1、煤矿水害防治技术煤矿水害防治技术王运福王运福鲁能菏泽煤电开发有限公司培训中心鲁能菏泽煤电开发有限公司培训中心 国际地质学会会员国际地质学会会员 中国地质学会会员中国地质学会会员 高级工程师高级工程师 2 v 3 煤矿防治水工作 根本在管理 关键在细节 提提 纲纲一、我国煤矿水害类型及分布一、我国煤矿水害类型及分布二、矿井充水条件分析二、矿井充水条件分析三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法四、突水事故的应急救援预案四、突水事故的应急救援预案五、数字矿山五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台与矿井充水条件可视化分析平台4 我国煤矿水害类型及分布我国煤矿水害类型及分布1 16一
2、、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路1.华北石炭二叠纪华北石炭二叠纪煤田的岩溶煤田的岩溶裂裂隙水水害区；隙水水害区；2.华南晚二叠纪华南晚二叠纪煤煤田的岩溶水水害区；田的岩溶水水害区；3.东北侏罗纪东北侏罗纪煤田煤田的裂隙水水害区；的裂隙水水害区；4.西北侏罗纪西北侏罗纪煤田煤田的裂隙水水害区；的裂隙水水害区；5.西藏、滇西中生西藏、滇西中生代代煤田的裂隙水水煤田的裂隙水水害区；害区；6.台湾第三纪台湾第三纪煤田煤田的裂隙的裂隙孔隙水水孔隙水水害区害区一、一、我国煤矿水害类型及分布我国煤矿水害类型及分布7一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的
3、必由之路必由之路 矿井充水条件分析矿井充水条件分析2 28一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路 矿井充水条件分析，是矿床水文地质学重要研矿井充水条件分析，是矿床水文地质学重要研究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之一。一。充水充水“水源水源”充水充水“通道通道”充水充水“强度强度”二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析9一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路人为充水人为充水条件分析条件分析自然充水自然充水条件分析条件分析矿井充水矿井充水条件分析条件分析 根据充水条件特征，可
4、将矿井充水根据充水条件特征，可将矿井充水条件分析划分为：条件分析划分为：二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析10一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路(一一)、自然充水条件分析、自然充水条件分析二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析承压水承压水潜水潜水上层滞水上层滞水大气降水大气降水顶板水顶板水底板水底板水周边水周边水1.1.自然自然充水水源充水水源地表水地表水松散孔隙地下水松散孔隙地下水基岩裂隙地下水基岩裂隙地下水碳酸盐岩岩溶地下水碳酸盐岩岩溶地下水11一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路点状岩溶陷落柱点状岩溶陷落柱
5、2.2.自然充水通道自然充水通道线状断裂（裂隙）线状断裂（裂隙）面状裂隙网络面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区局部面状隔水层变薄区)地震通道地震通道窄条状隐伏露头窄条状隐伏露头二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析12一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路(二二)、人为充水条件分析、人为充水条件分析1.1.人为充水水源人为充水水源老空水老空水袭夺水袭夺水二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析13一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路封孔质封孔质量不佳量不佳钻孔钻孔地面岩溶塌陷带地面岩溶塌陷带 顶板冒落裂隙带顶板冒落裂隙带底
6、板矿压破坏带底板矿压破坏带底板水压导升带底板水压导升带 2.2.人为人为充水通道充水通道顶板抽冒带顶板抽冒带顶板切冒带顶板切冒带二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析14一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路（三）、充水强度分析（三）、充水强度分析充水强度分析充水强度分析定量定量预测预测评价评价定性定性分析分析二、二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析解析法解析法类比法类比法统计学方法统计学方法数值法数值法15一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法3 316一、一、科学开采是煤炭
7、工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路矿井防治水基本原则矿井防治水基本原则现在十六字现在十六字原则：原则：预测预报预测预报有疑必探有疑必探先探后掘先探后掘先治后采先治后采过去八字过去八字原则：原则：有疑必探有疑必探先探后掘先探后掘三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法17一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路1、煤层底板突水预测预报的新方法“脆弱性指数法”煤层底板突水是我国大部分煤矿山在开发过程中普遍面临的工程技术难题。那么何谓那么何谓“突水系数突水系数”？MPT 其中：其中：T 煤层底板突水系数，煤层底板突水系数，MPa/m；M
8、隔水段厚度，隔水段厚度，m；P 隔水段承受的地下水压，隔水段承受的地下水压，MPa；底板受构造破坏；底板受构造破坏段突水系数段突水系数一般不大于一般不大于0.06 MPa/m，正常块段正常块段不大不大于于0.1 MPa/m（煤矿防治水规定（煤矿防治水规定P109）。）。三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法18一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路回采诱发的导升高度回采诱发的导升高度突突水水主主控控因因素素体体系系厚度、充填物岩性厚度、充填物岩性单位降深涌水量单位降深涌水量平均值、最大值平均值、最大值渗透系数、渗透率渗透系数、渗透率充水含水层
9、充水含水层含水层水压含水层水压含水层富水性含水层富水性含水层渗透性含水层渗透性中奥陶统灰岩古风化壳发育及充填情况中奥陶统灰岩古风化壳发育及充填情况厚度等值线图厚度等值线图力学强度高的砂岩层空间沉积位置力学强度高的砂岩层空间沉积位置脆、塑性岩厚度比脆、塑性岩厚度比底板隔水岩段底板隔水岩段防突性能防突性能隔水岩段关键岩层位置隔水岩段关键岩层位置隔水岩段岩性比例隔水岩段岩性比例隔水岩段总厚度隔水岩段总厚度工作面斜长工作面斜长开采方法与工艺开采方法与工艺煤层倾角煤层倾角矿压破坏发育带矿压破坏发育带煤层采高与采深煤层采高与采深导升发育带导升发育带原始导升高度原始导升高度线密度分布图、单位面积断层迹线的总
10、长度线密度分布图、单位面积断层迹线的总长度张性、压性、扭性张性、压性、扭性点密度分区图点密度分区图断距、宽度、长度及倾角断距、宽度、长度及倾角充填岩性、胶结程度充填岩性、胶结程度地质地质 构造构造断层（裂断层（裂隙密集带）隙密集带）性质性质断层分布密度断层分布密度断层尖灭点、交叉点分布密度断层尖灭点、交叉点分布密度断层规模断层规模断层充填胶结情况断层充填胶结情况埋深、位置埋深、位置线密度分区图线密度分区图褶皱轴密度褶皱轴密度褶皱轴埋深褶皱轴埋深褶皱褶皱密度分布图、不同部位水力性质密度分布图、不同部位水力性质岩溶陷落柱岩溶陷落柱三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法19一、一、
11、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路 因此，我们认为，因此，我们认为，40多年前所提出突水系数法，已无法满足深部带多年前所提出突水系数法，已无法满足深部带压开采和现代采煤方法提出的要求，对此，提出了煤层底板突水预测预压开采和现代采煤方法提出的要求，对此，提出了煤层底板突水预测预报评价的新方法：报评价的新方法：脆弱性指数法脆弱性指数法 脆弱性指数法采用的基本模型就是将具有强大空间信息分析处理功能的具有强大空间信息分析处理功能的GISGIS与可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合耦合于一体的评价模型，即式中：式中：VI煤层底板突水的脆弱性指数；煤层底板突水的脆弱性
12、指数；Si第第i个主控因素对底板突水的个主控因素对底板突水的“贡献贡献”或相对权重；或相对权重；Ii 第第i 个主控因素归一化后的无量纲值。个主控因素归一化后的无量纲值。NiiiISVI1三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法20一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路（3 3）工程应用实例）工程应用实例 进行实例分析。进行实例分析。图图2.2 2.2 构造密度专题层图构造密度专题层图 图图2.3 2.3 隔水层等效厚度专题层图隔水层等效厚度专题层图 图图2.4 2.4 充水含水层水压专题层图充水含水层水压专题层图图图2.5 2.5 奥灰古风化
13、壳厚度专题层图奥灰古风化壳厚度专题层图 图图2.6 2.6 含水层富水性专题层图含水层富水性专题层图 图图2.7 2.7 断层断距专题层图断层断距专题层图 图图2.8 2.8 矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图 图图2.9 2.9 本溪灰岩厚度专题层图本溪灰岩厚度专题层图三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法21一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路脆弱性指数脆弱性指数 水压水压 富水性富水性 古风化壳古风化壳厚度厚度 构造密度构造密度 断层断距断层断距 有效隔水层厚度有效隔水层厚度 本溪厚度本溪厚度 破坏带以下
14、脆性岩厚度破坏带以下脆性岩厚度连接权重连接权重WijWjk隐含层隐含层输出层输出层输入层输入层 应用非线性应用非线性ANNANN方法，根据大量的已知突水样本，方法，根据大量的已知突水样本，对模型进行训练学习对模型进行训练学习，确定了，确定了8 8个因素的权重系数，建立了底板突水评价的脆弱性指数模型。个因素的权重系数，建立了底板突水评价的脆弱性指数模型。三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法22一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路+底板突水脆弱性分区图（底板突水脆弱性分区图（2）奥灰水压专题图奥灰水压专题图构造密度专题图构造密度专题图奥灰含水
15、层富水性专题图奥灰含水层富水性专题图+本溪灰岩厚度专题图本溪灰岩厚度专题图奥灰上部古风化壳厚度量化专题奥灰上部古风化壳厚度量化专题图图断层断距专题图断层断距专题图矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专题图题图隔水层等效厚度量化专题隔水层等效厚度量化专题图图三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法23一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路对各主控因素在突水过程中的灵敏度进行了分析对各主控因素在突水过程中的灵敏度进行了分析三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法24一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工
16、业发展的的必由之路必由之路“三图三图双预测双预测法法”中中的的“三三图图“是是指：指：顶板冒裂安全性分区图顶板含水层富水性分区图 顶板突水条件综合评价分区图三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法2 2、煤层顶板突水灾害预测预报煤层顶板突水灾害预测预报的新方法的新方法“三图双预测法三图双预测法”25一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路 天然状态下工 作面涌水量预测 人为改造状态下工 作面涌水量预测“三图双预测法”中的“双预测”是指：三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法26一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展
17、的的必由之路必由之路3 3、采掘前方断层小构造预测预报技术方法、采掘前方断层小构造预测预报技术方法采掘前方断层构造预测预报是一个十分困难但与生产安全密采掘前方断层构造预测预报是一个十分困难但与生产安全密切相关的难题。切相关的难题。三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法27一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路4 矿井涌（突）水水源快速判别及预测预报矿井涌（突）水水源快速判别及预测预报 三、三、矿井水害预测预报技术方法矿井水害预测预报技术方法28一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路突水事故的应急救援预案突水事
18、故的应急救援预案4 429一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路应急救援预案应急救援预案突水后水突水后水灾现场救灾现场救援与处置援与处置突水前突水前水灾预测水灾预测预防预案预防预案四、四、突水事故的应急救援预案突水事故的应急救援预案30一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路（一）、突水前水灾预测预防预案（一）、突水前水灾预测预防预案四、四、突水事故的应急救援预案突水事故的应急救援预案完善防治水完善防治水工程设施工程设施建立专业抢建立专业抢险救灾队伍险救灾队伍或与专业队或与专业队伍签订合作伍签订合作协议协议健全防治水管理制度健全
19、防治水管理制度执行防治水有关规程执行防治水有关规程机构设置和人员机构设置和人员队伍配置及资金队伍配置及资金加强职工技术培训加强职工技术培训增强抵御水害能力增强抵御水害能力1、加强矿井、加强矿井防治水的基础防治水的基础工作工作水文地质勘水文地质勘探和防治水探和防治水预测预报预测预报31一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路四、四、突水事故的应急救援预案突水事故的应急救援预案可闻到水的可闻到水的“嘶嘶嘶嘶”声声工作面气温降低矿压增大工作面气温降低矿压增大发生片帮冒顶及底鼓发生片帮冒顶及底鼓煤层变潮湿松软煤层变潮湿松软煤帮现滴水淋水煤帮现滴水淋水滴水淋水中可现滴水淋
20、水中可现少量细砂粒物质少量细砂粒物质2 2、水灾、水灾 预兆预兆硫化氢气味硫化氢气味或或PHPH值很低值很低的强酸性水的强酸性水32一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路（二）、突水后水灾现场抢险救援与处置（二）、突水后水灾现场抢险救援与处置四、四、突水事故的应急救援预案突水事故的应急救援预案1 1、浮标法、浮标法2、水泵标定法3、容积法突水后的突水后的水量估算水量估算33一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路四、四、突水事故的应急救援预案突水事故的应急救援预案被困人员被困人员自救互救自救互救轨道和水管轨道和水管及时通告及时通
21、告逃生路线逃生路线避开主水流避开主水流掘进出水处理掘进出水处理受伤现场处理受伤现场处理分区隔离分区隔离防止有害气体防止有害气体躺卧待救躺卧待救充分利用空间充分利用空间适度集中适度集中不过度兴奋不过度兴奋适量饮水适量饮水34一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路判断水灾情况判断水灾情况Text救援现场的救援现场的指挥与处置指挥与处置分析人员位置分析人员位置利用压风管利用压风管排堵截结合排堵截结合防止突变环境防止突变环境注意环境注意环境防止疫情防止疫情观测流水观测流水监听金属监听金属适度放炮适度放炮防止次生事故防止次生事故四、四、突水事故的应急救援预案突水事故的应急救援预案35一、一、科学开采是煤炭工业发展科学开采是煤炭工业发展的的必由之路必由之路 大家好好休息一会
