煤矿开采过程中的动态地质保障技术 2003-10-31

煤炭科学研究总院西安分院 程建远 曹丁涛

    摘 要：在对已有矿井地质多元信息提取、处理和分析的基础上，主要利用采区三维地震数

据信息与煤矿生产过程中揭露的地质动态信息相互融合，同时进行必要的补缺性勘探和井下验证

，实现三维地震信息的地质动态解释，为煤矿高效安全开采全过程提供实时化、智能化、可视化

的动态地质保障。

关键词： 矿井地质 三维地震 多元信息 地质保障

1、引 言

煤矿地质工作既是煤炭工业的基础，也贯穿于煤炭生产和利用的全过程。煤矿中水、火、瓦斯、

顶板、煤尘5大灾害无一不与地质条件相关。根据不完全统计：在煤矿重大事故中，与地质条件有

关的各类重大事故近90%；而由于采区地质条件不清，致使工作面无法正常推进、接续失调，也给

不少煤矿造成了巨大的经济损失。因此，煤矿地质保障技术作为煤矿高效、安全开采的关键技术

之一，列入高产高效矿井的5大保障体系。

由于地下介质的非均质性、随机性和复杂性特点，人们对于地质问题的认识是一个渐进的过程。

地质科学是一门实践性很强的科学，离不开“实践—认识—再实践—再认识”的动态认识过程。

目前，包括高分辨率三维地震勘探技术在内的各种探测手段，都只是从不同侧面对地下地质体进

行探测，都只能获得与地质体相关的某类信息，直接利用这些信息进行地下地质条件进行准确的

预测预报，由于缺少先验性的对比资料，有时还存在着一定的不确定性、模糊性和知识的不完备

性，极大地制约着采区三维地震勘探成果效益的发挥。

煤矿开采是一个动态的过程，采矿生产并不是一次完成，而是分阶段、分水平实施，因此采掘地

质信息的获取、实时化的地质预报还具有明显的动态特征。随着地质工作阶段的不断深入，井下

揭露信息日益丰富，地质人员对于地质规律逐渐明朗，地质预报工作的精度也会相应的得到提高

。如果能够将煤矿生产所获得的动态地质信息，与包括地面钻探、地面物探、矿井地质、矿井物

探等在内的矿井多元地质信息有机地结合起来，实现三维地震信息的地质动态管理，使其服务于

高产高效煤矿生产中矿井地质工作的全过程，为综采工作面的高效集约生产提供动态地质保障，

必将成为今后矿井地质保障系统的主题和发展趋势。

2、思路与模式

实现煤矿高效安全开采过程中的动态地质保障，是以煤矿生产动态过程中所揭露的实见资料为约

束，通过对已经获得的大量矿井多元地质信息进行重新处理和精细解释，进行未采区地质条件的

实时、动态预报，其主要思路可以概括为：“以设计工作面的小构造预测为目的，在对矿井地质

多元信息（地质、钻探、物探、采掘）进行提取、处理的基础上，主要利用三维地震属性信息与

矿井地质动态信息相互融合，实现三维地震信息的地质动态解释，同时借助于必要的矿井物探手

段进行补缺性勘探、井下钻探实施验证；最后，实现煤层底板标高、煤层厚度、小构造以及其他

地质异常体的预测预报，并对预测成果进行三维可视化显示与计算机成图”，最终达到按照煤矿

生产接续的要求，分为设计采区、设计工作面和回采工作面三个层次，对煤层底板标高、煤层厚

度、小构造以及其他地质异常体进行预测预报，实现煤矿高效安全开采过程中的动态地质保障。

围绕上述技术思路与目标，其核心技术为：“三维地震成果数据体的微机解释服务系统、矿井多

元地质信息数据库系统、矿井地质多元信息集成分析与预报、三维地质可视化与计算机成图技术

”等几个方面。

（1）建立矿井多元地质信息数据库

矿井多元地质信息是一种宝贵的“资源信息”，它的获取需要付出巨大的人力、物力与财力。一

个煤矿生产从找煤勘探开始、开工建设、矿井生产直至矿井关闭的各个阶段，积累了大量的大量

有效的多源、多维地质信息（如地面钻探、地面物探、矿井地质、矿山测量等），仅仅利用地震

资料就可以获得多达140种以上的地震属性信息。以往这些信息都是以记录本、台帐的形式建立起

来的，查阅起来很不方便；个别煤矿建立了电子文挡或小型数据库，但是在数据格式、通用性与

灵活性方面存在一些限制。

（2）矿井多元地质信息集成处理与分析

利用矿井多元信息的集成分析与综合解释，可以大大提高地质分析与解释的精度，这是因

为：

(1)单纯的地质构造发育规律分析，无法确切地预测出小构造的位置、落差与延展长度等

等，但是它所获得的构造复杂性分区、断层发育规律统计以及断层落差与延展长度之间的

统计关系，反过来可以指导地面物探与矿井物探资料的地质解释；尤其重要的是用于地质

构造发育规律分析与统计的资料，完全来自于地面钻探、井巷工程实际揭露的第一手数据

，这些宝贵资料不受物探工作中其他外在物性条件、干扰因素的影响和破坏，是一组非常

宝贵的、独立的评价参数。

(2)三维地震勘探的成果数据体，具有信息量极为丰富、控制面积大的特点，可以直接为

采区划分、工作面设计服务，这是目前任何一种勘探手段所无法比拟的。利用三维地震勘

探资料，在地震地质条件有利地区，可以解决落差大于5m断层的构造问题。但是，应该看

到的是：在煤层埋深500m以上的地区、寻找落差5m以下的断层，其地质异常相对于煤层埋

深不足1%，所以其难度是可想而知的。另外，在该矿区获得的三维地震资料还要受到诸如

煤层埋深、岩浆岩屏蔽、地面障碍物影响等不利条件制约。为此，尽管三维地震的勘探精

度很高，也必须与地质分析的构造发育规律相结合、与矿井物探的成果相结合，才能得出

符合实际的结论。

(3)矿井物探手段由于探测距离近、直接沿煤层进行探测，因此要比地面三维地震勘探的

精度高，且具有速度快、成本低、精度高的优点，是探查工作面内部3~5m左右小断层必不

可少的手段。但是，限于目前的技术发展水平，矿井物探技术无论在硬件、软件和处理解

释方法等方面的发展，远远滞后于地面物探技术，而且受到井下施工条件、施工环境的影

响和干扰较大，同时还必须在具备一定巷道的情况下才能施工，所以它只能作为对地面三

维地震勘探成果的补充和验证，同样也要在矿井地质规律分析结论的指导下，才能得出符

合地质规律的解释结论。

因此，对于利用矿井地质小构造发育规律分析、三维地震资料进行精细小构造解释以及矿

井物探手段等获得的矿井多元地质信息，这三个方面的信息是相辅相成、互为补充、缺一

不可的。对于以上多元地质信息加以提取、处理和综合，必将能够提高地质解释的精度。

（3）动态地质保障技术的模式

在上述工作基础上，根据矿井地质资料多元性（地面钻探、三维地震、地面电法、矿井地

质、矿井物探）、动态性、实时性（采掘在动态进行），利用计算机、人工智能、模式识

别、数据库等多学科的融合，建立矿井多元地质信息集成系统，利用能够获取的矿井多元

地质信息，及时、准确地进行煤层底板深度、煤层厚度变化趋势、掘进巷道和工作面内部

小断层的预测预报以及储量计算、“三书”编制等，是煤矿生产现场迫切需要解决的技术

问题。图1给出了实现煤矿生产的动态地质保障的一般模式。

图1 煤矿生产动态地质保障的模式

    3、应用前景

目前，煤炭系统不少大的企业集团(如兖州、淮南、开滦等)，积极发挥“产、学、研”相结合的

优势，利用高新技术改造传统的煤炭生产模式，利用采矿、地质、物探、水文、遥感等多元地学

信息，综合发挥多学科交叉、多学科信息的综合处理、解释、集成、显示等技术优势，摆脱了矿

井地质工作长期限于地质规律定性总结和常规机理探讨的局面，将工作重点真正转移到预测模式

（地质模式和数学模式）的建立、验证和改进上，推动了煤矿地质工作向着综合化、程序化、定

量化、自动化和成果的可视化，并已经取得了明显的成效。因此，矿井多元地质信息集成系统，

能够在煤矿高效安全开采的动态过程与矿井地质预测预报系统之间作为“桥梁”，使得矿井地质

工作这一实践性很强的科学，通过“实践—认识—再实践—再认识”的认识过程，动态地服务于

工作面回采的始终，实现高产高效矿井地质保障。

近几年来，全国煤矿采区每年累计投入的三维地震勘探工程量约为300~350Km2。如果能够在这些

三维地震资料解释中，采用上述模式，及时收集矿井生产采掘的动态地质资料，对矿井多元地质

信息进行集成分析和处理，建立地质预报模型，实时修正对于未知区的解释推断结果，必将有助

于地质解释精度的进一步提高，降低决策风险，其创造出的经济效益与安全回报无疑将是巨大的

。

参考文献

[1]黄福昌等，兖州矿区综放开采技术与成套设备，煤炭工业出版社，2002年

[2]崔若飞，地震资料矿井构造解释方法及其应用，煤炭工业出版社，1997年

[3]彭苏萍，中国煤矿高产高效矿井的地质保障系统，跨世纪的矿业科学和高新技术，煤炭工业出

版社，1996年

[4]程建远，三维地震资料微机解释性处理技术，石油工业出版社，2002年

[5]赵明鹏、刘俊杰，矿井地质改造方法及其新进展，地质出版社，1996年

[6]刘同有、高谦等，地下采矿系统分析与综合集成，地质出版社，1998年

作者简介：

程建远（1966-），男，陕西乾县人，博士、高级工程师，现任煤炭科学研究总院西安分院物探所

副所长，一直从事煤矿采区三维地震技