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1、 “深部煤炭资源赋存规律、开采地质条件与精细探测基础研究”2008年成果交流研讨会在河南焦作召开2008年8月2729日，“深部煤炭资源赋存规律、开采地质条件与精细探测基础研究”973计划项目2008年成果交流研讨会在焦作河南理工大学召开。会议以学术报告和论文交流的形式介绍了各课题取得的相关成果；项目首席对后三年的工作提出了具体要求，对项目和各课题研究最终提交的主要成果、目标作了具体部署和安排。河南理工大学张战营副校长、景国勋副校长，科技部能源领域专家咨询组责任专家黄素逸教授、罗治斌教授，项目专家组专家张泓研究员、虎维岳首席科学家、何满潮首席科学家，各课题的正、副组长、主要技术骨干、课题参加人
2、员及项目办公室人员共60余人出席会议。会议由项目首席科学家何满潮教授主持。河南理工大学张战营副校长首先致欢迎词。他对研讨会在河南理工大学的召开、对各位专家和代表的光临表示热烈的欢迎。张校长简要介绍了河南理工大学的发展历程，希望各位专家到学校参观指导，并提出宝贵意见。黄素逸教授代表项目跟踪专家讲了话。他说，深部煤炭资源973项目中评估得到了专家较高的评价。为了更好地完成项目，他建议：1）进一步明确目标，把项目完成好，为下一步滚动发展打下坚实的基础；2）各位课题组长、课题骨干、课题成员要全身心投入研究工作，为完成项目的总目标、使项目的亮点更加突出作出自己的努力；3）进一步凝炼主题，集中力量突破几个
3、重点问题；4）加强各课题之间的数据共享和资料交流。张泓研究员在讲话中指出，深部煤炭资源973项目对煤田地质勘探行业的作用和影响是很大的。此次成果交流研讨会是一次承前启后的会议，希望把中评估中发现的个别课题的研究内容存在一定程度偏离的情况纠正过来，统一到项目总目标上来。他强调，973项目必须严格围绕项目的研究目标开展研究工作，每个课题都是项目中不可缺少的一个链条，只有所有链条都正常运转，才能保证项目整体目标的实现。唐跃刚、姜尧发、黄文辉、康红普、王兆丰、虎维岳、何满潮、曹思远、于光明、石显新、曹代勇、朱国维分别作了题为“晋城15煤中硫的赋存分布规律”、“华北晚古生代煤层分布与煤质变化特征”、“深
4、部煤炭资源开发综合评价理论与方法”、“煤矿井下地质力学测试及应力场分布特征研究”、“地勘期间煤层瓦斯含量测试技术新进展”、“华北东部地区深岩溶形成的地质过程与古地理”、“深井降温技术研究进展”、“煤田勘探中的微断裂检测”、“利用三维三分量地震数据预测煤系裂隙”、“瞬变电磁法勘探中的低阻屏蔽层问题及解决对策”、“深部煤炭地质勘查模式探讨”、“矿井复杂地质条件探测装备与方法的研究” 的学术报告。唐跃刚教授在题为“晋城15煤中硫的赋存分布规律”的报告中，介绍了综合运用沉积学、煤岩学、煤化学、煤地球化学、煤地质学等多学科理论，采用现代先进的测试分析方法，对晋城王台铺矿15煤进行系统分析和研究得出的认识
5、：1）与3和9煤相比，15煤以暗淡型煤为主，镜质组含量多，惰质组含量最少，煤岩类型好。2）有机硫含量镜质组壳质体惰质体。显微黄铁矿类型多，有相当数量的细粒黄铁矿是小于10m，煤中黄铁矿嵌布类型以大颗粒型、条带型、嵌布型为主，煤破碎易解离，有利于煤的脱刘。3）煤中灰分与硫分、全硫与黄铁矿硫均呈正比，煤中硫尤其是黄铁矿硫多集中于暗淡煤，且颗粒大，接近顶部硫分增加。4）15#煤层稀土元素分配模式图的极大相似性表明其物源供给具有同源性和稳定性。这些结论对15煤中硫与灰的分布与硫的脱出与降硫降灰等综合洁净利用具有重要指导作用。姜尧发教授介绍了对华北晚古生代煤层分布与煤质变化特征的研究成果：1）华北晚古生
6、代上石炭统太原组煤中全硫含量大都为25，硫含量总体上呈现出北低南高、东西展布的态势。下二叠统山西组煤中全硫含量大都1，仅在盆地南缘局部地区出现异常高值。中二叠下石盒子组至晚二叠统上石盒子组煤中全硫含量大都在1左右。2）由于成煤原始物质和聚煤环境不同，华北盆地太原组和山西组主要煤层的显微煤岩组分含量具有显著的差别。总体而言，太原组煤中镜质组含量普遍较高，镜质组分的降解程度较强，黄铁矿含量较高；而山西组煤中惰质组含量普遍较高，成煤植物的木质结构保存相对较好，黄铁矿含量普遍较低。石盒子组煤的显微组分特征是壳质组含量较高，且呈现层位越高壳质组含量越高的变化趋势。3）原始沉积在深部的太原组煤层与原始沉积
7、在浅部的山西组煤层在煤质、煤岩、地球化学特征等都表现出显著的差别，反映其原始沉积环境、成煤泥炭沼泽的介质等原始成因因素不同。而同一煤层在横向（或平面）上变化不大。4）后期构造变形就位深部的山西组煤层，不但表现出与太原组煤层的原始差别，而且山西组同一煤层的煤质、煤岩、地球化学、煤体结构等特征也随深度不同而变化。黄文辉教授在题为“深部煤炭资源开发综合评价理论与方法”的报告中指出，深部煤炭资源评价不仅要考虑煤炭资源量问题，还必须考虑开采地质条件、开采技术难度及深部开采的安全问题。在对深部煤炭资源进行评价时，可按照煤炭资源指数、经济开采（或开发难度）指数和安全指数三个分类要素来划分不同的评价参数。煤炭
8、资源指数是评价煤炭资源是否值得开采的首要因素。它主要包括评价区的煤炭资源量的大小指数和煤质优劣指数。煤炭资源量的大小主要包括，煤层的单层厚度、累计厚度、煤层的稳定性、可采指数等。而煤质评价时主要考虑煤的变质程度类型（即煤级或煤类）、煤中灰分和挥发份的相对含量、煤中硫磷等有害元素相对含量等要素。煤炭资源开采条件的评价对深部区意义重大，它决定了评价区煤炭的开发难度和经济开采潜力。因为深部区存在与浅部完全不同的地质环境条件，同时需要特殊的技术手段和额外的投入。这些因素如深部高应力条件下煤矿巷道的支护问题、深部区复杂的水文地质条件和构造地质条件带来的成本问题等。在进行开采条件评价时，开采中涉及到安全的
9、部分要素如瓦斯突出和热害等因素要纳入评价中，并将这些因素作为煤矿安全生产的因素进行单独评价。煤炭资源安全指数是评价煤炭开采的安全性的重要指标。一般情况下，深部区地热和瓦斯含量都会急剧增高，同时地应力也增高，这将产生大量的煤矿安全隐患问题。这些安全隐患主要包括煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、冒顶、底鼓以及热害等问题。这些问题都将严重影响了深部煤炭的开采，因此特将安全指数作为评价深部煤炭资源条件的一个重要指标。康红普研究员介绍了煤矿井下地质力学测试及应力场分布特征的研究成果：1) 根据煤矿井下特点，提出了小孔径、单孔、多参数、耦合地质力学原位快速测试方法；采用一个钻孔，就可完成地应力、煤岩体强度、煤岩体结
10、构及其相互作用关系的测量。2) 开发研制出小孔径水压致裂地应力测试装置、煤岩体强度测定装置及矿用钻孔窥视仪，并进行系统集成，形成了与单孔、多参数、耦合快速测试方法相配套的井下煤岩体地质力学快速测试系统，填补了国内空白，使井下快速测试变为现实。3) 采用开发的煤岩体地质力学原位快速测试系统，在12个省份、20个矿区进行了200余个测站的测试工作。绘制了山西省煤矿矿区地应力分布图，并与震源机制解及全国宏观构造应力场进行了比较。所测煤矿矿区的最大水平主应力方向与我国宏观构造应力场特征存在较好的一致性。4) 进行了单孔不同层位地应力测量，得出岩性不同地应力不同，煤岩层强度与刚度越大，水平应力越高的规律
11、。基于地应力、煤岩强度与结构测试数据，分析了三者之间的相互作用关系。5) 对不同岩性、不同强度与刚度的煤岩层赋予不同的原岩应力值，分析了巷道、掘进工作面与采场周围应力分布特征。这些研究成果已在煤炭企业十几个矿区得到推广应用，在巷道支护设计、巷道布置、采煤、煤矿安全等方面起到了积极的作用，取得了良好的技术效果与经济效益。王兆丰教授在“地勘期间煤层瓦斯含量测试技术新进展”报告中指出，我国现行的地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（AQ1046-2007）以及煤层气含量测定方法（GB/T 19559- 2004）存在技术缺陷，测值误差随钻孔取心深度增加而增大，当煤层埋深超过800m时，大部分测值误差为40%
12、80%。鉴于此，课题组研制了泥浆介质取心模拟测试装置并申报了发明专利；解决了提钻过程泥浆压降模拟和提钻过程漏失瓦斯量实时精确测定两个技术难题； 建立了模拟逼近推算提钻过程煤心漏失瓦斯量的测试方法；研究了泥浆介质中取样过程煤的瓦斯解吸规律，研究结果表明，在空气介质中煤样瓦斯解吸是一个速度衰减的等压解吸过程，在泥浆介质中取样过程煤样瓦斯解吸则是一个速度先增后减的非等压解吸过程，它们的解吸特征及解吸规律是截然不同的，用煤样在空气介质中的瓦斯解吸测定数据及规律不能准确地推算出在泥浆介质中取样过程煤样的漏失瓦斯量，为此认为，我国煤层瓦斯含量解吸测定法测定瓦斯含量的两个基本假设“煤样提至孔深一半处开始解吸
13、瓦斯”和“提钻过程的漏失瓦斯量可用Q-规律推算”是不成立的；基于煤的瓦斯解吸规律研究结果，提出了泥浆介质中取样过程煤样漏失瓦斯量推算新方法，经实际应用证明，采用新的漏失瓦斯量推算方法可以显著提高煤层瓦斯含量解吸测定法的测值准确性与可靠性。 虎维岳首席在题为“华北东部地区深岩溶形成的地质过程与古地理”的报告中，从华北东部地区岩溶与地质和古地理气候演化历史、岩溶优先分异与叠加效应、华北东部地区深岩溶发育的基本特征3个方面介绍了研究成果。他指出，在华北地区自古生代以来约6亿年里，奥陶系灰岩先后经历了沉积成岩、溶蚀破坏、充填交结和再度溶蚀破坏的过程。目前我们看到的岩溶结果是历史岩溶作用和结果叠加的产物
14、。奥陶纪华北古地理环境表明，华北地区主要为陆表浅海相沉积环境，为巨厚的可溶性灰岩的形成创造了良好的地理环境，以致华北及东北南部奥陶系广泛发育，且岩相稳定。由于在马家沟灰岩沉积后不久就受到加里东运动的影响，使得该地区大面积抬升露出水面，海水退去，陆地抬升，开始了长达1.5亿年的加里东运动剥蚀期，使得奥陶系灰岩遭受了第一次岩溶过程。该期间华北古地台非常平缓，地形起伏不超过20 m，所以，在该时期本区地下水交替十分缓慢，加之地貌表层覆盖有1030m的铝土层，岩溶不发育，只是在南北陆台隆起带和边缘地区岩溶发育相对较强。在加里东后期奥陶系灰岩顶部溶孔被充填，使岩石的岩溶裂隙度降低，渗透性减弱，这就是目前
15、多种资料证明的马家沟灰岩顶部岩溶充填充分胶结，岩层渗透性差的根本原因。从中石炭开始，华北地区接受了从本溪组到石千峰组巨厚煤系的沉积，到了晚石炭和二叠纪，华北地区地面又开始缓慢下降，进入了滨潜海环境，由于海陆环境的交互出现，沉积了大量的薄层灰岩和煤系。大约从侏罗纪开始，华北地区受燕山运动影响再次上升剥蚀，这一时期大陆的连续抬升，地形高差加大，水循环和水交替活动加剧，岩溶发育强度大且连续，膏溶角跞岩层、岩溶陷落柱等都是这一时期的岩溶作用的产物，岩溶陷落柱中充填着晚古生代沉积岩石说明了主要岩溶活动发生在晚古生代后期。到了三叠纪以后，由于强烈的地壳运动和火山活动，出现北北东或北动向排列的小盆地，断裂活
16、动频繁，岩层发生褶皱和倾斜，地形起伏加剧，河湖发育，地下水循环加剧，河流、地貌、断裂控制着地下水循环特点，深循环水造成现代岩溶的发生。古岩溶化可溶岩抬升裸露地面后，在浅部露头区受到垂直水流的作用，已经充填的古岩溶再次遭受现代岩溶作用，形成现代岩溶带。较深部的加里东期未被充填的古岩溶受分异岩溶的叠加作用，形成岩溶暗河、大的岩溶洞穴。目前揭露的多种资料表明，华北地区深部（500m）岩溶发育的基本特征是：在垂直方向上，上部由浅而深，岩溶发育强度由强变弱；下部由浅而深，岩溶发育强度呈现弱强弱规律。在顺层方向上，由浅至深，岩溶发育由强变弱。何满潮首席在题为“深井降温技术研究进展”的报告中，从我国深井热害情况、国内外研究现状及主要研究进展3方面介绍了研究成果。他指出，我国深井热害非常严重，现场调研表明，在山东、江苏、河南及安徽四省40个矿工作面温度26。高温热害带来了一系列问题：工人体能下降、工作效率低；高温中暑、诱发疾病；现场晕倒、影响安全等，已严重影响到我国深部能源开采，因此，深井热害治
