煤矿防治水初级智能化技术JMXH2021.5.pdf

煤 矿 防 治 水 初 级 智 能 化 技 术 目 录 矿井充水条件分析及突水征兆一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七煤矿水害监测及智能预警系统 矿井充水条件预测预报技术 煤矿防治水探测技术 煤矿水文监测预警技术 煤矿水害防治技术 智能化发展背景与技术规范 我 国 煤 矿 水 害 事 故 特 点 从2000年到2020年期间，水害事 故总起数1194起，水害事故死亡总 人数4878人，总体呈下降趋势，但 重大事故仍然多发，个别年份甚至 出现反弹（2020年）。 2011年以来，全国煤矿共发生较大及 以上水害事故85起、死亡558人，分别 占煤矿水害事故总量的56、死亡人数 的86），平均每年近65名矿工生命 被水患吞噬。“十三五”期间，较大及 以上水害事故19起、死亡87人。 序一水害事故特点 事故起数死亡人数 水害类型发生地点 序一水害事故特点 河南 焦煤 2019年8月21日凌晨605分， 贵州龙凤煤矿90万t/a5914采 面1--10号综采支架间，遇地质 构造，泥浆溃入，造成当班2 名受伤。经抢险救援，2名受 伤人员抢救无效死亡。 2019年10月25日23时45分，山西 襄垣县西故县煤业发生透水事故。 事故发生时井下有职工104人，安 全升井100人，4人遇难。 2019年12月14日，四川川煤 集团芙蓉公司杉木树煤矿发 生透水事故，经过88小时紧 张救援，13名失联矿工全部 升井。事故造成5人死亡。 2019 年4 月24 日2 时10 分， 河南能源焦煤公司赵固一 矿16031 综采工作面发生一 起顶板水害事故，造成1 人 遇难。 2019水害事故 贵州 毕节 四川 川煤 山西 襄垣 序一水害事故特点 2020 水害事故 B G C D A 3月29日，陕西金源招 贤矿业有限公司1304 综放工作面发生顶板 离层突水。 4月28日，介休市鑫峪沟发生 透水事故，3人被困后获救。 6月28日，重庆两江 能源芦塘煤矿异常涌 水，矿井及时撤人， 3名救护队员侦查水 情时遇难。 9月9日，广西环江下金煤 业200水平回风巷老空水 突水，1人死亡。 7月12日，山东古城 煤矿3315采煤工作面 发生底板奥灰突水事 故。 E 11月11日，华电朔州万通源煤 业发生透水事故， 5人死亡。 F 11月29日，湖南省耒 阳市发生了一起突水 事故,13人被困。 序一水害事故特点 ⚫2010，，““3.28””王家岭王家岭煤矿煤矿3838人死亡透水事故人死亡透水事故 ⚫2010，，““3.1””神华骆驼山神华骆驼山32人死亡透水事故人死亡透水事故 ⚫2013，，““9.28””汾西矿业正升煤矿汾西矿业正升煤矿1010人死亡透水事故人死亡透水事故 ⚫2015，，““4.19””同煤姜家湾煤矿同煤姜家湾煤矿21人死亡透水事故人死亡透水事故 ⚫2016，，““7.2” 沁和能源中村煤矿沁和能源中村煤矿4人死亡透水事故人死亡透水事故 序二典型水害事故 ““3.28””王家岭王家岭煤矿煤矿3838人死亡透水事故人死亡透水事故 该矿井下施工的20101工作面回风巷顺槽探放水措施不落实，掘进导通采空区积 水。 事故发生8天8夜后，153人中有115条顽强生命平安获救，38人死亡。 ◆一是水文地质资料未查清，没有严格执行预测预报、有疑必探、先探后掘、先 治后采的规定； ◆工作面出现透水征兆后，没有按照规定采取立即撤人等果断有效措施； ◆隐患排查治理不力，特别是对20101工作面回风巷多次发现巷道积水、顶板淋 水，但一直未采取有效措施消除隐患； ◆施工组织不合理，违反施工组织程序，在矿井一、二期工程没有全面完成、主 要排水系统没有建成的情况下，就强行施工三期工程； ◆劳动组织管理混乱，为了抢工期、赶进度，井下安排15个掘进面同时作业； ◆安全培训不到位，未对职工进行全员安全培训，新到职工未培训就安排上岗作 业，部分特殊工种无证上岗。 序二典型水害事故 3.1”神华骆驼山32人死亡透水事故 2010年3月1日7时20分，位于乌海市的神华集团乌海能源公司骆驼山在基建施工 中发生透水事故。事故共造成32人遇难（其中1人经抢救无效死亡）、7人受伤 。 ◆ 550-600 施工队向矿值班调度员报告工作面炮眼出水，并向项目部队长汇报， 队长安排排水； ◆ 600-630工作面出现左帮片帮、出水以及底鼓等情况。施工队继续向矿调度 室队长汇报了上述情况，队长仍安排继续排水，矿调度室未作出停工撤人指令。 ◆ 630-720工作面多出炮眼往外淌水，耙斗机后出现底鼓。现场人员又一次经 此情况向调度室汇报，并建议该工作面立即断电。随后告知断电，但未下达撤 出井下全部人员的指令，施工人仍继续排水。 应急处置不当，延误了90分钟 的撤人时机 序二典型水害事故 “9.28”汾西矿业正升煤矿透水事故 ◆山西省第三地质工程勘察院编制的矿井水文地质类型为复杂（大小井筒有59个） ◆山西省煤炭地质物探测绘院施工并编制了采空区及采空积水区范围地面电法 勘探报告，截至事故发生时，该报告尚未审批通过。 ◆正升煤业公司编制的东翼回风大巷探放水设计中指出“东翼回风大巷在 开口往里500-714m地段确定为采空区”（东翼回风大巷在事故发生时实际掘 进642m，已进入该采空区范围内）， “在钻探采空区或圈定“三线”探测区 域时，探放水钻孔必须采用深孔、中深孔和浅孔相结合的原则”，并规定探放 水钻孔最少布置6个。 序二典型水害事故 “9.28”汾西矿业正升煤矿透水事故 ◆施工单位编制的东翼回风大巷探放水施工安全技术措施中设计探放水钻孔 3个。 ◆现场只看到1个探水钻孔，钻孔实际进尺49.75m（最后一次钻探后巷道实际 进尺49.5m）。最后一次探放水签字确认均为施工方人员，未执行“探水队、 地测部门、安监部门三方签字确认”的规定。 ◆东翼回风大巷掘进期间采用物探与钻探相结合的探水方式，物探、钻探均未发 现积水异常。 序二典型水害事故 ““4.19”同煤姜家湾煤矿21人死亡透水事故 8446综采工作面上覆7煤层采空区的积水情况，从矿井充水性图和其它资料均 有反映，该矿在8446工作面回采前做了以下探放水工作 ◆ 在工作面两顺槽巷道掘进期间每隔100m由地测科进行一次直流电法超前物探， 共探19次，物探结果均未发现异常。掘进期间实施钻探时按照顺煤层3孔扇形 布设钻孔，保留30m的安全距离进行超前钻探，共钻探86次，进尺约 14000m，没有发现异常。 ◆ 编制了掘进工作面探放水设计，包括对上覆7煤层探放水设计，实施探上覆 7煤层采空区钻孔44个，排放上覆采空区积水共计12800 m3，其中进风 顺槽2个钻孔排水12600m3，回风顺槽1个钻孔排水200m3,另外11个孔穿过 采空区但未见水，30个孔打在了实体煤上。 序二典型水害事故 ““4.19”同煤姜家湾煤矿21人死亡透水事故  对7煤层充水性图上明确显示的5446风巷及开切眼上方的两条老巷道，只 设计了一个探水钻场，施工了3个探水孔，而且在未探到老巷道的情况下， 没有继续探查，给8446综采工作面的回采留下了安全隐患。  4月14日已发现8446综采工作面有水从采空区流出，便停止生产，进行了水 质分析，分析认为井下涌水为顶板裂隙水，进而恢复生产。  出现出水异常、透水征兆后未能作出正确判断和决策，未能查明原因、搞清 水源、采取有效措施进行治理，未能及时发出水害预警。  设计、实施的钻孔密度达不到探放水规定要求，存在漏探区域。  超前物探采用直流电法物探方法，不能探明上覆老空区积水，物探探测手段 局限性大。 序二典型水害事故 ““7.2”沁和能源中村煤矿4人死亡透水事故 未按规定进行探放水，矿方提供的探放水记录，不真实，造假。 隐蔽致灾因素调查不清，小窑越界开采形成大量空区积水，矿井对 界内老空积水情况调查不足。 矿方未引起重视，只是要求工人“注意观察”，未对水的来源和水 质进行分析研判，也未制定针对性措施。 矿方提供的2405 回风顺槽掘进工作面4 份TEM 探测物探成果报告 造假。 物探结论不可靠，矿方委托了施工单位在该区域做了地面瞬变电磁 勘探工作，未发现异常，物探结论为“该区域不受老空水威胁”。 序二典型水害事故 问题1煤矿地质预测预报的意义是什么 问题2煤矿防治水预测预报的技术有哪些 问题3如何提高预测预报的精准性和准确性 问题4物探是预测预报的重要手段，地球物理探测在水害探 测中存在哪些问题不同地球物理探测方法的适用条 件是什么如何能更好的使用地球物理方法对水害预 测预报 序二典型水害事故 目 录 矿井充水条件分析及突水征兆一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七煤矿水害监测及智能预警系统 矿井充水条件预测预报技术 煤矿防治水探测技术 煤矿水文监测预警技术 煤矿水害防治技术 智能化发展背景与技术规范 矿矿 井井 充充 水水 条条 件件 充水充水“水源”“水源” 充水充水“通道”“通道” 充水充水“强度”“强度” 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 山西省煤矿水害的主要类型 按水源划分 按通道划分 按与煤层相对 位置划分 ⚫地表水害 ⚫孔隙水害 ⚫裂隙水害 ⚫岩溶水害 ⚫老空水害 ⚫断层水害 ⚫裂隙水害 ⚫钻孔水害 ⚫陷落柱水害 ⚫顶板水害 ⚫底板水害 矿井充 水条件 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 含水层的富水性是发生底板突水的内在因素，决 定着突水水量的大小及突水量的动态变化特征。 水压力的存在是驱动含水层水流入矿井的动力。 底板破坏所形成的破裂或天然导水通道则是地下 水得以流动的通路和咽喉。 矿井充 水条件 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 导水导水 通道通道 封闭不良的钻孔封闭不良的钻孔 断断 层层陷陷 落落 柱柱 顶底板裂隙带顶底板裂隙带 岩溶塌陷岩溶塌陷 矿井充 水条件 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 193 13 大煤 野青 山伏青 小青 大青 下架 奥灰 －425 －450 －475 －500 －525 －550 －575 －600 －625 －650 矿井充 水条件 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 线状断裂（裂隙）通道断层 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 矿井充 水条件 顶板岩石发生破碎，岩层被 断裂成块状，而且越是靠近 煤层的岩石破坏愈严重，岩 块间存在较大孔隙和裂缝。 覆岩层中产生裂缝、断裂 但仍保持其原有层状结构， 裂隙带内岩层不仅发生垂 直于层理面的裂缝或断裂， 而且产生顺层理面的离层 裂缝。 岩层在重力作用下产生沿层 面法线方向的弯曲，岩体结 构破坏轻微，但仍保持其原 有的层状结构。岩层呈整体 下沉，地表裂缝一般不与覆 岩裂缝相通。 垮落带裂隙带弯曲带 垮落带 裂隙带 弯曲带 长 壁 开 采 三 带 型 矿井充 水条件 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 充水“强度” 01 矿井涌水量 02 突水量 03 单位钻孔涌水量 比拟法、解析法、数值法 小、中、大、特大 弱、中、强、极强 充 水 条 件 分 析 矿井充 水条件 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 不同水体突水征兆特点 冲积层水的突水征兆  突水部位岩层发潮、 滴水，开始水量小， 伴有少量细砂。  发生局部冒顶，水 量突增并出现流砂， 总的趋势是水量砂量 增加，直到流砂大量 涌出。  有时发生大量溃水、 溃砂，可能影响至地 表，导致地表出现塌 陷坑。 2016年4月25日，陕 西 铜 川 市 照 金 煤 矿 ZF202发生重大突水 溃沙事故，突水量达 32267m3，总涌沙量 达1680m3，导致11 人死亡。 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 突水 征兆 断层水突水征兆  断层附近岩层较为破碎，突水前往往出现渗水，有时在岩缝中可见到淤泥， 水较混浊多呈黄色。  断层破碎带中的地下水一般是流动的，补给较充分，断层水通常水质良好， 所以，很少出现“挂红”现象，水无涩味而发甜。 2019年8月21日凌晨340时左右，贵州 林东煤业发展有限责任公司龙凤煤矿（90 万吨/年，生产矿井）5914采面1--10号综 采支架间，遇地质构造，泥浆溃入，造成 当班1名技术人员和1名工人受伤。经抢险 救援，2名受伤人员送往金沙林东医院抢救， 于凌晨600时抢救无效死亡。 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 突水 征兆 采空区积水突水征兆  煤层发潮、色暗无光，挂红。  煤层“挂汗”。  采掘面、煤层和岩层内温度低，“发凉”。  采掘面内若在煤壁、岩层内听到“嘶嘶”的水叫声 时，表明因水压大，水向裂隙中挤发出的响声，说明 离水体不远了，有突水危险。  老空水呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味， 口尝时发涩。 采掘工作面有害气体增加。积水区向外散发瓦斯、二 氧化碳、硫化氢等有害气体。 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 突水 征兆 底板灰岩含水层突水征兆  底软底软膨胀膨胀、底鼓张裂。、底鼓张裂。  底板产生底板产生裂缝裂缝，并逐渐增大。，并逐渐增大。  沿裂隙或煤帮向外沿裂隙或煤帮向外渗水渗水。。  底板破裂底板破裂，有高压水喷出。，有高压水喷出。  底板发生底板发生““底爆底爆””，水大量涌出。，水大量涌出。 一、矿井充水条件分析及突水征兆一、矿井充水条件分析及突水征兆 突水 征兆 目 录 矿井充水条件分析及突水征兆一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七煤矿水害监测及智能预警系统 矿井充水条件预测预报技术 煤矿防治水探测技术 煤矿水文监测预警技术 煤矿水害防治技术 智能化发展背景与技术规范 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 第68条 矿井疏干（降）开采可以应用“三图双预测法”进行顶板水害分区评价和预测。有 条件的矿井可以应用数值模拟技术，进行导水裂隙带发育高度、疏干水量和地下水流场变化 的模拟和预测；观测研究多煤层开采后导水裂隙带综合发育高度。 顶顶 板板 水水 三图双预测法，是指一种解决煤层顶板充水水源、通道和强度三大问题的顶板水害评价方法。 三图是指煤层顶板充水含水层富水性分区图、顶板垮裂安全性分区图和顶板涌（突）水条件 综合分区图；双预测是指顶板充水含水层预处理前后采煤工作面分段和整体工程涌水量预测。 3741600037418000374200003742200037424000374260003742800037430000 4346000 4348000 4350000 4352000 4354000 4356000 极 弱 富 水 区 弱 富 水 区 中 等 富 水 区 3741600037418000374200003742200037424000374260003742800037430000 4346000 4348000 4350000 4352000 4354000 4356000 溃水 高危 险区 安全区 预测 预报 水体采 动等级 水 体 类 型允许采动程度 要求留设的安全煤 （岩）柱类型 I 1.直接位于基岩上方或底界面下无稳定的黏性土隔水层的各类 地表水体 2.直接位于基岩上方或底界面下无稳定的黏性土隔水层的松散 孔隙强、中含水层水体 3.底界面下无稳定的泥质岩类隔水层的基岩强、中含水层水体 4.急倾斜煤层上方的各类地表水体和松散强、中含水层水体 5.要求作为重要水源和旅游地保护的水体 不允许导水裂缝 带波及到水体 顶板防水安全煤岩柱 留设防水安全煤岩柱的原则是保证开采产生的导 水裂缝带不波及水体。因此，防水安全煤岩柱垂 高（Hsh）应大于或等于导水裂缝带的最大高度 （Hli）加上保护层厚度（Hb）。 blish HHH 防水煤（岩）柱 用于裸露型煤层，被强、中强松散含 水层直接覆盖其上方水体下煤层的开采 。 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 水体采 动等级 水 体 类 型允许采动程度 要求留设 的安全煤 （岩）柱 类型 II 1.松散层底部为具有多层结构、厚度大、弱含水的松散层或松散 层中、上部为强含水层，下部为弱含水层的地表中、小型水体 2.底界面下为稳定的厚黏性土隔水层或松散弱含水层的松散层中、 上部孔隙强、中含水层水体 3.有疏降条件的松散层和基岩弱含水层水体 允许导水裂缝带波及松散 孔隙弱含水层水体，但不 允许垮落带波及该水体 顶板防砂 安全煤岩 柱 防砂安全煤岩柱垂高（Hs）为 bms HHH 防砂煤（岩）柱 用于被弱松散含水层或可疏降 含水层直接覆盖其上方水体下煤层的 开采 。 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 水体采动 等级 水 体 类 型允许采动程度 要求留设 的安全煤 （岩）柱 类型 III 1.底界面下为稳定的厚黏性土隔水层的松散层中、上部孔隙弱 含水层水体 2.已或接近疏干的松散层或基岩水体 允许导水裂缝带进入松散 孔隙弱含水层，同时允许 垮落带波及该弱含水层 顶板防塌 安全煤岩 柱 mt HH  防塌安全煤岩柱防塌安全煤岩柱 防塌煤（岩）柱 用于隔水土层或可疏干含 水 层直接覆盖其上方水体下煤层的 开采 。 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 第87条 水体下采煤，其防隔水煤（岩）柱应当按照裂缝角与水体采动等级所 要求的防隔水煤（岩）柱相结合的原则设计留设。煤层（组）垮落带、导水裂隙带 高度、保护层厚度可以按照建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采 规范中的公式计算，或者根据实测、类似地质条件下的经验数据结合力学分析、 数值模拟、物理模拟等多种方法综合确定。放顶煤开采或者大采高（3m以上）综采 的垮落带、导水裂隙带高度，应当根据本矿区类似地质条件实测资料等多种方法综 合确定。煤层顶板存在富水性中等及以上含水层或者其他水体威胁时，应当实测垮 落带、导水裂隙带发育高度，进行专项设计，确定防隔水煤（岩）柱尺寸。 放顶煤开采的保护层厚度，应当根据对上覆岩土层结构和岩性、垮落带、导水 裂隙带高度以及开采经验等分析确定。 留设防砂和防塌煤（岩）柱开采的，应当结合上覆土层、风化带的临界水力坡 度，进行抗渗透破坏评价，确保不发生溃水和溃砂事故。 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 第70条 底板水防治应当遵循井上与井下治理相结合、区域与局部治 理相结合的原则。根据矿井实际，采取地面区域治理、井下注浆加固底板 或者改造含水层、疏水降压、充填开采等防治水措施，消除水害威胁。 第71条 当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值 大于实际水头值时，可以进行带压开采，但应当制定专项安全技术措施， 由煤炭企业总工程师审批。 掘进巷道底板隔水层安全水头值计算公式 t L t Kp 2 2 ps 2 采煤工作面安全水头值计算公式 MTp s s 底底 板板 水水 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 采 动 底 板 破 坏 带 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 突水系数，指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比突水系数，指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比 Ｔ突水系数〔MPa/m〕； P 底板隔水层实际承受的实际水头值， MPa；水压应当从含水层顶界面起算， 水位值取近3年含水层观测水位最高值； M 底板隔水层厚度（m） M p T 就全国实际资料看，底板受构造破坏的块段突水系数一般 不得大于0.06 MPa／m，隔水层完整无断裂构造破坏的 地段不得大于0.1 MPa／m。 M P 奥灰水位 奥灰含水层 隔水层厚度，是指开采煤层底板至含水层顶面之间的厚度 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 定量分析 （涌水量） 比拟法 ⚫ 富水系数比拟富水系数比拟 一定时间内矿井排出的总水量一定时间内矿井排出的总水量 与同时期与同时期 内的采矿量内的采矿量 之比，若以之比，若以 富水系数表示富水系数表示 0 0 P Q KP PKQ P  00 0 0 SF Q q         00 00 q SF FS QSFQ ⚫ 单位涌水量比拟 疏干面积和水位降深 是矿井涌水量 变 化的两个主要影响因素。当生产矿井的 涌水量随着开采面积和水位降深呈直线 变化时，单位涌水量为 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 定量分析定量分析比拟法、解析法、统计学、数值法比拟法、解析法、统计学、数值法矿井涌水量矿井涌水量 划分等级划分等级 划分方法划分方法 等级划分等级划分 涌水量小涌水量小涌水量中等涌水量中等涌水量大涌水量大涌水量很大涌水量很大 按矿井按矿井正常正常涌水量涌水量 的大小的大小 Q1≤180180＜Q1≤600600＜Q1≤2100Q1＞2100 按矿井按矿井最大最大涌水量涌水量 的大小的大小 Q2≤300300＜Q2≤12001200＜Q2≤3000Q2＞3000 二、矿井充水条件预测预报技术二、矿井充水条件预测预报技术 预测 预报 目 录 矿井充水条件分析及突水征兆一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七煤矿水害监测及智能预警系统 矿井充水条件预测预报技术 煤矿防治水探测技术 煤矿水文监测预警技术 煤矿水害防治技术 智能化发展背景与技术规范 核磁核磁3D CT多个多个2D X光光1个个2D B超超 生活中的物探 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 电 （磁） 法 类 高密度 三维地震 回采槽波 掘进地震 坑透 瞬变电磁 大地电磁 地地 震震 类类 音频电透 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 煤系地层具有层状分布的特点，如果没有采空区或其它地质构造，则电性分布 在沿层横向上是相对均一的。当煤层中存在采空区或其他构造且基本不含水时， 采空区的视电阻率通常会高于正常岩层，在视电阻率剖面图上呈明显的高阻异 常。 04080120160200240280320360400440480520560600640680720760800 1160 1180 1200 1220 1240 1260 1280 1 2 3 4 5 6 78 9 1011 12 13 14 1516 17 18 19 20 21 距 离m N28E 点号 异常2 异常3 异常4 异常5 6-2煤 高 程 m 1线 地球物理特征地球物理特征-电（磁）法电（磁）法 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 二次场 一次场 异常体 感应涡流 接收线圈 接收机 发射机 发射电流 发射线圈 地层 地面 瞬变电磁法，利用一个不接地的 回线向地下发射脉冲电磁波作为 激发场源（“一次场”） ，脉冲 电磁波结束以后，在激发场（即 “一次场”）的作用下，大地或 探测目标体内部会产生感生的二 次涡流 ，其二次磁场也随之衰减， 利用仪器观测这种涡流产生的电 磁场（“二次场”）的强弱、空 间分布特性和时间特性 。 瞬变电磁法瞬变电磁法 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 10KV高压线噪声影响调查 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 该两处异常呈现漏斗状。推测为不良地质构造，结合该区域的地质资料分析， 4煤层上部的砂岩水与下部的奥灰水通过该构造发生水力联系。 矿井瞬变电磁掘进工作面探测矿井瞬变电磁掘进工作面探测 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 井下全空间涡流场 矿井瞬变电磁法矿井瞬变电磁法 三、煤矿防治水探测技术 物探技术 T R X X TEM发射接收发射接收 一体机一体机 接收线圈接收线圈 发射线圈发射线圈 重叠回线 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 930.889922.767917.281 932.239 926.972 907.2 疑似陷 落柱 观测 孔 900 910 920 920 507m 施工 位置 910 SDF1∠75H0-8m ZK2 1202.565 911.156 4.40 A B 926.972 926.972926.972 924.888 919.118 917.361916.848 C 908.296 908.506 见煤 标高 898.674 897.848 SDF7∠75H0-3m SDF4∠75H0-4m SDF8∠75H0-4m SDF9∠70H0-3m SDF11∠75H0-3m 矿井瞬变电磁掘进工作面探测矿井瞬变电磁掘进工作面探测 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 矿井瞬变电磁掘进工作面探测矿井瞬变电磁掘进工作面探测 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 在全空间条件下，该球环包含供电点前后左右上下等各方向的体积。由于球 环所包含区域的影响可以反映到MN处，显然球环所在前方的异常信息也可 以反映到MN处。直流电法超前探测常用的是三极超前探测， 即在掘进头附 近布置第一个供电电极，形成一个点电源场，然后在同一直线上向掘进后方 距离第一个电极等间距布置第二个、第三个形成三个供电点。 Y Z X NM AI 巷道 直流电法 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 无 线 电 波 透 视 无线电波透视法又称无线电波坑透法，电磁波CT，在井下，电磁 波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它构造时，波能量被吸收或 完全被屏蔽，则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号，形成 所谓的透视异常。   sin 0 r e HH r− 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 地震勘探分为反射波法 和折射波法。反射波法 是人工激发的地震波在 地面下传播过程中遇到 反射界面后，再传向地 面，通过地面埋设的检 波器接收反射到地面的 地震波信号，再运用数 据处理方法对地震波进 行必要的处理，形成地 震剖面。 地震勘探 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 槽波地震勘探（简写ISS）是利用在煤层（作为低速波导）中激发和传播的导波，即 在煤层中产生、通过煤层传播、又在该煤层中接收的槽波，进行透射和反射测量， 已达到探测煤层不连续（断层、冲刷带、陷落柱/等能造成煤层中断的地质异常体） 的目的。 槽波地震勘探 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 1、物探技术误区 ◼对物探技术精度存在错误认识，认为物探不准 “非专业人干专业事”，对方法技术缺乏认识，专业知识人才 匮乏，成果欠缺精度，导致矿方不重视，恶性循环。 ◼生产为上，物探工作形式化，应付检查 “生产为上”观念，欠缺完备的现场施工条件，铁器，周边区 域电力，难以获得良好的原始数据资料，影响成果解释精度。 ◼认为 A 方法准，B 方法不行没效果 各类方法均有其特点和适用条件，应根据具体工程问题与任务 选择合适的方法。 ◼异常解释误区 成果存在多解性，定性到半定量发展阶段，综合解释。 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 2、物探技术问题 ◼众多主客观因素的影响与限制 受矿井地质条件、井下人文干扰、数据处理技术及仪器硬件水平等 诸多因素的影响与限制。 ◼各方法原理限制 “体积效应”，“解释方法”。 ◼多解性 各类方法均有其特点和适用条件，应根据具体工程问题与任务选择 合适的方法。 ◼定性到半定量 目前大多数物探数据处理及解释工作均基于定性分析。 ◼技术装备差距 同国外进口仪器装备相比，国内装备水平还存在一定差距。 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 多解性 多方法 物探具有多解性，几种地质现象可以导致一个物探结果； 反过来，一种物探结果，可以解释成几种地质现象，必须 采用最新的精细处理技术，并与地质资料与钻探相结合， 才能提高多种隐蔽致灾地质因素的精确探测。 电磁法只能定性解释含、导水性、含水区分布范围，不能 定量解释出水量大小。地震探测构造、煤层赋存情况、采 空区范围等效果好，尚不能解释含水导水性问题。 展望 受制与多种因素的影响与限制，隐蔽致灾地质因素物探技 术在精细数据处理技术、三维精准反演、高精度探测装备 研制、地球物理场协同观测与耦合分析技术等方面还有提 升空间。大量的研究和应用实践表明物探技术是实现隐蔽 致灾地质因素精确探查的有效手段，在预防煤矿重特大灾 害事故方面必将发挥重要作用。 物探技术 三、煤矿防治水探测技术 2 1 3 4 探放水区老空积水情况。包括老空积水范围、积水量、水头高度（水压）、 补给量，老空与上、下采空区、相邻积水区、地表河流、建筑物及断层构造 的关系，积水区与含煤地层及上下含水层的水力联系等，确定探水线。 探放水区地质、水文地质条件。 探放水区巷道的布置、施工次序、规格和支护形式 等。 探放水钻孔组数、个数、孔径、方位、倾角、深度， 套管长度、壁厚，技术要求及采用的超前距与帮距。 探放水设计 钻探技术钻探技术 钻探技术 三、煤矿防治水探测技术 5 6 7 探放水施工设备、钻具等。 探放水施工安全技术措施。包括钻机运输安装、钻探操作的安全措施、受老空 水等威胁地区信号联系和避灾路线的确定、施工现场的通风措施和瓦斯检查制 度、钻孔放水措施、通讯方法和工具、机电管理及避灾路线等。 防排水设施，如水闸门、水闸墙及水仓、水泵、管路和水沟等，排水系统能力、 排水设备的维护、泄水线路的清理制度等。 施工工程图纸老空水体位置、老空积水区与现采掘工作面的关系图、探放水 钻孔布置的平面图、剖面图及钻孔施工位置图、避灾路线图等。 其他应在探放水设计中明确的内容。 8 9 钻探技术 三、煤矿防治水探测技术 积水线（采空边界） 探水线 警戒线 500 490 480 470 460 450 440 430 积水线即老空区、小窑采空区的积水范围。是根据地质 调查、物探、钻探等探查结果圈定的老空积水边界线。 老空水“三线” 管理 钻探技术 三、煤矿防治水探测技术 积水线（采空边界） 探水线 警戒线 500 490 480 470 460 450 440 430 探水线根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其 资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。 钻探技术 三、煤矿防治水探测技术 积水线（采空边界） 探水线 警戒线 500 490 480 470 460 450 440 430 警戒线图纸资料可靠的由探水线外推不少于30m作为警戒线；有一定 图纸资料参考的外推不少于50m作为警戒线，资料依靠调查分析判断的 外推不少于80m作为警戒线。 钻探技术 三、煤矿防治水探测技术 化探技术 三、煤矿防治水探测技术 化探技术 化探技术 化探技术 三、煤矿防治水探测技术 目 录 矿井充水条件分析及突水征兆一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七煤矿水害监测及智能预警系统 矿井充水条件预测预报技术 煤矿防治水探测技术 煤矿水文监测预警技术 煤矿水害防治技术 智能化发展背景与技术规范 ⚫ 实现煤矿“井地”一体多参数实时水文 动态监测； ⚫ 实时在线监测井下水位、水温、水压、水 量、采空区密闭墙位移、应力等指标； ⚫ 实时在线监测地面水位、水温、水质、气 象（雨量、气压、风速、湿度等）指标。 ⚫ 系统监测数据可自采集、自分析、自划分、 自备份，以图表、曲线等模式显示与输出。 水文监测预警 水文监测 四、煤矿水文监测预警技术 地面水文长观孔、水源井及地面水体的水位、水温监测功能，利用遥 测自动记录分站的水位水温一体化传感器进行数据采集，通过无线网 络通讯系统传回地面监测主站。 第一含水层第一含水层 第二含水层第二含水层 长观孔长观孔 水文监测预警 地面水文监测 四、煤矿水文监测预警技术 井下长观孔水压、水温； 井下疏放水孔管道流量、 水温；井下明渠流量、水 温等监测；井下水仓水位、 水温，水泵排水量。井下 水文监测分站对数据进行 采集，通过专用通讯电缆 或井下环型以太网将数据 传输到地面中心站，再通 过局域网将数据发送到水 文监测预警系统平台。 水文监测预警 井下水文监测 四、煤矿水文监测预警技术 ⚫ 实现泵房无人值守自动控 制运行。 ⚫ 具备网络测控功能、系统 故障自诊断功能（包括 PLC故障自诊断、传感器 故障诊断等）。 ⚫ 系统具备多种制模式远 程网络控制、就地自动控 制、就地手动控制几种操 作方式。 ⚫ 对电机和水泵的运行参数 及保护参数进行实时的监 测和传送。 ⚫ 充分考虑节能降耗 四、煤矿水文监测预警技术 B A 砼墙 B A 砼 墙 砼墙 钻孔 表面式应力计 埋入式应力计 位移传感器 采空区密闭采空区密闭监测监测 位移位移 应力应力 位移位移 四、煤矿水文监测预警技术 煤矿安全规程（2016）、煤矿防治水细则（2018） 受底板承压 水威胁的水文地质类型复杂、极复杂矿井，应当采用微震、微震与电法耦合 等科学有效的监测技术，建立突水监测预警系统，探测水体及导水通道，评 估注浆等工程治理效果，监测导水通道受采动影响变化情况。 微震监测是利用优化的微震监测网络对监测 区域内煤岩体产生的微震活动进行监测，采 用岩层移动、数理统计、模糊数学、分形数 学等理论方法分析岩体微震活动规律，及时 预测预报突水情况。 水文监测预警 微震监测 四、煤矿水文监测预警技术 顶板矿压顶板矿压监测监测 四、煤矿水文监测预警技术 据原富珍等，2019 底板破坏底板破坏监测监测 四、煤矿水文监测预警技术 底板破坏监测 四、煤矿水文监测预警技术 目 录 矿井充水条件分析及突水征兆一一 二二 三三 四四 五五 六六 七七煤矿水害监测及智能预警系统 矿井充水条件预测预报技术 煤矿防治水探测技术 煤矿水文监测预警技术 煤矿水害防治技术 智能化发展背景与技术规范 井下物探-矿井瞬变电磁 1 2.3 3.5 4.8 5.4 6 7 8 10 12.5 15 22.5 26.25 30 50 60 70 80 90 距 离 2煤 层 距 离 m 五、煤矿水害防治技术 疏 放 水 五、煤矿水害防治技术 疏 放 水 五、煤矿水害防治技术 限厚开采 65m 五、煤矿水害防治技术 充填开采-矸石充填 五、煤矿水害防治技术 充填开采-膏体充填 膏体充填材料基本性能 ⚫ 稳定性指它具有抵抗分层和离析的能力，是材料泵送的关键。体现在实践中， 就是膏体在密闭的管道中停留数小时不沉淀、不分层、不离析，能顺利地进行 输送。 ⚫ 可塑性是指膏体充填材料在输送或充填过程中发生变形后，其基本结构仍保持 不变的能力。 ⚫ 流动性是指它能易于流动。 将煤矸石、粉煤灰、炉渣、土（如风积沙）、城市固体垃圾等加工成一定级配的 骨料，并按一定比例与胶结材料、水混合成为无临界流速、不需脱水的膏状浆液 （膏体），在充填泵泵压及膏体自身重力作用下通过管道输送到井下，实时充填 采空区的采矿方法。 五、煤矿水害防治技术 充填开采-膏体充填 ⚫流动性能要求膏体料浆的坍落度﹥180mm。 ⚫可泵送时间不小于4h，即从加水混合以后，静 置4h，仍能正常泵送，料浆无明显分层，坍落度 保持在150mm以上。 ⚫静置泌水率3～5。 ⚫单轴抗压强度8～10h达到0.1～0.2 MPa， 28d达到10～15MPa。 ⚫矸石最大粒径小于25mm，其中小于等于5mm 部分占35～45。 ⚫一般膏体充填材料质量浓度大于75。 五、煤矿水害防治技术 五、煤矿水害防治技术 膏体充填系统由六部分组成 ⚫ 矸石破碎 ⚫ 配比搅拌 ⚫ 膏体泵送及管路输送 ⚫ 风水清洗 ⚫ 充填系统过