煤矿水害防治前沿技术与发展趋势课件

煤矿水害防治前沿技术及发展趋势

煤矿水害预防前沿技术

4

煤矿水害防治技术发展趋势

主要内容()

我国煤矿水害事故

煤矿水害防治技术内容

我国煤矿水害的特点

30我国煤矿水害事故4由图可知，我国2016—2020年我国共发生442起煤矿安全生产事故，

2016—

2019年事故数不断增多，分别增长了44.0%，62.8%

，

39.6%。

2019—2020年同比下降了16.4%。0.1安全事故数以及死亡人数事故发生最多的是其他事故，高达120起，然后是顶板事故、运输事故和瓦斯事故，分别有79起、

64起、

55起。其余事故一共137起。在所有事故类型中，瓦斯死亡人数极多，高达293人，比第二名的顶板事故死亡人数的2倍还多。0.2煤矿安全事故类型统计全国发生煤矿安全事故最多的省份是山西省52起，其次是陕西省43起以及第三名四川40起。在各省份煤矿安全事故死亡人数中，山西省死亡人数高达135人，接下来是陕西省114人，第三名是重庆，死亡人数103人。总体上看，事故发生多的省份死亡人数也多，因此，山西省和陕西省的形势很严峻，应该加强安全管理整治。0.3煤矿安全事故地域分布一年之中煤矿安全事故在

10月和12月居多

，

分别有142起和146起

，

其次是1月、

3月和11月

,分别有110起、

100起和114起

,

总体上看煤矿安全事故多发于秋冬季。一天中事故发生最多的时间在11时和22时

，

在白天随时间变长

，

事故发生的可能也变大

，

事故发生率最低的是每天的6时、

15时和24时

，

总体上看事故多发于中午和晚上

，

原因可能与工人的工作状态有着密切的关系。0.4煤矿安全事故时间分布20

16

-20

18年水害事故20

16

-20

18年水害事故20

16

-20

18年水害事故20

16

-20

18年水害事故20

16

-20

18年水害事故我国煤矿水害的特点1141.我国煤矿水害的特点u

煤矿水害是与瓦斯和粉尘爆炸、煤与瓦斯突出、顶板冒落、火灾并列的五大灾害之一u

尽管近年来水害事故数量及死亡人数总体呈下降趋势，但较大以上水害事故时有发生，形势依然严峻煤矿水害事故起数与死亡人数统计图

15近5年煤矿较大以上灾害事故分布情况华北石炭二叠纪煤田岩溶裂隙水水患区西藏滇西中生代煤田裂隙水水患区西北侏罗纪煤田

裂隙水水患区台湾古近纪煤田裂隙

孔隙水水患区东北侏罗纪煤田裂隙水水患区华南晚二叠世煤田岩溶水水患区1.我国煤矿水害的特点水患分区主要充水水源水患特点华北底板岩溶水老空水涌

、

突水频繁，

常影响生产或淹井，

深部下组煤受奥灰水严重威胁华南顶、底板岩溶水老空水涌

、

突水频繁，

常影响生产或淹井，

雨季突水频率高，

突水常伴有泥沙东北顶板松散层孔隙水及砂岩裂隙水、老空水部分矿井受地表水

、松散层水威胁较重，

有时造成淹井事故西北顶板砂岩裂隙水

老空水总体缺水

，少部分矿井受地表水

、老空水威胁较大藏滇西台湾煤炭储量占比较小，

水文地质条件较简单，

富水性弱，

总体水害不严重1.我国煤矿水害的特点截止目前，全国共有5684个煤矿开展了水文地质类型划分：u

极复杂型矿井59个

，

占总数的1.04%；u

复杂型矿井291个，占5.12%；u

中等型矿井3624个，占63.76%；u

简单型矿井1710个，占30.08%。1.我国煤矿水害的特点u

水文地质类型复杂、极复杂煤矿共有350个u

主要分布在：陕西、河北、新疆、山西、河南、四川、贵州、内蒙古、安徽、山东、黑龙江等地区1.我国煤矿水害的特点煤矿水害防治技术内容220水害防治技术水灾治理技术水害预防技术2.煤矿水害防治技术内容21u

应急救援u

探查测试u

快速复矿u

根治水患u

探测探查u

监测预警u

预测预报u

超前治理2.煤矿水害防治技术内容水灾治理技术水害预防技术22煤矿水害预防前沿技术323充水通道充水强度充水水源

矿井水害的威胁程度取决于

3.煤矿水害预防前沿技术充水水源

矿井水害的威胁程度取决于

3.煤矿水害预防前沿技术

常见组分矿井水

该类矿井水普遍分布于中国煤矿地区

，占调查矿井水的65.62%

，污染物质一般包括悬浮物、

COD、

石油类及少量有机污染物

，没有特殊的离子型污染物。

酸性矿井水

系指PH值小于6的矿井水

，

根据分类结果表明

，

中国部分地区矿井水呈酸性

，

酸性矿井水

（

pH值小于6

）

主要分布于鲁西、

山西、云贵等基地。水化学特征与水源标准值偏离的机理研究26重要产煤区的矿井水

PH空间分布重要产煤区的矿井水TDS空间分布

根据调查结果

，我国煤矿矿井水矿化度在45.5-22.225mg/L之间

，差异较大

，

平均值为

1905.33mg/L

，

其中TDS在1000到2000的矿井水占比28.5%

，

TDS在2000到4000的占比18.3%

，TDS

大于

4000

的

占

比10.2%。

主要分布在两淮、鲁西、山西、蒙东、河南、宁东以及新疆基地。水化学特征与水源标准值偏离的机理研究

高矿化度矿井水（TDS大于1000mg/L）27

根据调查

，我国高硫酸盐地区主要集中在新疆哈密矿区、宁夏积家井矿区

、福建永安矿区、

山西大同矿区、两淮及鲁西基地；其中

，鲁西基地

，高硫酸盐矿井水在除了龙口矿区之外

，其他矿区皆有分布。水化学特征与水源标准值偏离的机理研究重要产煤区的矿井水

SO42

-空间分布

高硫酸盐矿井水（TDS大于1000mg/L）28

高氟矿井水（平均值一般为1.16mg/L）

根据调查

，矿井水氟化物含量较高的地区主要集中在两淮地区、

山西晋城地区以及内蒙部分地区；在鲁西基地的调查数据中

，有

7个矿属高氟矿井水

，

巨野煤田

尤为显著。水化学特征与水源标准值偏离的机理研究重要产煤区的矿井水

F空间分布29

含特殊组分矿井水（有毒有害物质超标）

根据调查

，高铁锰矿井水主要集中在蒙东地区和云贵地区

；在山西西山、大同矿区、河南鹤壁矿区、

山东肥城矿区、宁夏石嘴山矿、湖南金竹山矿以及福建永安煤矿中

，矿井水的铁锰含量也超标。水化学特征与水源标准值偏离的机理研究重要产煤区的矿井水

Mn空间分布重要产煤区的矿井水

Fe空间分布30

水质全分析

同位素分析

有机物分析

连通试验

突水水源快速识别系统3.煤矿水害预防前沿技术2）水患探测探查技术（3）化探技术矿井充水水源快速识别仪车载离子色谱仪

31车载移动水化学实验室基于随机森林的淋水水源识别

技术路线

位置取样水源编号井下水样-630m东部龙凤井田积水水样1-280m西部第三含水层水样2-680m老虎台55006工作面淋水水样3-580m井下水泵房龙凤井田积水水样455006工作面东部水体样本5地表水样老虎台矿西南泵站水样6绿色页岩层水样7第四系含水层水样8基于随机森林的淋水水源识别水样采集基于随机森林的淋水水源识别

水样采集单水样：

8类，每类制备10份水样混合水样：

7、

8水样混合，按照1:9~9:1的比例，每个比例制备10份水样。基于随机森林的淋水水源识别采用美国哈希（HACH）公司研发的DR-3900型分光光度计进行光谱数据测量。该仪器拥有较好的准双光束光学系统，

可进行自动波长校准，且存储数据方便，易于使用。测量波长：

320-1100nm扫描区间：1nm基于随机森林的淋水水源识别水样光谱测量检测物试剂检测波长硫化物亚甲基蓝665nm六价铬二苯碳酰二肼540nm氟离子氟试剂、硝酸镧600nm氨氮碘化汞、碘化钾697nm氰化物异烟酸600nm镍丁二酮肟530nm汞双硫腙485nm镉双硫腙518nm磷酸盐钼酸铵700nm二价铁邻二氮菲530nm铜离子二乙基二硫代氨基甲酸钠530nm锌双硫腙500nm锰甲醛肟450nm铅双硫腙510nm砷二乙基二硫代氨基甲酸银530nm铁邻菲哆啉510nm银3

，5-Br2-PADAP570nm硼黄姜素540nm钴5-氯-2-(吡啶偶氮)-1，3二氨基苯570nm氯N，N-二乙基-1

，4-苯二胺515nm磷钼酸铵700nm苯胺类N-(1-萘基)乙二胺偶氮545nm硫酸盐铬酸钡420nm涌（突）水点的多元级次水源快速判别方法（3）、建立基于分光光度法的矿井水质检测方法----以铬离子为例各检测物所需试剂及光波长

构建基于分光光度法铬离子检测物方法体系

构建过滤方法体系37

低色度的矿井水过滤装置

被检测物质标准曲线

基于随机森林的淋水水源识别

全测量波段图像（单水样）

基于随机森林的淋水水源识别

全测量波段图像（混合水样）

基于随机森林的淋水水源识别

800-

1100nm特征波段图像（单水样）

基于随机森林的淋水水源识别800-

1100nm特征波段图像（混合水样）

基于随机森林的淋水水源识别

水样光谱测量平滑去噪——Savitzky-Golay卷积平滑法基于随机森林的淋水水源识别数据增强——min-max标准化散射校正——MSC多元散射校正基线校正——二阶微分光谱数据预处理淋水水源识别随机森林算法（Random

Forest）通过不断有放回地从训练集中取出若干训练样本进行训练，得到多个子判别模型（决策树）；对于未知的待判别数据，算法会将其依次放入训练生成的子判别模型中，使每个判别模型生成各自的判别结果，最后认定最多的判别结果作为最后的判别类型。基于随机森林的淋水水源识别

待判别样本各自判别汇总统计判别结果决策树1决策树2决策树3······训练验证训练样本次数验证集准确率(%)预测的水样类型概率(%)总计

(%)12456781:92:83:74:65:56:47:38:29:1195.248.0015.0070.001.002.004.00100.00295.2410.0025.0045.005.007.002.006.00100.003100.0075.003.002.005.006.009.00100.00495.246.0040.0045.009.00100.00590.4815.0040.0040.005.00100.00695.248.0015.0070.004.003.00100.007100.0015.0080.005.00100.00885.7150.0050.00100.00985.7180.0020.00100.0010100.0015.0010.0070.0015.005.00100.0011100.0010.0085.005.00100.001295.248.0085.007.00100.001395.2415.0015.0070.00100.0014100.0020.0070.0010.00100.001585.7185.0015.00100.00平均94.6074.50

基于随机森林的淋水水源识别

判别结果分析

充水通道

矿井水害的威胁程度取决于

3.煤矿水害预防前沿技术根据不同地层的物性差异，探测地层厚度变化

及地质构造等。u

常规三维地震u

高密度全数字三维地震u

槽波u

瑞利波u

微震u

……根据不同介质的电阻率差异，探查地层富水性。u

瞬变电磁法u

直流电法u

高密度电法u

音频电透视u

坑透u

……（1）物探技术常用的煤矿物探技术包括弹性波技术和电磁波技术两大类。3.煤矿水害预防前沿技术2）水患探测探查技术弹性波技术电磁波技术475mx10m,48次叠加(模拟检波器)奥灰顶界面无法识别5mx5m,

64次叠加(数字检波器)奥灰顶界面清晰可见高密度全数字三维地震技术

高覆盖次数、小面元采集

、面元属性均匀

数字记录、数字传输

提高弱反射层的成像精度

拓宽目的层反射波频带及

提高主频

提高地震资料的信噪比3.煤矿水害预防前沿技术2）水患探测探查技术（1）物探技术煤厚变薄回风巷道巷道运输

断层刘桥一矿417带赵庄5312陷落柱层3.透射槽波探测：工作面形成后，探测工作面内部透射距离600m2.反射槽波探测：巷道形成后，探测巷道侧帮内部探测深度300m回风巷道断层1.巷道超前探测：巷道掘进过程中，

探测迎头前方构造探测距离200m（1）物探技术槽波探测新技术：1)槽波设备：集中式

节点式2)数据类型：XY分量Z分量3)透射方法：速度成像能量成像4)反射方法：同相叠加绕射偏移回风巷道高家堡41103工作面3.煤矿水害预防前沿技术

2）水患探测探查技术阳煤二矿81101回风巷道煤厚变薄带

葫芦断层素21102n

采用音频发射、等频接收技术，抗干扰能力强，透视距离为400m左右n

多频点、多方位探测技术，实现了工作面顶底板100m深度范围内水害隐患精细探测u发射电流70mAu接收灵敏度

1

μVu防爆类型本安型

Ex

iblMb音频电透视仪

唐家会煤矿62103工作面陷落柱探测结果3.煤矿水害预防前沿技术2）水患探测探查技术三维音频电透视法（1）物探技术u四档变频（15-120Hz）陷落柱体u

地面发射，孔中接收u

可探查钻孔周围30~50m范围内含水异常体u

信号衰减小u

抗干扰能力强u

空间定位准（1）物探技术地-孔瞬变电磁法3.煤矿水害预防前沿技术1）水患探测探查技术3.煤矿水害预防新技术与新装备

2）水患探测探查技术（2）钻探技术近水平定向钻探技术(探水、注浆)地面大口径钻探技术（救援）

大角度

高转速

钻进距离长

孔口防喷、夹持装置

钻孔开孔定位仪3.煤矿水害预防前沿技术ZDY15000LD型煤矿用履带式

开孔定位仪1）水患探测探查技术ZDY3500JD型煤矿用胶轮式（2）钻探技术ZDY1300型坑道钻机探放水钻机钻探、水文资料

验证异常提供已知物性资料井下物探贴近目标进一步精细探测地地-井-巷联合精细探查技术巷3.煤矿水害预防前沿技术

1）煤矿水害勘察隐蔽致灾因素精细探查技术地面物探无损探测圈定异常部位井解释小断层解释小陷落柱隐蔽致灾因素精细探测技术------全数字高密度三维地震3.煤矿水害预防新技术与新装备1）煤矿水害勘察解释采空区3.煤矿水害预防前沿技术1）煤矿水害勘察隐蔽致灾因素精细探测技术------三维可视化临汾某矿采空区探测瞬变电磁数据三维可视化解释系统界面3.煤矿水害预防前沿技术

1）煤矿水害勘察常规解释漏解陷落柱进行属性解释示意图隐蔽致灾因素精细探测技术------地震属性解释3.煤矿水害预防前沿技术

1）煤矿水害勘察简易水文观测——冲洗液漏失量隐蔽致灾因素精细探测技术导水裂缝带高度探测技术474-481m段

689-697m段井中电视超声波成像裂隙

3.煤矿水害预防前沿技术

钻孔电视成像超前探测技术

钻孔岩芯二维平面图钻孔岩芯三维立体图全自动高清钻孔电视成像地质编录效果图

3.煤矿水害预防前沿技术

钻孔电视成像超前探测技术

全自动高清钻孔电视成像地质编录效果图钻孔电视成像超前探测技术能解决的问题：传统的钻探取芯虽然可以获得地层的岩石芯样并能做进一步的试验分析，但是钻孔取芯有以下不足：①费时,取芯需专门的钻具，影响钻探进度，无法做到100%的钻孔取芯率，而且成本较高

;②岩样从钻孔内取出后，岩芯将失去其原位、原状的信息，同时失去岩样在钻孔中的构造

、断裂和产状等数据；③钻孔取芯不连续，无法根据岩芯判断钻孔轨迹的变化；④对钻孔内的裂隙、岩脉和溶洞发育等情况无法形象感知等等。因巷道超前钻探遇到软岩地层及断层破碎段时无法实现取岩芯，而作为地质技术人员更需要了解此段的地质情况对巷道开挖的安全；而采用钻孔电视成像超前探测技术可以弥补因钻孔取芯不足带来无法进行地质编录的问题。钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔电视成像超前探测技术随钻钻孔电磁波层析成像超前探测方法将探测探头置于探测钻杆中，并随钻机一起钻进，探测探头根据钻杆的工作状态自动探测，通过发射接收不同频率的一组电磁波来完成探测钻孔周围不同半径的岩层地质的地层情况，当钻孔完成并在探测探头退出钻孔后，探测探头的数据自动传输到现场主机，并自动计算分析生成整个钻孔深度的钻孔周围的不同半径的视电阻率图谱，根据视电阻率图谱可以判定以钻孔轴线为中心圆柱体空间内的地质特征

,分析判定地层是否存在含水体或含水地质构造等。钻物探一体化构造精细探测技术--随钻钻孔电磁波超前探测技术其主要技术指标如下：①

随钻钻孔探测深度：50~300米；②

探测钻孔周围围岩半径：0~30米；③

探头适用钻杆：50~70mm；④

探头的电池工作时间：大于30小时；⑤

探测数据自动分析程度：达到80%；⑥

防爆型式：矿用本质安全型。设备研制：设备包括随钻探测探头、随钻探测钻杆、现场主机以及主机的嵌入式软件和数据分析软件的研发。三、

钻物探一体化构造精细探测技术介绍

--随钻钻孔电磁波超前探测技术随钻探测探头探测仪主机随钻钻杆探测示意视频技术优点（1）非接触式的探测；（2）克服塌孔因素；克服了目前钻孔探水仪因钻孔塌孔而

不能探测的问题。（3）克服人为因素；测试结果与测试人员素质水平无关。（4）节省时间和成本，提高工作效益；在现有的钻机基础上,钻机无需改造就可以进行探测。钻物探一体化构造精细探测技术--随钻钻孔电磁波超前探测技术成果的主要创新点：创新点一：实现随钻探测功能利用探测探头安装于钻孔钻机的钻头和钻杆之间，随着钻孔的钻进，探测探头可以自动发射高低不同频率的一组电磁波来探测钻孔周围不同半径距离的岩层地质特征

,判断钻孔周围一定范围内有无含水体等有害地质体；探测范围大，信息多，且相邻测点的测试结果可以相互验证，准确可靠。创新点二：随钻探测解决了因钻孔坍塌而不能探测的问题，使超前探测无盲区、无死角。钻物探一体化构造精细探测技术--随钻钻孔电磁波超前探测技术成果的主要创新点：创新点三：

采用不同频率的一组电磁波发射接收，同时又避开了巷道的各种金属物质的干扰；因此，利用各频率探测信号的相关分析可以提高微弱信号的识别和

处理能力，这样可确保探测结果可靠。创新点四：实现了钻探和物探有机的结合，提高了物探的探测精度，扩大了钻孔的探测范围，同时又减少了钻探的钻孔数量。钻物探一体化构造精细探测技术--随钻钻孔电磁波超前探测技术钻物探一体化构造精细探测技术--随钻钻孔电磁波超前探测技术主要取得的知识产权成果美国发明专利证中国发明专利证软件著作权证鉴定意见实际煤矿应用：晋能控股集团塔山、燕子山等十几个煤矿开展随钻钻孔电磁波探测试验和试用。钻物探一体化构造精细探测技术--随钻钻孔电磁波超前探测技术燕子山煤矿探测结果图塔山煤矿探测结果图钻孔雷达是一种井中物探，它是向钻孔周围岩层发射高频电磁波，利用电磁波在钻孔周围岩层中的传播特性来获取地层信息，它具有较高的分辨率和全方位的探测能力。钻物探一体化构造精细探测技术介绍

--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达探测专利钻孔雷达设备图为什么要研究钻孔雷达探测技术:地质雷达是目前工程地球物理方法中分辨率最高的探测方法之一,由于地质雷达发射较高频率的电磁波信号至使探测分辨率较高，但它的探测深度就受到较大限制，一般都在10~20m之内。同时在隧道掘进迎头面进行地质雷达探测时易受隧道中的金属构件、机电设备、机具、电线等产生的严重干扰；因此，地质雷达一直在隧道超前探测技术中不是主要方法。钻孔雷达是在钻孔中对四周进行探测，而钻孔孔内周围围岩单一，没有掘进机、锚杆支护等各种金属设施的干扰，这样，钻孔雷达的探测准确性好，分辨率高；探测范围是以钻孔为中心、以10~20米为半径、以钻孔深度为高度的圆柱体，能很好的满足巷道地质超前探测的要求；同时也很好的解决了地质雷达探测深度不够的问题。因此，利用巷道掘进面迎头的一个钻孔就可以实现巷道地质超前三维精细探测问题。钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔雷达超前探测技术钻物探一体化构造精细探测技术介绍

--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达探测成像原理示意图钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达在某巷道原始数据图（红线是巷道2的探测效果，黑方框是避难洞的探测效果图，绿线是巷道1孔口的影响反应）钻孔雷达在某巷道试验模型图（在巷道1的一边墙体上钻一钻孔，检验巷道2和避难洞的探测效果）钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达某煤矿实地模型试验：钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达巷道超前探测效果:某煤矿巷道超前探测效果图重庆能源集团某煤矿钻孔雷达超前探测图在钻孔12.6米(深度7.91米)至25.0米(深度5.1米)有较强反射，是断层反应，抽采较大瓦斯。钻物探一体化构造精细探测技术介绍

--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达巷道超前探测效果

:探测断层效果钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔雷达超前探测技术重庆能源集团某煤矿巷道钻孔雷达超前探测图钻孔雷达巷道超前探测效果巷道前方地质较完整的探测效果:钻物探一体化构造精细探测技术介绍

--钻孔雷达超前探测技术钻孔雷达巷道超前探测效果贵州某磷矿巷道超前探测图破碎严重并含水体岩体较破碎:A钻孔雷达巷道超前探测效果：

山西晋煤集团某煤矿巷道超前探测图钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔雷达超前探测技术巷道前方有含水体的探测效果钻孔物探一体化超前探测技术的优点：1、通过钻探与钻孔雷达、随钻钻孔电磁波探测技术的结合，利用钻孔雷达和随钻钻孔电磁波的探测范围可以扩大钻探的探测范围，克服了钻孔探测“一孔之见”的局限性；2、通过钻孔将迎头面远距离的物探探测技术演变为钻孔孔中的近距离探测技术，可以提高雷达和电磁波探测的距离和分辨精度；3、钻孔雷达、随钻孔电磁波探测是以钻孔周围单一围岩作为探测对象，围岩物性差异相对稳定，探测对象的物性差异明显，可以极大地提高探测的准确性和探测精度；4、与钻孔电视成像超前探测技术的结合，利用一个钻孔就可以实现巷道超前地质编录和物探的最佳结合的综合探测预报方法，形成巷道地质超前三维精细综合探测预报技术。钻物探一体化构造精细探测技术--钻孔物探一体化超前探测技术1#

、3#异常区在

150测线视电阻断面图及

7600地质剖面上的投影（摘自《老虎台矿

55006工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）成果报告》)电性富水性重新解译2#异常区在

325测线视电阻断面图及

7800地质剖面上的投影（摘自《老虎台矿

55006工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）成果报告》)电性富水性重新解译4#异常区在

225测线视电阻断面图及

7800地质剖面上的投影（摘自《老虎台矿

55006工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）成果报告》)电性富水性重新解译5#异常区在

400

测线视电阻断面图及

8000地质剖面上的投影(摘自《老虎台矿55006工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）成果报告》）电性富水性重新解译6#异常区在

0测线视电阻断面图及

7400地质剖面上的投影（摘自《老虎台矿

55006工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）成果报告》）电性富水性重新解译4#：X坐标范围：

579912.6~580040.1Y坐标最大值：4636510.2视电阻率范围：

3Ω·m~5Ω·m竖直标高：

-90m~-350m5#：X坐标范围：

580040.1~580180.1+Y坐标最大值：4636458.9视电阻率范围：2.5Ω·m~6Ω·m竖直标高：

-125m~-350m6#：X坐标最大值：

579873.7Y坐标最大值：4636407.1视电阻率范围：

1Ω·m~5Ω·m竖直标高：

-225m~-330m1#：X坐标范围：

579741.4~579965.4Y坐标最小值：4636564.7视电阻率范围：2.5Ω·m~6Ω·m竖直标高：0m~-390m2#：X坐标范围：

579965.4~580103.9Y坐标最小值：4636572.4视电阻率范围：

3.5Ω·m~4Ω·m竖直标高：

-120m~-300m3#：X坐标范围：

579772.6~579912.6Y坐标最大值：4636429.3视电阻率范围：2Ω·m~6Ω·m竖直标高：

-120m~-300m图

1-655006工作面标高-200m

的视电阻率等值线平面图）含水层相对富水区段统计西露天组（E23x）绿色页岩1#：X坐标最大值：

579928.8Y坐标最小值：4636634.7视电阻率范围：

1

Ω·m~6Ω·m竖直标高：-390m~煤层4#：X坐标范围：

579962.6~579975

Y坐标范围：4636369.8~4636389.3视电阻率范围：

4Ω·m~5

Ω·m竖直标高：-350m~煤层6#：X坐标最大值：

579795.4Y坐标最大值：4636424.9视电阻率范围：

1Ω·m~5

Ω·m竖直标高：-500m~-330m含水层相对富水区段统计计军屯组（E22j）油母页岩层图

1-8

55006

工作面标高-400m

的视电阻率等值线平面图（摘自《老虎台矿

55006

工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）

成果报告》）图

1-9

55006

工作面标高-500m的视电阻率等值线平面图（摘自《老虎台矿

55006

工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）

成果报告》）图

1-10

55006工作面标高-540m

的视电阻率等值线平面图（摘自《老虎台矿

55006

工作面补充覆岩富水性探测（井上、下）

成果报告》）测井资料分析推断地层含义地质构造对煤层的展布具有重要的影响，

断层会造成煤层的重复或缺失，

在煤田地质勘查过程中，

由于植被、第四系土壤預盖等因素使得通过地表填图判实断层困难大

，钻探取芯常受取芯采取率、钻进时对岩心机械破坏等影响

，造成判实断层难度大。

而地球物理测井曲线过记录各种物性参数在钻孔中随深度的变化情况

，从而真实反应地层信息。其具有形象、直观、准确度高的特点。在生产生活中

，煤矿开采、

掘进过程，

小断层、

小构造往往是冒顶、

突水、

瓦斯突出等灾难事故的主要诱发因素。

因此小构造、小断层的精确探测解释对于煤矿的开采具有重大的意义。测井曲线预测断层

构造煤的响应特征煤层受到构造应力破坏后

，致使构造软煤分层的裂隙增多

，孔隙度和水分含量增大，离子导电性增强

，导致构造软煤的电阻率降低

，视电阻率测井曲线表现为明显的低幅值

，并且会出现分叉现象或者锯齿状形态，

因此视电阻率曲线是构造软煤定性和定厚的主要曲线。

由于构造煤煤体结构破坏

，煤的密度减小

，散射的伽马射线增多

，其强度就增大，

因此

，构造软煤比硬煤具有较大的人工伽马值。

受构造影响的砂质泥岩的测井响应特征由于受构造影响

，砂质泥岩的岩体结构造成破坏

，裂隙增加，

主要表现为视电阻率的减小

，视电阻率测井曲线形态呈现低幅值

，接近于纯泥岩的幅值

，并且呈现出微齿状。测井曲线预测断层测井曲线预测断层

测井资料选取合适钻孔测井曲线预测断层

u测井资料选取合适钻孔测井预测断层与电性剖面对比740测井预测断层与电性剖面对比图地电场动态监测地电场动态监测孔巷微震动态监测（1）基于电震一体化的采动覆岩破坏动态监测技术。利用钻孔、巷道构建三维观测系统

，计算三维空间内各检波点震相理论到时与观测到时之差

，确定震源（煤层顶板的剪切断裂）位置

，动态评价工作面的水文地质条件及防治水技术。背景值n

突水危险源动态辨识2#孔1#孔u2#监测站，整体上获得了覆岩破坏动态过程；

垮落带高度最大高度为25m；导水裂隙带最大高度为49.7m。l工作面距离孔口300m到回采至30m，工期43天，采集有效数据86组。（1）基于电震一体化技术的采动覆岩破坏动态监测技术n

地电场动态监测全过程

获得工作面顶板导水通道形成与动态发育规律n

突水危险源动态辨识1#孔（1）基于电震一体化技术的采动覆岩破坏动态监测技术工作面距离孔口338m到回采至孔口28m

，工期50天，采集有效数据11896组。u孔巷微震监测具有连续性，可以完整的监测工作面回采过程中的垮落带、导水裂隙带等导水通道的发育形态与动态演化过程。n

突水危险源动态辨识

孔巷微震动态监测充水强度矿井水害的威胁程度取决于

3.煤矿水害预防前沿技术三图-双预测法顶板含水层富水性分区图顶板冒落安全性分区图矿井突涌水危险性分区图天然条件下的矿井涌水量预测人为改造条件下的涌水量预测3.煤矿水害预防前沿技术

评价技术定量评价预测技术富水性C1水压C2有效隔水层厚度C3古风化壳厚度C4断层与褶皱轴的分布C5断层与褶皱交点、端点分布C6断层规模指数C7矿压破坏带下脆性岩厚度C8C层含水层B1隔水层B2构造B3矿压破坏带B4原始导升带B5B层3.煤矿水害预防前沿技术

1）煤矿水害勘察

含水层脆弱性评价A1定量评价预测技术A层奥灰含水层水压分布专题图奥灰含水层富水性专题图构造线密度分布专题图断层规模指数专题图矿压破坏带下脆性岩厚度专题图有效隔水层等效厚度专题图奥灰弱透水层厚度专题图奥灰古风化壳等效厚度专题图3.煤矿水害预防前沿技术

1）煤矿水害勘察定量评价预测技术基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟UDEC原始地层模型图基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟初始应力平衡初始最大应力平衡图基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖12m（由西往东）开挖应力分析工作面开挖500m应力分布图工作面开挖50m应力分布图基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖12m（由西往东）开挖塑性区分析工作面开挖150m塑性图基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖12m（由西往东）开挖塑性区分析工作面开挖250m塑性图基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖12m（由西往东）开挖塑性区分析工作面开挖500m塑性图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖100m效果图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖200m效果图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖300m效果图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖400m效果图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖500m效果图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖100m位移分布图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖200m位移分布图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖300m位移分布图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖400m位移分布图工作面开挖12m（由西往东）开挖顶板垂向位移分析基于FLAC3D与UDEC2D的巨厚煤层破坏规律模拟工作面开挖500m位移分布图55006工作面水害分析及安全论证55006#工作面水害情况分析工作面推进150m塑性图老虎台井田E7800地质剖面图开挖3m裂隙带发育分布图55006工作面水害分析及安全论证55006#工作面水害情况分析老虎台井田E8000地质剖面图开挖3m裂隙带发育分布图55006工作面水害分析及安全论证55006#工作面水害情况分析根据《建筑物、水体铁路及主要井巷煤柱留设与压开采规范》（2017），煤层顶板为软弱地层，导水裂隙带最大高度

=100*3/（3.1*3+6）+4=23m，与数值模拟结果接近，表明导水裂隙带高度不会发育到第二含水层，在没有断层影响下，是安全的。55006工作面水害分析及安全论证（1）水情监测u

水情监测指标（水位/水压、流量、水温、水质）3.煤矿水害预防前沿技术

3）监测预警技术3.煤矿水害预防前沿技术（2）地下水分层监测系统3）监测预警技术地下水分层监测孔常规水文监测孔

根据水位及涌水量自动启、停水泵，自动实现水泵的轮换工作

具有自动控制、远程手动控制及井下泵房现场控制三大控制模式3.煤矿水害预防前沿技术

3）监测预警技术1#水泵2#水泵3#水泵4#水泵（3）自动排水监控系统正负压传感器

浮球开关

Q水位传感器PT100管道流量传感器17路电动闸阀信号（非安）

电动闸阀反馈信号（本安）操作台1～5#操作箱Internet外网共享

光端机（井下）17路电动球阀信号（非安）RS485和以太网PLC控制箱地面监控中心站主机RS485/CAN光端机（地面）5#水泵数据库服务器WEB服务器矿内局域网地面地面井下井下RS485打印机用户用户用户用户……t53.煤矿水害预防前沿技术应用：冀中能源集团葛泉煤矿监测岩层变形、水压、水温的指标变化-监测水源是否导升监测岩石破裂过程-监测导水通道是否已形成（4）底板水害监测预警监测富水性变化-监测是否已出现富水异常3）监测预警技术底板水害监测预警系统光纤传感器系统(应变、水温、水压)连续电法系统-60-70-80-90-60-70-80-90微震系统t1t2t3t4GPS卫星井下孔中传感器（5）微震监测u

顶板导水裂隙带u

底板破坏带u

断层活化过程u

…………巷道传感器地面井中传感器运输巷

工作面3.煤矿水害预防前沿技术井-地-孔微震监测系统示意图

126

回风巷

3）监测预警技术交换机微震分站工作面上方地表地表传感器微震分站通讯天线地面井作效率u

排水效率高基于定向钻进工艺的老空水探放技术u

定向钻孔轨迹可控，落点较准u

定向钻孔单孔钻进距离长u

可施工分支孔u

可有效解决巷道掘进与超前探放水的冲突问题，提高了工3.煤矿水害预防前沿技术4）超前治理技术老空水老空水（2）底板水患超前治理（底板水造成经济损失最大）底板突水案例u2010年3月1日7时20分，位于内蒙古乌海市的神华集团乌海能源公司骆驼山煤矿在基建施工中发生煤层底板突水灾害。u当班井下共有作业人员77名，事故发生后经抢救有46人相继升井(其中1人经抢救无效死亡)，事故共造成32人遇难、7人受伤。3.煤矿水害预防前沿技术4）超前治理技术128特点：u

井下巷道中布置钻场u

无效孔段短，盲区小u

优先考虑该项技术应用：u

焦作矿区u

韩城矿区u

……3.煤矿水害预防新技术与新装备4）超前治理技术井下定向钻进及注浆改造（加固）底板含（隔）水层（2）底板水患超前治理地面定向钻进及注浆改造（加固）底板含（隔）水层u当治理靶区埋藏较浅或遇到

高硬度、高水压地层时，可选

择地面施工定向钻孔，注浆改

造（或加固）底板含（隔）水

层u缺点：无效孔段长、穿采空

区施工难度大应用：u邯邢矿区、淮北矿区等3.煤矿水害预防前沿技术（2）底板水患超前治理4）超前治理技术131（2）底板水患超前治理地面径向射流造孔注浆改造灰岩含水层3.煤矿水害预防前沿技术

4）超前治理技术引入径向射流造孔技术，实现径向孔注浆功能，完成导水断层注浆封堵和奥灰含水层注浆改造。互嵌式射流布孔法（3）顶板水患超前治理顶板溃水溃沙超前治理技术采用含水沙层水头疏降、沙层固结、防渗引流（过沟开采时）、加强支护等防治技术措施。沙层固结关键技术：采用密孔、超细水泥、反复强化的复合式注浆方式，能提高含水沙层固结率及覆岩整体强度。3.煤矿水害预防前沿技术4）超前治理技术浅埋煤层地表风积沙溃入灾害高压劈裂型挤密型破断之前，布设井下束状群孔，对离层水体进行精准靶向疏放。直罗组粗砂岩上分层离层水夹层泥岩直罗组粗砂岩下分层顶板泥岩煤层束状钻孔靶向探放示意图（3）顶板水患超前治理顶板离层水害超前治理技术离层水害的防控思路：分析离层空间发育的位置、充水水源、透水条件→判别致灾离层→制定防控技术措施。超前治理技术：确定离层水体最佳探放时机，即根据垮落步距在离层水体形成之后、泥岩隔水层3.煤矿水害预防前沿技术4）超前治理技术离层发育示意图（4）地表水患超前治理2007年8月17日，山东省华源矿业有限公司发生洪水淹井事故，死亡172人，与其相邻的名公煤矿也被洪水淹没，致使9名矿工遇难。3.煤矿水害预防前沿技术4）超前治理技术u

漏水河床(冲沟)铺底u

河流改道u

地面帷幕截流3.煤矿水害预防前沿技术4）超前治理技术u

封堵地面塌陷裂隙通道u

修筑排洪渠、防洪堤塌陷坑堵填方法示意图排洪沟示意图（4）地表水患超前治理135总之，地面区域治理是煤矿防治水领域一项全新的技术，技术方法可行。如何在实际钻探过程中掌握要领、保证优良的治理效果是一项新的课题。经过不断探索总结、改进创新,能够较好地解决各项技术难题，满足设计要求，实现带压开采。3.煤矿水害预防前沿技术4）

区域治理技术煤矿水害防治技术发展趋势4137u

小型构造及不良地质体精细探查技术与装备u

随掘、随采、随钻物探技术与装备u

导水通道空-地-孔综合精细定位技术与装备u

井下高水压硬岩层定向钻进技术与装备u

基于采动空间演化的突水危险性动态评价技术u

全空间全过程煤矿水害综合监测预警u

矿井突水水源多元级次快速判别u

治保用结合5.煤矿水害防治技术发展趋势

水害预防技术138u

过水大通道封堵体（单孔多袋）快速建造技术u

预置防水墙（门）建造技术u

车载智能化快速制浆与注浆系统u

高可靠性、大流量、轻量化应急抢险排水装备u

“情景-应对”型水灾应急决策支持专家系统u

……

……5.煤矿水害防治技术发展趋势

水灾治理技术139主要关键技术：

基于总