煤炭电法勘探技术应用实例
近年来,电法已经从以前找煤工作转为煤矿高效、安全生产服务,在煤矿地质、水文地质方面的主要地质任务是:
1)勘探工作区的构造形态,断层、褶皱等地质构造的产状,追踪地质构造的延伸和展布方向,为划分水文地质单元、研究水文地质问题提供基础地质资料;
2)探明矿区主要含水层和隔水层的埋深、层厚、产状,和隐伏导水通道的位置;
3)探明采区主要控水构造及岩溶、裂隙发育带、陷落柱的位置,并对其富水性进行评价;
4)探明采煤工作面顶、底板岩层或掘进巷道前方隐伏导水通道和含水体的位置;
5)探明老窑采空区,圈定采空区积水范围;
6)防治水工程质量评价,如注浆效果检测等。
为了提高电法勘探的精度和效率,在进行采区三维地震勘探时也进行水文电法勘探,此举不但可节省电法工作的测地工作,更重要的是将地震勘探对构造的精确定位与电法对含水性敏感结合起来综合解释,提高了水文勘探的可靠度,费用也有所降低。见表5-3。
表5-3 主要煤矿电法勘探方法的特点和主要应用
下面将通过几个实例来具体的说明各种方法的应用。
1.高密度电阻率法
以神华集团宝日希勒能源有限公司露天矿采空区地面综合地球物理勘探精查中的高密度探测部分为例来说明高密度的探测效果。由于数据量较大,此处仅选取L1进行说明。
L1线所采用的方法为单边三级AMN法,其位于采场外围车道上,南边靠近铁路运输线,北边为已开挖的矿坑,对L1线的高密度资料解释如下:
L1线单边三极测深结果如上图5-15所示,原始资料采集过程中,个别电极接地条件较差,致使采集数据失真,造成了数据的畸变(图中阴影区域为数据畸变)。AMN法中,整体电阻率值较低,视电阻率横向变化不大,没有发现明显的高阻或者低阻异常。横向150~170m的低阻区域与地表揭露的已塌陷区位置对应较好,可能是由于已经塌陷,土层松散含水丰富导致出现上述低阻区域。
图5-15 L1线视电阻率断面图
2.瞬变电磁法
以山西朔州安家岭矿区进行大回线源瞬变电磁法探测采空区为例来简要的说明一下瞬变电磁的探测成果。
瞬变电磁测量数据采集结束后,根据试验区地电结构特征,选择了反演程序中适宜的参数进行了数据处理,并获得了各条剖面的反演电阻率断面图。
由于各剖面电性、异常特征基本一致,下面仅对比较典型的L620线剖面图进行初步分析。
图5-16为测区内TEM法L620线剖面中的一段试验线,图中的黑色虚线为推断的9煤底界面。从电性上分析,在标高1250m以上大都为低电阻率区域,推断为第四系电性特征的反映,向下呈现中高阻电性反映,推断为煤系地层。在图中,等值线出现相对偏高的团块状圈闭,推断为采空区以及巷道的反映。
图5-16 L620线TEM法反演电阻率断面图
看一看这些老报道就知道什么情况了。
记者昨日从有关部门获悉,经过近8个月的艰苦钻探,太康县煤层、煤层气开发近日取得新突破,甄楼村28-2号井钻探出煤,从而结束了周口市地下无矿藏的历史。
据有关专家介绍,周口市属于华北晚古生代煤系地层,有煤炭资源,但煤层较深,大都在1000米深的范围内。经勘探,郸城、太康两县的煤储量较为丰富,可进行煤炭和煤层气的开发。太康县煤层、煤层气钻探自今年3月6日开钻以来,经过几个月来钻探工人的不懈努力,甄楼村28-2号井在钻至1360米左右时顺利出煤。该煤层所出煤为优质无烟煤,被初步认定为原始森林化石,煤层厚度为1.5米。
据鹤煤集团勘探认证,太康县的煤层、煤层气资源丰富,煤层厚度为4.7米,面积312平方公里,煤炭储量约9.06亿吨,煤层气蕴藏在地下1000米~2000米的煤层中,总量达161亿立方米。
太康地下煤储量丰富 四口钻井个个见煤
“能在周口钻四口井四次出煤,我们一年多没回家也值了。”在44-1号钻探井工程临结束时,钻探队长秦锁贵、机长韦福珍站在钻井前激动地说。5月10日,继太康县马头镇赵屯村44-0号采煤勘探井成功出煤一周后,该镇张堂村44-1号井也顺利见煤。两井均是钻至1300多米见煤,煤藏深度比朱口镇大宗行政村的首钻井浅200米,但煤层厚度均远远超过首钻井。
据韦福珍介绍,44-0井于一周前见煤竣工,煤层厚度7米多。经过两个多月的钻探,44-1号井钻至1307.52米时见煤,总钻深度为1341米,最终测定煤层厚度为7.4米,是朱口钻井煤层厚度的5倍。
据周口煤炭煤层气有限公司总经理赵建生介绍,省煤炭设计院专家将于近日到该钻井进行电测(电子测试煤质)。他说,周口市地下有大面积煤层,且储量丰富,有潜在的开发前景。截至5月11日,太康朱口镇28-1、28-2井,马头镇44-0、44-1井已全部钻探结束。专家已对之前出煤进行电测。结果显示,该市地下藏煤属特低硫贫煤(健康煤),具有高发热量的特点。
6日,备受郑州市1000多万人民关注的煤炭、煤层气开发工程在太康县朱口镇开钻,此项工程的开工,将掀开郑州市能源史上新一页。
当日上午,太康县朱口镇大宗行政村钻探现场彩球飘扬,鼓乐嘹亮。来自省煤炭工业厅和市有关部门的负责同志及当地群众共3000余人,见证了我市开采地下矿藏的第一钻壮举。据了解,太康县煤炭、煤层气资源埋藏较浅,开采较为方便。煤炭和煤层气资源集中在该县北部,煤层厚度为4.7米,面积312平方公里,预测煤炭储量约9.06亿吨,煤级为无烟煤。煤层气蕴藏在地下1000至2000米煤层中,总资源量达161亿立方米。钻探工程由河南省煤炭地质勘察研究院、鹤壁煤业集团公司和周口煤炭煤层气开发筹备处共同开发。
地质勘探和研究资料表明,周口地下蕴藏着丰富的煤炭和煤层气资源,其中主要集中在太康、郸城、扶沟三个县。搞好煤炭、煤层气资源勘探和综合开发,在我市全面建设小康社会历程中将具有里程碑意义。
煤矿井下违章作业已成为煤矿的六大灾害,经分析文献可知,违章作业可造成90%~95%的电气火源(花),引发43.29%~45.7%的瓦斯爆炸。研究并预控违章带电作业对降低事故率,提高安管理水平,具有其重要的意义。
抗违章保护系统可以是电力监控系统、矿井安监控系统、馈电开关的远控分励电路或电磁启动器的启动停止回路等,其中,电压检测系统用于检测系统的控制电压,有直流(5V-500V)和交流(5V-500V),把模拟信号转换为数字信号,更的对系统电压进行实时的了解和监控,并准确的判断过电压、欠电压状态,并可以发出声光报警信号和干接点报警输出,增加系统该电压检测系统用于检测系统的控制电压,有直流(5V-500V)和交流(5V-500V),把模拟信号转换为数字信号,更精准的对系统电压进行实时的了解和监控,并准确的判断过电压、欠电压状态,并可以发出声光报警信号和干接点报警输出,增加系统的可靠性。
其中:
1、电压检测采用“互感器+检测板”的方式,安可靠的检测系统电压,实时对系统电压进行检测。
2、检测板到控制器采用485通讯进行数字化信号传送,消除硬接线的干扰和衰减,准确的反应系统的实际电压值。
3、监视器采用“触摸屏+存储卡”,使显示更加灵活、美观、易操作性更强,且可以存储大量数据信息,为查找故障原因提供有力的保障。
4、过电压、欠电压阈值可以自由设置。
煤矿井下供电系统“三大保护”,都是在人接触带电体时,报警、断电、闭锁;而抗违章保护是在违章过渡过程中,还没有触碰到违章红线前,就将人违章作业信号转换为电信号传输给电脑芯片,联网实现报警、断电、闭锁。
煤的水分分为两种,一是内在水分(Minh ) ,是由植物变成煤时所含的水分;二是外水(Mf ) ,是在开采、运输等过程中附在煤表面和裂隙中的水分.全水分是煤的外在水分和内在不分总和。一般来讲,煤的变质程度越大,内在水分越低。褐煤、长焰煤内在水分普通较高,贫煤、无烟煤内在水分较低。
水分的存在对煤的利用极其不利,它不仅浪费了大量的运输资源,而且当煤作为燃料时,煤中水分会成为蒸汽,在蒸发时消耗热量;另外,精煤的水分对炼焦也产生一定的影响。一般水分每增加2 % ,发热量降低100kcal/kg(大卡/千克);冶炼精煤中水分每增加1 % ,结焦时间延长5 一10min .
二、灰分(A )
煤在彻底燃烧后所剩下的残渣称为灰分,灰分分外在灰分和内在灰分。外在灰分是来自顶板和夹研中的岩石碎块,它与采煤方法的合理与否有很大关系。外在灰分通过分选大部分能去掉。内在灰分是成煤的原始植物本身所含的无机物,内在灰分越高,煤的可选性越差。灰是有害物质.动力煤中灰分增加,发热量降低、排渣量增加,煤容易结渣;一般灰分每增加2% ?发热量降低10okcal / kg 左右。冶炼精煤中灰分增加,高炉利用系数降低,焦炭强度下降,石灰石用量增加;灰分每增加1 % ,焦炭强度下降2 % ,高炉生产能九下降3 % ,石灰石用量增加4 % .
三、挥发分(V )
煤在高温和隔绝空气的条件下加热时,所排出的气体和液体状态的产物称为挥发分。挥发分的主要成分为甲烷、氢及其他碳氢化合物等。它是鉴别煤炭类别和质量的重要指标之一。一般来讲,随着煤炭变质程度的增加,煤炭挥发分降低。褐煤、气煤挥发分较高,瘦煤、无烟煤挥发分较低。
四、固定碳质最(FC )
固定碳含量是指除去水分、灰分和挥发分的残留物,它是确定煤炭用途的重要指标。从100减去煤的水分、灰分和挥发分后的差值即煤的固定碳含量。根据使用的计算挥发分的基准,可以计算出干基、干燥无灰基等不同基准的固定碳含量。
五、发热量(Q )
发热量是指单位质量的煤完全的燃烧时所产生的热量,主要分为高位发热量和低位发热量。煤的高位发热量减去水的汽化热即是低位发热量。发热量国际单位为百万焦耳/千克(MJ/kg ) ,常用单位大卡斤克,换算关系为:1MJ / kg =239 . 14kcal / kg ? 1J = 0.239gcal ? 1cal= 4 . l8J 。如发热量550kcaL/ g , 5500kcal / kg=550÷239 . 14 = 23MJ/kg .为便于比较,我们在衡量煤炭时消耗时,要把实际使用的不同发热量的煤炭换算成标准煤,标准煤的发热量为29 . 27MJ/kg ( 700okcal / kg )。国内贸易常用发热量标准为收到基低位发热量( Qnet,ar) ,它反映煤炭的应用效果,但外界因素影响较大,如水分等,因此Qnet,ar 不能反映煤的真实品质。国际贸易通用发热量标准为空气干燥基高位发热量( Qnet,ar) ,它能较为准确的反映煤的真实品质,不受水分等外界因素影响。在同等水分、灰分等情况下,空气干燥基高位发热量比收到基低位发热量高1.25MJ/g ( 300kcal / kg)左右.
六、胶质层最大厚度(Y )
烟煤在加热到一定温度后,所形成的胶质层最大厚度是烟煤胶质层指数测定中利用探针测出的胶质体上、F 层面差的最大值。它是煤炭分类的重要标准之一。动力煤胶质层厚度大,容易结焦;冶炼精煤对胶质层厚度有明确要求.
七、粘结指数(G )
在规定条件下以烟煤在加热后粘结专用无烟煤的能力,它是煤炭分类的重要标准之一,是冶炼精煤的重要指标。枯结指数越高,结焦性越强.
八、煤灰熔融性温度(灰熔点)
在规定条件下得到的随加热温度而变化的煤灰熔融性变形温度(DT )、软化温度( ST )、流动温度(FT ) ,常用软化温度(ST )来表示。灰熔融性温度越高,煤灰不容易结渣。因锅炉设计不同,对灰熔融性温度要求也不一样。煤灰熔融性温度的高低,直接关系到煤作为燃料和气化原料时的性能,煤灰熔融性温度低,煤灰容易结渣,增加了排渣的难度,尤其是固态排渣的锅炉和移动床的气化炉,煤灰熔融性温度要求较高。
九、哈氏可磨指数(HGI )
哈氏可磨指数是反映煤的可磨性的重要指标。煤的可磨性是指一定量的煤在消耗相同的能量下,磨碎成粉的难易程度。可磨指数越大,煤越容易磨成粉。在发点煤粉锅炉和高炉喷吹用煤,可磨指数是质量评价的一个重要指标。吉氏流动(ddpm)煤的流动度是表征煤在干馏时形成的胶质体的粘度,是煤的塑性指标之一。流动度是研究煤的流变性和热分解力学的有效手段,又能表征煤的塑性,可以指导配煤和焦炭强度预测。吉氏流动度是以固定力矩在煤受热形成的胶质体中转动的最大转速表示的流动度指标,用每分钟转动的角度来表示。
十二、焦渣特征(CRC )
煤炭热分解以后剩余物质的形状。根据不同形状分为8 个序号,其序号即为焦渣特征代号。
1——粉状。全部是粉末,没有相互粘着的颗粒.
2——粘着。用手指轻碰即为粉末或基本上是粉末,其中较大的团块轻轻一碰即成粉末。
3——弱粘性。用手指轻压即成不块。
4 ——不熔融粘结。用手指用力压才裂成小块,焦渣上表面无光泽,下表面稍有银白色光泽.
5 ——不膨胀熔融枯结。焦渣形成扁平的块,煤粒的界限不易分清.焦渣上表面有明显的银白色金属光泽,下表面银白色光泽更明显。
6——微膨胀熔融粘结。用手指压不碎,焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽,但焦渣表面具有较小的膨胀泡.
7——膨胀熔融粘结。焦渣的上、下表面均有银白色金属光泽,明显膨胀,但高度不超过15mm。
8——强膨胀熔融粘结。焦渣的上、下表面有银白色金属光泽,焦渣高度大于15mm。
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