煤礦水害防治技術(shù)武強(qiáng)

中國礦業(yè)大學(xué)（北京）教授

國際水文地質(zhì)學(xué)家協(xié)會（IAH）中國國家委員會副主席

國家安全生產(chǎn)專家組成員

國家煤監(jiān)局”水害防治”專家組組長提綱一、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(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案五、數(shù)字礦山與礦井充水條件可視化分析平臺2

我國煤礦水害類型及分布11.華北石炭二疊紀(jì)煤田的巖溶——裂隙水水害區(qū)；2.華南晚二疊紀(jì)煤田的巖溶水水害區(qū)；3.東北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；4.西北侏羅紀(jì)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(jì)煤田的裂隙—孔隙水水害區(qū)一、我國煤礦水害類型及分布

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(xué)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(qiáng)度”礦井充水條件分析內(nèi)容二、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(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點(diǎn)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(luò)(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(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(dǎo)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（三）、充水強(qiáng)度分析充水強(qiáng)度分析定量預(yù)測評價(jià)定性分析二、礦井充水條件分析解析法類比法統(tǒng)計(jì)學(xué)方法數(shù)值法礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法3礦井防治水基本原則現(xiàn)在十六字原則：預(yù)測預(yù)報(bào)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(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法1、煤層底板突水預(yù)測預(yù)報(bào)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；三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法回采誘發(fā)的導(dǎo)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(fēng)化殼發(fā)育及充填情況——厚度等值線圖——力學(xué)強(qiáng)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(dǎo)升發(fā)育帶原始導(dǎo)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(diǎn)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(diǎn)、交叉點(diǎn)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(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法

因此，我們認(rèn)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(yù)測預(yù)報(bào)評價(jià)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(qiáng)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(jià)模型，即式中：VI—煤層底板突水的脆弱性指數(shù)；

Si—第i個(gè)主控因素對底板突水的“貢獻(xiàn)”或相對權(quán)重；

Ii—第i個(gè)主控因素歸一化后的無量綱值。三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法（3）工程應(yīng)用實(shí)例

下面以邢臺章村礦三井為例，進(jìn)行實(shí)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(fēng)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(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法脆弱性指數(shù)水壓

富水性古風(fēng)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(yīng)用非線性ANN方法，根據(jù)大量的已知突水樣本，對模型進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，確定了8個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)，建立了底板突水評價(jià)的脆弱性指數(shù)模型。

三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)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(fēng)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(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法對各主控因素在突水過程中的靈敏度進(jìn)行了分析三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法“三圖雙預(yù)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(jià)分區(qū)圖三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法2、煤層頂板突水災(zāi)害預(yù)測預(yù)報(bào)的新方法—“三圖雙預(yù)測法”

天然狀態(tài)下工作面涌水量預(yù)測

人為改造狀態(tài)下工作面涌水量預(yù)測

“三圖雙預(yù)測法”中的“雙預(yù)測”是指：三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法3、采掘前方斷層小構(gòu)造預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法

采掘前方斷層構(gòu)造預(yù)測預(yù)報(bào)是一個(gè)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(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法4礦井涌（突）水水源快速判別及預(yù)測預(yù)報(bào)

三、礦井水害預(yù)測預(yù)報(bào)技術(shù)方法突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案4應(yīng)急救援預(yù)案突水后水災(zāi)現(xiàn)場救援與處置突水前水災(zāi)預(yù)測預(yù)防預(yù)案四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案（一）、突水前水災(zāi)預(yù)測預(yù)防預(yù)案四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案完善防治水工程設(shè)施建立專業(yè)搶險(xiǎn)救災(zāi)隊(duì)伍或與專業(yè)隊(duì)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(jī)構(gòu)設(shè)置和人員隊(duì)伍配置及資金加強(qiáng)職工技術(shù)培訓(xùn)增強(qiáng)抵御水害能力1、加強(qiáng)礦井防治水的基礎(chǔ)工作水文地質(zhì)勘探和防治水預(yù)測預(yù)報(bào)四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)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(xì)砂粒物質(zhì)2、水災(zāi)預(yù)兆硫化氫氣味或PH值很低的強(qiáng)酸性水（二）、突水后水災(zāi)現(xiàn)場搶險(xiǎn)救援與處置四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案1、浮標(biāo)法2、水泵標(biāo)定法3、容積法突水后的水量估算四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案被困人員自救互救軌道和水管及時(shí)通告逃生路線避開主水流掘進(jìn)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判斷水災(zāi)情況Text救援現(xiàn)場的指揮與處置分析人員位置利用壓風(fēng)管排堵截結(jié)合防止突變環(huán)境注意環(huán)境防止疫情觀測流水監(jiān)聽金屬適度放炮防止次生事故四、突水事故的應(yīng)急救援預(yù)案數(shù)字礦山與礦井充水條件可視化分析平臺5五、數(shù)字礦山與礦井充水條件可視化分析平臺系統(tǒng)軟件應(yīng)用實(shí)例柵狀圖40和24度傾角的立體剖面圖五、數(shù)字礦山與礦井充水條件可視化分析平臺山東濟(jì)南--三維地質(zhì)模型五、數(shù)字礦山與礦井充水條件可視化分析平臺含水層

含水層立體透視式顯示