煤矿培训讲义——各种灾害预警系统.ppt

煤矿水害预测预警技术及其应用 华北科技学院：王经明 博士 教授 内容提要 1. 研究意义及现状 2. 煤矿水害的物理预警系统 3. 煤矿水害的化学预警系统 4. 陷落柱的形成机理研究 9．结束语 1．研究意义 我国是世界上第一产煤大国，也是世界上煤矿水害最为严重的国家。据统计，自1955年以来，全国共发生较大的煤层底板突水1282次，淹井220多次，死亡8800多人，经济损失高达300多亿元人民币。 目前煤矿的水害的特点是： ①水害死亡率上升。 ②造成的经济损失越来越大。 80年代以前淹井的损失数以千万计 80年代以后淹井数以亿计 现在淹井数以十亿计 ③受水害威胁的矿井越来越多。 老矿开采下组煤。新矿开采深度大。 水害严重的矿区除业已存在的煤矿以外，潞安、晋城、阳泉等矿区因开采的深度增大，也进入大水矿区的行列。 水害事故高发的主要原因除了管理方面的原因（地方小煤矿老塘透水）之外，就是水害的预测预报的方法不能满足现代化生产需要。 所以研究煤矿水害的预测预警很有意义 一， 煤层底板突水的预警方法 煤层底板突水的危害性——华北，华南 华北——太灰，奥灰 华南——茅口 1 研究现状 突水机理学说： 下三带说（李白英，1986） 原位破裂说（王作禹，1989） 水压应力说（王成绪，1990） 递进导升说（王经明，1993）。 标志性的研究 80年代：底板试验，例如1984年，淮南新庄孜煤矿大规模的煤层底板试验（西安）。试验内容：矿压、位移，渗透；得到了底板深部超前破坏和采矿扰动深度等重要数据。90年代初工业性试验：注水试验，矿压测试，超声波测量（西安）；90年代中期底板突水前兆监测（西安），和应用FLAC等软件模拟底板应力场和渗流场等研究工作（中国矿大），现在水害预警（西安分院，华北科技学院）。 2．煤层底板突水的形成条件 华北聚煤区：北起阴山——沈阳古陆南至秦岭——大别山古陆，东自胶东古陆，西抵贺兰山——六盘山构造带，包括：河北、山西、河南、北京、天津5省、市的全部，吉林、辽宁、内蒙古3省、区的南部，山东省的中部及西部，江苏省的西北部，安徽、陕西省的北部，甘肃、宁夏两省区的东部，横跨15省、市、区[37]，如图2－5。 含煤地层主要为上石炭统的太原组（C3t）、二叠系的山西组（ ）、下石盒子组（ ）和上石盒子组（ ）海相、陆相和海陆交互相地层。 威胁和危害华北型C－P煤炭开采的含水层主要有寒武系白云质灰岩、奥陶系灰岩、本溪组灰岩和太原组灰岩。其中赋水性最强的中奥陶统灰岩在华北聚煤区绝大多数矿区内发育。 3．承压水沿煤层底板自然导升的条件及规律 3.1 自然导升与地质构造的关系 导升是承压水沿上覆隔水层断裂向上入侵现象。 导升高度取决于地下水的水压、断层的开口性和充填性。断层的开口越好，充填性越差时，导升高度也越大。 例如，地处地垒构造带的梧桐庄煤矿，两边界为断距达250～475m的高角度活动正断层。地垒中部处于相对引张的应力状态，断层开口性好，充填性差。煤矿主、付井联络石门中揭露一断距为8m的断层，突水量最大达5000m3/h，水温41℃，水源为下伏120m、水压达6.3Mpa的奥灰水. 导升高度大的部位多发育在背斜的轴部。 岩石弱抗拉性的力学性质决定了背斜转折端处裂隙发育。这种条件决定了该部位的导升高度大。 例如，峰峰梧桐庄煤矿，四个工作面全部发生底板突水，突水部位全部为神岗——韦武背斜的转折。突水水源全部为下伏140m深的奥陶系灰岩。 3.2 自然导升与富水区的关系 承压水导升区——富水区 承压水导升区——底板薄弱区 承压水导升区——易突水区 反之亦然吗？ 奥陶系－石炭系假整合 华北地区的奥陶系和石炭、二叠系地层经历了同样的构造运动。 淮北临涣煤矿和峰峰矿区王凤煤矿在剖面和平面上的观测和探测证实。 临涣煤矿主井内导升高度的观测： 临涣煤矿地处淮北煤田的临海童矿区。 井筒进入基岩，在约265m深时揭露落差为2.8m，倾角约80o的断层Fj1，当时无水。掘进至268m时，断层带涌水约5 m3/h，270.20m时，水量增长为7.3 m3/h，277.5m时，水量猛增至290 m3/h，井筒被淹。在重新开掘到287.8m、接近厚度为7.5m的中粒砂岩含水层时再次发生突水，水量为248 m3/h。该断层的导升高度约为24.7m，由于断层的作用，砂岩的富水性很强。而付井揭露该砂岩含水层时，水量很小。 王凤煤矿所在的峰峰矿区和孙盆地东为鼓山，西为太行山，属于邯邢水文地质南单元的黑龙洞泉域。太原组大青灰岩平均厚度为4.85m，是峰峰矿区仅次于奥陶系灰岩的主要含水层。 观测方法：小青——大青灰岩之间的钻孔冲洗液连续露失。 4.承压水在煤层底板的递进导升现象