煤矿水害防治技术(武强)

突 水 主 控 因 素 体 系
底板隔水岩段 防突性能
隔水岩段岩性比例 隔水岩段关键岩层位置 性质 断层分布密度 断层（ 断层（裂 隙密集带） 隙密集带）
——脆、塑性岩厚度比 脆 ——力学强度高的砂岩层空间沉积位置 力学强度高的砂岩层空间沉积位置 ——张性、压性、扭性 张性、压性、 张性 ——线密度分布图、单位面积断层迹线的总长度 线密度分布图、 线密度分布图 ——点密度分区图 点密度分区图
煤层底板突水是我国大部分煤矿山在开发过程中普遍 面临的工程技术难题。
那么何谓“突水系数”？ 那么何谓“突水系数”
P T = M
其中： 其中： T— 煤层底板突水系数， MPa / m ； 煤层底板突水系数， M—隔水段厚度，m； 隔水段厚度， ； 隔水段厚度 P— 隔水段承受的地下水压，MPa； 隔水段承受的地下水压， ；
煤矿水害防治技术 武 强
中国矿业大学（北京） 中国矿业大学（北京） 教授 国际水文地质学家协会（IAH） 国际水文地质学家协会（IAH）中国国家委员会 国家安全生产专家组 国家煤监局”水害防治” 国家煤监局”水害防治”专家组 副主席 成员 组长
提 纲
一、我国煤矿水害类型及分布 二、矿井充水条件分析 三、矿井水害预测预报技术方法 四、突水事故的应急救援预案 五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
三、矿井水害预测预报技术方法
含水层水压 含水层富水性 ——平均值、最大值 平均值、 平均值 ——单位降深涌水量 单位降深涌水量 ——渗透系数、渗透率 渗透系数、 渗透系数 ——厚度、充填物岩性 厚度、 厚度
充水含水层
含水层渗透性
中奥陶统灰岩古风化壳发育及充填情况 隔水岩段总厚度 ——厚度等值线图 厚度等值线图
图2.8 矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图
图2.9 本溪灰岩厚度专题层图
三、矿井水害预测预报技术方法
应用非线性ANN方法，根据大量的已知突水样本， 应用非线性ANN方法，根据大量的已知突水样本， 对模型进行训练学习 ANN方法 确定了8个因素的权重系数，建立了底板突水评价的脆弱性指数模型。 ，确定了8个因素的权重系数，建立了底板突水评价的脆弱性指数模型。
四、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
谢谢大家
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矿井充水条件分析
二、矿井充水条件分析
矿井充水条件分析，是矿床水文地质学重要研 矿井充水条件分析， 究内容之一， 究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之 一。
充水“水源” 充水“水源” 充水“通道” 充水“通道” 充水“强度” 充水“强度”
矿井充水 条件分析 内容
二、矿井充水条件分析
根据充水条件特征， 根据充水条件特征，可将矿井充水 条件分析划分为： 条件分析划分为：
三、矿井水害预测预报技术方法
（3 ）工程应用实例
下面以邢台章村矿三井为例，进行实例分析。 下面以邢台章村矿三井为例，进行实例分析。
图2.2 构造密度专题层图
图2.3 隔水层等效厚度专题层图 图2.4 充水含水层水压专题层图
图2.5 奥灰古风化壳厚度专题层图 图2.6 含水层富水性专题层图
图2.7
断层断距专题层图
矿压破坏发育带
开采方法与工艺 煤层倾角 原始导升高度
导升发育带
回采诱发的导升高度
三、矿井水害预测预报技术方法
因此，我们认为， 多年前所提出突水系数法 多年前所提出突水系数法， 因此，我们认为，40多年前所提出突水系数法，已无法满足深部带 压开采和现代采煤方法提出的要求，对此， 压开采和现代采煤方法提出的要求，对此，提出了煤层底板突水预测 预报评价的新方法： 预报评价的新方法：
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我国煤矿水害类型及分布
一、我国煤矿水害类型及分布
1.华北石炭二叠纪 华北石炭二叠纪 煤田的岩溶——裂 煤田的岩溶 裂 隙水水害区； 隙水水害区； 2.华南晚二叠纪煤 华南晚二叠纪煤 田的岩溶水水害区； 田的岩溶水水害区； 3.东北侏罗纪煤田 东北侏罗纪煤田 的裂隙水水害区； 的裂隙水水害区； 4. 西北侏罗纪煤田 的裂隙水水害区； 的裂隙水水害区； 5. 西藏、滇西中生 西藏、 代煤田的裂隙水水 害区； 害区； 6. 台湾第三纪煤田 的裂隙—孔隙水水 的裂隙 孔隙水水 害区
四、突水事故的应急救援预案
防止有害气体
及时通告 逃生路线
躺卧待救
充分利用空间
适度集中 适量饮水 不过度兴奋
被困人员 自救互救
避开主水流
掘进出水处理
分区隔离
受伤现场处理
轨道和水管
四、突水事故的应急救援预案
判断水灾情况 分析人员位置 注意环境 Text 防止疫情
观测流水 监听金属 适度放炮
救援现场的 指挥与处置
充水强度分析
数值法 解析法
定性 分析
定量 预测 评价
类比法 统计学方法
3 矿井水害预测预报技术方法
三、矿井水害预测预报技术方法
矿井防治水基本原则
过去八字 原则： 原则： 有疑必探 先探后掘
现在十六字 原则： 原则： 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采
三、矿井水害预测预报技术方法
1、煤层底板突水预测预报的新方法—“脆弱性指数法”
突水前 水灾预测 预防预案
突水后水 灾现场救 援与处置
四、突水事故的应急救援预案
（一）、突水前水灾预测预防预案 ）、突水前水灾预测预防预案
健全防治水管理制度 执行防治水有关规程 完善防治水 工程设施 建立专业抢 险救灾队伍 或与专业队 伍签订合作 协议 加强职工技术培训 增强抵御水害能力
机构设置和人员 队伍配置及资金
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三、矿井水害预测预报技术方法 3、采掘前方断层小构造预测预报技术方法
采掘前方断层构造预测预报是一个十分困难但与生产安全密 切相关的难题。 切相关的难题。
三、矿井水害预测预报技术方法
4 矿井涌（突）水水源快速判别及预测预报 矿井涌（
4 突水事故的应急救援预案
四、突水事故的应急救援预案
应急救援预案
断层尖灭点、 断层尖灭点、交叉点分布密度 断层规模
——断距、宽度、长度及倾角 断距、宽度、 断距 ——充填岩性、胶结程度 充填岩性、 充填岩性 ——线密度分区图 线密度分区图 ——埋深、位置 埋深、 埋深
地质 构造
断层充填胶结情况 褶皱轴密度 褶皱 褶皱轴埋深 岩溶陷落柱
——密度分布图、不同部位水力性质 密度分布图、 密度分布图 工作面斜长 煤层采高与采深
钻孔结构交互式查询
地层透明设计， 地层透明设计， 叠加钻孔、 叠加钻孔、等水位线
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
断层属性交互式查询
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
整体地层的多分辨率动态属性模拟 属性密度分别： ， ） （属性密度分别：19，9）
水压
富水性
古风化壳厚度 古风化壳厚度 连接权重Wij 连接权重 构造密度 脆弱性指数 断层断距
有效隔水层厚度
Wjk
本溪厚度 破坏带以下脆性岩厚度
输入层
隐含层
输出层
三、矿井水害预测预报技术方法
底板突水脆弱性分区图（ ） 底板突水脆弱性分区图 （ 2） 奥灰含水层富水性专题图
+ +
+
奥灰水压专题图 构造密度专题图 本溪灰岩厚度专题图 断层断距专题图
+ + + +
奥灰上部古风化壳厚度量化专题 图 矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专题 图 隔水层等效厚度量化专题图
三、矿井水害预测预报技术方法
对各主控因素在突水过程中的灵敏度进行了分析
三、矿井水害预测预报技术方法
三图双预测法” 2、煤层顶板突水灾害预测预报的新方法 三图双预测法” 煤层顶板突水灾害预测预报的新方法—“三图双预测法 的新方法
防止次生事故
防止突变环境
利用压风管
排堵截结合
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数字矿山与矿井充水条件 数字矿山与矿井充水条件 可视化分析平台
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
系 统 软 件 应 用 实 例
面状裂隙网络
窄条状隐伏露头
(局部面状隔水层变薄区) 局部面状隔水层变薄区)
二、矿井充水条件分析
(二)、人为充水条件分析
1.人为充水水源 1.人为充水水源
ຫໍສະໝຸດ Baidu
袭夺水
老空水
二、矿井充水条件分析
地面岩溶塌陷带
封孔质 量不佳 钻孔 底板矿压破坏带 底板水压导升带
顶板冒落裂隙带
二、矿井充水条件分析
（三）、充水强度分析 ）、充水强度分析
顶板冒裂安全性分区图
“三图 双预测 法”中 的“三 图“是 指：
顶板含水层富水性分区图
顶板突水条件综合评价分区图
三、矿井水害预测预报技术方法
“三图双预测法”中的“双预测”是指：
12.00 11.00 涌 量 m /m n） 水 （ i 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 周期来压步距 21 23 25 27 29
栅状图
40和24度倾角的立体剖面图 和 度倾角的立体剖面图
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
山东济南--三维地质模型 山东济南 三维地质模型
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
含水层
含水层立体透视式显示
五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台 数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
天然状态下工 作面涌水量预测
3
3.00 2.80 涌 量 m /m ） 水 （ in 2.60 2.40 2.20 2.00 1.80 1.60 1.40 1.20 1.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 周期来压步距 21 23 25 27 29
人为改造状态下工 作面涌水量预测
脆弱性指数法
具有强大空间信息分析处理功能的 脆弱性指数法采用的基本模型就是将具有强大空间信息分析处理功能的 GIS与可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合耦合于一体的评价模 GIS 型，即
VI
=
N
∑
S
i = 1
i
× I
i
式中： 煤层底板突水的脆弱性指数； 式中：VI—煤层底板突水的脆弱性指数； 煤层底板突水的脆弱性指数 Si—第i个主控因素对底板突水的“贡献”或相对权重； 个主控因素对底板突水的“ 第 个主控因素对底板突水的 贡献”或相对权重； Ii —第i 个主控因素归一化后的无量纲值。 第 个主控因素归一化后的无量纲值。
四、突水事故的应急救援预案
工作面气温降低矿压增大 发生片帮冒顶及底鼓
可闻到水的 嘶嘶” “嘶嘶”声
煤层变潮湿松软 煤帮现滴水淋水
滴水淋水中可现 少量细砂粒物质
四、突水事故的应急救援预案 （二）、突水后水灾现场抢险救援与处置 ）、突水后水灾现场抢险救援与处置
1、浮标法 2、水泵标定法 3、容积法
突水后的 水量估算
矿井充水 条件分析
自然充水 条件分析
人为充水 条件分析
二、矿井充水条件分析 (一)、自然充水条件分析
松散孔隙地下水 基岩裂隙地下水 碳酸盐岩岩溶地下水 承压水 潜水 上层滞水
大气降水 顶板水 底板水 周边水
二、矿井充水条件分析
点状岩溶陷落柱
线状断裂（裂隙） 线状断裂（裂隙）
地震通道
2.自然充水通道 2.自然充水通道