煤矿突水机理与防治基础理论研究
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传统治水忽视了水的 资源性，主要采用 排水降压” “ 排水降压 ” 、 “ 疏 等方法。 干”等方法。 现在， 现在 ， 我国每年排出 矿井水60亿 左右， 矿井水 亿m3左右， 只利用25%左右 ， 造 左右， 只利用 左右 成矿区水源枯竭、 成矿区水源枯竭 、 水 与生态环境的破坏。 与生态环境的破坏。
我国大部分矿区水文地质与构造地质条 件十分复杂， 件十分复杂，65%左右的矿井受严重突 左右的矿井受严重突 水危胁。 水危胁。 现有研究对陷落柱和断层等导水构造的 现有研究对陷落柱和断层等导水构造的 陷落柱 发育规律、 发育规律、地下水的赋存和运移规律等 认识不足。 认识不足。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
孙亚军 王家臣 许家林 唐春安 孟召平 刘树才 李术才 缪协兴
中国矿业大学① 中国矿业大学（北京）① 中国矿业大学① 大连理工大学① 中国矿业大学（北京）① 中国矿业大学① 山东大学① 中国矿业大学①
课 题 设 置
2007CB209403 2007CB209404 2007CB209405 2007CB209406 2007CB209407 2007CB209408
国家重点基础研究发展计划（ 项目 项目2007CB209400） 国家重点基础研究发展计划（973项目 ）
立项概况
首席科学家：缪 协 兴
二○○八年十二月七日 ○○八年十二月七日
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
汇报提纲
一、重要立项背景 二、关键科学问题 三、主要研究内容 四、主要研究思路 五、主要研究目标
二、关键科学问题
科学问题3： 科学问题 ：矿井突水预测与控制的 基础理论与方法
目前没有建立针对不同突水类型的预测预 报理论模型，还不能实现临突预报。 报理论模型，还不能实现临突预报。 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性，忽 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性， 视了水的资源性， 视了水的资源性，并把水作为灾害的根源 加以处理，“疏干”、“排水”等矿井防 加以处理， 疏干” 排水” 治水方法造成大量水资源浪费。 治水方法造成大量水资源浪费。
三、主要研究内容
课题编号
课题名称
课题 负责人
单 位
2007CB209401 2007CB209402
矿井突水的水文地质结构模式及形成条件 矿井突水的动力学特征及控制因素 采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件 采动岩体渗流规律与突变机理 矿井突水的危险性评价理论与方法 矿井突水的水量预测理论与方法 突水前兆信息演化规律及实时监测理论 控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
一、重要立项背景
研究不足
针对中国煤矿开采面临特别复杂的构造地质 与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、 与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、强 富水岩溶含水层底板，研究不深入。 富水岩溶含水层底板，研究不深入。 采动裂隙场演化规律、 采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理 预测预报理论等研究不足。 论、预测预报理论等研究不足。 控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方 法等研究才起步。 法等研究才起步。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
四、主要研究思路
研究对象
矿井突水治理与水资源保护
科学问题
矿井突水的含导 水构造地质特征 及条件
采动岩体结构破坏 与裂隙演化及渗流 突变规律
矿井突水预测与 控制的基础理论 与方法
研究内容
矿井突水的 水文地质结 构特征及形 成条件
采动岩体破裂 结构运动及采 动岩体渗流突 变理论
一、重要立项背景
煤矿水灾对企业造成严重的经济损失
过 去 20 年 间 ， 有 250多对矿井被水 多对矿井被水 淹没，直接经济 损失高达350多亿 多亿 损失高达 元。突水造成的 煤矿经济损失列 各类事故之首。 各类事故之首。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
一、重要立项背景
近年来矿井突水灾害越来越严重
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
一、重要立项背景
煤矿突水造成重特大事故十分严重
我国煤矿生产中的重 特大事故仍然十分严 重，突水列瓦斯灾害 之后排第二位。 之后排第二位。 我国60%的矿区为石 的矿区为石 我国 碳二叠系含煤地层, 其中80%受到严重的 其中 受到严重的 突水危险。 突水危险。
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二、关键科学问题
采动裂隙直接导通含水层突水实例
广东兴宁大 兴煤矿， 兴煤矿 ， 下层煤 开采时， 开采时 ， 采动裂 隙扩展破坏了上 层煤开采所留设 的防水煤柱， 的防水煤柱 ， 导 致特大突水， 死 致特大突水 ， 亡123人。 人
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8 个 研 究 课 题
3、采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件 、 4、 4、采动岩体渗流规律与突变机理 5、矿井突水的危险性评价理论与方法 、 6、矿井突水的水量预测理论与方法 、 7、突水前兆信息演化规律及实时监测理论 、 8、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法 、
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二、关键科学问题
陷落柱突水实例源自文库
开滦范各庄煤矿 2171 工 作 面 发 生 特 大陷落柱突水, 造成 大陷落柱突水 全矿被淹， 全矿被淹，最大突水 量 达 2053 m3/min ， 为目前世界上水量最 大的突水。 大的突水。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
富含水层 陷落柱 工作面
二、关键科学问题
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
谢谢大家！
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
科学问题2： 科学问题 ：采动岩体结构破坏与裂隙
演化及渗流突变规律
采动引起的应力场和裂隙场变化是导通 陷落柱和断层，以及形成新的导水通道 陷落柱和断层， 的前提条件。 的前提条件。 渗流突变是突水致灾的根源， 渗流突变是突水致灾的根源，现有的基 础研究还不能揭示渗流突变的机理。 础研究还不能揭示渗流突变的机理。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
一、重要立项背景
2000~2007年间煤矿重特大突水事故统计 年间煤矿重特大突水事故统计
年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 总计 973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报 事故次数 9 38 93 92 61 104 38 38 473 死亡及失踪人数 98 176 387 424 254 593 267 423 2622
近年来，矿井突水 灾害呈不断上升趋 势 ， 近 5年所发生的 年所发生的 矿井突水事故比前 10年的总和还多。 年的总和还多。 年的总和还多 随着矿井水文地质 条件的复杂化， 条件的复杂化 ， 突 水事故还会越来越 严重。 严重。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
一、重要立项背景
树立治水与保水并重的理念
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
二、关键科学问题
1、矿井突水的含导水构造 、 地质特征及条件
拟解决的 关键科学 问题
2、采动岩体结构破坏与裂 、 隙演化及渗流突变规律
3、矿井突水预测与控制的 、 基础理论与方法
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
二、关键科学问题
科学问题1 科学问题 ： 矿井突水的含导水构造 地质特征与条件
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
三、主要研究内容
1、矿井突水的水文地质结构 特征及形成条件 2、采动岩体破裂结构运动及 渗流突变理论
重点研 究内容
3、矿井突水的预测预报理论 与方法 4、控制矿井突水的水资源保 护性采煤理论与方法
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
三、主要研究内容
1、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件 、 2、矿井突水的动力学特征及控制因素 、
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
四、主要研究思路
水源 内容1 内容1 地质结 构特征 与条件 内容3 内容3 预测预 报理论 与方法
隔水关键层
天 然 构 造 采 动 裂 隙
内容2 内容2 裂隙演 化与渗 流突变
突水通道
内容4 内容4 控制突 水的采 煤方法
突水
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
五、主要研究目标
本项目紧紧围绕煤矿突水基础研究的3 本项目紧紧围绕煤矿突水基础研究的 个关键科学问题，开展4个方面的重点研究 个方面的重点研究， 个关键科学问题，开展 个方面的重点研究， 形成4个创新点， 形成 个创新点，并将取得一批具有国际影 个创新点 响的研究成果， 培养本领域的优秀科学家 响的研究成果 ， 及创新团队， 及创新团队 ， 建立具有国际水平的矿井突 水防治研究平台， 水防治研究平台 ， 相关成果要在实践中得 到验证和应用。 到验证和应用。
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五、主要研究目标
总体目标： 总体目标：针对我国目前煤矿开采中突 水事故的主要特点，以控制大型、 水事故的主要特点，以控制大型、特大型矿 井突水事故为目的， 井突水事故为目的，根据不同水文地质及开 采条件下的突水类型， 采条件下的突水类型，建立相应的矿井突水 理论模型，研究和掌握形成矿井突水的含水 理论模型， 通道、 层、通道、隔水关键层等结构特点和演化规 探索矿井突水预测预报的有效方法， 律，探索矿井突水预测预报的有效方法，建 立水资源保护性采煤理论， 立水资源保护性采煤理论，发展完善矿井突 水防治的理论体系。 水防治的理论体系。
四、主要研究思路
课题1 课题1 地质结构模 式及条件 课题2 课题2 地质动力学 及控制因素
水源
内容1 内容1
地质结 构特征 与条件
课题5 课题5 危险评价理 论与方法
内容3 内容3
隔水关键层
天 然 构 造 采 动 裂 隙
预测预 报理论 与方法
课题6 课题6 水量预测理 论与方法 课题7 课题7 前兆信息与 临突预报
课题3 课题3 隔水关键层 与裂隙演化 课题4 课题4 采动裂隙渗 流与突变
内容2 内容2
裂隙演 化与渗 流突变
内容4 内容4
突水通道
控制突 水的采 煤方法
课题8 课题8 保水采煤与 煤水共采
突水
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
四、主要研究思路 （1）通过煤矿突水水源、通道和隔水关键 ）通过煤矿突水水源、 层的地质结构分析， 层的地质结构分析，建立不同含导水地质结构 的矿井突水模式。 的矿井突水模式。 （2）通过采动岩体裂隙渗流突变研究，揭 ）通过采动岩体裂隙渗流突变研究， 示矿井突水的成灾机理。 示矿井突水的成灾机理。 （3）通过矿井突水信息演化规律研究，建 ）通过矿井突水信息演化规律研究， 立突水预报理论。 立突水预报理论。 （4）基于隔水关键层原理，建立控制煤矿 ）基于隔水关键层原理， 突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。 突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。
矿井突水的 预测预报理 论与方法
控制矿井突 水的水资源 保护性采煤 理论与方法
研究方法
理论分析
数值模拟 数值 模拟
物理模拟 物理模拟
现场测试
涉及学科
水文地 构造地 工程地 岩石 质学 质学 力学 质学
渗流 理论
采矿 工程
地球物 理勘探
信息 科学
安全 工程
预期成果
煤矿突水机理与突水防治理论 及工程实践与应用基地建设
我国大部分矿区水文地质与构造地质条 件十分复杂， 件十分复杂，65%左右的矿井受严重突 左右的矿井受严重突 水危胁。 水危胁。 现有研究对陷落柱和断层等导水构造的 现有研究对陷落柱和断层等导水构造的 陷落柱 发育规律、 发育规律、地下水的赋存和运移规律等 认识不足。 认识不足。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
孙亚军 王家臣 许家林 唐春安 孟召平 刘树才 李术才 缪协兴
中国矿业大学① 中国矿业大学（北京）① 中国矿业大学① 大连理工大学① 中国矿业大学（北京）① 中国矿业大学① 山东大学① 中国矿业大学①
课 题 设 置
2007CB209403 2007CB209404 2007CB209405 2007CB209406 2007CB209407 2007CB209408
国家重点基础研究发展计划（ 项目 项目2007CB209400） 国家重点基础研究发展计划（973项目 ）
立项概况
首席科学家：缪 协 兴
二○○八年十二月七日 ○○八年十二月七日
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
汇报提纲
一、重要立项背景 二、关键科学问题 三、主要研究内容 四、主要研究思路 五、主要研究目标
二、关键科学问题
科学问题3： 科学问题 ：矿井突水预测与控制的 基础理论与方法
目前没有建立针对不同突水类型的预测预 报理论模型，还不能实现临突预报。 报理论模型，还不能实现临突预报。 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性，忽 传统采煤理论强调了矿井水的灾害性， 视了水的资源性， 视了水的资源性，并把水作为灾害的根源 加以处理，“疏干”、“排水”等矿井防 加以处理， 疏干” 排水” 治水方法造成大量水资源浪费。 治水方法造成大量水资源浪费。
三、主要研究内容
课题编号
课题名称
课题 负责人
单 位
2007CB209401 2007CB209402
矿井突水的水文地质结构模式及形成条件 矿井突水的动力学特征及控制因素 采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件 采动岩体渗流规律与突变机理 矿井突水的危险性评价理论与方法 矿井突水的水量预测理论与方法 突水前兆信息演化规律及实时监测理论 控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法
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一、重要立项背景
研究不足
针对中国煤矿开采面临特别复杂的构造地质 与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、 与水文地质条件，例如：奥陶系高承压、强 富水岩溶含水层底板，研究不深入。 富水岩溶含水层底板，研究不深入。 采动裂隙场演化规律、 采动裂隙场演化规律、采动岩体渗流突变理 预测预报理论等研究不足。 论、预测预报理论等研究不足。 控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方 法等研究才起步。 法等研究才起步。
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四、主要研究思路
研究对象
矿井突水治理与水资源保护
科学问题
矿井突水的含导 水构造地质特征 及条件
采动岩体结构破坏 与裂隙演化及渗流 突变规律
矿井突水预测与 控制的基础理论 与方法
研究内容
矿井突水的 水文地质结 构特征及形 成条件
采动岩体破裂 结构运动及采 动岩体渗流突 变理论
一、重要立项背景
煤矿水灾对企业造成严重的经济损失
过 去 20 年 间 ， 有 250多对矿井被水 多对矿井被水 淹没，直接经济 损失高达350多亿 多亿 损失高达 元。突水造成的 煤矿经济损失列 各类事故之首。 各类事故之首。
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一、重要立项背景
近年来矿井突水灾害越来越严重
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
一、重要立项背景
煤矿突水造成重特大事故十分严重
我国煤矿生产中的重 特大事故仍然十分严 重，突水列瓦斯灾害 之后排第二位。 之后排第二位。 我国60%的矿区为石 的矿区为石 我国 碳二叠系含煤地层, 其中80%受到严重的 其中 受到严重的 突水危险。 突水危险。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
二、关键科学问题
采动裂隙直接导通含水层突水实例
广东兴宁大 兴煤矿， 兴煤矿 ， 下层煤 开采时， 开采时 ， 采动裂 隙扩展破坏了上 层煤开采所留设 的防水煤柱， 的防水煤柱 ， 导 致特大突水， 死 致特大突水 ， 亡123人。 人
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8 个 研 究 课 题
3、采动岩体裂隙演化及隔水关键层的形成条件 、 4、 4、采动岩体渗流规律与突变机理 5、矿井突水的危险性评价理论与方法 、 6、矿井突水的水量预测理论与方法 、 7、突水前兆信息演化规律及实时监测理论 、 8、控制矿井突水的水资源保护性采煤理论与方法 、
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
二、关键科学问题
陷落柱突水实例源自文库
开滦范各庄煤矿 2171 工 作 面 发 生 特 大陷落柱突水, 造成 大陷落柱突水 全矿被淹， 全矿被淹，最大突水 量 达 2053 m3/min ， 为目前世界上水量最 大的突水。 大的突水。
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富含水层 陷落柱 工作面
二、关键科学问题
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谢谢大家！
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科学问题2： 科学问题 ：采动岩体结构破坏与裂隙
演化及渗流突变规律
采动引起的应力场和裂隙场变化是导通 陷落柱和断层，以及形成新的导水通道 陷落柱和断层， 的前提条件。 的前提条件。 渗流突变是突水致灾的根源， 渗流突变是突水致灾的根源，现有的基 础研究还不能揭示渗流突变的机理。 础研究还不能揭示渗流突变的机理。
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一、重要立项背景
2000~2007年间煤矿重特大突水事故统计 年间煤矿重特大突水事故统计
年份 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 总计 973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报 事故次数 9 38 93 92 61 104 38 38 473 死亡及失踪人数 98 176 387 424 254 593 267 423 2622
近年来，矿井突水 灾害呈不断上升趋 势 ， 近 5年所发生的 年所发生的 矿井突水事故比前 10年的总和还多。 年的总和还多。 年的总和还多 随着矿井水文地质 条件的复杂化， 条件的复杂化 ， 突 水事故还会越来越 严重。 严重。
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一、重要立项背景
树立治水与保水并重的理念
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
二、关键科学问题
1、矿井突水的含导水构造 、 地质特征及条件
拟解决的 关键科学 问题
2、采动岩体结构破坏与裂 、 隙演化及渗流突变规律
3、矿井突水预测与控制的 、 基础理论与方法
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二、关键科学问题
科学问题1 科学问题 ： 矿井突水的含导水构造 地质特征与条件
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
三、主要研究内容
1、矿井突水的水文地质结构 特征及形成条件 2、采动岩体破裂结构运动及 渗流突变理论
重点研 究内容
3、矿井突水的预测预报理论 与方法 4、控制矿井突水的水资源保 护性采煤理论与方法
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
三、主要研究内容
1、矿井突水的水文地质结构模式及形成条件 、 2、矿井突水的动力学特征及控制因素 、
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
四、主要研究思路
水源 内容1 内容1 地质结 构特征 与条件 内容3 内容3 预测预 报理论 与方法
隔水关键层
天 然 构 造 采 动 裂 隙
内容2 内容2 裂隙演 化与渗 流突变
突水通道
内容4 内容4 控制突 水的采 煤方法
突水
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
五、主要研究目标
本项目紧紧围绕煤矿突水基础研究的3 本项目紧紧围绕煤矿突水基础研究的 个关键科学问题，开展4个方面的重点研究 个方面的重点研究， 个关键科学问题，开展 个方面的重点研究， 形成4个创新点， 形成 个创新点，并将取得一批具有国际影 个创新点 响的研究成果， 培养本领域的优秀科学家 响的研究成果 ， 及创新团队， 及创新团队 ， 建立具有国际水平的矿井突 水防治研究平台， 水防治研究平台 ， 相关成果要在实践中得 到验证和应用。 到验证和应用。
973项目研究内容汇报 项目研究内容汇报
五、主要研究目标
总体目标： 总体目标：针对我国目前煤矿开采中突 水事故的主要特点，以控制大型、 水事故的主要特点，以控制大型、特大型矿 井突水事故为目的， 井突水事故为目的，根据不同水文地质及开 采条件下的突水类型， 采条件下的突水类型，建立相应的矿井突水 理论模型，研究和掌握形成矿井突水的含水 理论模型， 通道、 层、通道、隔水关键层等结构特点和演化规 探索矿井突水预测预报的有效方法， 律，探索矿井突水预测预报的有效方法，建 立水资源保护性采煤理论， 立水资源保护性采煤理论，发展完善矿井突 水防治的理论体系。 水防治的理论体系。
四、主要研究思路
课题1 课题1 地质结构模 式及条件 课题2 课题2 地质动力学 及控制因素
水源
内容1 内容1
地质结 构特征 与条件
课题5 课题5 危险评价理 论与方法
内容3 内容3
隔水关键层
天 然 构 造 采 动 裂 隙
预测预 报理论 与方法
课题6 课题6 水量预测理 论与方法 课题7 课题7 前兆信息与 临突预报
课题3 课题3 隔水关键层 与裂隙演化 课题4 课题4 采动裂隙渗 流与突变
内容2 内容2
裂隙演 化与渗 流突变
内容4 内容4
突水通道
控制突 水的采 煤方法
课题8 课题8 保水采煤与 煤水共采
突水
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四、主要研究思路 （1）通过煤矿突水水源、通道和隔水关键 ）通过煤矿突水水源、 层的地质结构分析， 层的地质结构分析，建立不同含导水地质结构 的矿井突水模式。 的矿井突水模式。 （2）通过采动岩体裂隙渗流突变研究，揭 ）通过采动岩体裂隙渗流突变研究， 示矿井突水的成灾机理。 示矿井突水的成灾机理。 （3）通过矿井突水信息演化规律研究，建 ）通过矿井突水信息演化规律研究， 立突水预报理论。 立突水预报理论。 （4）基于隔水关键层原理，建立控制煤矿 ）基于隔水关键层原理， 突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。 突水事故的水资源保护性采煤理论和方法。
矿井突水的 预测预报理 论与方法
控制矿井突 水的水资源 保护性采煤 理论与方法
研究方法
理论分析
数值模拟 数值 模拟
物理模拟 物理模拟
现场测试
涉及学科
水文地 构造地 工程地 岩石 质学 质学 力学 质学
渗流 理论
采矿 工程
地球物 理勘探
信息 科学
安全 工程
预期成果
煤矿突水机理与突水防治理论 及工程实践与应用基地建设