矿井水害防治新理论与技术

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1、中国矿井水害防治新理论与技术施龙青教授、博士生导师山东科技大学1中国煤矿水害现状地表水体水害事故4.9%冲积层水水害事故1.4%砂岩类含水层水害事故1.4%灰岩类岩溶水水害事故92.3%底板突水机理研究历史及现状早在20世纪初，国外就有人注意到底板隔水层的作用40年代至50年代，匈牙利韦格弗伦斯第一次提出底板相对隔水层的概念。60年代至70年代，匈牙利国家矿业技术鉴定委员会将相对隔水层厚度的概念列入《矿业安全规程》70年代至80年代末期，很多国家的岩石力学工作者在研究矿柱的稳定性时，研究了底板的破坏机理我国在底板突水规律研究方面起始于60年代，70年代中期，国家派科技人员去匈牙利

2、考察，70年代后期，修改了原有的突水系数概念，并应用于实践。80年代开始，以煤炭科学研究总院西安分院、山东科技大学(原山东矿业学院)及煤炭科学研究总院特采所为代表，不仅各自独特的理论，而且具有一个完整的研究梯队。目前，我国防治水的研究工作处于世界领先地位。关于突水系数T=P/MT=P/(M-C)关于突水理论“下三带”理论“下三带”的理论观点最早是由原山东矿业学院、井陉矿务局、峰峰矿务局等一批科技人员在实践中提出的，并在实践中进行应用和发展，最后由山东科技大学的一批科研人员完善和发展Ⅰ底板破坏带；Ⅱ完整岩层带；Ⅲ承压水导高带。原位张裂与零位破坏理论煤炭科学总院北京开采所王作宇、刘鸿泉提

3、出板模型理论煤科总院北京开采所刘天泉院士，张金才等关键层理论中国矿业大学钱鸣高院士“四带”理论施龙青3底板突水及水害防治研究存在的问题底板突水机理理论研究方面“下三带”理论理论基础为弹性力学理论；为浅部开采理论底板突水的预测预报方法一直束缚于“突水系数”的概念造成这种局面的原因主要有两点：一是人们对深部煤层开采突水机理研究的认识不足。二是研究人员受到专业限制。4突水类型的划分地表水害老窑水害老空水害底板水害顶板水害底板水害类型5采场底板“四带”划分理论1)第Ⅰ带（h１），矿压破坏带是指矿山压力对底板的破坏作用显著，底板岩石的弹性性能遭到明显伤失的层带。其特点为：岩石处于粘弹性状态

4、；各种裂隙不仅交织成网，而且惯通性好、导水性能很强；岩层的连续性彻底破坏，完全伤失了隔水能力；承压水沿该带突出所消耗的能量仅仅用于克服突水通道中的沿程阻力。2)第Ⅱ带（h2）,新增损伤带是指受矿山压力破坏的影响作用明显，岩石弹性性能发生了明显改变的层带。其特点为：底板岩层的原有抗压强度明显降低，但岩层的弹性性能尚未完全伤失，即岩石乃处于弹性状态；岩层的原有裂隙得到了明显地扩展，但尚未相互贯通；岩层具有一定的连续性和隔水能力；承压水要沿该带突出，其消耗的能量主要用于贯通裂隙。3)第Ⅲ带（h3）,原始损伤带是指不受矿山压力破坏作用的影响或影响甚微，岩石弹性性能保持不变的层带。其特点为：岩

5、石保持原有弹性性能；岩层内的裂隙保持原先的非相互贯通状态；岩层的连续性和隔水能力良好；底板水要沿该带突出，其消耗的能量主要用于破坏岩石及贯通裂隙。4)第Ⅳ带（h4）,原始导高带是指不受矿山压力作用的影响，并发育有承压水的原始导高的层带。其特点为：因水化学作用，岩石处于弹塑性、塑性状态；裂隙发育差参不齐，并已成为突水通道；岩层的连续性差；底板水从该带突出只需克服沿程阻力。各带厚度的确定矿压破坏带新增损伤带原始导高带及原始损伤带底板破坏型突水条件1)若h3≠0，则不突水；2)若h3＝0，h2≠０，且P<σ(1-D)，则不突水。其中，P为水压，σ为损伤底板岩石抗压强度，D为底板损伤变量；3

6、)若h3＝0，h2≠０，且P>σ(1-D)，则突水；4)若h3=0，h2＝0，则突水。“四带”理论应用——断层防水煤柱留设6物探技术在煤矿水害防治中的应用一、电法勘探的分类瞬变电磁法瞬变电磁原理瞬变电磁分类瞬变电磁探测深度瞬变电磁应用瞬变电磁探测深部奥灰水——以新汶潘西矿为例地面物探工作地面物探工作采用了瞬变电磁探测法，使用仪器为PEOTEM67D瞬变电磁探测系统。历时40余天共完成瞬变电磁测线23条，剖面总长35.77km。完成瞬变电磁探测点774个质量符合《煤田电法勘探规范》(MT/T898-2000)要求。工作量完成情况统计表设计工作量实际完成工作量备注后四、后六采区测线11条

7、11条坐标点421个458个后六采区受高压线影响，1300线两侧加密质量检查点737个（8.1%）边界断层、后六石门测线12条12条坐标点297个316个质量检查点419个（6.0%）总工作量718个774个瞬变电磁设计图成果验证探测成果得到4196工作面井下放水钻孔验证，效果较好。施工成功的奥灰放水孔单孔涌水量最大达260m3/h时，钻孔总放水量达400m3/h以上,水压有明显下降。奥灰顶面下10m富水区分布图奥灰顶面下30m富水区分布图奥灰顶面下50m