專利名稱：海下綜采放頂這種采煤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海下綜采放頂這種采煤方法。
背景技術(shù)：
綜采放頂煤采煤方法由于采高較大，造成頂板裂隙帶高度升高，頂板運動劇烈，極易引起煤層上方巖層的大變形，故受到海水的威脅程度升高。所以國際上有海下采煤經(jīng)驗的英國、澳大利亞、日本、加拿大與智利，采煤方法多為房柱式部分開采，極少數(shù)用長壁綜采，但從未有綜采放頂煤實踐，由此導致目前的海下采煤技術(shù)存在著資源開采率低、資源浪費大、開采成本高，安全保障不夠到位等問題，造成海底煤礦資源的極大浪費。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種可使海底煤礦資源的開采率得到進一步提高，讓海底煤 礦資源被充分利用，避免造成資源浪費，并可增加企業(yè)的經(jīng)濟效率，明顯地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，具有更高的安全性能的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)。本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)，包括四個關(guān)鍵技術(shù)、一個保障體系和一個評價體系，四個關(guān)鍵技術(shù)是海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)、海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)；一個保障體系為海下安全開采保障體系；一個評價體系為海下安全開采的評價體系；所述海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，是針對海域內(nèi)三軟煤層，用海水的動態(tài)加載作用，利用計算機數(shù)值模擬、物理相似材料模擬與現(xiàn)場實驗分析相結(jié)合進行推演，得到海下開采覆巖頂板來壓步距、來壓速度、采動影響覆巖破壞范圍、覆巖內(nèi)導水巖層高度等參數(shù)，由此確定采煤工作面支架的型號、巷道的支護參數(shù)；所述導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，采用覆巖運動、透水優(yōu)勢面、導水裂隙帶等多種預(yù)測方法預(yù)測導水裂隙帶，并利用“雙端堵水導高觀測技術(shù)”來監(jiān)測頂板水的滲透情況；所述頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)，是依據(jù)底板突水優(yōu)勢面理論，提出海下開采“透水優(yōu)勢面”的理論，并利用該理論對海域內(nèi)開采容易發(fā)生的透水點進行預(yù)測與預(yù)計，為監(jiān)測透水優(yōu)勢南的海水滲入狀態(tài)，采用定位鉆探、定點水壓、水位與水離子監(jiān)測的方法；所述海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)，是通過對海水和主要含水層水的混合配比試驗和預(yù)警閾值的監(jiān)測，確立以Na+、Cl—離子為主要監(jiān)測對象來在線實時監(jiān)控海水滲入，建立基于Na+、Cl—離子為主要監(jiān)測體系的實時自動在線水情、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，隨著監(jiān)測點處海水比例的增加，Cl-和S042-含量顯著增加，變化趨勢比其他離子明顯的多，因此在陰離子中可以選擇Cl-和S042-作為特征離子進行監(jiān)測，根據(jù)其離子含量的變化進行預(yù)警，當離子含量的增加幅度< 10%時，表明礦井處于安全狀態(tài)，可以正常工作；當離子含量的增加幅度為10-30%時，表明礦井處于戒備狀態(tài)，需要加強觀測分析，當離子含量的增加幅度為30-50%時，表明礦井處于緊急戒備狀態(tài)，需要密切關(guān)注，準備救援，當離子含量的增加幅度為> 50%時，表明礦井處于危險報警，應(yīng)緊急救援；所述海下安全開采保障體系，是建立海下安全開采災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急預(yù)案、海下安全開采防災(zāi)害性潰水工程設(shè)施、海下安全開采綜合監(jiān)控技術(shù)、安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)與基于WEBGIS的海下安全開采災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急預(yù)案六大系統(tǒng)，明確、全面地對海下礦井進行系統(tǒng)的監(jiān)控；所述海下安全開采的評價體系，是指建立了基于3個二級目標、18個三級目標的安全評價體系，該體系使用層次分析的方法，建立評價指標和模型；還包括采用石油系統(tǒng)海上三維地震勘探技術(shù)和設(shè)備對海域煤田進行精準探測，即利用區(qū)內(nèi)已有鉆探資料制作人工合成地震記錄，參考以往地震剖面所確定的波組與地層的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計海域內(nèi)地震波傳輸模型，綜合判定地震反射層的地質(zhì)意義，在波組對比中，蠶蛹強相位對比、波組對比、縱剖面對比與任意剖面對比以及水平切片對比等相結(jié)合的做法，以保證層位對比的可靠性。 本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)，其中所述實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)適用于綜采放頂煤采煤方法。本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)，其包括四個關(guān)鍵技術(shù)、一個保障體系和一個評價體系，四個關(guān)鍵技術(shù)是海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)、海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)；一個保障體系為海下安全開采保障體系；一個評價體系為海下安全開采的評價體系。故本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)具有可使海底煤礦資源的開采率得到進一步提高，讓海底煤礦資源被充分利用，避免造成浪費，并可增加企業(yè)的經(jīng)濟效率，明顯地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，具有更高的安全性能的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)的特點。本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)的其他細節(jié)和特點可通過閱讀下文詳加描述的實施例便可清楚明了。
具體實施例方式本發(fā)明的實施海下綜采放頂這種采煤方法，包括四個關(guān)鍵技術(shù)、一個保障體系和一個評價體系，四個關(guān)鍵技術(shù)是海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)、海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)；一個保障體系為海下安全開采保障體系；一個評價體系為海下安全開采的評價體系；所述海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，是針對海域內(nèi)三軟煤層，用海水的動態(tài)加載作用，利用計算機數(shù)值模擬、物理相似材料模擬與現(xiàn)場實驗分析相結(jié)合進行推演，得到海下開采覆巖頂板來壓步距、來壓速度、采動影響覆巖破壞范圍、覆巖內(nèi)導水巖層高度等參數(shù)，由此確定采煤工作面支架的型號、巷道的支護參數(shù)；所述導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，采用覆巖運動、透水優(yōu)勢面、導水裂隙帶等多種預(yù)測方法預(yù)測導水裂隙帶，并利用“雙端堵水導高觀測技術(shù)”來監(jiān)測頂板水的滲透情況；
所述頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)，是依據(jù)底板突水優(yōu)勢面理論，提出海下開采“透水優(yōu)勢面”的理論，并利用該理論對海域內(nèi)開采容易發(fā)生的透水點進行預(yù)測與預(yù)計，為監(jiān)測透水優(yōu)勢南的海水滲入狀態(tài)，采用定位鉆探、定點水壓、水位與水離子監(jiān)測的方法；所述海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)，是通過對海水和主要含水層水的混合配比試驗和預(yù)警閾值的監(jiān)測，確立以Na+、Cl—離子為主要監(jiān)測對象來在線實時監(jiān)控海水滲入，建立基于Na+、Cl—離子為主要監(jiān)測體系的實時自動在線水情、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，隨著監(jiān)測點處海水比例的增加，Cl-和S042-含量顯著增加，變化趨勢比其他離子明顯的多，因此在陰離子中可以選擇Cl-和S042-作為特征離子進行監(jiān)測，根據(jù)其離子含量的變化進行預(yù)警，當離子含量的增加幅度< 10%時，表明礦井處于安全狀態(tài)，可以正常工作；當離子含量的增加幅度為10-30%時，表明礦井處于戒備狀態(tài)，需要加強觀測分析，當離子含量的增加幅度為30-50%時，表明礦井處于緊急戒備狀態(tài)，需要密切關(guān)注，準備救援，當離子含量的增加幅度為> 50%時，表明礦井處于危險報警，應(yīng)緊急救援；所述海下安全開采保障體系，是建立海下安全開采災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急預(yù)案、海下安全開采防災(zāi)害性潰水工程設(shè)施、海下安全開采綜合監(jiān)控技術(shù)、安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)與基·于WEBGIS的海下安全開采災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急預(yù)案六大系統(tǒng)，明確、全面地對海下礦井進行系統(tǒng)的監(jiān)控；所述海下安全開采的評價體系，是指建立了基于3個二級目標、18個三級目標的安全評價體系，該體系使用層次分析的方法，建立評價指標和模型；還包括采用石油系統(tǒng)海上三維地震勘探技術(shù)和設(shè)備對海域煤田進行精準探測，SP利用區(qū)內(nèi)已有鉆探資料制作人工合成地震記錄，參考以往地震剖面所確定的波組與地層的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計海域內(nèi)地震波傳輸模型，綜合判定地震反射層的地質(zhì)意義，在波組對比中，蠶蛹強相位對比、波組對比、縱剖面對比與任意剖面對比以及水平切片對比等相結(jié)合的做法，以保證層位對比的可靠性。對海域地層進行鉆探探勘，面臨施工困難，鉆孔封堵難度大等問題；使用地震勘探，面臨水深變化大、海浪起伏不定、氣象變化大、養(yǎng)殖區(qū)域影響等因素，不能實現(xiàn)信號的精準收集與定位。本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)利用區(qū)內(nèi)已有鉆探資料制作人工合成地震記錄，參考以往地震剖面所確定的波組與地層的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計了海域內(nèi)地震波傳輸模型，綜合判定地震反射層的地質(zhì)意義。在波組對比中，堅持強相位對比、波組對比、縱剖面對比與任意剖面對比以及水平切片對比等相結(jié)合的做法，保證了層位對比的可靠性，也大大提高了工作效率。本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)通過系列研究與校準，開展了再次大規(guī)模的地震勘探?？碧劫Y料經(jīng)與鉆孔資料和采掘揭露情況對比分析，誤差在4m之內(nèi)，達到了采礦精度要求。上述采煤技術(shù)適用于綜采放頂煤這種采煤方法。綜采放頂煤這種采煤方法由于采高較大，造成頂板裂隙帶高度升高，頂板運動劇烈，極易引起煤層上方巖層的大變形，故受到海水的威脅程度升高。所以國際上有海下采煤經(jīng)驗的英國、澳大利亞、日本、加拿大與智利，采煤方法多為房柱式部分開采，極少數(shù)用長壁綜采，但從未有綜采放頂煤實踐。本課題采用的綜采放頂煤是一次成功的嘗試，開創(chuàng)了國際上海下采煤方法的先河，填補了國內(nèi)外海下采煤方法的空白。本發(fā)明的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)成果具有良好的推廣應(yīng)用前景，不僅可應(yīng)用到瀕臨渤海的龍口海域，還可以應(yīng)用到國內(nèi)其它大型水體下的煤炭開采。龍口礦區(qū)瀕臨渤海，按保守估算可生產(chǎn)約877億元產(chǎn)值的煤炭，具有約80億元純利潤；使礦井服務(wù)年限延長10年以上。本課題研究成果對開發(fā)蓬萊海域下和黃河口海域下，以及我國其它海域下煤炭資源將起到很好的促進和示范，將解放大量的煤炭儲量，這對延長我國部分大型水體下困擾的煤炭生產(chǎn)企業(yè)服務(wù)年限，保持我國煤炭生產(chǎn)的中長期可持續(xù)發(fā)展具有積極作用。本發(fā)明中的四項關(guān)鍵技術(shù)的技術(shù)體系都由預(yù)測體系和監(jiān)測體系構(gòu)成。通過預(yù)測體系確定該項技術(shù)的技術(shù)方法，通過監(jiān)測體系確定技術(shù)的監(jiān)控手段。技術(shù)體系實現(xiàn)了理論與實踐的統(tǒng)一、預(yù)防與控制的統(tǒng)一、技術(shù)與方法的統(tǒng)一。四個關(guān)鍵技術(shù)涉及到20個技術(shù)要點。為了保障海下安全高效開采，項目共建設(shè)了災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急預(yù)案、防災(zāi)害性潰水工程設(shè)施、綜合監(jiān)控體系等4個保障系統(tǒng)，4個保障系統(tǒng)構(gòu)成海下安全高效開采的保障體系。為了對關(guān)鍵技術(shù)與保障體系的實施效果進行評價，項目建立了具有3個二級目標、18個三級目標的綜合評價體系，并使用層析分析的方法進行匯總分析。
上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.海下綜采放頂這種采煤方法，其特征在于包括四個關(guān)鍵技術(shù)、一個保障體系和一個評價體系，四個關(guān)鍵技術(shù)是海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)、海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)；一個保障體系為海下安全開采保障體系；一個評價體系為海下安全開采的評價體系; 所述海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)， 是針對海域內(nèi)三軟煤層，用海水的動態(tài)加載作用，利用計算機數(shù)值模擬、物理相似材料模擬與現(xiàn)場實驗分析相結(jié)合進行推演，得到海下開采覆巖頂板來壓步距、來壓速度、采動影響覆巖破壞范圍、覆巖內(nèi)導水巖層高度等參數(shù)，由此確定采煤工作面支架的型號、巷道的支護參數(shù)； 所述導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，采用覆巖運動、透水優(yōu)勢面、導水裂隙帶等多種預(yù)測方法預(yù)測導水裂隙帶，并利用“雙端堵水導高觀測技術(shù)”來監(jiān)測頂板水的滲透情況；所述頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)，是依據(jù)底板突水優(yōu)勢面理論，提出海下開采“透水優(yōu)勢面”的理論，并利用該理論對海域內(nèi)開采容易發(fā)生的透水點進行預(yù)測與預(yù)計，為監(jiān)測透水優(yōu)勢南的海水滲入狀態(tài)，采用定位鉆探、定點水壓、水位與水離子監(jiān)測的方法； 所述海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)，是通過對海水和主要含水層水的混合配比試驗和預(yù)警閾值的監(jiān)測，確立以Na+、Cr離子為主要監(jiān)測對象來在線實時監(jiān)控海水滲入，建立基于Na+、Cl—離子為主要監(jiān)測體系的實時自動在線水情、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，隨著監(jiān)測點處海水比例的增加，Cl-和S042-含量顯著增加，變化趨勢比其他離子明顯的多，因此在陰離子中可以選擇Cl-和S042-作為特征離子進行監(jiān)測，根據(jù)其離子含量的變化進行預(yù)警，當離子含量的增加幅度< 10%時，表明礦井處于安全狀態(tài)，可以正常工作；當離子含量的增加幅度為10-30%時，表明礦井處于戒備狀態(tài)，需要加強觀測分析，當離子含量的增加幅度為30-50%時，表明礦井處于緊急戒備狀態(tài)，需要密切關(guān)注，準備救援，當離子含量的增加幅度為> 50%時，表明礦井處于危險報警，應(yīng)緊急救援； 所述海下安全開采保障體系，是建立海下安全開采災(zāi)害預(yù)警與應(yīng)急預(yù)案、海下安全開采防災(zāi)害性潰水工程設(shè)施、海下安全開采綜合監(jiān)控技術(shù)、安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)與基于WEBGIS的海下安全開采災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急預(yù)案六大系統(tǒng)，明確、全面地對海下礦井進行系統(tǒng)的監(jiān)控； 所述海下安全開采的評價體系，是指建立了基于3個二級目標、18個三級目標的安全評價體系，該體系使用層次分析的方法，建立評價指標和模型； 還包括采用石油系統(tǒng)海上三維地震勘探技術(shù)和設(shè)備對海域煤田進行精準探測，即利用區(qū)內(nèi)已有鉆探資料制作人工合成地震記錄，參考以往地震剖面所確定的波組與地層的對應(yīng)關(guān)系，設(shè)計海域內(nèi)地震波傳輸模型，綜合判定地震反射層的地質(zhì)意義，在波組對比中，蠶蛹強相位對比、波組對比、縱剖面對比與任意剖面對比以及水平切片對比等相結(jié)合的做法，以保證層位對比的可靠性。
全文摘要
海下綜采放頂這種采煤方法，包括四個關(guān)鍵技術(shù)、一個保障體系和一個評價體系，四個關(guān)鍵技術(shù)是海下開采覆巖運動規(guī)律的預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、導水裂隙帶預(yù)測與監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)、頂板透水預(yù)測與防控水技術(shù)、海域水文地質(zhì)信息動態(tài)監(jiān)測、分析與預(yù)報技術(shù)；一個保障體系為海下安全開采保障體系；一個評價體系為海下安全開采的評價體系。其目的在于提供一種可使海底煤礦資源的開采率得到進一步提高，讓海底煤礦資源被充分利用，避免造成浪費，并可增加企業(yè)的經(jīng)濟效率，明顯地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，具有更高的安全性能的實施海下綜采放頂煤采煤方法的安全采煤關(guān)鍵技術(shù)。
文檔編號E21C50/00GK102900440SQ20111046074
公開日2013年1月30日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者常穎, 孟凡和, 陳佩佩, 丁秀凱, 包政禮 申請人:龍口礦業(yè)集團有限公司