煤矿水害综合防治技术讲座.ppt

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1、河南工程学院河南工程学院王国际王国际电话：电话：13603861088E-mail:第一部分第一部分我国煤矿水害治理技术现状我国煤矿水害治理技术现状一、我国煤矿水害的基本特征一、我国煤矿水害的基本特征 我国是世界最大的产煤国，煤炭产量比整个欧洲我国是世界最大的产煤国，煤炭产量比整个欧洲国家煤炭产量的总和还要多。但是，随着我国煤矿开国家煤炭产量的总和还要多。但是，随着我国煤矿开采规模的迅速扩大，开采深度的不断增加，开采时所采规模的迅速扩大，开采深度的不断增加，开采时所承受的水压越来越大。近年来，煤矿井下突水事故呈承受的水压越来越大。近年来，煤矿井下突水事故呈增加趋势，轻者影响矿井正常生产，造成经

2、济损失，增加趋势，轻者影响矿井正常生产，造成经济损失，重者造成矿井局部或全部被淹，甚至造成重大的人员重者造成矿井局部或全部被淹，甚至造成重大的人员伤亡事故，我国煤矿已成为受水灾危害最严重的国家伤亡事故，我国煤矿已成为受水灾危害最严重的国家之一。之一。据不完全统计，在过去的据不完全统计，在过去的5年里，全国有年里，全国有300多个矿井由于突水被淹没，多个矿井由于突水被淹没，死亡死亡1360多人，经济损失高达多人，经济损失高达600多亿元人民币。底板高压水通过导多亿元人民币。底板高压水通过导水构造突入矿井、采空区及老窑积水突入矿井的水灾事故占水灾事故水构造突入矿井、采空区及老窑积水突入矿井的水灾事

3、故占水灾事故的的85%以上。以上。华北地区受底板承压水威胁的矿区较多，由于奥陶系灰华北地区受底板承压水威胁的矿区较多，由于奥陶系灰岩富水性强、水压高、补给水源区域广、隔水层薄，而区岩富水性强、水压高、补给水源区域广、隔水层薄，而区内断裂构造及陷落柱较发育，致使华北地区煤矿重特大突内断裂构造及陷落柱较发育，致使华北地区煤矿重特大突水事故多发。水事故多发。奥陶系灰岩 其中，太行山东麓各矿区在开采石炭、二其中，太行山东麓各矿区在开采石炭、二叠纪煤层时，频繁发生突水事故。特别是当叠纪煤层时，频繁发生突水事故。特别是当煤层底板隔水层太薄或断层破碎带削弱了底煤层底板隔水层太薄或断层破碎带削弱了底板隔水层强

4、度，而无法承受底板水头压力时，板隔水层强度，而无法承受底板水头压力时，导致突水次数增多、突水强度增大。导致突水次数增多、突水强度增大。许多矿区奥陶系喀斯特溶洞许多矿区奥陶系喀斯特溶洞发育，使上覆岩层陷落或裂隙发发育，使上覆岩层陷落或裂隙发育，塌陷裂隙把灰岩岩溶承压水育，塌陷裂隙把灰岩岩溶承压水突然导入矿井引发突水事故，其突然导入矿井引发突水事故，其后果往往是灾难性的。后果往往是灾难性的。喀斯特溶洞 由于大量乡镇煤矿无序开采，导致矿井之间的隔水煤由于大量乡镇煤矿无序开采，导致矿井之间的隔水煤柱遭到破坏，使得废弃矿井、老空区积水瞬间溃入采掘柱遭到破坏，使得废弃矿井、老空区积水瞬间溃入采掘巷道，造成

5、严重灾害的现象近年来呈多发趋势。巷道，造成严重灾害的现象近年来呈多发趋势。19861995年、年、20002005年期间，由于煤炭企业规模年期间，由于煤炭企业规模迅速扩张，是我国煤矿水灾最为严重的时期，当时华北各迅速扩张，是我国煤矿水灾最为严重的时期，当时华北各矿区以及广东、广西、湖南、山西等矿区连续发生了多起矿区以及广东、广西、湖南、山西等矿区连续发生了多起灾难性突水淹井事故。灾难性突水淹井事故。2006年以来，国家安全监察总局对矿井水灾防治工作监年以来，国家安全监察总局对矿井水灾防治工作监管力度加大，我国煤矿水害事故呈现出逐年减少的趋势，管力度加大，我国煤矿水害事故呈现出逐年减少的趋势，但

6、重特大事故并没有降下来。但重特大事故并没有降下来。随着科学技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、工艺、技术随着科学技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、工艺、技术都有了很大的提高，矿井生产和建设规模迅速扩张，而矿井水灾防治技都有了很大的提高，矿井生产和建设规模迅速扩张，而矿井水灾防治技术的发展远不能适应矿井生产与防治水灾工作的需求，从而形成了某些术的发展远不能适应矿井生产与防治水灾工作的需求，从而形成了某些矿区矿井突水事故、死亡人数及经济损失的反弹和上升，特别是重、特矿区矿井突水事故、死亡人数及经济损失的反弹和上升，特别是重、特大型矿井突水事故时有发生。大型矿井突水事故时有发生。通过近年来

7、对我国一些突水事故的调查与分析，总结出我国煤矿水通过近年来对我国一些突水事故的调查与分析，总结出我国煤矿水害事故有如下特点：害事故有如下特点：重特大水灾事故增多，事故后果严整，社会影响面大。重特大水灾事故增多，事故后果严整，社会影响面大。重特大水灾事故多是底板高压突水和老空老窑突水。重特大水灾事故多是底板高压突水和老空老窑突水。大的水灾事故主要源自华北型煤田。大的水灾事故主要源自华北型煤田。水灾事故与矿井防治水措施落实不到位有着密切的关系。在近期发生的突水灾事故与矿井防治水措施落实不到位有着密切的关系。在近期发生的突水事故中水事故中7080%的矿井防治水措施落实不到位，矿井水灾防治技术人员的矿

8、井防治水措施落实不到位，矿井水灾防治技术人员缺乏，安全管理水平低下。缺乏，安全管理水平低下。突水事故的高发期往往出现在煤炭工业的快速发展期，矿井超设计能力生突水事故的高发期往往出现在煤炭工业的快速发展期，矿井超设计能力生产往往是水灾事故孕育和发生根本原因。产往往是水灾事故孕育和发生根本原因。矿井涌水量随季度变化较大，汛期是水灾事故多发期，大量的降水致使地矿井涌水量随季度变化较大，汛期是水灾事故多发期，大量的降水致使地面河流、湖泊水位上升，造成淹井事故。面河流、湖泊水位上升，造成淹井事故。煤矿突水事故所造成的经济损失是巨大的。煤矿突水事故所造成的经济损失是巨大的。如我国永城、井陉、淄博、郑州、新

9、汶等矿区均发生过如我国永城、井陉、淄博、郑州、新汶等矿区均发生过突水量在突水量在50m3/min以上的重大突水事故，各矿区总排水量以上的重大突水事故，各矿区总排水量均大于均大于500m3/min。吨煤排水成本为。吨煤排水成本为1040元，占原煤成元，占原煤成本中的比例较大，年排水费高达数千万元，部分矿区由于本中的比例较大，年排水费高达数千万元，部分矿区由于排水费用过高，长期亏损，严重影响到企业的发展。排水费用过高，长期亏损，严重影响到企业的发展。据统计，目前我国受水据统计，目前我国受水害威胁的矿井害威胁的矿井8000多处，多处，核定生产能力占总产量的核定生产能力占总产量的60%以上。其中受水患

10、威胁以上。其中受水患威胁比较严重的矿井有比较严重的矿井有3000多多处，煤炭产量处，煤炭产量15亿吨，占总亿吨，占总产量的产量的60%，这种局面严重，这种局面严重影响到各矿区的安全生产，影响到各矿区的安全生产，影响矿井的正常接替，阻碍影响矿井的正常接替，阻碍煤炭企业的发展。煤炭企业的发展。华北的一些主要矿区，如焦作、峰峰、邯郸、邢台、井华北的一些主要矿区，如焦作、峰峰、邯郸、邢台、井陉、淄博、肥城、韩城、郑州、永城等矿区受水威胁的储陉、淄博、肥城、韩城、郑州、永城等矿区受水威胁的储量占矿井总储量的量占矿井总储量的80%以上。因此，不迅速解决水灾事故以上。因此，不迅速解决水灾事故上升问题，煤矿安

11、全生产形势难以扭转。上升问题，煤矿安全生产形势难以扭转。目前不少矿井已进入深部开采，个别矿井开采标高已超目前不少矿井已进入深部开采，个别矿井开采标高已超过过-800m，最深的已过，最深的已过-1000m。煤层底板承受岩溶承压水。煤层底板承受岩溶承压水的水压已达的水压已达67MPa，而开采煤层与其下伏的灰岩岩溶含，而开采煤层与其下伏的灰岩岩溶含水层之间的隔水层厚度一般只有水层之间的隔水层厚度一般只有840m，突水的机率增大，突水的机率增大，淹井事故也逐年上升。淹井事故也逐年上升。矿井水灾已成为影响煤矿安全生产的重大问题之一，水灾防治工作已经成为各矿区保证安全生产所必须面对的重大研究课题之一。二、

12、我国华北各矿区矿井水害防治技术现状二、我国华北各矿区矿井水害防治技术现状 近年来，国家安全监察总局、各省市煤矿安全监察局近年来，国家安全监察总局、各省市煤矿安全监察局以及各级煤炭行业管理部门、煤炭企业已经把矿井水灾防以及各级煤炭行业管理部门、煤炭企业已经把矿井水灾防治工作列入重要议事日程。新出台的治工作列入重要议事日程。新出台的煤矿防治水规定煤矿防治水规定对矿井防治水工作提出了更高的要求。对矿井防治水工作提出了更高的要求。1.建立健全水灾防治组织机构。2.进一步完善了矿井水灾防治措施。3.各煤炭企业必须设专职主要管理人员主抓矿井水灾防治工作。4.各煤矿必须健全矿井水文地质图件、水文地质台帐。5

13、.必须按相关法律、法规、规程及标准要求建立专业的探放水队伍，配备探放水技术装备。6.必须建立完善的矿井主排水系统，并保证其可靠性。7.制定矿井中长期防治水规划和年度防治水计划、汛期防洪计划，为防治水工作做好充分的思想准备、物质准备和组织准备。各矿区对水灾防治工作进行了全方位整改:受底板灰岩水威胁的华北各矿区在水灾防治策略方面基受底板灰岩水威胁的华北各矿区在水灾防治策略方面基本上理清了思路，认真贯彻本上理清了思路，认真贯彻“预测预报、有疑必探、先探预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采后掘、先治后采”的防治水方针，确立了以疏放结合的带的防治水方针，确立了以疏放结合的带压开采为主的防治水策略。压开

14、采为主的防治水策略。肥城、焦作、永城及郑州等矿区近几年大力开展了对肥城、焦作、永城及郑州等矿区近几年大力开展了对二二1煤底板进行注浆改造方面的研究，部分矿区在底板改造煤底板进行注浆改造方面的研究，部分矿区在底板改造方面取得了重大研究成果，并逐步得到了推广应用。方面取得了重大研究成果，并逐步得到了推广应用。从我国各矿区水灾防治工作的全局来看，还存在有明显不足的问题。从我国各矿区水灾防治工作的全局来看，还存在有明显不足的问题。主要表现主要表现:1.在在矿矿井水灾防治井水灾防治专业专业技技术术人人员严员严重缺乏，重缺乏，对对水灾防治工作的重大水灾防治工作的重大问题问题研究深度不研究深度不够够；2.少

15、数煤少数煤矿对矿对水灾防治工作的水灾防治工作的认识认识不不够够深入，投深入，投资资力度不力度不够够，安全技，安全技术术措施制定不措施制定不规规范，范，落落实实不到位；不到位；3.各各矿矿区水文地区水文地质质工作不工作不够规够规范，缺少范，缺少强强有力的有力的专业专业技技术术措施；措施；4.尽管有些煤尽管有些煤矿矿建立起了水文地建立起了水文地质质台台帐帐、水文地、水文地质图质图件等，但由于日常的件等，但由于日常的矿矿井地井地质质和水文和水文地地质质工作不工作不够规够规范，范，对矿对矿井水文地井水文地质质的的变变化情况掌握不化情况掌握不够够，对对未来水灾未来水灾隐隐患患预测预测不准；不准；5.对矿

16、对矿井主要的突水水源、各含水井主要的突水水源、各含水层层的涌水特性、涌水量及突水的涌水特性、涌水量及突水压压力力认识认识模糊，模糊，对带压对带压开开采所存在的潜在危采所存在的潜在危险认识险认识不足；不足；6.个个别别煤煤矿矿由于井田勘探程度不由于井田勘探程度不够够，对对井田内的地井田内的地质质构造掌握不清，构造掌握不清，对矿对矿井的突水机理、井的突水机理、容易容易发发生突水的区域、生突水的区域、矿矿井涌水量随季度的井涌水量随季度的变变化化规规律律认识认识不足；不足；7.相当一部分煤相当一部分煤矿矿主排水系主排水系统统及次及次级级排水系排水系统还统还不不够够完善，所配完善，所配备备的排水的排水设

17、备设备能力偏小，能力偏小，综综合排水能力达不到水灾防治要求；合排水能力达不到水灾防治要求；8.主排水系主排水系统统安全安全设备设备存在缺陷，相当一部分煤存在缺陷，相当一部分煤矿矿主排水管路没有主排水管路没有实现实现双双电电源供源供电电；9.矿矿井主水井主水仓仓不符合不符合煤煤矿矿安全安全规规程程要求，水要求，水仓仓容量不容量不够够，水，水仓仓淤煤没有得到及淤煤没有得到及时时清理，有效容清理，有效容积积没有得到充分没有得到充分发挥发挥；10.一部分一部分矿矿井没有按要求井没有按要求进进行每年一度的水行每年一度的水泵联泵联合合试试运运转转演演习习，对对主排水系主排水系统统的的实实际际排水能力掌握不

18、排水能力掌握不够够；11.相当一些煤相当一些煤矿矿没有没有坚坚持持“预测预报预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原的防治水原则则，物探工作基本没有，物探工作基本没有进进行，行，钻钻探工作不探工作不够规够规范，探水范，探水过过程中的安全技程中的安全技术术措施不措施不够够完善，存在盲目掘完善，存在盲目掘进进，盲目开采的，盲目开采的现现象；象；12.部分部分矿矿区注区注浆浆堵水工作开展得不堵水工作开展得不够够及及时时，注，注浆浆堵水技堵水技术术普及率太低，普及率太低，专业专业技技术术人人员员短缺，水灾治理不短缺，水灾治理不够够及及时时，造成了很大的，造成了很

19、大的经济损经济损失。失。由于存在以上不足，近年来我国煤矿重特大水灾事故时有发生，矿井水灾防由于存在以上不足，近年来我国煤矿重特大水灾事故时有发生，矿井水灾防治工作任重而道远。治工作任重而道远。三、我国煤矿水灾事故频繁发生的原因分析三、我国煤矿水灾事故频繁发生的原因分析 造成矿井水害频发的根本原因主要有水灾防治技术手段推广应用不造成矿井水害频发的根本原因主要有水灾防治技术手段推广应用不够，防治水工作投人不足，矿井水文地质基础工作薄弱等。够，防治水工作投人不足，矿井水文地质基础工作薄弱等。长期以来我国政府和广大科技人员为煤矿水灾防治工作付出了艰苦长期以来我国政府和广大科技人员为煤矿水灾防治工作付出

20、了艰苦的努力，在长期与煤矿水灾事故斗争的过程中，以中国煤炭科学总院西的努力，在长期与煤矿水灾事故斗争的过程中，以中国煤炭科学总院西安分院及有关高校和科研院所为代表的防治水科研队伍，研发形成了较安分院及有关高校和科研院所为代表的防治水科研队伍，研发形成了较为系统完善的适合我国国情的煤矿水害防治技术、方法和相关的仪器装为系统完善的适合我国国情的煤矿水害防治技术、方法和相关的仪器装备。但由于生产企业在市场经济条件下没有及时调整好快速增长的生产备。但由于生产企业在市场经济条件下没有及时调整好快速增长的生产方式与安全配套的防治水技术与措施之间的协调关系，致使矿井水灾防方式与安全配套的防治水技术与措施之间

21、的协调关系，致使矿井水灾防治技术难以满足矿井的满负荷甚至超负荷生产要求。治技术难以满足矿井的满负荷甚至超负荷生产要求。许多煤炭企业在许多煤炭企业在19972000年期间因效益不好，造成年期间因效益不好，造成高素质专业水文地质人才流失，高素质专业水文地质人才流失，2001年以来煤炭企业规模年以来煤炭企业规模迅速扩大，产量大幅度提高，防治水技术与管理人员力量迅速扩大，产量大幅度提高，防治水技术与管理人员力量不足，加上规范化监管力度不够，使得现有的防治水技术不足，加上规范化监管力度不够，使得现有的防治水技术和手段没有得到充分应用，矿井基础水文地质工作力度不和手段没有得到充分应用，矿井基础水文地质工作

22、力度不够。够。据专家研究，防治水技术手段落后，矿井水灾据专家研究，防治水技术手段落后，矿井水灾条件预测的准确度不能满足机械化生产的要求，是条件预测的准确度不能满足机械化生产的要求，是造成矿井水灾的重要原因之一。造成矿井水灾的重要原因之一。近年来，煤矿开采方式有了很大改进，开采深近年来，煤矿开采方式有了很大改进，开采深度和工作面开采空间尺度不断增大，致使水灾产生度和工作面开采空间尺度不断增大，致使水灾产生的条件、水灾威胁的程度以及水灾形成的机理都发的条件、水灾威胁的程度以及水灾形成的机理都发生了较大的变化。而目前我国防治水技术和水害预生了较大的变化。而目前我国防治水技术和水害预测评价的理论基础仍

23、然以我国测评价的理论基础仍然以我国20世纪世纪80年代所积年代所积累的防治水经验及其相关研究成果为主。矿井水灾累的防治水经验及其相关研究成果为主。矿井水灾防治作为一门实践性很强的学科，其特定历史阶段防治作为一门实践性很强的学科，其特定历史阶段的研究成果都具有极强的时间效应和对特定采矿方的研究成果都具有极强的时间效应和对特定采矿方式与采矿环境的适应性。式与采矿环境的适应性。历史所形成的传统的防治水技术措施已经不能历史所形成的传统的防治水技术措施已经不能完全满足新形势下现代化矿井建设与生产的要求，完全满足新形势下现代化矿井建设与生产的要求，矿井防治水技术与生产的高产高效技术发展水平不矿井防治水技术

24、与生产的高产高效技术发展水平不平衡必然会产生矿井水灾事故的上升。平衡必然会产生矿井水灾事故的上升。在煤炭工业快速发展时期，没有研制出对于含水构造和在煤炭工业快速发展时期，没有研制出对于含水构造和涌水通道进行准确探查的技术与装备，造成了对矿井导水涌水通道进行准确探查的技术与装备，造成了对矿井导水通道的位置、分布、含水性、导水性等探测不准，所制定通道的位置、分布、含水性、导水性等探测不准，所制定的防范措施不到位，缺少针对性，这是导致灾难性水灾事的防范措施不到位，缺少针对性，这是导致灾难性水灾事故的直接原因。故的直接原因。水源、水量、导水通道是煤矿水灾产生的三大因素，矿水源、水量、导水通道是煤矿水灾

25、产生的三大因素，矿井水文地质工作的核心内容就是要查明这三大因素。井水文地质工作的核心内容就是要查明这三大因素。含水层对水源和水量起决定作用，其补给和排泄条件具有区域性和含水层对水源和水量起决定作用，其补给和排泄条件具有区域性和面状分布特点，因此往往是易于查明和预测分析的；面状分布特点，因此往往是易于查明和预测分析的；但导水通道（断层、陷落注、不良封闭钻孔等）具有显著的局部性但导水通道（断层、陷落注、不良封闭钻孔等）具有显著的局部性和难以预测性，大多数灾难性突水事故都起因于对导水通道的不可和难以预测性，大多数灾难性突水事故都起因于对导水通道的不可预知性。预知性。煤矿水灾存在最为普遍、突水灾害最为

26、严重、突水因素煤矿水灾存在最为普遍、突水灾害最为严重、突水因素最为隐蔽、水害安全最难预知的莫过于华北型石炭系、奥最为隐蔽、水害安全最难预知的莫过于华北型石炭系、奥陶系岩溶水通过断层或陷落柱突水，而我国目前拥有的矿陶系岩溶水通过断层或陷落柱突水，而我国目前拥有的矿井水文地质条件探查技术与设备对于断层和陷落柱等导水井水文地质条件探查技术与设备对于断层和陷落柱等导水构造的探查精度和超前探测距离都不能满足现代化矿井对构造的探查精度和超前探测距离都不能满足现代化矿井对防治水工作的基本要求。防治水工作的基本要求。越层越界等非法开采的人类活动所诱发的突水条件和越层越界等非法开采的人类活动所诱发的突水条件和水

27、灾隐患，是造成了老空、老窑突水的根本原因。水灾隐患，是造成了老空、老窑突水的根本原因。近年来，政府对乡镇煤矿进行资源整合，大量小煤矿被近年来，政府对乡镇煤矿进行资源整合，大量小煤矿被关闭，部分国有煤矿因资源枯竭而关闭，使得生产矿井周关闭，部分国有煤矿因资源枯竭而关闭，使得生产矿井周边形成了新的水源和涌水通道，由于没有对矿井关闭可能边形成了新的水源和涌水通道，由于没有对矿井关闭可能诱发生产矿井水文地质条件恶化的危险度进行系统评价，诱发生产矿井水文地质条件恶化的危险度进行系统评价，没有采取切实可行的水灾监测和防范措施，缺乏关闭矿井没有采取切实可行的水灾监测和防范措施，缺乏关闭矿井相关工程和技术资料

28、的系统整理，对废弃矿井突水条件的相关工程和技术资料的系统整理，对废弃矿井突水条件的认识及防范措施准备不足，频繁发生灾难性的突水事故，认识及防范措施准备不足，频繁发生灾难性的突水事故，而且这类事故呈现出明显的上升趋势。而且这类事故呈现出明显的上升趋势。四、矿井安全生产对水灾防治技术的基本要求四、矿井安全生产对水灾防治技术的基本要求 1.矿井水文地质条件的探查和水文地质信息的分析与矿井水文地质条件的探查和水文地质信息的分析与管理技术，必须满足矿井建设与生产在时间与空间管理技术，必须满足矿井建设与生产在时间与空间方面的要求。方面的要求。2.煤层顶、底板含、导水构造的探测精度和探测深度，煤层顶、底板含

29、、导水构造的探测精度和探测深度，必须满足矿井巷道采掘工作在速度和空间尺度方面必须满足矿井巷道采掘工作在速度和空间尺度方面的要求。的要求。3.矿井充水因素的预测预报，必须实现适时性和定量矿井充水因素的预测预报，必须实现适时性和定量性。性。五、煤矿水灾防治技术发展需要解决的重要问题五、煤矿水灾防治技术发展需要解决的重要问题 多年来沿用的突水系数理论是在浅、中部煤炭资源小尺度工作面多年来沿用的突水系数理论是在浅、中部煤炭资源小尺度工作面开采过程中总结出的经验理论，而深部开采的围岩应力条件、矿压开采过程中总结出的经验理论，而深部开采的围岩应力条件、矿压扰动和开采破坏条件都与浅、中部开采有很大的不同。扰

30、动和开采破坏条件都与浅、中部开采有很大的不同。如果沿用原有的突水系数理论来指导大埋深、高水压、高应力、如果沿用原有的突水系数理论来指导大埋深、高水压、高应力、综合机械化开采条件下的矿井水灾防治工作，必然会给生产和安全综合机械化开采条件下的矿井水灾防治工作，必然会给生产和安全带来误导。带来误导。必要通过现场观测与试验研究、理论计算与分析、室内物理与数必要通过现场观测与试验研究、理论计算与分析、室内物理与数字模拟等，研究在新的地质与水文地质条件下、在综合机械化开采字模拟等，研究在新的地质与水文地质条件下、在综合机械化开采条件下，煤层底板水的突出机理和控制因素，为有效实施底板水的条件下，煤层底板水的

31、突出机理和控制因素，为有效实施底板水的预测预报提供理论依据。预测预报提供理论依据。1.加强对现代采矿条件下开采煤层底板水突水机理的研究 过去的研究成果主要集中于水量和水源，而对导水通道的研究较少，过去的研究成果主要集中于水量和水源，而对导水通道的研究较少，特别是对煤层底板隔水层的隔水性能的研究较少。特别是对煤层底板隔水层的隔水性能的研究较少。随着开采深度的增加，深部疏水降压难度加大，深入认识煤层底板随着开采深度的增加，深部疏水降压难度加大，深入认识煤层底板隔水层的隔水性能，进而有效利用隔水层的自然隔水能力，减少或防止隔水层的隔水性能，进而有效利用隔水层的自然隔水能力，减少或防止底板突水尤为重要

32、。因此有必要通过对煤层底板隔水层的节理裂隙发育底板突水尤为重要。因此有必要通过对煤层底板隔水层的节理裂隙发育程度、岩石力学性质、由于开采而引起的矿山压力对煤层底板的扰动破程度、岩石力学性质、由于开采而引起的矿山压力对煤层底板的扰动破坏、水岩相互作用机理以及它们之间相互关系进行研究，提出煤层底板坏、水岩相互作用机理以及它们之间相互关系进行研究，提出煤层底板隔水层防高压突水的综合评价理论和方法，为充分利用隔水层的防、隔隔水层防高压突水的综合评价理论和方法，为充分利用隔水层的防、隔水性能，开采深部煤炭资源，提供水文地质基础资料。水性能，开采深部煤炭资源，提供水文地质基础资料。2.加强对煤层底板隔水层

33、隔水性能的研究 在充分调查研究和对现有地质探查技术与装备的基础上，在充分调查研究和对现有地质探查技术与装备的基础上，借鉴相关学科的技术进步与研究成果，针对目前矿井水文借鉴相关学科的技术进步与研究成果，针对目前矿井水文地质条件，特别是隐伏导水构造远距离、高精度探查方面地质条件，特别是隐伏导水构造远距离、高精度探查方面存在的问题，研究开发新的探查技术与装备。重点研究以存在的问题，研究开发新的探查技术与装备。重点研究以水源和导水构造为主的高精度、远距离快速物探技术与装水源和导水构造为主的高精度、远距离快速物探技术与装备，从而提高矿井突水条件的探查精度和空间距离。备，从而提高矿井突水条件的探查精度和空

34、间距离。3.加强对导水构造探查技术与装备研发 根据对矿井底板水突出机理及主要控制因素的研究成果，根据对矿井底板水突出机理及主要控制因素的研究成果，利用突水信息原位采集技术、突水因素适时检测技术、突利用突水信息原位采集技术、突水因素适时检测技术、突水因素远程监控技术、突水信息动态分析和人工智能判别水因素远程监控技术、突水信息动态分析和人工智能判别技术，直接从矿井突水的前兆因素入手，利用现代信号检技术，直接从矿井突水的前兆因素入手，利用现代信号检测、数据传输和模式识别技术，通过适当的传感器直接监测、数据传输和模式识别技术，通过适当的传感器直接监测突水前兆各项参数变化，研究确定矿井突水的发生条件测突

35、水前兆各项参数变化，研究确定矿井突水的发生条件和预报方法，建立矿井水灾自动监测预报预警系统，开发和预报方法，建立矿井水灾自动监测预报预警系统，开发相应装备，以实现矿井突水前兆的适时监控、水灾控制信相应装备，以实现矿井突水前兆的适时监控、水灾控制信息的过程与动态分析、水害发生的即时预警。息的过程与动态分析、水害发生的即时预警。4.加强对煤层底板水灾监控预警技术与装备研究 重点研究矿井突水淹井后突水水源的重点研究矿井突水淹井后突水水源的快速判别、利用注浆技术对出水点快速快速判别、利用注浆技术对出水点快速封堵、被淹矿井快速恢复等关键技术。封堵、被淹矿井快速恢复等关键技术。5.加强对重大水灾事故快速处

36、理技术与装备的研究第二部分第二部分水害水害多源协同预测预报技术多源协同预测预报技术一、一、水害水害多源协同预测预报技术总体方案多源协同预测预报技术总体方案矿井水害多源协同预测预报技术路线：矿井水害多源协同预测预报技术路线：地震方法与电磁方法相结合；地震方法与电磁方法相结合；物探技术与地质分析相结合；物探技术与地质分析相结合；长距离与短距离相结合；长距离与短距离相结合；物探技术与钻探技术相结合；物探技术与钻探技术相结合；针对矿山不良地质段建立宏观控制预报、准确预报、针对矿山不良地质段建立宏观控制预报、准确预报、验证预报三级预报系统。验证预报三级预报系统。水害多源协同预测预报技术工作流程见下图。水

37、害多源协同预测预报技术工作流程见下图。水害多源协同预测预报技术工作流程图水害多源协同预测预报技术工作流程图重点探测区重点探测区一般探测区一般探测区地面及井下地质调绘，确定地面及井下地质调绘，确定重点探测区段及探测内容重点探测区段及探测内容正常正常确定短距离物探手段及确定短距离物探手段及预报技术，实施探测预报技术，实施探测确定长距离物探手段确定长距离物探手段及预报技术，实施探测及预报技术，实施探测异异常常井下地质调绘、井下地质调绘、超前深孔钻探超前深孔钻探正常正常井下地质调绘、井下地质调绘、加长炮孔钻探加长炮孔钻探综合分析及预报综合分析及预报确定施工方案确定施工方案巷道施工巷道施工信信 息息 反

38、反 馈馈异异常常二、二、水害水害多源协同预测预报技术的主要方法与手段多源协同预测预报技术的主要方法与手段1.采用配套技术进行地面及井下工程地质及水文地质采用配套技术进行地面及井下工程地质及水文地质调查，结合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，调查，结合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，划分出重点不良地质区段；划分出重点不良地质区段；2.采用采用水害水害多源协同预测预报技术的思想与方法建立多源协同预测预报技术的思想与方法建立预报模型，将地质调绘、地质分析与井下物探、钻预报模型，将地质调绘、地质分析与井下物探、钻探相结合，对开挖面前方断层、节理裂隙、破碎带、探相结合，对开挖面前方断层、节理裂隙、破碎

39、带、接触带、含水层、地应力状况以及岩性和围岩等级接触带、含水层、地应力状况以及岩性和围岩等级进行预报。进行预报。（一）主要方法1.地质调绘地质调绘2.环境监测分析环境监测分析3.地质编录地质编录4.地质构造分析、岩性分析、水文特征分析地质构造分析、岩性分析、水文特征分析5.钻孔摄影钻孔摄影6.物探物探7.地质钻探地质钻探（二）主要手段（二）主要手段三、组织结构三、组织结构v为了保证为了保证水害水害多源协同预测预报技术的顺利进行，多源协同预测预报技术的顺利进行，集团公司设立指挥部，发挥设计、科研、施工、集团公司设立指挥部，发挥设计、科研、施工、制造制造“四位一体四位一体”的优势，对地质预测预报工

40、作的优势，对地质预测预报工作及重难技术问题进行联合攻关，及重难技术问题进行联合攻关，水害水害多源协同预多源协同预测预报技术组织结构见下图。测预报技术组织结构见下图。水害水害多源协同预测预报技术组织结构图多源协同预测预报技术组织结构图指挥部指挥部矿项目部矿项目部短短距距离离探探测测组组地地面面地地质质调调绘绘与与监监测测组组井井下下地地质质调调绘绘与与监监测测组组综综合合分分析析与与预预报报组组直直流流电电法法探探测测组组超超前前地地质质钻钻探探组组瞬瞬变变电电磁磁法法探探测测组组四、地质信息收集与处理四、地质信息收集与处理v 水害水害多源协同预测预报技术要建立多源协同预测预报技术要建立一个地质

41、信息系统，通过各种方法收集一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，编制地质信息，进行综合分析、判断，编制信息预报成果。信息预报成果。v水害水害多源协同预测预报技术信息采集处理流多源协同预测预报技术信息采集处理流程见下图。程见下图。地质信息采集地质信息采集处理系统处理系统信息分析处理信息分析处理是否与设计一是否与设计一致致变更设计变更设计否否现场施工现场施工是是地质信息系统地质信息系统五、国内外物探预报技术五、国内外物探预报技术v国内外主要的物探技术：国内外主要的物探技术：电法勘探电法勘探磁法勘探磁法勘探重力勘探重力勘探地震法勘探等。地震法勘探等。其中物探技术应用较为广泛

42、的有电法其中物探技术应用较为广泛的有电法勘探、磁法勘探和地震法勘探。勘探、磁法勘探和地震法勘探。（一）地震法预报技术（一）地震法预报技术国内外常用的地震法超前预报技术有：国内外常用的地震法超前预报技术有：1.陆地声纳法陆地声纳法2.负视速度法负视速度法3.水平地震剖面法（水平地震剖面法（HSP）4.TSP超前预报方法（超前预报方法（TSP202、TSP203等）等）5.TGP206超前预报方法超前预报方法6.TRT和和TRT6000超前预报技术超前预报技术7.TST超前预报技术超前预报技术 地震法存在一些技术缺陷，主要在于观测方式与地震法存在一些技术缺陷，主要在于观测方式与处理软件上。观测方式

43、和软件处理方法缺乏严谨的物处理软件上。观测方式和软件处理方法缺乏严谨的物理基础，臆造性较大，与真实地质情况有一定差距，理基础，臆造性较大，与真实地质情况有一定差距，造成了一些漏报、误报和工程事故。漏报、误报现象造成了一些漏报、误报和工程事故。漏报、误报现象主要是由于地震法勘探对含水地质构造不敏感。主要是由于地震法勘探对含水地质构造不敏感。地震法原理图地层地层或或断层断层反射波前震源检波器检波器隧道（二）电磁法预报技术（二）电磁法预报技术 v电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。v电法勘探研究以地壳中各种岩石、岩石电学性质（导电性、介电电法勘探研究以地壳中各

44、种岩石、岩石电学性质（导电性、介电性、导磁性、激电性）之间的差异性为基础，利用电场或电磁场性、导磁性、激电性）之间的差异性为基础，利用电场或电磁场（天然或人工）空间和时间分布规律来解决地质构造或寻找有用（天然或人工）空间和时间分布规律来解决地质构造或寻找有用矿产的一类地球勘探方法。矿产的一类地球勘探方法。在实际应用中已有在实际应用中已有20余种，通常分为三类：余种，通常分为三类：直流电法直流电法直流电法一般常用的有高密度电、音频电透视、三极超前探测、电测深直流电法一般常用的有高密度电、音频电透视、三极超前探测、电测深等；等；交流电法交流电法交流电法主要有瞬变电磁、地质雷达、磁偶源、坑道透视等；

45、交流电法主要有瞬变电磁、地质雷达、磁偶源、坑道透视等；天然电磁法天然电磁法天然电磁主要有天然场和电磁辐射等。天然电磁主要有天然场和电磁辐射等。1.电法勘探原理电法勘探原理瞬变电磁法，瞬变电磁法，TEMv 瞬变电磁法的基本原理是：瞬变电磁法的基本原理是：利用不接地回线或接地线源向地下发送一利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇时间内，次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇时间内，用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法，以用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法，以取得地质构造数据。取得地质构造数据。v 随着电子技术特别是计算机技术的发展，国内外研随着电子技术特别是计算机技术的发

46、展，国内外研制的瞬变电磁法勘探仪器不断涌现。如制的瞬变电磁法勘探仪器不断涌现。如:MSD-1 MSD-1脉冲瞬变电磁仪采用高精度宽带程控脉冲瞬变电磁仪采用高精度宽带程控运算放大器、高速十六位模数转换器、高速双口运算放大器、高速十六位模数转换器、高速双口随机存储器等器件，并利用双极性同步采样、对随机存储器等器件，并利用双极性同步采样、对工频相干采样、弱信号多点平均、信号累加、瞬工频相干采样、弱信号多点平均、信号累加、瞬态干扰赐除等多种数据处理方法，获取较好的勘态干扰赐除等多种数据处理方法，获取较好的勘探数据。探数据。矿井地质雷达矿井地质雷达v 国内使用的矿井地质雷达主要由重庆分院开发，其研制的国

47、内使用的矿井地质雷达主要由重庆分院开发，其研制的KDL-3KDL-3型矿型矿井地质雷达系统在技术上已达到国际先进水平，具有微机控制、数据采集、井地质雷达系统在技术上已达到国际先进水平，具有微机控制、数据采集、存贮及信息处理、自动成图等功能。分辨率较高，探测距离可达存贮及信息处理、自动成图等功能。分辨率较高，探测距离可达606070m70m。矿井地质雷达系统包括发射天线和发射机、接收天线和接收机，以及控件矿井地质雷达系统包括发射天线和发射机、接收天线和接收机，以及控件部分。发射机通过发射天线对准探测地质目标定向发射高频窄脉冲电磁波，部分。发射机通过发射天线对准探测地质目标定向发射高频窄脉冲电磁波

48、，电磁波的传播速度和衷减率取决于岩石的介电性和导电性，且对岩石类型电磁波的传播速度和衷减率取决于岩石的介电性和导电性，且对岩石类型的变化与裂隙含水性非常敏感，在传播过程中，一旦遇到岩石导电特性变的变化与裂隙含水性非常敏感，在传播过程中，一旦遇到岩石导电特性变化，就可能使部分透射波反射，反射信号或透射信号通过接收天线被接收化，就可能使部分透射波反射，反射信号或透射信号通过接收天线被接收机所检测，从而探测地质异常体的性质、位置和大小。机所检测，从而探测地质异常体的性质、位置和大小。v 主要用于探测落差大于主要用于探测落差大于lmlm的小断层、煤层位置与厚度、厚煤层开层后的小断层、煤层位置与厚度、厚

49、煤层开层后的剩余厚度、导水裂隙带和灰岩岩溶发育带的位置、隔水层厚度、瓦斯异的剩余厚度、导水裂隙带和灰岩岩溶发育带的位置、隔水层厚度、瓦斯异常带等。常带等。无线电波透视法（俗称坑透法）无线电波透视法（俗称坑透法）v无线电波透视法无线电波透视法:是向地下地质体发射高频无线电波，通过观测是向地下地质体发射高频无线电波，通过观测电磁波在传播过程中场强的衰减情况，以确定地质电磁波在传播过程中场强的衰减情况，以确定地质异常体的位置。异常体的位置。v 通常情况下，煤层和顶底板岩石对高频电磁波的吸收作用是不同的。通常情况下，煤层和顶底板岩石对高频电磁波的吸收作用是不同的。低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用小，

50、因而接收的信号（即场强）较低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用小，因而接收的信号（即场强）较强，而煤层吸收作用大，接收的信号弱。断层破碎带、陷落柱等则会使电强，而煤层吸收作用大，接收的信号弱。断层破碎带、陷落柱等则会使电磁波产生反射、折射和吸收，属低电阻体（高电导率）。坑透法在两条巷磁波产生反射、折射和吸收，属低电阻体（高电导率）。坑透法在两条巷道（回风顺槽和运输顺槽）之间进行，通常把发射机放在所探测采煤工作道（回风顺槽和运输顺槽）之间进行，通常把发射机放在所探测采煤工作面的运输顺槽内，向被探测地质体发射无线电波，接收机放在回风顺槽内，面的运输顺槽内，向被探测地质体发射无线电波，接收机放在回风顺