矿井突涌水预测及预警研究

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1、2009年全国煤矿水害防治工作座谈暨技术研讨会论文集矿井突(涌)水预测及预警研究尹尚先(华北科技学院安全工程学院，北京101601)摘要：为了阐明不同地质条件下煤层底板突水机理，划分了三种突水模式：正常岩层底板突水模式、断层裂隙带突水模式、陷落柱突水模式，尽管模式不同，但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。在宏观预测的基础上，形成了构造及其导水性的预测探查规范程序。在流一固耦合实验研究的基础上，建立了广义三重介质流一固耦合模型，为突(涌)水量预测奠定了基础。把煤矿突水的主控要素转化为灾害发生的监测预警指标体系，应用突水预兆信息原位拾取、适时检测、远程监控和

2、智能判别技术，建立矿井水灾预警的硬件系统和识别系统。关键词：突(涌)水系统；预测；探查；预警1引言矿井水灾防治的根本出路在于对矿井突水系统准确有效的模拟和预测探查，有针对性地实施防治水措施。要达到这一目标，仍有许多问题需要继续探索和研究：(1)矿山水害致灾原因和成灾机理、事故发生发展及演化过程不完全清楚，导致采取的技术措施针对性、可靠性和配套性不强，只治标，难治本；(2)模型是自然系统物理演化本质认识的重要工具，可以揭示众多重要变量之间的本质结构关系。但模拟突水(发生与否和突水位置)的岩体力学模型和模拟突水量的岩体水力学模型不能完全刻画客观实际；(3)理论与实践脱节。部分分析研究人员盲目追求新

3、理论，很少考虑实际应用，是理论与实践脱节的原因之一；勘探技术是理论转化为实践的桥梁，勘探技术的相对滞后，加重了理论与实践的脱节；由于岩体结构的复杂性和研究方法的局限性，要想精确描述岩体系统的本质结构关系，必须对模型进行合理的工程简化，过分简化必然导致理论与实践的脱节；(4)理论应用到实践的过程中，缺乏既简明实用又具有系统性、完整性的研究方法。实践水平相对滞后基础理论是科学发展的正常规律，地质工程学科依赖于相关学科的理论水平和地质工程实践的技术水准，要将数理学科的概念融会到地质工程学科，还需要长期踏实的研究和实践过程；(5)借用其它学科的理论和方法，而对地质工程特殊性认识或考虑不足，必然不能形成

4、自己相对独立的、完整的、实用的理论体系。2突(涌)水系统基本概念(1)系统由相互联系、相互作用、相互依赖、相互制约的若干部分(要素)构成的具有特定功能和综合行为的有机整体。(2)突(涌)水系统地下工程突水系统属于具有自组织机能的岩体结构系统与地下工程、地下水干扰系统相互作用下的运动系统。该系统由若干个子系统或分系统组成，每个子系统具有各自本身的运动规律，自成体系，反过来子系统组成的总系统又具有整体的功能特性。(3)突(涌)水系统特征①集合性：系统由许多要素(元件、个体、子系统)按一定方式组合而成。突(涌)水系统的集合性表现在它是由岩体结构子系统、地下工程子系统、矿井地下水子系统(应力～渗流耦合

5、)组成；②关联性：系统的组成部分是按一定方式相互联系、相互制约的，关系复杂。对突(涌)水系统，其子系统之间的联系制约是有规律可循的，同时错综复杂的关系也给机制探寻带来一定困难：第342页2009年全国煤矿水害防治工作座谈暨技术研讨会论文集③目的性：系统总是具有特定功能的，且整体能实现某种目的，系统的组成部分正是按这种目的组织起来的。作为自然系统，突(涌)水系统的目的是由客观条件所决定的，因此它是无目的系统；④环境适应性：处在一定环境中的系统，它与环境不断地进行物质、能量信息的交换，系统的不断变化就是为了适应外界环境变化，所以，突(涌)水系统是开放系统；⑤层次性：即一个系统是由许多子系统组成的，

6、同时它又要作为更高一级系统的组成部分，突(涌)水系统是由许多要素组成的，同时它也是煤矿安全系统的子系统。(4)突(涌)水在适当的地质环境条件下，在一定时间内溃入地下构筑物内一定水量并对矿井生产造成一定影响的突发事件(过程)，称之为突水；一定时间内一定量以下的、对不造成生产、生命、财产重大损失的地下水涌入过程，称之为涌水。显然，突水是煤矿安全研究的重点：必要条件：存在一定储量的水体；充分条件：适当的岩体结构(地质环境)。(5)突(涌)水类型我国煤矿地质条件复杂，煤矿突水与地质构造、采矿活动、地应力、地下水水力特征等因素有关，因此突水分类方法很多，本文按照地下工程子系统的采掘方式、岩体结构子系统的

7、岩体结构、岩体结构子系统+矿井地下水子系统(应力～渗流耦合)的突出形式和地下水子系统的突水量分层次将煤矿突水划分为类～亚类～型～亚型，见表1：表1矿井突水系统分类表3突水模式及机理尽管突水模式或者形式不同，但都能统一归结为厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水两种最基本的突水机理。(1)正常岩层有厚板微观压裂导升、薄板宏观整体破断导水突水机理1)对于隔水层厚度较大且完整的煤层底板，一般具有足够的强