靳德武(煤矿重大突水灾害防治技术研究新进展_靳德武
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收稿日期： 2012 － 08 － 13 ； 责任编辑： 曾康生
“十二五” 基金项目： 国家自然科学基金重点资助项目（ 51034003 ） ； 国家 科技支撑计划资助项目（ 2012BAC10B03 ） E － mail：jindewu@ cctegxian. com 作者简介： 靳德武（ 1966 —） ， 男， 陕西蓝田人， 研究员， 博士生导师。Tel：029 － 87852850 ， J］ ． 煤炭科学技术， 2013 ， 41 （ 1 ） ： 25 － 29． 引用格式： 靳德武， 刘英锋， 刘再斌， 等． 煤矿重大突水灾害防治技术研究新进展［
表1
矿区
回采。姜志海等
［2 ］
指出： 矿井瞬变电磁超前探测技ห้องสมุดไป่ตู้
术对掘进工作面前方老窑积水区进行探测中 ， 视电 阻率断面图上探测异常区域分布比实际积水区间要 由于采用多匝小回线装置形式， 发射电流关断时 大， 间过长， 存在近距离探测盲区。 在资源整合矿井的采空区探放水技术实践中 ， 煤矿执行逢掘必探原则， 利用三维地震和瞬变电磁 掘进工作面通过直流 法在地面对采空区进行探测， 电法和瞬变电磁法进行循环探测并应用钻探手段验 证。物探正常区采用长钻探测 （ 深度不小于 80 m 的钻孔不少于 2 个） 和短钻补充方式， 即两帮各 2 个 深度不小于 8 m， 巷道每掘 1. 5 m 时施工 1 组 钻孔， 钻孔， 即每放 1 次炮探测 1 次； 短钻探测巷道两帮 5 m 范围内老空水。物探异常区制定探放水设计控制 异常区， 异常区排除后， 再执行正常区验证要求。 1. 2 顶板水害预测及水害监测预警技术 顶板水害防治的关键问题是对覆岩层“两带 ” 发育高度预测， 随着综放开采技术的推广和应用 ， 特 厚煤层综放开采条件下“两带 ” 发育高度研究显得 尤为重要。 胡戈等
Abstract： In order to effectively prevent and control water from the goaf， sink hole and roof to cause three major mine water inrush disasters， the paper introduced the related detection of the goaf water， the prediction and the monitoring and measuring early warning of the roof water disaster， mine water disaster control， the water protection mining in Jurassic Period coalfield and other technical progress． Based on three detections， three measurements and passing round， reconstruction， water table drop， suitable and isolation principles， a basic framework of the water prevention and control technical system was established． Certain study ideas on the detection of the hidden water flow sink hole and roof sandstone water prevention and control in Jurassic Period coalfield were provided． The practices showed that to well solve the above key technical problems would be the base to well conduct the mine major water inrush disaster prevention work． From the three different water disaster type prevention and control key technology， the establishment of the mine major water inrush prevention and control technology system would be the basic access to effectively prevent and control the mine major water disaster accidents． Key words： mine water inrush； mine water in goaf； sink hole； water protection mining； prediction and early warning
兖州
兴隆庄矿 鲍店矿 济宁三矿
潞安
王庄矿 谢桥矿 潘一矿 张集矿 新集一矿 小康矿 大平矿
淮南
淮北
杨村矿 朱仙庄矿 下沟矿
利用简易水文观测方法对淮
彬长
下沟矿 亭南矿 大佛寺矿
南煤田综放开采导水裂缝带发育高度进行了观测 ， 通过对实测数据回归分析， 获得软弱顶板导水裂缝 同时得出如下结论： 中硬顶板 带发育高度计算公式， 导水裂缝带发育高度明显比软弱顶板大， 综放开采 产生的导水裂缝带发育高度比分层开采大 。于克君 等
裂高 / 采高 覆岩性质 11. 30 9. 00 12. 58 10. 85 19. 44 11. 31 11. 25 12. 77 10. 82 18. 49 19. 97 9. 70 9. 74 12. 71 15. 05 13. 30 19. 80 11. 69 中硬 中硬 中硬 中硬 坚硬 软弱 软弱 中硬 软弱 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬
［4 ］
内蒙古 多伦协鑫矿 1703
顶板水害防治的另一个关键问题是砂岩含水层 ［9 ］ 富水性分区研究。卜庆林等 考虑兴隆庄煤矿 3 煤 顶板中粗砂岩厚度、 冲洗液最大消耗量、 取心率、 平 均孔隙率、 断层密度等 5 个因素的影响作用， 应用信 息拟合法对顶板富水性分区进行了模糊预测 。任智
第 41 卷第 1 期
2013 年 1月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
Vol. 41 Jan．
No. 1 2013
煤矿重大突水灾害防治技术研究新进展
靳德武， 刘英锋， 刘再斌， 程建远
（ 中国煤炭科工集团西安研究院， 陕西 西安 710054 ）
要： 为了有效防治由老空水、 陷落柱水、 顶板水引起的 3 类煤矿重大突水灾害， 介绍了与其相关的 老空水探查、 顶板水害预测及监测预警、 矿井水害治理、 侏罗纪煤田保水开采等方面技术新进展 ， 建立 摘 “三探 ” “三测” “绕避、 了基于 和 改造、 降势、 适应、 隔离 ” 五原则的防治水技术体系基本框架， 提出了 侏罗纪煤田顶板砂岩水防治的具体研究思路 。实践证明， 解决好这些关键技术 隐伏导水陷落柱探查、 问题是做好煤矿重大突水灾害防范工作的基础 。若能从 3 种不同水害类型防治关键技术问题入手， 即可构建煤矿重大突水防治技术体系是有效防治煤矿重特大水害事故的根本途径 。 关键词： 煤矿突水； 老空水； 陷落柱； 保水开采； 预测预警 中图分类号： TD745. 2 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 2336 （ 2013 ） 01 － 0025 － 05
3 顶板打钻放出老空水 8 200 m ， 巷道侧帮打钻放出 3 21040 工作面安全 确保了 21020 、 老空水 15 600 m ，
适用于综 放 开 采 工 作 面 中 硬、 软弱覆岩条件下的 “两带” 高度计算经验公式如下： 中硬煤层垮落带高 度 H m = （ 100 M ± 4. 71 ） / （ 0. 49 M + 19. 12 ） ； 软弱煤 层垮落 带 高 度 H m = （ 100 M ± 4. 76 ） / （ － 1. 19 M + 28. 57 ） ； 中硬煤层导水裂缝带 高 度 H m = （ 100 M ± 11. 49 ） / （ 0. 26 M + 6. 88 ） ； 软弱煤层导水裂缝带高度 H m = （ 100 M ± 6. 99 ） / （ － 0. 33 M + 10. 81 ） ， 其中 M 为煤层厚度。国内部分煤矿综放开采条件下裂高与 采高之比的实测资料见表 1 。
防范和遏制煤矿重大突水事故历来是各类煤矿 煤矿安全监察部门、 煤炭生产管理部门、 各级 企业、 政府管理机构落实安全生产责任， 做好隐患排查工 。 ， 作的重中之重 近年来 重大突水事故类型主要为 陷 落 柱 水 害 和 顶 板 水 害 等 3 种 类 型。 老空 水 害、 2010 年 3 月 1 日骆驼山煤矿隐伏导水陷落柱突水 以及峰峰黄沙矿接连发生 2 起隐伏导水陷落柱突 水， 使华北型煤田隐伏陷落柱突水事故预防再次成
［3 ］
国内部分煤矿综放开采裂高 / 采高统计
工作面 5306 4314 1316 4320 6206 1221 2622 1221 1303 S1W3 N1N4 301 II865 ZF2802 ZF2801 106 40106
－1
矿井 兴隆庄矿
采高 / m 8. 20 8. 30 8. 50 8. 00 5. 90 6. 00 5. 80 4. 50 7. 76 10. 73 11. 40 6. 70 13. 43 11. 00 9. 90 9. 10 9. 50 9. 58
选取采高、 基岩柱厚度、 倾角、 顶板单轴 高度预测中， 抗压强度、 泥岩比例和覆岩结构等 6 种因素作为预 测因子， 建立了导水裂缝带高度预测模型 ， 将其应用 于龙口北皂矿首个海域综放工作面试采中 。滕永海 系统地研究了潞安矿区综放开采条件下的覆 得出综采放顶煤条件下导水裂缝带异 岩破坏规律， 常发育， 在同样采高的条件下导水裂缝带最大高度 比普采增大 2. 23 倍的结 比分层综采增大 1. 32 倍，
25
2013 年第 1 期
煤炭科学技术
第 41 卷
地受到顶板砂岩裂隙水突水的影响， 使煤矿基建速 度明显放缓， 顶板砂岩裂隙水已经成为重大突水事 故形成的隐患之一。分析研究上述 3 类主要突水灾 害预防的关键技术问题， 建立矿井防治水技术体系 的基本框架， 指出今后一段时间内的煤矿防治水主 要研究方向。
［8 ］ 论。许延春 收集了 40 多个工作面不同覆岩类型 “两带” 高度实测数据， 采用回归分析法， 建立了 的
等
［6 － 7 ］
1
1. 1
煤矿重大突水灾害防治技术
老空水探查技术 刘白宙
［1 ］
采用全空间瞬变电磁法对某矿 21020
工作面回 风 巷 掘 进 工 作 面 前 方 老 空 水、 顶板水及 21040 工作面回风巷侧帮老空水进行了探测， 巷道
0
引
言
采空区透水事故占各类煤 为关注的焦点。近年来， 矿水害事故 70% 以上。2010 年 3 月 28 日发生的王 家岭煤矿老空透水事故使人们将老空水对煤矿生产 安全构成的威胁有了更深刻的认识 。鄂尔多斯盆地 侏罗纪煤炭资源以其优质煤种而著称 ， 然而， 近年来 、 、 （ ） 分布在内蒙古 陕西 宁夏三省 区 的部分煤矿一 直深受煤层顶板砂岩裂隙水突水危险的严重影响 ， 如神华宁夏煤业集团红柳煤矿、 陕西彬长矿业集团 胡家河煤矿及铜川玉华煤矿和神木柠条塔煤矿 、 神 东煤炭公司锦界煤矿、 塔然高勒煤矿等均不同程度
New Progress of Study on Major Water Inrush Disaster Prevention and Control Technology in Coal Mine
JIN Dewu， LIU Yingfeng， LIU Zaibin， CHENG Jianyuan
（ Xian Research Institute， China Coal Technology and Engineering Group， Xian 710054 ， China）
“十二五” 基金项目： 国家自然科学基金重点资助项目（ 51034003 ） ； 国家 科技支撑计划资助项目（ 2012BAC10B03 ） E － mail：jindewu@ cctegxian. com 作者简介： 靳德武（ 1966 —） ， 男， 陕西蓝田人， 研究员， 博士生导师。Tel：029 － 87852850 ， J］ ． 煤炭科学技术， 2013 ， 41 （ 1 ） ： 25 － 29． 引用格式： 靳德武， 刘英锋， 刘再斌， 等． 煤矿重大突水灾害防治技术研究新进展［
表1
矿区
回采。姜志海等
［2 ］
指出： 矿井瞬变电磁超前探测技ห้องสมุดไป่ตู้
术对掘进工作面前方老窑积水区进行探测中 ， 视电 阻率断面图上探测异常区域分布比实际积水区间要 由于采用多匝小回线装置形式， 发射电流关断时 大， 间过长， 存在近距离探测盲区。 在资源整合矿井的采空区探放水技术实践中 ， 煤矿执行逢掘必探原则， 利用三维地震和瞬变电磁 掘进工作面通过直流 法在地面对采空区进行探测， 电法和瞬变电磁法进行循环探测并应用钻探手段验 证。物探正常区采用长钻探测 （ 深度不小于 80 m 的钻孔不少于 2 个） 和短钻补充方式， 即两帮各 2 个 深度不小于 8 m， 巷道每掘 1. 5 m 时施工 1 组 钻孔， 钻孔， 即每放 1 次炮探测 1 次； 短钻探测巷道两帮 5 m 范围内老空水。物探异常区制定探放水设计控制 异常区， 异常区排除后， 再执行正常区验证要求。 1. 2 顶板水害预测及水害监测预警技术 顶板水害防治的关键问题是对覆岩层“两带 ” 发育高度预测， 随着综放开采技术的推广和应用 ， 特 厚煤层综放开采条件下“两带 ” 发育高度研究显得 尤为重要。 胡戈等
Abstract： In order to effectively prevent and control water from the goaf， sink hole and roof to cause three major mine water inrush disasters， the paper introduced the related detection of the goaf water， the prediction and the monitoring and measuring early warning of the roof water disaster， mine water disaster control， the water protection mining in Jurassic Period coalfield and other technical progress． Based on three detections， three measurements and passing round， reconstruction， water table drop， suitable and isolation principles， a basic framework of the water prevention and control technical system was established． Certain study ideas on the detection of the hidden water flow sink hole and roof sandstone water prevention and control in Jurassic Period coalfield were provided． The practices showed that to well solve the above key technical problems would be the base to well conduct the mine major water inrush disaster prevention work． From the three different water disaster type prevention and control key technology， the establishment of the mine major water inrush prevention and control technology system would be the basic access to effectively prevent and control the mine major water disaster accidents． Key words： mine water inrush； mine water in goaf； sink hole； water protection mining； prediction and early warning
兖州
兴隆庄矿 鲍店矿 济宁三矿
潞安
王庄矿 谢桥矿 潘一矿 张集矿 新集一矿 小康矿 大平矿
淮南
淮北
杨村矿 朱仙庄矿 下沟矿
利用简易水文观测方法对淮
彬长
下沟矿 亭南矿 大佛寺矿
南煤田综放开采导水裂缝带发育高度进行了观测 ， 通过对实测数据回归分析， 获得软弱顶板导水裂缝 同时得出如下结论： 中硬顶板 带发育高度计算公式， 导水裂缝带发育高度明显比软弱顶板大， 综放开采 产生的导水裂缝带发育高度比分层开采大 。于克君 等
裂高 / 采高 覆岩性质 11. 30 9. 00 12. 58 10. 85 19. 44 11. 31 11. 25 12. 77 10. 82 18. 49 19. 97 9. 70 9. 74 12. 71 15. 05 13. 30 19. 80 11. 69 中硬 中硬 中硬 中硬 坚硬 软弱 软弱 中硬 软弱 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬 中硬
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内蒙古 多伦协鑫矿 1703
顶板水害防治的另一个关键问题是砂岩含水层 ［9 ］ 富水性分区研究。卜庆林等 考虑兴隆庄煤矿 3 煤 顶板中粗砂岩厚度、 冲洗液最大消耗量、 取心率、 平 均孔隙率、 断层密度等 5 个因素的影响作用， 应用信 息拟合法对顶板富水性分区进行了模糊预测 。任智
第 41 卷第 1 期
2013 年 1月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
Vol. 41 Jan．
No. 1 2013
煤矿重大突水灾害防治技术研究新进展
靳德武， 刘英锋， 刘再斌， 程建远
（ 中国煤炭科工集团西安研究院， 陕西 西安 710054 ）
要： 为了有效防治由老空水、 陷落柱水、 顶板水引起的 3 类煤矿重大突水灾害， 介绍了与其相关的 老空水探查、 顶板水害预测及监测预警、 矿井水害治理、 侏罗纪煤田保水开采等方面技术新进展 ， 建立 摘 “三探 ” “三测” “绕避、 了基于 和 改造、 降势、 适应、 隔离 ” 五原则的防治水技术体系基本框架， 提出了 侏罗纪煤田顶板砂岩水防治的具体研究思路 。实践证明， 解决好这些关键技术 隐伏导水陷落柱探查、 问题是做好煤矿重大突水灾害防范工作的基础 。若能从 3 种不同水害类型防治关键技术问题入手， 即可构建煤矿重大突水防治技术体系是有效防治煤矿重特大水害事故的根本途径 。 关键词： 煤矿突水； 老空水； 陷落柱； 保水开采； 预测预警 中图分类号： TD745. 2 文献标志码： A 文章编号： 0253 － 2336 （ 2013 ） 01 － 0025 － 05
3 顶板打钻放出老空水 8 200 m ， 巷道侧帮打钻放出 3 21040 工作面安全 确保了 21020 、 老空水 15 600 m ，
适用于综 放 开 采 工 作 面 中 硬、 软弱覆岩条件下的 “两带” 高度计算经验公式如下： 中硬煤层垮落带高 度 H m = （ 100 M ± 4. 71 ） / （ 0. 49 M + 19. 12 ） ； 软弱煤 层垮落 带 高 度 H m = （ 100 M ± 4. 76 ） / （ － 1. 19 M + 28. 57 ） ； 中硬煤层导水裂缝带 高 度 H m = （ 100 M ± 11. 49 ） / （ 0. 26 M + 6. 88 ） ； 软弱煤层导水裂缝带高度 H m = （ 100 M ± 6. 99 ） / （ － 0. 33 M + 10. 81 ） ， 其中 M 为煤层厚度。国内部分煤矿综放开采条件下裂高与 采高之比的实测资料见表 1 。
防范和遏制煤矿重大突水事故历来是各类煤矿 煤矿安全监察部门、 煤炭生产管理部门、 各级 企业、 政府管理机构落实安全生产责任， 做好隐患排查工 。 ， 作的重中之重 近年来 重大突水事故类型主要为 陷 落 柱 水 害 和 顶 板 水 害 等 3 种 类 型。 老空 水 害、 2010 年 3 月 1 日骆驼山煤矿隐伏导水陷落柱突水 以及峰峰黄沙矿接连发生 2 起隐伏导水陷落柱突 水， 使华北型煤田隐伏陷落柱突水事故预防再次成
［3 ］
国内部分煤矿综放开采裂高 / 采高统计
工作面 5306 4314 1316 4320 6206 1221 2622 1221 1303 S1W3 N1N4 301 II865 ZF2802 ZF2801 106 40106
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矿井 兴隆庄矿
采高 / m 8. 20 8. 30 8. 50 8. 00 5. 90 6. 00 5. 80 4. 50 7. 76 10. 73 11. 40 6. 70 13. 43 11. 00 9. 90 9. 10 9. 50 9. 58
选取采高、 基岩柱厚度、 倾角、 顶板单轴 高度预测中， 抗压强度、 泥岩比例和覆岩结构等 6 种因素作为预 测因子， 建立了导水裂缝带高度预测模型 ， 将其应用 于龙口北皂矿首个海域综放工作面试采中 。滕永海 系统地研究了潞安矿区综放开采条件下的覆 得出综采放顶煤条件下导水裂缝带异 岩破坏规律， 常发育， 在同样采高的条件下导水裂缝带最大高度 比普采增大 2. 23 倍的结 比分层综采增大 1. 32 倍，
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2013 年第 1 期
煤炭科学技术
第 41 卷
地受到顶板砂岩裂隙水突水的影响， 使煤矿基建速 度明显放缓， 顶板砂岩裂隙水已经成为重大突水事 故形成的隐患之一。分析研究上述 3 类主要突水灾 害预防的关键技术问题， 建立矿井防治水技术体系 的基本框架， 指出今后一段时间内的煤矿防治水主 要研究方向。
［8 ］ 论。许延春 收集了 40 多个工作面不同覆岩类型 “两带” 高度实测数据， 采用回归分析法， 建立了 的
等
［6 － 7 ］
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煤矿重大突水灾害防治技术
老空水探查技术 刘白宙
［1 ］
采用全空间瞬变电磁法对某矿 21020
工作面回 风 巷 掘 进 工 作 面 前 方 老 空 水、 顶板水及 21040 工作面回风巷侧帮老空水进行了探测， 巷道
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引
言
采空区透水事故占各类煤 为关注的焦点。近年来， 矿水害事故 70% 以上。2010 年 3 月 28 日发生的王 家岭煤矿老空透水事故使人们将老空水对煤矿生产 安全构成的威胁有了更深刻的认识 。鄂尔多斯盆地 侏罗纪煤炭资源以其优质煤种而著称 ， 然而， 近年来 、 、 （ ） 分布在内蒙古 陕西 宁夏三省 区 的部分煤矿一 直深受煤层顶板砂岩裂隙水突水危险的严重影响 ， 如神华宁夏煤业集团红柳煤矿、 陕西彬长矿业集团 胡家河煤矿及铜川玉华煤矿和神木柠条塔煤矿 、 神 东煤炭公司锦界煤矿、 塔然高勒煤矿等均不同程度
New Progress of Study on Major Water Inrush Disaster Prevention and Control Technology in Coal Mine
JIN Dewu， LIU Yingfeng， LIU Zaibin， CHENG Jianyuan
（ Xian Research Institute， China Coal Technology and Engineering Group， Xian 710054 ， China）