矿井水害防治讲义-02-130321孙亚军

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5 矿井突水的预测预报
5.1 矿井水害预测预报现状 5.2 矿井突水的中长期预报
5.2.1 传统的矿井水害预测预报方法 5.2.2 多元信息拟合模型法 5.2.3 其它矿井突水预测预报方法
5.3 矿井突水的监测预警研究 5.4 研究与发展总结
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中国矿业大学资源学院 孙亚军
– 参考文献
• 钱鸣高，缪协兴，许家林，茅献彪. 岩层控制的关键层理论. 徐州：中国矿业 大学出版社. 2003
• 黎良杰. 钱鸣高等. 底板岩体结构稳定性与底板突水关系的研究. 中国矿业大学 学报. 1995（04）
• 黎良杰. 钱鸣高. 李树刚. 断层突水机理分析. 煤炭学报. 1996（02）
4 矿井突水形成机理
4.1 主要的矿井突水模式 4.2 矿井突水形成机理
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4.1 主要的矿井突水模式
4.1.1 顶板突水
– 条件： • 上覆含水层或地表水体 • 下部导水裂隙带
– 关键： • 是否有隔水层？ • 不同开采条件下顶板导水 裂隙带高度？
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4.1 主要的矿井突水模式
4.1.2 底板突水
– 条件： • 下覆承压含水层 • 下部导水裂隙带 – 底板采动破坏带 – 地下水导升带
– 关键：
• 是否有有效隔水层？
• 是否有足够的抗突能力？ 如何评价？
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4.1 主要的矿井突水模式
4.1.3 断层突水
– 条件： • 顶板或底板含水层 • 断层带导水并沟通含水层
计算
– 参考文献
• 潘元伯.关于斯列萨列夫安全水头公式的推导.合肥工业大学
学报（自然科学版）.1986（01）
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.2 下三带理论
山东矿业学院提出煤层底板的破坏存在着“三带”， 即：
• 底板导水破坏带 • 完整岩层带 • 承压水导高带
– 参考文献
• 李白英等.采动矿压与底板突水的研究.煤田地质与勘探.1986（03）
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.1 斯列萨列夫理论
斯列萨列夫根据超静定梁理论推导出
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.1 斯列萨列夫理论
• 唯一解析解公式 • 理论模型与实际情况有较大差距 • 目前仍发挥巨大作用 • 除可应用于底板突水评价外，也可用于顶板、侧向
• 李白英.预防矿井底板突水的“下三带”理论及其发展与应用.山东科 技大学学报（自然科学版）.2005（02）
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.3 关键层理论（钱鸣高）
钱鸣高、黎良杰等人采用定性立体模型和平面应力模型 对无断层条件和有断层条件的底板突水机理进行模拟 研究, 提出了煤层底板突水的关键层理论体系
– 参考文献
• 许学汉，王杰等著. 煤矿突水预报研究. 北京：地质 出版社. 1991
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.5 优势面理论（罗国煜）
南京大学罗国煜等提出了“优势面”的控水机 制，认为“优势断裂具有明显的屏蔽效应，是 造成矿井滞后突水的主要原因”。
– 参考文献
• 倪宏革. 罗国煜. 煤矿水害的优势面机理研究. 煤炭 学报. 2000（05）
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.6 零位破坏与原位张裂理论
王作宇等人（1988）基于现场观测实践和综合的理论 试验研究，提出了道形突水导水通成的“零位破坏与 原位张裂”概念和“承压水上采煤的采动应力场与承 压水运动场耦合效应的底板突水机制”
– 参考文献：
• 王作宇等.煤层底板岩层移动的“原位张裂”理论.河北煤炭.1988（03） • 王作宇等.煤层底板突水机制的研究.水文地质工程地质.1989（01） • 王作宇等. 承压水上采煤学科理论与实践. 煤炭学报. 1994（01）
• 茅献彪. 缪协兴. 钱鸣高. 采动覆岩中关键层的破断规律研究. 中国矿业大学学 报. 1998（01）
• 缪协兴. 钱鸣高. 采动岩体的关键层理论研究新进展. 中国矿业大学学报. 2000 （01）
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4.2 矿井突水形成机理
4.2.4 工程地质力学理论（许学汉）
许学汉、王杰等人应用工程地质力学理论，从酿成突水 的地质基础和物理基础的角度开展研究，提出了对突 水机理的认识
4.1.6 钻孔突水
– 条件：
• 钻孔导水（水源孔、长观 孔、封闭不良孔）
• 钻孔在采动影响范围内
– 关键：
• 采动影响范围如何确定？
• 侧向煤柱是否有足够的抗 破坏能力？
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4.2 矿井突水形成机理
矿井突水形成的机制理论
– 斯列萨列夫理论 – 下三带理论（李白英） – 关键层理论（钱鸣高） – 工程地质力学理论（许学汉） – 优势面理论（罗国煜） – 零位破坏与原位张裂理论（王作宇）
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5.1 研究发展现状
矿井突水预测预报对于矿井水害防治具有至关重要的 意义。
“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”— 《矿井防治水规定》总则第3条
如果能够准确预测可能发生的突水事故，矿井防治水 工作将发生革命性的变化。
矿井突水预测预报一直是研究的热点的关键问题之一。
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5.1 研究发展现状
– 50年代—“斯列萨列夫理论”时代
• 从前苏联引入的斯列萨列夫理论是我国矿井突水预 测的最早应用。通过计算巷道顶底板隔水层所能承 受的安全水头来进行突水预测。
– 关键： • 侧向煤柱是否有足够的抗 破坏能力？ • 煤柱是否能保证隔水层最 小厚度？
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4.1 主要的矿井突水模式
4.1.4 陷落柱突水
– 条件：
• 顶板或底板含水层 • 陷落柱导水并沟通含水层
– 关键：
• 如何发现陷落柱？性质？ • 侧向煤柱是否有足够的抗
破坏能力？？
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4.1 主要的矿井突水模式
4.1.5 老空突水
– 条件：
• 老空区存在积水，并位于浅部 • 可能形成导水通道
– 采动破坏导水裂隙波及老空积水区（开采上限问题） – 煤层抗破坏能力不足（煤柱留设问题）
– 关键：
• 导水裂隙带发育高度？ • 侧向煤柱是否有足够的抗破坏能力？
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4.1 主要的矿井突水模式