矿井突水几种探测方法的研究.doc

矿井透水几种预测方法的探讨陶金辽宁工程技术大学资源与环境工程学院，辽宁省阜新市（123000）摘要；简单介绍了矿井透水的概况，总结了透水前的相关预兆，提出并分析了矿井突水的四种预测方法，即地质环境预测法,地球物理预测法，GIS预测法和同位素分析法，最后，分析比较了四种方法的优缺点。关键词：矿井；透水；现状；预测方法；中图分类号：TD7450. 引言透水是矿井五大灾害之一，矿井透水一直困扰着煤矿安全生产。自建国以来，我国煤矿透水事故屡见不鲜，近年来，随着煤炭的大量开采，开采深度的逐渐加深，水压不断增大，透水灾害更是呈现上升趋势。2010年3月的山西王家岭煤矿透水事故又给了我们深刻的教训，解决透水问题已迫在眉睫，因此，煤矿技术人员掌握好透水的预测方法对于矿井防水具有积极的引导作用。1研究概况近年来 ，随着科学技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、工艺、技术都有了极大的提高，但煤矿突水事故仍然频繁发生，特别是自2000年以来，煤矿水害事故的次数又呈现出上升的趋势。据不完全统计，20012005年，共发生各类矿井水害事故352起，死亡及失踪l733人，其中乡镇个体煤矿所发生的水害事故 ，无论在次数上还是死亡人数上，都占 80以上1，造成这一现状的原因是多方面的，有技术水平、管理制度 、安全观念 、自然条件等各方面的原因，然而当前，我国矿井透水的主要原因是技术层面因素，因此，本着“预防为主，防治在后的原则”，要想有效的做好透水的防治工作，熟练掌握透水的预测方法对安全生产具有重大的科学意义。2透水预兆2掌握一些常见的透水预兆对于预测方法的研究是极为必要的，总结如下：21 岩壁挂红：围岩水中含有铁的氧化物，在通过矿床或岩层裂隙时 ，附着在裂隙表面的暗红色水锈 。一般认为巷道接近积水区。 22 岩壁挂汗：当采掘工作面接近积水区时，积水在自身压力作用下，通过围岩裂隙缝透过岩壁，聚成水珠。 23 空气变冷：工作面接近积水区时，气温骤然下降，岩壁发凉，人一进去有阴冷的感觉，时间越长就越感觉到阴凉。但有地热问题的矿井，地下水温高，当掘进工作面接近时，温度反而升高。 24 发生雾气：当巷道内温度很高时，积水渗到岩壁后，引起蒸发而形成雾气。 25 在采掘面中，若在岩壁、岩层 内听到“吱吱”的水呼声时 ，表征因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远即将突水，这时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。 26 底板鼓起：底鼓有两种原因：一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；另一种是受矿山压力单方面作用而产生底鼓，一般不突水。当发生底鼓时，要监视底鼓的发展变化，并报告矿井调度室。经技术人员调查核实确定底鼓原因。若是前种原因，须采取紧急措施：先在底鼓地段铺设密集地梁，打木垛控制底鼓发展。在底鼓基本被控制情况下，可在底鼓地段外侧打钻孔放水泄压。 3透水的四种预测方法浅析矿井突水(透水)是指矿井在正常生产中突然发生的具有一定数量来势凶猛的涌水现象。在我国，针对矿井透水的预测已有几十年的历史，如曾提出的“突水系数法”，“三带理论法”，“双层水位理论”，基于以上，在此，笔者认为矿井透水的预测方法大致为四种，即地质环境预测法,物理预测法，GIS预测法和同位素分析法，其中，GIS预测法正得到广泛的应用。31地质环境预测法不利的地质因素是造成煤矿突水最直接的原因3 ，其中，煤层围岩的性质对于突水也有很大的影响。20世纪 60年代初，中国水文地质工作者提出“突水系数”的概念，匈牙利学者提出了“相对隔水层厚度”的概念(意义上相当于突水系数的倒数) 4。杨淑敏给出了地质环境分析，认为断裂构造是煤矿突水的主控因素，并结合大小断层提出了不同的解决方法。田立新等分析了石壕煤矿12051工作面下巷突水原因，指出突水水源为奥陶系承压岩溶裂隙水，导水通道为落差97 m的大断层，建立了断层承压岩溶突水模型，提出了矿井防治水工作建议。高琪等就结合单斜发育的沿煤岩层在不利的构造裂隙弧下，研究了车集煤2401综采工作面的突水机理与控制5。由此可见，不同的地质环境，尤其是煤层的围岩性质对突水的预测起到了重要的影响。32 地球物理预测法6（1）矿井直流电法直流电法勘预是以煤、岩层的导电性差异为基础，通过人工向地下供入稳定电流，观测大地电流场的分布规律 ，从而确定岩、矿体物性(如贫、富水区域)的分布规律或地质构造的特征。直流电法灵活，根据不同预测目的，可以采用多种工作装置形式。井下预测通常应用对称四极测深装置、三极测深装置和三点三极超前预装置。 直流电法具有理论成熟 、仪器简便、抗干扰能力强的优点，可用于预测巷道掘进工作面前方富水体范围、划分顶底板岩层贫富水区域、确定工作面回采时的易突水地段、评价工作面回采时的水害安全性等。在应用上，超前预测巷道掘进工作面前方断层。用三点三极超前预装置对某矿 一200m流水巷掘进过程连续进行跟踪式超前预测。2005年8月6日预测时，发现掘进工作面前方2O526Om段存在一个较为明显的低阻异常段 (图 1)，物预判断为断裂破碎带。布置钻机打钻预验，钻机进尺 21Om处预到断层，证实了预测结果。（2）矿井瞬变电磁法瞬变电磁法(TEM)是利用不接地 回线(大回线磁偶源)或接地线源(电偶源)向地下发送一次场，在一次场的间歇期间，测量地下介质的感应电磁场(二次场)电压随时间的变化。该二次场的大小及衰减速度与地下地质体有关 ，根据二次场衰减曲线的特征 ，就可以判断地下地质体的电性、规模、产状等。瞬变电磁技术分辨率高但易受干扰。实施预测时，应采取一定的抗干扰措施，如调高电流强度，。同时，井下巷道内应清理干净，电缆尽可能断电。发射线圈和接收线圈尽量远离金属体且附近最好无积水。总之，要尽可能创造有利的预测环境，保障预测效果。凤凰山矿95312工作面进风巷掘进过程中。地质调查得知前方可存在多年前形成的采空区，根据水文地质条件分析采空区可能存在积水，但不能确定是否确实存在采空区及采空区的准确位置。为了保证巷道掘进安区，在掘进头处利用超前预测装置进行了瞬变电磁超前预预测结果显示见图2)，掘进头前方约37m处存在大的低阻异常区，可能有采空区积水。为验证物预结果并指导工作面设计，在采取相应措施下打钻预验朝巷道正前钻预时，进尺到35 rla处出水，防水量达 2万多立方米。与预测结果相符，避免了采空水害的发生，确保了矿井的生产安全。图2横坐标为超前预测距离，纵坐标为预测角度，曲线为富水性分析指标等值线，不同色界代表视电阻率相对高低，数值越小，视电阻率越低，富水性相对也越强。33 GIS预测法地理信息系统，简称GIS，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机硬件和软件的支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理。它具有便于保护和提取信息、成本低、运算速度快以及能经行手工操作难以完成的综合、多维分析等优点。目前，GIS预测系统正广泛应用于矿井的突水方面。利用GIS预测方法，对太原东山煤矿的15号煤层开采地板突水预测预报进行了研究，并取得了很好的效果，具体实践流程如下7：34同位素分析法环境同位素在煤矿地下水及突水的研究中用途很广泛它是。通过天然水中的同位素浓度来追溯、反演地下水的形式、运移和演变机理。目前应用最多的环境同位素有2H，3H，18O，13C等核素，其中。3H具有良好的计时性和示踪特性8 。刘峰等通过华丰煤矿各含水层水样 以及四煤顶板出水样的18O，3H同位素值分析，指出该矿三采区上下部砾岩含水层连通性差，分别由不同水源补给；井下四煤顶板出水仍为砂岩水，并非注浆水下漏所致，证实了人工水化学离子示踪的成果。4.四种方法的分析比较预测方法优点缺点地质环境预测法根据各区域地质及水文地质条件得知，只对某一地区具有较高的实用性和精确度 。 应用不普遍地球物理预测法 矿井直流电法抗干扰强、理论成熟、一起简单 矿井瞬变电磁法易受环境干扰，GIS技术预测综合考虑各种地质水文条件、快速获取所需信息、实时决策、可对空间数据经行精确处理和多维分析，并能以图形报告的形式表示结果，实用性强，应用广泛。难以确定网络优化结构、实践时间长、观测工序复杂、要求严格同位素分析预测法易于分析 ，具有直观性，为了解矿区地质和水文地质条件打好基础。粗糙判断任何一种单一的预测方法都有局限性，在实际工作中，应根据据具体问题，结合实际情况尽可能采用联合预测的方法，充分发挥每一种方法的优点，从而有效地对矿井突水经行预测和防治。5结束语矿井透水是煤矿生产的常见问题，在长期的生产实践过程中，我们要仔细观察，认真分析原因及机理，熟练掌握突水的预测方法，加强研究总结，加大监督力度，力争避免或降低突水事故的发生几率，保证安全生产。参考文献1王立平.煤层底版突水机理及评价J.河南理工大学学报，2008，27（5）：514-519.2陈福恩；杨振福；蒋智超等.矿井突水预测与危险性量化评价J.渤海大学学报,2010,31(1):17-21.3谢仁海；渠天祥；钱光谟构造地质学M徐州：中国矿业大学出版社 ，19914张大顺；郑世书；孙亚军等地理信息系统技术及其在煤矿水害预测中的应用M徐州：中国矿业大学出版社，19945毛红川；刘志；邓春涛等煤矿突水预测方法预讨J.河北工业科技，2008，25（4）196-199.6吴波；黄健良；王硕.矿并突水原因及几种地球物理预测方法分析J.高效理科研究.2009.10.7石秀伟；胡耀清；张和生.基于GIS的煤层底板突水预测理论模型J.太原理工大学学报，2008（39）：244-250.8 段玉成；黑磊环境同位素研究在煤矿突水中的应用J.矿物岩石地球化学通报，1993，(2)：73-74Mine detection method of several permeableTaoJinDepartment of Resources and Environmental Engineering, Liaoning Technical University,Liaoning Fuxin (123000)AbstractA brief overview of the mine flooded, summarizes the relevant sign of pre-permeable, presents and analyzes four types of mine water inrush detection method, that the g