煤礦水害防治技術(shù)王運福魯能菏澤煤電開發(fā)有限公司培訓中心

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高級工程師煤礦水害防治技術(shù)王運福

煤礦防治水工作

根本在管理關(guān)鍵在細節(jié)

煤礦防治水工作

提綱一、我國煤礦水害類型及分布二、礦井充水條件分析三、礦井水害預測預報技術(shù)方法四、突水事故的應急救援預案五、數(shù)字礦山與礦井充水條件可視化分析平臺4提綱一、我國煤礦水害類型及分布4

我國煤礦水害類型及分布1我國煤礦水害類型及分布11.華北石炭二疊紀煤田的巖溶——裂隙水水害區(qū)；2.華南晚二疊紀煤田的巖溶水水害區(qū)；3.東北侏羅紀煤田的裂隙水水害區(qū)；4.西北侏羅紀煤田的裂隙水水害區(qū)；5.西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū)；6.臺灣第三紀煤田的裂隙—孔隙水水害區(qū)一、我國煤礦水害類型及分布1.華北石炭二疊紀煤田的巖溶——裂隙水水害區(qū)；一、我國煤礦水

礦井充水條件分析2礦井充水條件分析2礦井充水條件分析，是礦床水文地質(zhì)學重要研究內(nèi)容之一，也是礦井水文地質(zhì)工作的重要環(huán)節(jié)之一。

充水“水源”充水“通道”充水“強度”礦井充水條件分析內(nèi)容二、礦井充水條件分析礦井充水條件分析，是礦床水文地質(zhì)學重要研究人為充水條件分析自然充水條件分析礦井充水條件分析根據(jù)充水條件特征，可將礦井充水條件分析劃分為：二、礦井充水條件分析人為充水條件分析自然充水條件分析礦井充水根(一)、自然充水條件分析二、礦井充水條件分析承壓水潛水上層滯水大氣降水頂板水底板水周邊水1.自然充水水源地表水松散孔隙地下水基巖裂隙地下水碳酸鹽巖巖溶地下水(一)、自然充水條件分析二、礦井充水條件分析承壓水大氣降水頂點狀巖溶陷落柱2.自然充水通道線狀斷裂（裂隙）面狀裂隙網(wǎng)絡(局部面狀隔水層變薄區(qū))地震通道窄條狀隱伏露頭二、礦井充水條件分析點狀巖溶陷落柱2.自然充水通道線狀斷裂（裂隙）面狀裂隙網(wǎng)絡地(二)、人為充水條件分析1.人為充水水源老空水襲奪水二、礦井充水條件分析(二)、人為充水條件分析1.人為充水水源老空水襲奪水二、礦井封孔質(zhì)量不佳鉆孔地面巖溶塌陷帶

頂板冒落裂隙帶底板礦壓破壞帶底板水壓導升帶

2.人為充水通道頂板抽冒帶頂板切冒帶二、礦井充水條件分析封孔質(zhì)量不佳鉆孔地面巖溶塌陷帶頂板冒落裂隙帶底板礦壓（三）、充水強度分析充水強度分析定量預測評價定性分析二、礦井充水條件分析解析法類比法統(tǒng)計學方法數(shù)值法（三）、充水強度分析充水強度分析定量定性分析二、礦井充水條件礦井水害預測預報技術(shù)方法3礦井水害預測預報技術(shù)方法3礦井防治水基本原則現(xiàn)在十六字原則：預測預報有疑必探先探后掘先治后采過去八字原則：有疑必探先探后掘三、礦井水害預測預報技術(shù)方法礦井防治水基本原則現(xiàn)在十六字原則：過去八字原則：三、礦井水害1、煤層底板突水預測預報的新方法—“脆弱性指數(shù)法”

煤層底板突水是我國大部分煤礦山在開發(fā)過程中普遍面臨的工程技術(shù)難題。

那么何謂“突水系數(shù)”？其中：T—煤層底板突水系數(shù)，MPa/m

；M—隔水段厚度，m；P—隔水段承受的地下水壓，MPa；底板受構(gòu)造破壞段突水系數(shù)一般不大于0.06MPa/m

，正常塊段不大于0.1MPa/m（煤礦防治水規(guī)定P109）。三、礦井水害預測預報技術(shù)方法1、煤層底板突水預測預報的新方法—“脆弱性指數(shù)法”那么何謂“回采誘發(fā)的導升高度突水主控因素體系——厚度、充填物巖性——單位降深涌水量——平均值、最大值——滲透系數(shù)、滲透率充水含水層含水層水壓含水層富水性含水層滲透性中奧陶統(tǒng)灰?guī)r古風化殼發(fā)育及充填情況——厚度等值線圖——力學強度高的砂巖層空間沉積位置——脆、塑性巖厚度比底板隔水巖段防突性能隔水巖段關(guān)鍵巖層位置隔水巖段巖性比例隔水巖段總厚度工作面斜長開采方法與工藝煤層傾角礦壓破壞發(fā)育帶煤層采高與采深導升發(fā)育帶原始導升高度——線密度分布圖、單位面積斷層跡線的總長度——張性、壓性、扭性——點密度分區(qū)圖——斷距、寬度、長度及傾角——充填巖性、膠結(jié)程度地質(zhì)構(gòu)造斷層（裂隙密集帶）性質(zhì)斷層分布密度斷層尖滅點、交叉點分布密度斷層規(guī)模斷層充填膠結(jié)情況——埋深、位置——線密度分區(qū)圖褶皺軸密度褶皺軸埋深褶皺——密度分布圖、不同部位水力性質(zhì)巖溶陷落柱三、礦井水害預測預報技術(shù)方法回采誘發(fā)的導升高度突水主控因素體系——厚度、充填物巖性——單

因此，我們認為，40多年前所提出突水系數(shù)法，已無法滿足深部帶壓開采和現(xiàn)代采煤方法提出的要求，對此，提出了煤層底板突水預測預報評價的新方法：脆弱性指數(shù)法

脆弱性指數(shù)法采用的基本模型就是將具有強大空間信息分析處理功能的GIS與可確定底板突水多種主控因素權(quán)重系數(shù)的信息融合耦合于一體的評價模型，即式中：VI—煤層底板突水的脆弱性指數(shù)；

Si—第i個主控因素對底板突水的“貢獻”或相對權(quán)重；

Ii—第i個主控因素歸一化后的無量綱值。三、礦井水害預測預報技術(shù)方法因此，我們認為，40多年前所提出突水系數(shù)法，（3）工程應用實例

進行實例分析。

圖2.2構(gòu)造密度專題層圖圖2.3隔水層等效厚度專題層圖圖2.4充水含水層水壓專題層圖圖2.5奧灰古風化殼厚度專題層圖圖2.6含水層富水性專題層圖圖2.7斷層斷距專題層圖

圖2.8礦壓破壞帶以下脆性巖厚度專題層圖圖2.9本溪灰?guī)r厚度專題層圖三、礦井水害預測預報技術(shù)方法（3）工程應用實例圖2.2構(gòu)造密度專題層圖圖脆弱性指數(shù)水壓

富水性古風化殼厚度構(gòu)造密度斷層斷距有效隔水層厚度本溪厚度破壞帶以下脆性巖厚度連接權(quán)重WijWjk隱含層輸出層輸入層

應用非線性ANN方法，根據(jù)大量的已知突水樣本，對模型進行訓練學習，確定了8個因素的權(quán)重系數(shù)，建立了底板突水評價的脆弱性指數(shù)模型。

三、礦井水害預測預報技術(shù)方法脆弱性指數(shù)水壓富水性古風化殼厚++++++底板突水脆弱性分區(qū)圖（2）奧灰水壓專題圖構(gòu)造密度專題圖奧灰含水層富水性專題圖+本溪灰?guī)r厚度專題圖奧灰上部古風化殼厚度量化專題圖斷層斷距專題圖礦壓破壞帶以下脆性巖厚度量化專題圖隔水層等效厚度量化專題圖三、礦井水害預測預報技術(shù)方法++++++底板突水脆弱性分區(qū)圖（2）奧灰水壓專題圖構(gòu)造密度對各主控因素在突水過程中的靈敏度進行了分析三、礦井水害預測預報技術(shù)方法對各主控因素在突水過程中的靈敏度進行了分析三、礦井水害預測預“三圖雙預測法”中的“三圖“是指：頂板冒裂安全性分區(qū)圖頂板含水層富水性分區(qū)圖頂板突水條件綜合評價分區(qū)圖三、礦井水害預測預報技術(shù)方法2、煤層頂板突水災害預測預報的新方法—“三圖雙預測法”“三圖雙預測法”中的“三圖“是指：頂板冒裂安全性分區(qū)圖頂板含

天然狀態(tài)下工作面涌水量預測

人為改造狀態(tài)下工作面涌水量預測

“三圖雙預測法”中的“雙預測”是指：三、礦井水害預測預報技術(shù)方法人為改造狀態(tài)下工“三圖雙預測法”中的“雙預測”是3、采掘前方斷層小構(gòu)造預測預報技術(shù)方法

采掘前方斷層構(gòu)造預測預報是一個十分困難但與生產(chǎn)安全密切相關(guān)的難題。三、礦井水害預測預報技術(shù)方法3、采掘前方斷層小構(gòu)造預測預報技術(shù)方法三、礦井水害預測預報技4礦井涌（突）水水源快速判別及預測預報

三、礦井水害預測預報技術(shù)方法4礦井涌（突）水水源快速判別及預測預報三、礦井水害預測預突水事故的應急救援預案44應急救援預案突水后水災現(xiàn)場救援與處置突水前水災預測預防預案四、突水事故的應急救援預案應急救援預案突水后水災現(xiàn)場救援與處置突水前四、突水事故的應急（一）、突水前水災預測預防預案四、突水事故的應急救援預案完善防治水工程設施建立專業(yè)搶險救災隊伍或與專業(yè)隊伍簽訂合作協(xié)議健全防治水管理制度執(zhí)行防治水有關(guān)規(guī)程機構(gòu)設置和人員隊伍配置及資金加強職工技術(shù)培訓增強抵御水害能力1、加強礦井防治水的基礎(chǔ)工作水文地質(zhì)勘探和防治水預測預報（一）、突水前水災預測預防預案四、突水事故的應急救援預案完善四、突水事故的應急救援預案可聞到水的“嘶嘶”聲工作面氣溫降低礦壓增大發(fā)生片幫冒頂及底鼓煤層變潮濕松軟煤幫現(xiàn)滴水淋水滴水淋水中可現(xiàn)少量細砂粒物質(zhì)2、水災預兆硫化氫氣味或PH值很低的強酸性水四、突水事故的應急救援預案可聞到水的“嘶嘶”聲工作面氣溫降低（二）、突水后水災現(xiàn)場搶險救援與處置四、突水事故的應急救援預案1、浮標法2、水泵標定法3、容積法突水后的水量估算（二）、突水后水災現(xiàn)場搶險救援與處置四、突水事故的應急救援預四、突水事故的應急救援預案被困人員自救互救軌道和水管及時通告逃生路線避開主水流掘進出水處理受傷現(xiàn)場處理分區(qū)隔離防止有害氣體躺臥待救充分利用空間適度集中不過度興奮適量飲水