综合讲座

中国煤矿水害防治技术及应用汇报单位：煤炭科学研究总院西安分院汇报人：靳德武汇报提纲一、我国煤矿水害现状及特点二、煤矿水害防治技术方法、手段及应用三、煤矿水害防范综合措施及对防治水工作的建议我国煤矿水害现状及特点水害10.2%运输9.7%其它4.4%火灾1.0%放炮1.7%机电1.8%顶板34.7%瓦斯36.6%2005年全国煤矿各类事故死亡人数分布图我国煤矿地质、水文地质条件总体上十分复杂，受水害威胁的煤炭储量约占探明储量的27％，仅华北地区受底板承压水威胁的煤炭储量约为160亿吨。煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、顶板冒裂、火灾并列的五大灾害之一，其严重程度仅次于瓦斯列第二。长期以来，煤矿水害给国家和人民带来的人身伤亡和经济损失极为惨重。水害现状我国煤矿水害现状及特点0200400600800死亡人数020406080100120140160180起数水害事故死亡人数10人以上水害事故死亡人数水害事故起数水害事故死亡人数56448844550746834743251655135760510人以上水害事故死亡人数17719314615914865168130231107357水害事故起数139150117124123103109162137118109199519961997199819992000200120022003200420051995-2005水害事故死亡人数与起数据不完全统计，从上世纪80年代至今的20余年，我国有近250对矿井被水淹没，死亡近9000人，经济损失高达350多亿。仅1995年至2005年11年间共发生各类煤矿水害事故1391起，死亡5280人，经济损失近210亿。特别是近几年随开采条件的变化，各类水害事故发生次数及死亡人数均呈现出上升趋势。水害现状我国煤矿水害现状及特点水害类型我国煤矿水害现状及特点依据不同聚煤区的地质、水文地质特征，结合矿井水害威胁程度，可将我国划分为6个水害影响区：•华北石炭—二叠系煤炭的岩溶—裂隙水水害区•华南晚二叠系煤田岩溶水水害区•东北侏罗系煤田裂隙水水害区•西北侏罗系煤田裂隙水水害区•西藏—滇西中生代煤田裂隙水水害区•台湾第三系煤田裂隙—孔隙水水害区AreainvestigatedN水害类型我国煤矿水害类型区域划分示意图我国煤矿水害现状及特点2005年8月19日,吉林舒兰矿业集团五井2004年3月7日,新疆哈密煤业集团井采公司二井2005年10月3日,四川广能龙滩煤矿2005年8月7日,广东兴宁大兴矿2005年5月21日,淮北矿业集团海孜矿水害类型我国煤矿水害现状及特点水害类型我国煤矿水害现状及特点矿井涌水通道天然通道人为通道孔隙上三带陷落住裂隙断裂带溶隙下三带断裂带(采矿活化）防水煤（岩）柱封闭不良钻孔溶洞水15.4%老空水70%底板突水15.6%2005年13起特大以上水害事故按水源类型统计的事故起数分布情况特点一：虽各类水害事故均有发生，但不同地区、不同水害类型的发生频次及危害程度各有不同。北方以底板奥灰系灰岩水、老空水突（透）水为主；南方以顶底板岩溶水、老空水突（透）水为主；地表水体溃入矿坑事故在南、北方均占相当比例。水害特点我国煤矿水害现状及特点特点二：老空水透水事故明显增多，成为我们煤矿水害的主要类型之一。国有煤矿15.4%乡镇煤矿84.6%国有煤矿12.2%乡镇煤矿87.8%2005年13起特大以上水害事故按所有制形式划分的发生起数分布情况2005年13起特大以上水害事故按所有制形式划分的死亡人数分布情况特点三：近几年煤矿水害有上升的势头；特点四：雨季发生的透水事故约占50％左右；特点五：70％的水害事故发生在掘进工作面；特点六：多数水害事故发生在乡镇煤矿、改制煤矿及基建矿井；水害特点我国煤矿水害现状及特点水害特点我国煤矿水害现状及特点特点七：水害事故给乡镇煤矿带来的人员伤亡惨重，对国有煤矿造成的经济损失巨大。特点八：事故发生后抢险救灾难度大，时间长，费用高，社会影响恶劣。顶板0.6%火灾和煤尘12.0%水害20.7%瓦斯66.7%2005年全国煤矿特大以上事故死亡人数分布图主要原因：我国煤矿水文地质条件复杂对现有防治技术手段推广应用程度不够防治水技术与相关工作投入不足矿井水文地质基础工作薄弱矿山防治水专门人才缺乏超强度开采煤炭资源等等水害原因我国煤矿水害现状及特点煤矿水害防治技术方法、手段及其应用我国水害防治技术方法、手段及其应用矿井充水三要素充水水源充水通道充水强度大气降水地表水地下水老空水天然通道人为通道正常最大灾害矿井充水三要素四十年代：“相对隔水层”与“相对系数”五十年代：“保护层理论”与“阻水系数”六十年代：突水规律研究与“突水系数”七十年代：底板破坏理论与“导升高度”八十年代/九十年代：突水机理与预测预报研究2000年以来：矿井水害防治成套技术、矿井水文地质保障系统与可视化技术研究我国水害防治技术方法、手段及其应用理论研究阶段国家“六.五”科技攻关项目—华北型煤矿水上开采（防治水）技术研究；国家大型工业性试验项目—华北型煤田奥灰岩溶水综合防治工业性试验（一、二期，历时8年）；国家“七.五”科技攻关项目—疏供结合防治水安全试验；国家“七.五”重点项目—改革采煤方法和开采工艺预防突水灾害的研究；国家“八.五”重点项目—煤矿突水预测预报综合研究；联合国UNDP资助项目—PreventingHazardousGroundwaterInflowsinCoalMines我国水害防治技术方法、手段及其应用典型研究项目煤矿水害多年来一直是影响我国煤矿安全生产的重要因素。60多年来，我国矿井水文地质工作者在各类水害防治的基础理论、水害探测技术研究、水害预测预报方法的研究、水害综合快速治理技术研究及新技术、新装备的开发和引进方面进行了大量的卓有成效的工作。形成了适合矿山水害不同阶段预测、评价与治理的完整理论体系及与之配套的技术方法。概括起来，矿井水害防治技术包括矿井水文地质条件探查、水文地质类型及矿井水害评价、矿井水害治理等。我国水害防治技术方法、手段及其应用防治技术综合介绍主要探查采矿影响到的含水层及其富水性隔水层及其阻水能力构造及“不良地质体”控水特征老窑分布范围及其积水情况勘探范围及工作顺序应由面到点，由大到小，先区域后井田，先采区后工作面我国水害防治技术现状及应用水文地质条件探查区域水文地质勘探采区水文地质勘探工作面水文地质勘探含水层及其富水性勘探隔水层及其阻水能力勘探构造及其控水特征勘探遥感物探钻探化探试验测试计算我国水害防治技术现状及应用水文地质探查技术矿井水文地质勘探我国水害防治技术现状及应用水文地质试验技术水文地质试验技术的基本方法是以水文地质理论为基础，以水文地质钻探、抽（放）水试验、底板岩石力学试验为主要手段，探查含水层及其富水性，主要含水层水文地质边界条件，各含水层之间的水力联系等，并获取建立水文地质概念模型的相关资料。同时探查煤层底板隔水层岩性、厚度、结构及阻水能力。在钻探过程中测试承压水原始导升高度，通过采取岩芯测试岩石物理、力学性质等。抽（放）水试验是一种十分成熟广泛应用的水文地质勘探技术。用于：含水层的水文地质参数；评价含水层的富水性，确定影响半径；了解地表水与地下水及不同含水层间的水力联系；为查明水文地质条件、评价资源、预测水量、确定疏排方案提供重要依据抽（放）水试验我国水害防治技术现状及应用水文地质试验技术其原理是通过水文观测点对地下水流场进行脉冲激发，根据波的衍射、势叠加和消减等原理，计算水文地质参数，评价水文地质条件。还可以用于配合判断高水位区的成因和富水性，计算含水层的导水系数和储水系数。该方法快捷、准确、工程量小、时间短、费用低，可弥补因钻孔出水量小而不能反映水文地质条件的弊端等优点。脉冲干扰试验我国水害防治技术现状及应用水文地质试验技术弹性波法勘探技术：二维地震勘探（地面、井下）三维地震勘探（地面）瑞雷波，反射共移法，机载雷达（井下）电磁波法勘探技术：瞬变电磁法，高分辨、高密度电法（地面）直流电法，音频电透，CT透视，无线电波透视法（井下）其它：雷达（钻孔，地面）槽波（井下）我国水害防治技术现状及应用地球物理勘探技术地震勘探技术三维地震立体图查明潜水面埋藏深度查明落差大于5m的断层查明区内幅度大于5m的褶曲查明区内直径大于20m的陷落柱探明区内煤系地层底部奥陶系灰岩顶界面及岩溶发育程度探测采空区和岩浆侵入体查明基岩起伏形态、古河道、古冲沟延伸方向了解基岩风化带厚度便携式地震仪我国水害防治技术现状及应用地球物理勘探技术便携式地震仪瞬变电磁场法(简称TEM)属时间域电磁勘探方法。对低阻体特别敏感。是地面探测含水层及其富水性、构造及其含水情况的主要手段，对老空水的探查效果也非常良好。瞬变电磁探测技术加拿大PHYNIX公司的V5与V8系统4505005506006507007508008509009501000105011001150距离(米)点号-950-900-850-800-750-700-650-600-550-500-450-400-350-300-250-200-150标高（米）-950-900-850-800-750-700-650-600-550-500-450-400-350-300-250-200-150标高（米）192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748TEM探测2线等视电阻率剖面图刘桥断层六煤六煤异常一奥灰顶界奥灰顶界第四系底界第四系底界断层探查结果（皖北刘一）V8我国水害防治技术现状及应用地球物理勘探技术利用现有的巷道工作，探查深度可达100米，可探测含水层深度，局部富水体深度范围、导升高度及沿巷道方向分布宽度，提供沿巷道方向垂向电阻率切片剖面。用于解释工作面巷道底板50m深度内的含水、导水规律，潜在的突水通道、底板隔水厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度利用巷道超前探测使用三极空间交汇探测法，可以预测堵头前方80米范围内存在的导含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老空巷道），提供前方80米范围内岩石的视电阻率变化信息预测堵头的后方必须有不小于80米的施工空间，可以肯定解释非异常区不会存在突水或出水的危险，解释的异常区不能肯定一定出水，异常为相对异常高密度高分辨率电阻率法探测技术陕西星火煤业公司某工作面电阻率剖面图我国水害防治技术现状及应用地球物理勘探技术用途：巷道底板富水区探测底板隔水层厚度、原始导高探测掘进头和侧帮超前探测导水构造探测潜在突水点、老窑积水区、陷落柱的探测直流电法探测技术直流电法仪九里山矿12031工作面井下直流电法剖面图（回风巷）深度(m)456789101112-30-20-10-30-20-10低阻富水区低富水区富水区深度(m)阻低阻L8灰90110130150170190210230250最大突水量47方/分我国水害防治技术现状及应用地球物理勘探技术属于全空间电法勘探。对于识别采煤工作面隐伏断层、破碎带、陷落柱、尤其含水、导水破碎带甚至潜在的突水点都有明显的地质效果。是探测井下工作面隐伏断层、破碎带、陷落柱的一种有效实用的方法，尤其是对含水构造的反映更为明显用途：探测采煤工作面内及底板下100m内的含水构造及其富水区域平面分布范围、富水体深度探测工作面顶板老窑、陷落柱、砂体内富水范围平面分布范围、富水体范围掘进巷道前方导含水构造探测注浆效果检查音频电穿透探测技术音频电穿透仪788082848688909294969810010280828486889092949698100102固29应9固27检4固28补固14固14固15固16固17固18补固18检59103工作面外段电穿透探测平面图（注浆前）新停采线010209100石门奥灰水量1.3~12m3/h5~18m3/h奥灰水量我国水害防治技术现状及应用地球物理勘探技术可进行井下全方位超前探测主要探测：断层、陷落柱、岩浆岩侵入体等构造和地质异常体，