1、第一部分第一部分我国煤矿水害治理技术现状我国煤矿水害治理技术现状 煤矿突水事故所造成的经济损失是巨大的。煤矿突水事故所造成的经济损失是巨大的。如我国永城、井陉、淄博、郑州、新汶等矿区均发生如我国永城、井陉、淄博、郑州、新汶等矿区均发生过突水量在过突水量在50m3/min以上的重大突水事故，各矿区总排水以上的重大突水事故，各矿区总排水量均大于量均大于500m3/min。吨煤排水成本为。吨煤排水成本为1040元，占原煤元，占原煤成本中的比例较大，年排水费高达数千万元，部分矿区由成本中的比例较大，年排水费高达数千万元，部分矿区由于排水费用过高，长期亏损，严重影响到企业的发展。于排水费用过高，长期亏损
2、，严重影响到企业的发展。据统计，目前我国受水据统计，目前我国受水害威胁的矿井害威胁的矿井8000多处，多处，核定生产能力占总产量的核定生产能力占总产量的60%以上。其中受水患威胁以上。其中受水患威胁比较严重的矿井有比较严重的矿井有3000多多处，煤炭产量处，煤炭产量15亿吨，占总亿吨，占总产量的产量的60%，这种局面严重，这种局面严重影响到各矿区的安全生产，影响到各矿区的安全生产，影响矿井的正常接替，阻碍影响矿井的正常接替，阻碍煤炭企业的发展。煤炭企业的发展。华北的一些主要矿区，如焦作、峰峰、邯郸、邢台、华北的一些主要矿区，如焦作、峰峰、邯郸、邢台、井陉、淄博、肥城、韩城、郑州、永城等矿区受水
3、威胁的井陉、淄博、肥城、韩城、郑州、永城等矿区受水威胁的储量占矿井总储量的储量占矿井总储量的80%以上。因此，不迅速解决水灾事以上。因此，不迅速解决水灾事故上升问题，煤矿安全生产形势难以扭转。故上升问题，煤矿安全生产形势难以扭转。目前不少矿井已进入深部开采，个别矿井开采标高已超目前不少矿井已进入深部开采，个别矿井开采标高已超过过-800m，最深的已过，最深的已过-1000m。煤层底板承受岩溶承压水。煤层底板承受岩溶承压水的水压已达的水压已达67MPa，而开采煤层与其下伏的灰岩岩溶含，而开采煤层与其下伏的灰岩岩溶含水层之间的隔水层厚度一般只有水层之间的隔水层厚度一般只有840m，突水的机率增大，
4、突水的机率增大，淹井事故也逐年上升。淹井事故也逐年上升。矿井水灾已成为影响煤矿安全生产的重大问题之一，水灾防治工作已经成为各矿区保证安全生产所必须面对的重大研究课题之一。二、我国华北各矿区矿井水害防治技术现状二、我国华北各矿区矿井水害防治技术现状 近年来，国家安全监察总局、各省市煤矿安全监察局近年来，国家安全监察总局、各省市煤矿安全监察局以及各级煤炭行业管理部门、煤炭企业已经把矿井水灾防以及各级煤炭行业管理部门、煤炭企业已经把矿井水灾防治工作列入重要议事日程。新出台的治工作列入重要议事日程。新出台的煤矿防治水规定煤矿防治水规定对矿井防治水工作提出了更高的要求。对矿井防治水工作提出了更高的要求。
5、建立健全水灾防治组织机构。进一步完善了矿井水灾防治措施。各煤炭企业必须设专职主要管理人员主抓矿井水灾防治工作。各煤矿必须健全矿井水文地质图件、水文地质台帐。必须按相关法律、法规、规程及标准要求建立专业的探放水队伍，配备探放水技术装备。必须建立完善的矿井主排水系统，并保证其可靠性。制定矿井中长期防治水规划和年度防治水计划、汛期防洪计划，为防治水工作做好充分的思想准备、物质准备和组织准备。各矿区对水灾防治工作进行了全方位整改:受底板灰岩水威胁的华北各矿区在水灾防治策略方面受底板灰岩水威胁的华北各矿区在水灾防治策略方面基本上理清了思路，认真贯彻基本上理清了思路，认真贯彻“预测预报、有疑必探、先预测预
6、报、有疑必探、先探后掘、先治后采探后掘、先治后采”的防治水方针，确立了以疏放结合的的防治水方针，确立了以疏放结合的带压开采为主的防治水策略。带压开采为主的防治水策略。肥城、焦作、永城及郑州等矿区近几年大力开展了对肥城、焦作、永城及郑州等矿区近几年大力开展了对二二1煤底板进行注浆改造方面的研究，部分矿区在底板改造煤底板进行注浆改造方面的研究，部分矿区在底板改造方面取得了重大研究成果，并逐步得到了推广应用。方面取得了重大研究成果，并逐步得到了推广应用。从我国各矿区水灾防治工作的全局来看，还存在有明显不足的问题。从我国各矿区水灾防治工作的全局来看，还存在有明显不足的问题。主要表现主要表现:1.在矿井
7、水灾防治专业技术人员严重缺乏，对水灾防治工作的重大问题研究深度不够；在矿井水灾防治专业技术人员严重缺乏，对水灾防治工作的重大问题研究深度不够；2.少数煤矿对水灾防治工作的认识不够深入，投资力度不够，安全技术措施制定不规范，少数煤矿对水灾防治工作的认识不够深入，投资力度不够，安全技术措施制定不规范，落实不到位；落实不到位；3.各矿区水文地质工作不够规范，缺少强有力的专业技术措施；各矿区水文地质工作不够规范，缺少强有力的专业技术措施；4.尽管有些煤矿建立起了水文地质台帐、水文地质图件等，但由于日常的矿井地质和水文尽管有些煤矿建立起了水文地质台帐、水文地质图件等，但由于日常的矿井地质和水文地质工作不
8、够规范，对矿井水文地质的变化情况掌握不够，对未来水灾隐患预测不准；地质工作不够规范，对矿井水文地质的变化情况掌握不够，对未来水灾隐患预测不准；5.对矿井主要的突水水源、各含水层的涌水特性、涌水量及突水压力认识模糊，对带压开对矿井主要的突水水源、各含水层的涌水特性、涌水量及突水压力认识模糊，对带压开采所存在的潜在危险认识不足；采所存在的潜在危险认识不足；6.个别煤矿由于井田勘探程度不够，对井田内的地质构造掌握不清，对矿井的突水机理、个别煤矿由于井田勘探程度不够，对井田内的地质构造掌握不清，对矿井的突水机理、容易发生突水的区域、矿井涌水量随季度的变化规律认识不足；容易发生突水的区域、矿井涌水量随季
9、度的变化规律认识不足；7.相当一部分煤矿主排水系统及次级排水系统还不够完善，所配备的排水设备能力偏小，相当一部分煤矿主排水系统及次级排水系统还不够完善，所配备的排水设备能力偏小，综合排水能力达不到水灾防治要求；综合排水能力达不到水灾防治要求；8.主排水系统安全设备存在缺陷，相当一部分煤矿主排水管路没有实现双主排水系统安全设备存在缺陷，相当一部分煤矿主排水管路没有实现双电源供电；电源供电；9.矿井主水仓不符合矿井主水仓不符合煤矿安全规程煤矿安全规程要求，水仓容量不够，水仓淤煤没有得到及要求，水仓容量不够，水仓淤煤没有得到及时清理，有效容积没有得到充分发挥；时清理，有效容积没有得到充分发挥；10.
10、一部分矿井没有按要求进行每年一度的水泵联合试运转演习，对主排水系统的实一部分矿井没有按要求进行每年一度的水泵联合试运转演习，对主排水系统的实际排水能力掌握不够；际排水能力掌握不够；11.相当一些煤矿没有坚持相当一些煤矿没有坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水的防治水原则，物探工作基本没有进行，钻探工作不够规范，探水过程中的安全技术措施原则，物探工作基本没有进行，钻探工作不够规范，探水过程中的安全技术措施不够完善，存在盲目掘进，盲目开采的现象；不够完善，存在盲目掘进，盲目开采的现象；12.部分矿区注浆堵水工作开展得不够及时，注浆堵水技术普及
11、率太低，专业技术人部分矿区注浆堵水工作开展得不够及时，注浆堵水技术普及率太低，专业技术人员短缺，水灾治理不够及时，造成了很大的经济损失。员短缺，水灾治理不够及时，造成了很大的经济损失。由于存在以上不足，近年来我国煤矿重特大水灾事故时有发生，矿井水灾由于存在以上不足，近年来我国煤矿重特大水灾事故时有发生，矿井水灾防治工作任重而道远。防治工作任重而道远。三、我国煤矿水灾事故频繁发生的原因分析三、我国煤矿水灾事故频繁发生的原因分析 造成矿井水害频发的根本原因主要有水灾防治技术手段推广应用不造成矿井水害频发的根本原因主要有水灾防治技术手段推广应用不够，防治水工作投人不足，矿井水文地质基础工作薄弱等。够
12、，防治水工作投人不足，矿井水文地质基础工作薄弱等。长期以来我国政府和广大科技人员为煤矿水灾防治工作付出了艰苦长期以来我国政府和广大科技人员为煤矿水灾防治工作付出了艰苦的努力，在长期与煤矿水灾事故斗争的过程中，以中国煤炭科学总院西的努力，在长期与煤矿水灾事故斗争的过程中，以中国煤炭科学总院西安分院及有关高校和科研院所为代表的防治水科研队伍，研发形成了较安分院及有关高校和科研院所为代表的防治水科研队伍，研发形成了较为系统完善的适合我国国情的煤矿水害防治技术、方法和相关的仪器装为系统完善的适合我国国情的煤矿水害防治技术、方法和相关的仪器装备。但由于生产企业在市场经济条件下没有及时调整好快速增长的生产
13、备。但由于生产企业在市场经济条件下没有及时调整好快速增长的生产方式与安全配套的防治水技术与措施之间的协调关系，致使矿井水灾防方式与安全配套的防治水技术与措施之间的协调关系，致使矿井水灾防治技术难以满足矿井的满负荷甚至超负荷生产要求。治技术难以满足矿井的满负荷甚至超负荷生产要求。许多煤炭企业在许多煤炭企业在19972000年期间因效益不好，造成年期间因效益不好，造成高素质专业水文地质人才流失，高素质专业水文地质人才流失，2001年以来煤炭企业规模年以来煤炭企业规模迅速扩大，产量大幅度提高，防治水技术与管理人员力量迅速扩大，产量大幅度提高，防治水技术与管理人员力量不足，加上规范化监管力度不够，使得
14、现有的防治水技术不足，加上规范化监管力度不够，使得现有的防治水技术和手段没有得到充分应用，矿井基础水文地质工作力度不和手段没有得到充分应用，矿井基础水文地质工作力度不够。够。据专家研究，防治水技术手段落后，矿井水灾据专家研究，防治水技术手段落后，矿井水灾条件预测的准确度不能满足机械化生产的要求，是条件预测的准确度不能满足机械化生产的要求，是造成矿井水灾的重要原因之一。造成矿井水灾的重要原因之一。近年来，煤矿开采方式有了很大改进，开采深近年来，煤矿开采方式有了很大改进，开采深度和工作面开采空间尺度不断增大，致使水灾产生度和工作面开采空间尺度不断增大，致使水灾产生的条件、水灾威胁的程度以及水灾形成
15、的机理都发的条件、水灾威胁的程度以及水灾形成的机理都发生了较大的变化。而目前我国防治水技术和水害预生了较大的变化。而目前我国防治水技术和水害预测评价的理论基础仍然以我国测评价的理论基础仍然以我国20世纪世纪80年代所积年代所积累的防治水经验及其相关研究成果为主。矿井水灾累的防治水经验及其相关研究成果为主。矿井水灾防治作为一门实践性很强的学科，其特定历史阶段防治作为一门实践性很强的学科，其特定历史阶段的研究成果都具有极强的时间效应和对特定采矿方的研究成果都具有极强的时间效应和对特定采矿方式与采矿环境的适应性。式与采矿环境的适应性。历史所形成的传统的防治水技术措施已经不能历史所形成的传统的防治水技
16、术措施已经不能完全满足新形势下现代化矿井建设与生产的要求，完全满足新形势下现代化矿井建设与生产的要求，矿井防治水技术与生产的高产高效技术发展水平不矿井防治水技术与生产的高产高效技术发展水平不平衡必然会产生矿井水灾事故的上升。平衡必然会产生矿井水灾事故的上升。在煤炭工业快速发展时期，没有研制出对于含水构造和在煤炭工业快速发展时期，没有研制出对于含水构造和涌水通道进行准确探查的技术与装备，造成了对矿井导水涌水通道进行准确探查的技术与装备，造成了对矿井导水通道的位置、分布、含水性、导水性等探测不准，所制定通道的位置、分布、含水性、导水性等探测不准，所制定的防范措施不到位，缺少针对性，这是导致灾难性水
17、灾事的防范措施不到位，缺少针对性，这是导致灾难性水灾事故的直接原因。故的直接原因。水源、水量、导水通道是煤矿水灾产生的三大因素，矿水源、水量、导水通道是煤矿水灾产生的三大因素，矿井水文地质工作的核心内容就是要查明这三大因素。井水文地质工作的核心内容就是要查明这三大因素。含水层对水源和水量起决定作用，其补给和排泄条件具有区域性和含水层对水源和水量起决定作用，其补给和排泄条件具有区域性和面状分布特点，因此往往是易于查明和预测分析的；面状分布特点，因此往往是易于查明和预测分析的；但导水通道（断层、陷落注、不良封闭钻孔等）具有显著的局部性但导水通道（断层、陷落注、不良封闭钻孔等）具有显著的局部性和难以
18、预测性，大多数灾难性突水事故都起因于对导水通道的不可和难以预测性，大多数灾难性突水事故都起因于对导水通道的不可预知性。预知性。煤矿水灾存在最为普遍、突水灾害最为严重、突水因素煤矿水灾存在最为普遍、突水灾害最为严重、突水因素最为隐蔽、水害安全最难预知的莫过于华北型石炭系、奥最为隐蔽、水害安全最难预知的莫过于华北型石炭系、奥陶系岩溶水通过断层或陷落柱突水，而我国目前拥有的矿陶系岩溶水通过断层或陷落柱突水，而我国目前拥有的矿井水文地质条件探查技术与设备对于断层和陷落柱等导水井水文地质条件探查技术与设备对于断层和陷落柱等导水构造的探查精度和超前探测距离都不能满足现代化矿井对构造的探查精度和超前探测距离
19、都不能满足现代化矿井对防治水工作的基本要求。防治水工作的基本要求。越层越界等非法开采的人类活动所诱发的突水条件和越层越界等非法开采的人类活动所诱发的突水条件和水灾隐患，是造成了老空、老窑突水的根本原因。水灾隐患，是造成了老空、老窑突水的根本原因。近年来，政府对乡镇煤矿进行资源整合，大量小煤矿近年来，政府对乡镇煤矿进行资源整合，大量小煤矿被关闭，部分国有煤矿因资源枯竭而关闭，使得生产矿井被关闭，部分国有煤矿因资源枯竭而关闭，使得生产矿井周边形成了新的水源和涌水通道，由于没有对矿井关闭可周边形成了新的水源和涌水通道，由于没有对矿井关闭可能诱发生产矿井水文地质条件恶化的危险度进行系统评价，能诱发生产
20、矿井水文地质条件恶化的危险度进行系统评价，没有采取切实可行的水灾监测和防范措施，缺乏关闭矿井没有采取切实可行的水灾监测和防范措施，缺乏关闭矿井相关工程和技术资料的系统整理，对废弃矿井突水条件的相关工程和技术资料的系统整理，对废弃矿井突水条件的认识及防范措施准备不足，频繁发生灾难性的突水事故，认识及防范措施准备不足，频繁发生灾难性的突水事故，而且这类事故呈现出明显的上升趋势。而且这类事故呈现出明显的上升趋势。四、矿井安全生产对水灾防治技术的基本要求四、矿井安全生产对水灾防治技术的基本要求 矿井水文地质条件的探查和水文地质信息的分析与矿井水文地质条件的探查和水文地质信息的分析与管理技术，必须满足矿
21、井建设与生产在时间与空间管理技术，必须满足矿井建设与生产在时间与空间方面的要求。方面的要求。煤层顶、底板含、导水构造的探测精度和探测深度，煤层顶、底板含、导水构造的探测精度和探测深度，必须满足矿井巷道采掘工作在速度和空间尺度方面必须满足矿井巷道采掘工作在速度和空间尺度方面的要求。的要求。矿井充水因素的预测预报，必须实现适时性和定量矿井充水因素的预测预报，必须实现适时性和定量性。性。五、煤矿水灾防治技术发展需要解决的重要问题五、煤矿水灾防治技术发展需要解决的重要问题 多年来沿用的突水系数理论是在浅、中部煤炭资源小尺度工作多年来沿用的突水系数理论是在浅、中部煤炭资源小尺度工作面开采过程中总结出的经
22、验理论，而深部开采的围岩应力条件、矿面开采过程中总结出的经验理论，而深部开采的围岩应力条件、矿压扰动和开采破坏条件都与浅、中部开采有很大的不同。压扰动和开采破坏条件都与浅、中部开采有很大的不同。如果沿用原有的突水系数理论来指导大埋深、高水压、高应力、如果沿用原有的突水系数理论来指导大埋深、高水压、高应力、综合机械化开采条件下的矿井水灾防治工作，必然会给生产和安全综合机械化开采条件下的矿井水灾防治工作，必然会给生产和安全带来误导。带来误导。必要通过现场观测与试验研究、理论计算与分析、室内物理与必要通过现场观测与试验研究、理论计算与分析、室内物理与数字模拟等，研究在新的地质与水文地质条件下、在综合
23、机械化开数字模拟等，研究在新的地质与水文地质条件下、在综合机械化开采条件下，煤层底板水的突出机理和控制因素，为有效实施底板水采条件下，煤层底板水的突出机理和控制因素，为有效实施底板水的预测预报提供理论依据。的预测预报提供理论依据。1.加强对现代采矿条件下开采煤层底板水突水机理的研究 过去的研究成果主要集中于水量和水源，而对导水通道的研究较少，过去的研究成果主要集中于水量和水源，而对导水通道的研究较少，特别是对煤层底板隔水层的隔水性能的研究较少。特别是对煤层底板隔水层的隔水性能的研究较少。随着开采深度的增加，深部疏水降压难度加大，深入认识煤层底板随着开采深度的增加，深部疏水降压难度加大，深入认识
24、煤层底板隔水层的隔水性能，进而有效利用隔水层的自然隔水能力，减少或防隔水层的隔水性能，进而有效利用隔水层的自然隔水能力，减少或防止底板突水尤为重要。因此有必要通过对煤层底板隔水层的节理裂隙止底板突水尤为重要。因此有必要通过对煤层底板隔水层的节理裂隙发育程度、岩石力学性质、由于开采而引起的矿山压力对煤层底板的发育程度、岩石力学性质、由于开采而引起的矿山压力对煤层底板的扰动破坏、水岩相互作用机理以及它们之间相互关系进行研究，提出扰动破坏、水岩相互作用机理以及它们之间相互关系进行研究，提出煤层底板隔水层防高压突水的综合评价理论和方法，为充分利用隔水煤层底板隔水层防高压突水的综合评价理论和方法，为充分
25、利用隔水层的防、隔水性能，开采深部煤炭资源，提供水文地质基础资料。层的防、隔水性能，开采深部煤炭资源，提供水文地质基础资料。2.加强对煤层底板隔水层隔水性能的研究 在充分调查研究和对现有地质探查技术与装备的基础上，在充分调查研究和对现有地质探查技术与装备的基础上，借鉴相关学科的技术进步与研究成果，针对目前矿井水文借鉴相关学科的技术进步与研究成果，针对目前矿井水文地质条件，特别是隐伏导水构造远距离、高精度探查方面地质条件，特别是隐伏导水构造远距离、高精度探查方面存在的问题，研究开发新的探查技术与装备。重点研究以存在的问题，研究开发新的探查技术与装备。重点研究以水源和导水构造为主的高精度、远距离快
26、速物探技术与装水源和导水构造为主的高精度、远距离快速物探技术与装备，从而提高矿井突水条件的探查精度和空间距离。备，从而提高矿井突水条件的探查精度和空间距离。3.加强对导水构造探查技术与装备研发 根据对矿井底板水突出机理及主要控制因素的研究成果，根据对矿井底板水突出机理及主要控制因素的研究成果，利用突水信息原位采集技术、突水因素适时检测技术、突利用突水信息原位采集技术、突水因素适时检测技术、突水因素远程监控技术、突水信息动态分析和人工智能判别水因素远程监控技术、突水信息动态分析和人工智能判别技术，直接从矿井突水的前兆因素入手，利用现代信号检技术，直接从矿井突水的前兆因素入手，利用现代信号检测、数
27、据传输和模式识别技术，通过适当的传感器直接监测、数据传输和模式识别技术，通过适当的传感器直接监测突水前兆各项参数变化，研究确定矿井突水的发生条件测突水前兆各项参数变化，研究确定矿井突水的发生条件和预报方法，建立矿井水灾自动监测预报预警系统，开发和预报方法，建立矿井水灾自动监测预报预警系统，开发相应装备，以实现矿井突水前兆的适时监控、水灾控制信相应装备，以实现矿井突水前兆的适时监控、水灾控制信息的过程与动态分析、水害发生的即时预警。息的过程与动态分析、水害发生的即时预警。4.加强对煤层底板水灾监控预警技术与装备研究 重点研究矿井突水淹井后突水水源的重点研究矿井突水淹井后突水水源的快速判别、利用注
28、浆技术对出水点快速快速判别、利用注浆技术对出水点快速封堵、被淹矿井快速恢复等关键技术。封堵、被淹矿井快速恢复等关键技术。5.加强对重大水灾事故快速处理技术与装备的研究第二部分第二部分水害水害多源协同预测预报技术多源协同预测预报技术一、一、水害水害多源协同预测预报技术总体方案多源协同预测预报技术总体方案矿井水害多源协同预测预报技术路线：矿井水害多源协同预测预报技术路线：地震方法与电磁方法相结合；地震方法与电磁方法相结合；物探技术与地质分析相结合；物探技术与地质分析相结合；长距离与短距离相结合；长距离与短距离相结合；物探技术与钻探技术相结合；物探技术与钻探技术相结合；针对矿山不良地质段建立宏观控制
29、预报、准确预报、针对矿山不良地质段建立宏观控制预报、准确预报、验证预报三级预报系统。验证预报三级预报系统。水害多源协同预测预报技术工作流程见下图。水害多源协同预测预报技术工作流程见下图。水害多源协同预测预报技术工作流程图水害多源协同预测预报技术工作流程图重点探测区重点探测区一般探测区一般探测区地面及井下地质调绘，确定地面及井下地质调绘，确定重点探测区段及探测内容重点探测区段及探测内容正常正常确定短距离物探手段及确定短距离物探手段及预报技术，实施探测预报技术，实施探测确定长距离物探手段确定长距离物探手段及预报技术，实施探测及预报技术，实施探测异异常常井下地质调绘、井下地质调绘、超前深孔钻探超前深
30、孔钻探正常正常井下地质调绘、井下地质调绘、加长炮孔钻探加长炮孔钻探综合分析及预报综合分析及预报确定施工方案确定施工方案巷道施工巷道施工信信 息息 反反 馈馈异异常常二、二、水害水害多源协同预测预报技术的主要方法多源协同预测预报技术的主要方法与手段与手段v采用配套技术进行地面及井下工程地质及水文地质采用配套技术进行地面及井下工程地质及水文地质调查，结合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，调查，结合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，划分出重点不良地质区段；划分出重点不良地质区段；v采用水害多源协同预测预报技术的思想与方法建立采用水害多源协同预测预报技术的思想与方法建立预报模型，将地质调绘、地质分析与
31、井下物探、钻预报模型，将地质调绘、地质分析与井下物探、钻探相结合，对开挖面前方断层、节理裂隙、破碎带、探相结合，对开挖面前方断层、节理裂隙、破碎带、接触带、含水层、地应力状况以及岩性和围岩等级接触带、含水层、地应力状况以及岩性和围岩等级进行预报。进行预报。（一）主要方法v 地质调绘地质调绘v 环境监测分析环境监测分析v 地质编录地质编录v 地质构造分析、岩性分析、水文特征分析地质构造分析、岩性分析、水文特征分析v 钻孔摄影钻孔摄影v 物探物探1.地质钻探地质钻探（二）主要手段（二）主要手段三、组织结构三、组织结构v 为了保证水害多源协同预测预报技术的顺利进行，为了保证水害多源协同预测预报技术的
32、顺利进行，集团公司设立指挥部，发挥设计、科研、施工、集团公司设立指挥部，发挥设计、科研、施工、制造制造“四位一体四位一体”的优势，对地质预测预报工作的优势，对地质预测预报工作及重难技术问题进行联合攻关，水害多源协同预及重难技术问题进行联合攻关，水害多源协同预测预报技术组织结构见下图。测预报技术组织结构见下图。水害水害多源协同预测预报技术组织结构图多源协同预测预报技术组织结构图指挥部指挥部矿项目部矿项目部短距离探测组短距离探测组地面地质调绘与监测组地面地质调绘与监测组井下地质调绘与监测组井下地质调绘与监测组综合分析与预报组综合分析与预报组直流电法探测组直流电法探测组超前地质钻探组超前地质钻探组瞬
33、变电磁法探测组瞬变电磁法探测组四、地质信息收集与处理四、地质信息收集与处理v 水害多源协同预测预报技术要建立水害多源协同预测预报技术要建立一个地质信息系统，通过各种方法收集一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综合分析、判断，编制地质信息，进行综合分析、判断，编制信息预报成果。信息预报成果。v 水害多源协同预测预报技术信息采集处理流水害多源协同预测预报技术信息采集处理流程见下图。程见下图。地质信息采集地质信息采集处理系统处理系统信息分析处理信息分析处理是否与设计一是否与设计一致致变更设计变更设计否否现场施工现场施工是是地质信息系统地质信息系统五、国内外物探预报技术五、国内外物探预报技
34、术v 国内外主要的物探技术：国内外主要的物探技术：电法勘探电法勘探 磁法勘探磁法勘探 重力勘探重力勘探 地震法勘探等。地震法勘探等。其中物探技术应用较为广泛的有电法其中物探技术应用较为广泛的有电法勘探、磁法勘探和地震法勘探。勘探、磁法勘探和地震法勘探。（一）地震法预报技术（一）地震法预报技术国内外常用的地震法超前预报技术有：国内外常用的地震法超前预报技术有：陆地声纳法陆地声纳法负视速度法负视速度法水平地震剖面法（水平地震剖面法（HSP）TSP超前预报方法（超前预报方法（TSP202、TSP203等）等）TGP206超前预报方法超前预报方法TRT和和TRT6000超前预报技术超前预报技术1.TS
35、T超前预报技术超前预报技术 地震法存在一些技术缺陷，主要在于观测方式地震法存在一些技术缺陷，主要在于观测方式与处理软件上。观测方式和软件处理方法缺乏严谨与处理软件上。观测方式和软件处理方法缺乏严谨的物理基础，臆造性较大，与真实地质情况有一定的物理基础，臆造性较大，与真实地质情况有一定差距，造成了一些漏报、误报和工程事故。漏报、差距，造成了一些漏报、误报和工程事故。漏报、误报现象主要是由于地震法勘探对含水地质构造不误报现象主要是由于地震法勘探对含水地质构造不敏感。敏感。地震法原理图地层地层或或断层断层反射波前震源检波器检波器隧道（二）电磁法预报技术（二）电磁法预报技术 v 电法勘探是勘探地球物理
36、学主要学科之一。电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。v 电法勘探研究以地壳中各种岩石、岩石电学性质（导电性、介电法勘探研究以地壳中各种岩石、岩石电学性质（导电性、介电性、导磁性、激电性）之间的差异性为基础，利用电场或电电性、导磁性、激电性）之间的差异性为基础，利用电场或电磁场（天然或人工）空间和时间分布规律来解决地质构造或寻磁场（天然或人工）空间和时间分布规律来解决地质构造或寻找有用矿产的一类地球勘探方法。找有用矿产的一类地球勘探方法。在实际应用中已有在实际应用中已有20余种，通常分为三类：余种，通常分为三类：直流电法直流电法直流电法一般常用的有高密度电、音频电透视、三极超前探测、电测深直流
37、电法一般常用的有高密度电、音频电透视、三极超前探测、电测深等；等；交流电法交流电法交流电法主要有瞬变电磁、地质雷达、磁偶源、坑道透视等；交流电法主要有瞬变电磁、地质雷达、磁偶源、坑道透视等；天然电磁法天然电磁法天然电磁主要有天然场和电磁辐射等。天然电磁主要有天然场和电磁辐射等。1.电法勘探原理电法勘探原理瞬变电磁法，瞬变电磁法，TEMv 瞬变电磁法的基本原理是：瞬变电磁法的基本原理是：利用不接地回线或接地线源向地下发送一利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇时间内，次脉冲磁场，在一次脉冲磁场的间歇时间内，用线圈或接地电极观测二次涡流场的方法，用线圈或接地电极观测二
38、次涡流场的方法，以取得地质构造数据。以取得地质构造数据。v 随着电子技术特别是计算机技术的发展，国内外研随着电子技术特别是计算机技术的发展，国内外研制的瞬变电磁法勘探仪器不断涌现。如制的瞬变电磁法勘探仪器不断涌现。如:MSD-1 MSD-1脉冲瞬变电磁仪采用高精度宽带程控脉冲瞬变电磁仪采用高精度宽带程控运算放大器、高速十六位模数转换器、高速双口运算放大器、高速十六位模数转换器、高速双口随机存储器等器件，并利用双极性同步采样、对随机存储器等器件，并利用双极性同步采样、对工频相干采样、弱信号多点平均、信号累加、瞬工频相干采样、弱信号多点平均、信号累加、瞬态干扰赐除等多种数据处理方法，获取较好的勘态
39、干扰赐除等多种数据处理方法，获取较好的勘探数据。探数据。矿井地质雷达矿井地质雷达v 国内使用的矿井地质雷达主要由重庆分院开发，其研制的国内使用的矿井地质雷达主要由重庆分院开发，其研制的KDL-3KDL-3型矿型矿井地质雷达系统在技术上已达到国际先进水平，具有微机控制、数据采集、井地质雷达系统在技术上已达到国际先进水平，具有微机控制、数据采集、存贮及信息处理、自动成图等功能。分辨率较高，探测距离可达存贮及信息处理、自动成图等功能。分辨率较高，探测距离可达606070m70m。矿井地质雷达系统包括发射天线和发射机、接收天线和接收机，以及控件矿井地质雷达系统包括发射天线和发射机、接收天线和接收机，以
40、及控件部分。发射机通过发射天线对准探测地质目标定向发射高频窄脉冲电磁波，部分。发射机通过发射天线对准探测地质目标定向发射高频窄脉冲电磁波，电磁波的传播速度和衷减率取决于岩石的介电性和导电性，且对岩石类型电磁波的传播速度和衷减率取决于岩石的介电性和导电性，且对岩石类型的变化与裂隙含水性非常敏感，在传播过程中，一旦遇到岩石导电特性变的变化与裂隙含水性非常敏感，在传播过程中，一旦遇到岩石导电特性变化，就可能使部分透射波反射，反射信号或透射信号通过接收天线被接收化，就可能使部分透射波反射，反射信号或透射信号通过接收天线被接收机所检测，从而探测地质异常体的性质、位置和大小。机所检测，从而探测地质异常体的
41、性质、位置和大小。v 主要用于探测落差大于主要用于探测落差大于lmlm的小断层、煤层位置与厚度、厚煤层开层的小断层、煤层位置与厚度、厚煤层开层后的剩余厚度、导水裂隙带和灰岩岩溶发育带的位置、隔水层厚度、瓦斯后的剩余厚度、导水裂隙带和灰岩岩溶发育带的位置、隔水层厚度、瓦斯异常带等。异常带等。无线电波透视法（俗称坑透法）无线电波透视法（俗称坑透法）v 无线电波透视法无线电波透视法:是向地下地质体发射高频无线电波，通过观测是向地下地质体发射高频无线电波，通过观测电磁波在传播过程中场强的衰减情况，以确定地质电磁波在传播过程中场强的衰减情况，以确定地质异常体的位置。异常体的位置。v 通常情况下，煤层和顶
42、底板岩石对高频电磁波的吸收作用是不同的。通常情况下，煤层和顶底板岩石对高频电磁波的吸收作用是不同的。低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用小，因而接收的信号（即场强）较低电导率的岩石对电磁波能量吸收作用小，因而接收的信号（即场强）较强，而煤层吸收作用大，接收的信号弱。断层破碎带、陷落柱等则会使电强，而煤层吸收作用大，接收的信号弱。断层破碎带、陷落柱等则会使电磁波产生反射、折射和吸收，属低电阻体（高电导率）。坑透法在两条巷磁波产生反射、折射和吸收，属低电阻体（高电导率）。坑透法在两条巷道（回风顺槽和运输顺槽）之间进行，通常把发射机放在所探测采煤工作道（回风顺槽和运输顺槽）之间进行，通常把发射机放在所
43、探测采煤工作面的运输顺槽内，向被探测地质体发射无线电波，接收机放在回风顺槽内，面的运输顺槽内，向被探测地质体发射无线电波，接收机放在回风顺槽内，接收透过被探测地质体的电磁波信号，当有低电阻的异常体时，在相应的接收透过被探测地质体的电磁波信号，当有低电阻的异常体时，在相应的接收点处能观测到无线电波场强的明显衰减通过改变发射点或接收点位接收点处能观测到无线电波场强的明显衰减通过改变发射点或接收点位置多次观测，即可确定地质异常体的位置和形态。置多次观测，即可确定地质异常体的位置和形态。v 直流电法属全空间电法勘探。它以岩石的电性差异为基础，电流直流电法属全空间电法勘探。它以岩石的电性差异为基础，电流
44、通过布置在隧道内的供电电极在隧道周围岩层中建立起全空间稳通过布置在隧道内的供电电极在隧道周围岩层中建立起全空间稳定电场。定电场。v 直流电法超前物探主要是根据视电阻率的大小来判断工作面前方直流电法超前物探主要是根据视电阻率的大小来判断工作面前方的含水构造与地质构造，因此，探测前提是探测目标有明显的电的含水构造与地质构造，因此，探测前提是探测目标有明显的电性差异，利用探测目标电性参数的差异来分辨目标体，如：探测性差异，利用探测目标电性参数的差异来分辨目标体，如：探测目标为岩层、洞穴、金属矿、水体还是构造等。目标为岩层、洞穴、金属矿、水体还是构造等。直流电法直流电法1.直流电法超前预报技术的技术关
45、键直流电法超前预报技术的技术关键v 视电阻率是直流电法超前物探的关键因素之一，影视电阻率是直流电法超前物探的关键因素之一，影响视电阻率的因素主要有：响视电阻率的因素主要有：组成岩石的矿物成分，主要与组成岩石的矿组成岩石的矿物成分，主要与组成岩石的矿物颗粒的结构状态、湿度（含水量）、温度物颗粒的结构状态、湿度（含水量）、温度有关。有关。岩石中水溶液的分布状态。岩石中水溶液的分布状态。岩层中水溶液的电阻率大小。岩层中水溶液的电阻率大小。与含水孔隙度有明显关系。与含水孔隙度有明显关系。与岩石的裂隙率，岩溶发育程度有较大关系。与岩石的裂隙率，岩溶发育程度有较大关系。2.直流电法超前预报技术的几个技术关
46、键：直流电法超前预报技术的几个技术关键：直流电法探测的干扰主要来自直流电法探测的干扰主要来自5 5个方面的影响：个方面的影响：v探测地点存在铁轨、工字钢、扒矸机等金属干扰物探测地点存在铁轨、工字钢、扒矸机等金属干扰物和水沟等连续状低阻体。和水沟等连续状低阻体。v巷道底板干湿不匀，局部地区存在积水段。巷道底板干湿不匀，局部地区存在积水段。v巷道底板过分干燥引起的接地电阻过大。巷道底板过分干燥引起的接地电阻过大。v线路漏电。线路漏电。巷道弯曲。巷道弯曲。2.直流电法超前预报技术的几个技术关键：直流电法超前预报技术的几个技术关键：理论上，只要巷道较长，探测时两极足够远，就理论上，只要巷道较长，探测时
47、两极足够远，就能达到足够大的探测距离。多年的探测实践表明，因能达到足够大的探测距离。多年的探测实践表明，因全空间和体积效应等问题，直流电法有效探测距离一全空间和体积效应等问题，直流电法有效探测距离一般不超过般不超过100m。2.直流电法超前预报技术的几个技术关键：直流电法超前预报技术的几个技术关键：直流电超前探测法可以超前查获掘进作面前方空洞、断层、直流电超前探测法可以超前查获掘进作面前方空洞、断层、富水区等地质异常区，为掘进工作面探放水工作提供了准确的富水区等地质异常区，为掘进工作面探放水工作提供了准确的技术依据，有效地预防了掘进工作面突水事故的发生。技术依据，有效地预防了掘进工作面突水事故
48、的发生。（三）物探预测预报技术路线（三）物探预测预报技术路线 综合分析上述几种物探技术，结合各种物探技术在国内外应综合分析上述几种物探技术，结合各种物探技术在国内外应用情况，其中：用情况，其中：v地震法勘探对构造、岩性等力学性质变化敏感，也地震法勘探对构造、岩性等力学性质变化敏感，也就是说地震法超前物探对构造探测比较准确；就是说地震法超前物探对构造探测比较准确；v电磁方法对含水性引起的导电性敏感，说明电磁法电磁方法对含水性引起的导电性敏感，说明电磁法超前物探对含水构造探测较为准确；超前物探对含水构造探测较为准确；1.为了提高超前物探的准确性，应采用地震法与电磁为了提高超前物探的准确性，应采用地
49、震法与电磁法相结合的物探技术，地面物探和井下钻探相结合法相结合的物探技术，地面物探和井下钻探相结合的技术路线。的技术路线。（四）直流电法水文地质预测预报应用（四）直流电法水文地质预测预报应用1.1.直流电法仪超前水文地质预测直流电法仪超前水文地质预测预报的基本原理预报的基本原理v 一个点电源一个点电源 O 在均匀介质中的电场形在均匀介质中的电场形态为球形（见图），每个球壳为一个等电态为球形（见图），每个球壳为一个等电位面，不同等电位面上位面，不同等电位面上 A、B 两点会产生两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性（电阻率）有关。用直流电法仪测导
50、电性（电阻率）有关。用直流电法仪测得得 A、B 两点的电位差，依公式可计算出两点的电位差，依公式可计算出介质的视电阻率。介质的视电阻率。点电源在均匀介质中的电场形态点电源在均匀介质中的电场形态j电流线A等电位面BCA B COv 在巷道中设在巷道中设 A、B 两极供电点，其中两极供电点，其中 B 点设在无穷远（大于测量范围点设在无穷远（大于测量范围3倍倍以上），就形成了以以上），就形成了以 A 点为中心稳定的球形电场。设点为中心稳定的球形电场。设3个不同球形电场个不同球形电场 A1、A2、A3（见图）进行测试，可以得到（见图）进行测试，可以得到3组前方相切的介质的视电阻率，经组前方相切的介质的
