礦井突水幾種探測(cè)方法的研究.doc

礦井透水幾種預(yù)測(cè)方法的探討陶金遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧省阜新市（123000）摘要；簡(jiǎn)單介紹了礦井透水的概況，總結(jié)了透水前的相關(guān)預(yù)兆，提出并分析了礦井突水的四種預(yù)測(cè)方法，即地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)法,地球物理預(yù)測(cè)法，GIS預(yù)測(cè)法和同位素分析法，最后，分析比較了四種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵詞：礦井；透水；現(xiàn)狀；預(yù)測(cè)方法；中圖分類號(hào)：TD7450. 引言透水是礦井五大災(zāi)害之一，礦井透水一直困擾著煤礦安全生產(chǎn)。自建國(guó)以來(lái)，我國(guó)煤礦透水事故屢見(jiàn)不鮮，近年來(lái)，隨著煤炭的大量開(kāi)采，開(kāi)采深度的逐漸加深，水壓不斷增大，透水災(zāi)害更是呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。2010年3月的山西王家?guī)X煤礦透水事故又給了我們深刻的教訓(xùn)，解決透水問(wèn)題已迫在眉睫，因此，煤礦技術(shù)人員掌握好透水的預(yù)測(cè)方法對(duì)于礦井防水具有積極的引導(dǎo)作用。1研究概況近年來(lái) ，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煤礦生產(chǎn)與建設(shè)過(guò)程中的裝備、工藝、技術(shù)都有了極大的提高，但煤礦突水事故仍然頻繁發(fā)生，特別是自2000年以來(lái)，煤礦水害事故的次數(shù)又呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，20012005年，共發(fā)生各類礦井水害事故352起，死亡及失蹤l733人，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)個(gè)體煤礦所發(fā)生的水害事故 ，無(wú)論在次數(shù)上還是死亡人數(shù)上，都占 80以上1，造成這一現(xiàn)狀的原因是多方面的，有技術(shù)水平、管理制度 、安全觀念 、自然條件等各方面的原因，然而當(dāng)前，我國(guó)礦井透水的主要原因是技術(shù)層面因素，因此，本著“預(yù)防為主，防治在后的原則”，要想有效的做好透水的防治工作，熟練掌握透水的預(yù)測(cè)方法對(duì)安全生產(chǎn)具有重大的科學(xué)意義。2透水預(yù)兆2掌握一些常見(jiàn)的透水預(yù)兆對(duì)于預(yù)測(cè)方法的研究是極為必要的，總結(jié)如下：21 巖壁掛紅：圍巖水中含有鐵的氧化物，在通過(guò)礦床或巖層裂隙時(shí) ，附著在裂隙表面的暗紅色水銹 。一般認(rèn)為巷道接近積水區(qū)。 22 巖壁掛汗：當(dāng)采掘工作面接近積水區(qū)時(shí)，積水在自身壓力作用下，通過(guò)圍巖裂隙縫透過(guò)巖壁，聚成水珠。 23 空氣變冷：工作面接近積水區(qū)時(shí)，氣溫驟然下降，巖壁發(fā)涼，人一進(jìn)去有陰冷的感覺(jué)，時(shí)間越長(zhǎng)就越感覺(jué)到陰涼。但有地?zé)釂?wèn)題的礦井，地下水溫高，當(dāng)掘進(jìn)工作面接近時(shí)，溫度反而升高。 24 發(fā)生霧氣：當(dāng)巷道內(nèi)溫度很高時(shí)，積水滲到巖壁后，引起蒸發(fā)而形成霧氣。 25 在采掘面中，若在巖壁、巖層 內(nèi)聽(tīng)到“吱吱”的水呼聲時(shí) ，表征因水壓大，水向裂隙中擠壓發(fā)出的響聲，說(shuō)明離水體不遠(yuǎn)即將突水，這時(shí)必須立即發(fā)出警報(bào)，撤出所有受水威脅地點(diǎn)的人員。 26 底板鼓起：底鼓有兩種原因：一種是底板承壓含水體靜水壓力和礦山壓力共同作用的結(jié)果，這是突水預(yù)兆；另一種是受礦山壓力單方面作用而產(chǎn)生底鼓，一般不突水。當(dāng)發(fā)生底鼓時(shí)，要監(jiān)視底鼓的發(fā)展變化，并報(bào)告礦井調(diào)度室。經(jīng)技術(shù)人員調(diào)查核實(shí)確定底鼓原因。若是前種原因，須采取緊急措施：先在底鼓地段鋪設(shè)密集地梁，打木垛控制底鼓發(fā)展。在底鼓基本被控制情況下，可在底鼓地段外側(cè)打鉆孔放水泄壓。 3透水的四種預(yù)測(cè)方法淺析礦井突水(透水)是指礦井在正常生產(chǎn)中突然發(fā)生的具有一定數(shù)量來(lái)勢(shì)兇猛的涌水現(xiàn)象。在我國(guó)，針對(duì)礦井透水的預(yù)測(cè)已有幾十年的歷史，如曾提出的“突水系數(shù)法”，“三帶理論法”，“雙層水位理論”，基于以上，在此，筆者認(rèn)為礦井透水的預(yù)測(cè)方法大致為四種，即地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)法,物理預(yù)測(cè)法，GIS預(yù)測(cè)法和同位素分析法，其中，GIS預(yù)測(cè)法正得到廣泛的應(yīng)用。31地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)法不利的地質(zhì)因素是造成煤礦突水最直接的原因3 ，其中，煤層圍巖的性質(zhì)對(duì)于突水也有很大的影響。20世紀(jì) 60年代初，中國(guó)水文地質(zhì)工作者提出“突水系數(shù)”的概念，匈牙利學(xué)者提出了“相對(duì)隔水層厚度”的概念(意義上相當(dāng)于突水系數(shù)的倒數(shù)) 4。楊淑敏給出了地質(zhì)環(huán)境分析，認(rèn)為斷裂構(gòu)造是煤礦突水的主控因素，并結(jié)合大小斷層提出了不同的解決方法。田立新等分析了石壕煤礦12051工作面下巷突水原因，指出突水水源為奧陶系承壓巖溶裂隙水，導(dǎo)水通道為落差97 m的大斷層，建立了斷層承壓巖溶突水模型，提出了礦井防治水工作建議。高琪等就結(jié)合單斜發(fā)育的沿煤巖層在不利的構(gòu)造裂隙弧下，研究了車集煤2401綜采工作面的突水機(jī)理與控制5。由此可見(jiàn)，不同的地質(zhì)環(huán)境，尤其是煤層的圍巖性質(zhì)對(duì)突水的預(yù)測(cè)起到了重要的影響。32 地球物理預(yù)測(cè)法6（1）礦井直流電法直流電法勘預(yù)是以煤、巖層的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過(guò)人工向地下供入穩(wěn)定電流，觀測(cè)大地電流場(chǎng)的分布規(guī)律 ，從而確定巖、礦體物性(如貧、富水區(qū)域)的分布規(guī)律或地質(zhì)構(gòu)造的特征。直流電法靈活，根據(jù)不同預(yù)測(cè)目的，可以采用多種工作裝置形式。井下預(yù)測(cè)通常應(yīng)用對(duì)稱四極測(cè)深裝置、三極測(cè)深裝置和三點(diǎn)三極超前預(yù)裝置。 直流電法具有理論成熟 、儀器簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可用于預(yù)測(cè)巷道掘進(jìn)工作面前方富水體范圍、劃分頂?shù)装鍘r層貧富水區(qū)域、確定工作面回采時(shí)的易突水地段、評(píng)價(jià)工作面回采時(shí)的水害安全性等。在應(yīng)用上，超前預(yù)測(cè)巷道掘進(jìn)工作面前方斷層。用三點(diǎn)三極超前預(yù)裝置對(duì)某礦 一200m流水巷掘進(jìn)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行跟蹤式超前預(yù)測(cè)。2005年8月6日預(yù)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)掘進(jìn)工作面前方2O526Om段存在一個(gè)較為明顯的低阻異常段 (圖 1)，物預(yù)判斷為斷裂破碎帶。布置鉆機(jī)打鉆預(yù)驗(yàn)，鉆機(jī)進(jìn)尺 21Om處預(yù)到斷層，證實(shí)了預(yù)測(cè)結(jié)果。（2）礦井瞬變電磁法瞬變電磁法(TEM)是利用不接地 回線(大回線磁偶源)或接地線源(電偶源)向地下發(fā)送一次場(chǎng)，在一次場(chǎng)的間歇期間，測(cè)量地下介質(zhì)的感應(yīng)電磁場(chǎng)(二次場(chǎng))電壓隨時(shí)間的變化。該二次場(chǎng)的大小及衰減速度與地下地質(zhì)體有關(guān) ，根據(jù)二次場(chǎng)衰減曲線的特征 ，就可以判斷地下地質(zhì)體的電性、規(guī)模、產(chǎn)狀等。瞬變電磁技術(shù)分辨率高但易受干擾。實(shí)施預(yù)測(cè)時(shí)，應(yīng)采取一定的抗干擾措施，如調(diào)高電流強(qiáng)度，。同時(shí)，井下巷道內(nèi)應(yīng)清理干凈，電纜盡可能斷電。發(fā)射線圈和接收線圈盡量遠(yuǎn)離金屬體且附近最好無(wú)積水?？傊M可能創(chuàng)造有利的預(yù)測(cè)環(huán)境，保障預(yù)測(cè)效果。鳳凰山礦95312工作面進(jìn)風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中。地質(zhì)調(diào)查得知前方可存在多年前形成的采空區(qū)，根據(jù)水文地質(zhì)條件分析采空區(qū)可能存在積水，但不能確定是否確實(shí)存在采空區(qū)及采空區(qū)的準(zhǔn)確位置。為了保證巷道掘進(jìn)安區(qū)，在掘進(jìn)頭處利用超前預(yù)測(cè)裝置進(jìn)行了瞬變電磁超前預(yù)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示見(jiàn)圖2)，掘進(jìn)頭前方約37m處存在大的低阻異常區(qū)，可能有采空區(qū)積水。為驗(yàn)證物預(yù)結(jié)果并指導(dǎo)工作面設(shè)計(jì)，在采取相應(yīng)措施下打鉆預(yù)驗(yàn)朝巷道正前鉆預(yù)時(shí)，進(jìn)尺到35 rla處出水，防水量達(dá) 2萬(wàn)多立方米。與預(yù)測(cè)結(jié)果相符，避免了采空水害的發(fā)生，確保了礦井的生產(chǎn)安全。圖2橫坐標(biāo)為超前預(yù)測(cè)距離，縱坐標(biāo)為預(yù)測(cè)角度，曲線為富水性分析指標(biāo)等值線，不同色界代表視電阻率相對(duì)高低，數(shù)值越小，視電阻率越低，富水性相對(duì)也越強(qiáng)。33 GIS預(yù)測(cè)法地理信息系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GIS，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)硬件和軟件的支持下，它可以對(duì)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理。它具有便于保護(hù)和提取信息、成本低、運(yùn)算速度快以及能經(jīng)行手工操作難以完成的綜合、多維分析等優(yōu)點(diǎn)。目前，GIS預(yù)測(cè)系統(tǒng)正廣泛應(yīng)用于礦井的突水方面。利用GIS預(yù)測(cè)方法，對(duì)太原東山煤礦的15號(hào)煤層開(kāi)采地板突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)進(jìn)行了研究，并取得了很好的效果，具體實(shí)踐流程如下7：34同位素分析法環(huán)境同位素在煤礦地下水及突水的研究中用途很廣泛它是。通過(guò)天然水中的同位素濃度來(lái)追溯、反演地下水的形式、運(yùn)移和演變機(jī)理。目前應(yīng)用最多的環(huán)境同位素有2H，3H，18O，13C等核素，其中。3H具有良好的計(jì)時(shí)性和示蹤特性8 。劉峰等通過(guò)華豐煤礦各含水層水樣 以及四煤頂板出水樣的18O，3H同位素值分析，指出該礦三采區(qū)上下部礫巖含水層連通性差，分別由不同水源補(bǔ)給；井下四煤頂板出水仍為砂巖水，并非注漿水下漏所致，證實(shí)了人工水化學(xué)離子示蹤的成果。4.四種方法的分析比較預(yù)測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)地質(zhì)環(huán)境預(yù)測(cè)法根據(jù)各區(qū)域地質(zhì)及水文地質(zhì)條件得知，只對(duì)某一地區(qū)具有較高的實(shí)用性和精確度 。 應(yīng)用不普遍地球物理預(yù)測(cè)法 礦井直流電法抗干擾強(qiáng)、理論成熟、一起簡(jiǎn)單 礦井瞬變電磁法易受環(huán)境干擾，GIS技術(shù)預(yù)測(cè)綜合考慮各種地質(zhì)水文條件、快速獲取所需信息、實(shí)時(shí)決策、可對(duì)空間數(shù)據(jù)經(jīng)行精確處理和多維分析，并能以圖形報(bào)告的形式表示結(jié)果，實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛。難以確定網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)、實(shí)踐時(shí)間長(zhǎng)、觀測(cè)工序復(fù)雜、要求嚴(yán)格同位素分析預(yù)測(cè)法易于分析 ，具有直觀性，為了解礦區(qū)地質(zhì)和水文地質(zhì)條件打好基礎(chǔ)。粗糙判斷任何一種單一的預(yù)測(cè)方法都有局限性，在實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)據(jù)具體問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際情況盡可能采用聯(lián)合預(yù)測(cè)的方法，充分發(fā)揮每一種方法的優(yōu)點(diǎn)，從而有效地對(duì)礦井突水經(jīng)行預(yù)測(cè)和防治。5結(jié)束語(yǔ)礦井透水是煤礦生產(chǎn)的常見(jiàn)問(wèn)題，在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，我們要仔細(xì)觀察，認(rèn)真分析原因及機(jī)理，熟練掌握突水的預(yù)測(cè)方法，加強(qiáng)研究總結(jié)，加大監(jiān)督力度，力爭(zhēng)避免或降低突水事故的發(fā)生幾率，保證安全生產(chǎn)。參考文獻(xiàn)1王立平.煤層底版突水機(jī)理及評(píng)價(jià)J.河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（5）：514-519.2陳福恩；楊振福；蔣智超等.礦井突水預(yù)測(cè)與危險(xiǎn)性量化評(píng)價(jià)J.渤海大學(xué)學(xué)報(bào),2010,31(1):17-21.3謝仁海；渠天祥；錢(qián)光謨構(gòu)造地質(zhì)學(xué)M徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社 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