化周期表現出非對稱式突發性上升到緩慢回落的節律性，形成了不對稱的旋回記錄。魯西陸表海盆地充填沉積主要發育有鐵鋁質雜色沉積組合、陸表海盆地海陸交替型沉積組合、淺水三角洲沉積組合三套沉積組合。其中，淺水三角洲沉積組合中含有重要煤層，為魯西主要的可采煤層。研究人員運用高分辨率層序地層學的思路與方法，對魯西陸表海盆地的含煤地層進行了高分辨率層序地層劃分，將魯西陸表海充填序列劃分為盆地充填層序、構造層序、層序、小層序組、小層序、微層序六級層序。魯西陸表海含煤地層中可以識別出3個層序，即構成了1個構造層序。此項研究表明：魯西陸表海盆地充填沉積中清晰的旋回特征，表明海平面變動對沉積的控制。陸表海盆地充填序列中不同級次旋回的相互疊置，反映出復合海平面變化的控制機制。陸表海盆地沉積受控于海平面變動、構造沉降和沉積物的供應速度。在穩定的構造沉降背景下，海平面變動成為盆地充填沉積的直接控制因素。總體來看，海平面的升降變化導致了可容空間的增長速率與海底水體環境的周期性變化，從而形成了海陸交替明顯的旋回記錄，這也是進行高分辨率層序劃分的基礎。
　　
　　2 采區地質探測
　　
　　1)綜合地質勘探方法在煤礦生產中的應用
　　
　　兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦應用綜合地質勘探方法，為及時查明影響生產的地質構造、掌握煤層賦存狀況和利用地面三維物探手段、井下先期施工多用途探巷、配合鉆探及井下物探等手段獲得可靠的地質資料，為安全高效生產提供了有力的地質保證。① 地面鉆探。為進一步查明井田地質特別是構造、煤層被沖刷侵蝕情況，提高儲量級別以及查明井田水文地質特征，根據生產接續有針對性地開展地面鉆探，共施工鉆孔51個，總工程量44551m。補充了精查地質勘探資料的不足，為礦井安全生產提供了第一手地質資料。② 采區地面地震勘探。采區設計前，通過采用地面二維地震勘探、地面三維地震勘探和地面瞬變電磁法勘探三種方法查明采區構造形態和斷層發育規律，查明煤層賦存狀況及底板起伏形態，對影響開采的含水層富水性進行評價，并提出水害防治措施，為采區設計提供可靠地質資料。③ 井下多用途探巷施工與鉆探。通過采取不同的探測方法，充分利用在掘巷道對采區內地質情況進行邊掘邊探，即使為工作面布置提供詳實的資料。④ 掘進巷道超前探測。通過觀測點電源場分布特征達到分析掘進頭前方異常分布位置的目的，探測情況與實際揭露地質情況基本吻合。⑤ 井下工作面音頻電透。采用直流電法探測原理，根據煤巖層間存在導電差異，觀測人工場源分布規律均取得較理想效果。⑥ 井下工作面震波CT探測。和礦井震波反射偏移成像技術為能有效探測采煤工作面內斷層等地質異常體的礦井物探技術之一。通過采后對比，與實際情況基本相符。 ⑦ 專題研究。積極與高校和科研院所合作，開展對安全生產有影響的各種地質因素專題研究，其成果及時用于實踐，指導礦井安全生產。
　　
　　2)方差體技術在地震勘探中的應用
　　
　　中國礦業大學編制了利用方差體技術進行地震資料處理的應用程序，通過在兗州礦業（集團）公司濟寧二號煤礦采區的應用，對斷層和陷落柱有很好的識別能力，體現了方差體技術在對于三維地震信息的自動拾取及提高地震資料解釋成果精度等方面的良好效果。三維地震數據體反映了地下一個規則網絡的反射情況。當遇到地下存在斷層或者某個局部區域地層不連續變化時，一些地震道的反射特征就會與其附近地震道的反射特征出現差異，從而導致地震道的局部不連續性。方差體技術的核心就是求取整個三維數據體所有樣點的方差值。其步驟是：首先求每個樣點的方差值，即通過該點與周圍相鄰地震道的時窗內所有樣點計算出來的平均主值之間方差，然后再加權歸一化即可得到要求取的值。方差體的計算結果即是求取加權移動的方差值。在感興趣的區域內計算出每個時間或者深度樣點的方差。例如，在周圍相鄰但道加上1道（共9道），并取該樣點為中心上、下各一半時窗長度內的樣點數（假設采樣1ms，時窗長度為30ms），先求出9道中每道 30ms時窗長度內所對應樣點的振幅平均值，然后計算出時窗長度9道中每個樣點振幅值與同一時刻在9道中的振幅平均值的方差和，最后再乘上正弦三角函數的加權值并做歸一化，便可得該樣點的方差值。通過公式計算出整個三維數據體每個采樣點的方差值，最終得到三維方差數據體。該三維方差數據體能夠清晰準確地展示出斷層的分布形態和變化趨勢。該技術的使用，使解釋人員能夠在進行地震資料解釋之前，即可對測區內斷層的分布走勢有全面了解和認識，并能建立斷層空間構造的幾何形態立體概念。
　　
　　3)利用震波技術井下探測工作面內的地質構造
　　
　　兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦提高采用井下震波探測技術，查明了63下04工作面內斷層的組合延展情況，為提前采取安全技術措施過斷層提交了詳實的地質資料，對工作面的安全高效生產提供了有利保障。根據現場條件，在63下04工作面的膠帶順槽、輔助順槽和切眼布置接收激發觀測系統。激發點布置：沿膠帶順槽與泄水巷交界處向北布置炮點，沿輔助順槽與切眼交界處向南布置炮點，點距平均為10m，共計120個炮點。接收點布置:和炮點對應，檢波點布置在膠帶順槽靠近切眼一端和輔助順槽泄水巷兩側，共計 120個，點距平均為10m。震波勘探要求每一個接收點布置在煤層中心部位，施工時將鋼釬打入煤層，鋼釬平行于頂底板，并將傳感器固定在鋼釬上以使傳感器耦合良好。炮點孔徑42mm，以炮點為激發點進行震波激發。檢波點為接收點，放入TZBS系列傳感器。在現場數據采集時及時關閉膠帶機和水泵等機械，盡可能減少膠帶機與水泵等機械震動對采集信號的影響。震波CT以縱波速度和橫波速度CT切片為主，并輔以泊松比反演切片和槽波特征值切片進行綜合解釋。由于在反演區域射線分布不均勻，與觀測系統平行的走向斷層反演效果相對較差，因而此次探測中加入了震波反射剖面探測，來彌補震波CT在資料處理過程中的不足。根據反演后結果圖作出綜合解釋成果：① 四個低速異常區中三個對工作面回采有一定影響，一個對工作面回采影響很小。② 分別位于泄水巷和切眼附近的兩個應力集中區對工作面回采有一定影響。③ 解釋了11條斷層均為正斷層。其中，6#落差0～5m，面內延展長度超過260m，且5#是6#分支，應為同一條斷層，對工作面回采影響很大；2#落差 0～6.5m，面內延展長度不超過230m，且3#是2#分支，但其在工作面內延展長度超過450m，此兩條斷層對工作面回采同樣有很大的影響。
　　
　　4)南屯礦采區覆巖采動破壞特征探測研究
　　
　　兗州礦業（集團）公司南屯煤礦根據九采區的地質采礦條件，在初步預計93上01工作面導水裂隙帶高度的基礎上，利用連續電導率剖面測量系統，通過大地電阻率反演斷面色譜圖分析研究了 93上01工作面綜采放頂煤開采條件下覆巖導水裂隙帶的形態和范圍，為深入研究類似條件下的覆巖破壞特征提供了參考依據。本次勘探根據地形條件沿著垂直工作面的方向設計2條長度均為340m的測線，測線相距50m，測點間距20m。勘探工作在工作面采后約兩個月進行，勘探總物理點36個。采用傅立葉分析法進行處理，主要分為3步。① 干擾信號的剔除。方法有兩種：對采集的時間序列信號進行編輯，直接剔除發生畸變的信號；對視電阻率曲線進行編輯，直接剔除個別跳躍較大的頻點。② 近場源的校正。近場源信號也是人為或天然的干擾信號，只不過是較穩定的干擾源，有可能是測量現場附近出現的未知強信號源，也有可能是發射天線太近所引起。在野外由于工作條件的限制，有時這兩種情況均無法避免，只好在后期數據處理過程中加以消除。③ 數據反演解釋。此次探測采用EH4 專用數據處理系統EMAGE-2D進行處理，正反演相互結合，反演采用Bostik反演和RRI反演，對視電阻率剖面頻率軸進行深度標定。由兩條測線的大地電磁測深電阻率反演斷面色譜圖可以看出冒落帶和導水裂隙帶兩帶高度的情況。此項研究結果表明，該工作面的導水裂隙帶形態近似為梯形，這與傳統說法為馬鞍形有些區別。究其原因是物探以巖層的物理特性為基礎（此次為巖層的電阻率），與實際巖層的破壞形態存在著一些誤差。
　　
　　5)綜合勘探提高采區地質勘探效果
　　
　　兗州礦業（集團）公司濟寧三號煤礦采用三維物探、巷探與鉆探相結合的綜合勘探方法，對五采區進行了補充勘探，在短時間內高速度、低成本地提供了生產需要的地質資料。濟寧煤田發現于50年前，1957年山東省煤炭工業局曾在此進行普查勘探，1983年11月正式提交全井田地質報告。五采區大部分位于南陽湖區，受地表條件限制，精查階段僅施工少量地質鉆孔，缺少相應的水文地質工作。為了滿足生產的需要，五采區補充勘探急需解決的地質問題有：查明采區構造形態與斷裂發育規律；查明主要煤層的賦存狀況和底板起伏狀態；3下煤層頂板巖性特征及其工程地質特征；對3下煤頂板砂巖、上侏羅統紅層下段砂礫巖、三灰、十下灰富水性作出評價。他們根據五采區煤層賦存比較穩定的特點，采取以井下巷探為主、鉆探為輔、結合礦井開采的需要布置探巷，探測煤層的賦存狀況；經過三維地震勘探和采區北部巷道控制，結合區內鉆孔資料綜合分析，解釋斷層35條；通過三維地震勘探和探巷實測資料，結合鉆孔解釋褶曲4個；補充鉆孔全孔取芯進行實驗室測定，綜合評定3下煤頂板為中等穩定—穩定頂板；施工水文地質鉆孔4個，三維地震勘探后對該區進行瞬變電磁試驗，圈定出富水區，并對富水區進行綜合評價。歷經15個月的綜合勘探，施工地面鉆孔4個，鉆探工程量2984.45m，抽水試驗7次，巷探工程2000m，井下鉆孔8個（鉆探長度 320m），對全區進行三維地震物探及瞬變電磁試驗，取得了生產所需要的地質資料。實踐表明：采用綜合勘探手段，物探先于鉆探，井下鉆探先于地面鉆探，物探、鉆探和巷探相結合，極大地縮短了勘探工期，降低了勘探成本，提高了勘探效果。
　　
　　3 鉆探施工
　　
　　1)巨野煤田超厚松散層鉆探施工孔斜控制
　　
　　巨野煤田第四系和第三系地層累厚758.10m，為全國最厚的松散層。該煤田的資源勘探鉆孔均要穿越第四系和第三系地層，對防孔斜、松散層采取率等關鍵工序都有很高的要求。如孔斜要求為偏斜率不得超過0.8%，而在地層條件較差時極易超限。兗州礦業（集團）公司地質工程公司針對超厚松散層鉆探施工的技術難點，嚴把防斜關，抓住安裝及鉆具組合等關鍵環節，終于控制住孔斜不超限，并且在提高鉆進效率、鉆孔保直等方面有所突破，探索出一套較為成熟的施工技術，達到了優質高效的目的。他們將鉆進過程中的控制孔斜立足于防斜。防斜重點是把握以下幾點：① 鉆塔和鉆機安裝：針對鉆孔工作項目多、作業時間長與套管作業中鉆塔載荷大的特點，對塔基和井口進行了加固。在塔基的四角和井口筑起水泥墩，并用經緯儀找平，加大了四角的承載面積，防止不均勻沉降。鉆機安裝的時候保證水平周正、“三心”對照。② 鉆具組合：鉆具選擇的時候遵循剛、長、粗、重、直的原則。鉆鋌采用Φ68mm、Φ105mm和Φ178mm三種規格，根據孔徑的大小來進行調整。施工中注意檢查巖心管及最下部一根鉆鋌連接后是否彎曲，發現彎曲就及時更換。由于井筒檢查鉆孔抽水次數多，換徑次數也就多，換徑時極易增大孔斜，因此換徑時帶上長度不小于2m的深眼導向鉆具，并特別注意檢查小徑鉆具是否與導向鉆具同軸，不同軸時要注意更換。鉆進鉆具組合：鉆頭—巖心管 —扶正器—鉆鋌（1單根）—扶正器—鉆鋌（6～8單根）—鉆桿—立軸。換徑鉆具組合：鉆頭—小徑巖心管—大徑扶正器—鉆鋌（1單根）—大徑扶正器—鉆鋌（6～8單根）—鉆桿—立軸。③定點測斜及糾斜：井筒檢查孔施工過程中采用專用測斜儀器，每50～100m測斜一次，見基巖、穿過基巖風化帶與破碎帶、換徑以后都進行了加測。
　　
　　2)金剛石鉆頭在火成巖鉆進中的應用
　　
　　濟寧二號煤礦和濟寧三號煤礦井田范圍內，侏羅系地層普遍侵入了厚層狀的火成巖，硬度較高。兗州礦業（集團）公司地質工程公司在鉆探施工中多采用合金鉆頭，研磨材料消耗量大，還經常發生卡鉆、巖芯管“抹脖子”等孔內事故。特別是部分鉆孔分布在湖區，受到汛期、大風和冰凍等影響，尤其需要快速安全地鉆進。選用金剛石鉆頭鉆進后，由于對金剛石鉆頭認識不足，用普通結構的金剛石鉆頭鉆進效率并不高。后來，通過對火成巖的特點及金剛石鉆頭性能的研究，終于找到了適合火成巖鉆進的金剛石鉆頭和鉆進規程。在濟二、濟三井田的火成巖鉆進中，較合適的鉆頭類型為孕鑲金剛石單動雙管用鉆頭，其合適的胎體硬度為 20~35HRC，這個結論同時也適用于其它層位的致密灰巖、砂巖、燧石等的鉆進。雖然看起來合金鉆頭的每米成本較低，但是考慮諸如巖芯管的磨損、處理脫落巖芯、鑲焊合金所用氧氣乙炔等輔料及工時等因素后，其綜合成本遠遠大于金剛石鉆進。在選用金剛石鉆頭時，除要注意金剛石的品級、胎體的硬度、唇面的形狀、水口的面積等要素外，還應注意以下幾點：根據鉆孔結構和巖層特性考慮鉆頭數量，將所需鉆頭一次領出，先用外徑大內徑小的；初次下入孔內的，要輕壓慢鉆 10~15min，進尺0.2~0.3m后再采用正常鉆進參數；選配套卡簧時，卡簧的自由內徑應比鉆頭內徑小0.3~0.4mm；擴孔器外徑比鉆頭外徑大 0.3~0.5mm，鉆進硬巖時取下限；每個回次后取凈巖芯再下新鉆頭；注意鉆桿接頭密封情況，必要時涂黃油或纏麻；使用優質化學泥漿鉆進。另外，在地質孔中，若使用繩索取芯鉆進，則效率會更高。
　　
　　3)堅硬巖層鉆進工藝在兗州礦區的應用
　　
　　兗州礦業（集團）公司地質工程隊針對兗州礦區堅硬巖層中的鉆探施工，總結出了相對最優的鉆頭選擇、鉆進壓力和鉆具組合等參數以及針對硬巖層進行不同的金剛石鉆頭選擇，取得了較好的效果。影響選擇鉆壓的因素很多，具體確定鉆壓時應分別考慮以下因素：巖石性質——在軟的和弱研磨性巖層中鉆進時，應選用較小的鉆壓，對完整、硬到堅硬或強研磨性的巖層如礫巖、火成巖應選用適當大的鉆壓，對破碎、裂隙和非均質巖層應適當減小鉆壓。鉆頭類型——鉆頭口徑大、壁厚和胎體較軟時，應采用較大的鉆壓；反之，應采用較小的鉆壓。金剛石——鉆頭上的結構式質量好、數量多及粒度大時，應選用較大的鉆壓；反之，應采用較小的鉆壓。尅取巖石的面積——鉆頭實際尅取巖石的面積由其口徑、壁厚與水口的大小和多少而定。總的來說，鉆頭尅取巖石的面積大時，應施加大的鉆壓。合理的鉆具組合有利于保證孔直、孔底加壓、減少鉆具磨損、保護孔壁穩固和減少孔內事故的發生。他們在采用人造孕鑲金剛石取芯鉆頭鉆進中采取以下鉆具組合，取得了較好的效果。 Φ94mm或Φ113mm金剛石鉆頭Φ94mm或Φ113mm金剛石擴孔器—或Φ108mm巖芯管—異徑接頭—Φ94mm或Φ113mm扶正器— Φ83mm導正鉆鋌—Φ94mm或Φ113mm扶正器—Φ83mm導正鉆鋌—Φ94mm或Φ113mm扶正器—Φ68mm鉆鋌—異徑接頭—鉆桿—立軸。根據他們在兗州礦區堅硬巖層中鉆探施工的經驗，在各種硬巖層鉆近中，較合適的鉆頭類為孕鑲金剛石單動雙管用鉆頭，其合適的胎體硬度為20～35HRC，這個結論同時也適用于其它層位的致密灰巖、砂巖和燧石等的鉆進；雖然看起來合金鉆頭的每米成本較低，但考慮諸如巖芯管的磨損、處理脫落巖芯及鑲焊合金所用氧氣乙炔等輔料與工時等因素后，其綜合成本遠遠大于金剛石鉆頭鉆進。
　　
　　4)大面積水體下鉆探施工設施研制
　　
　　為了適應在大面積水體下進行地質鉆探施工的急需，兗州礦業（集團）公司地質工程公司近年來研制出了沉塔式水上鉆探平臺、組合式鐵船和船吊等鉆探施工所需設施。經過38個鉆孔的施工考驗，沒有發生過任何安全問題，證明這些設施的設計是合理的。這些項目的完成，標志著該公司的水上勘探能力達到了國內同行業的先進水平，為今后施工類似的鉆探工程奠定了堅實的基礎。① 沉塔式水上鉆探平臺。在水體中進行地質鉆探時需要有一個堅固耐用的鉆探平臺。而且，為了適應淺水的特點，鉆探平臺應當能夠方便地拆卸并且易于運輸和安裝。為此，他們自行設計制作了組合沉塔式鉆探平臺，用于支撐和固定鉆探設施，為水上的鉆探作業提供了必要的空間，在湖上的勘探施工中發揮了極大的作用。② 組合式鐵船?？碧絽^內的鉆孔有的剛好處在魚塘之內，較大噸位的運輸船不能夠方便及時地從一個魚塘轉移到另一個魚塘內，而漁民的小船又不能夠達到勘探運輸安裝的載荷要求?？紤]到勘探工程的時段性及保存運輸的方便，他們設計制作了組合式鐵船。此船的特點是：能夠適應鉆探材料的運輸要求，一次可以運輸10t以上的物資；能夠方便地進行解體，可以利用卡車從一個地方轉移到另一個地方后再快速地進行組裝下水；鉆探任務完成以后，可以方便地運回基地。③ 船吊。因為以上同樣的理由，設備的吊裝也不能夠由大型的吊裝船來完成，一是成本較高，二是其轉移運輸不太方便，所以他們也自行設計制作了適應水上鉆探特點的吊裝船。船體的結構類似于上述的組合式運輸鐵船，但是顯得更加靈活和適用，不僅能由掛漿機來驅動行駛，還要有自備發電機來進行驅動電絞車和照明。