煤礦水害防治新技術(shù)

麻地灣煤業(yè)公司防治水培訓(xùn)資料煤礦水害防治新技術(shù)山西煤銷(xiāo)集團(tuán)麻地灣煤業(yè)公司二0一二年六月1?水害及其研究現(xiàn)狀1.1水害現(xiàn)狀我國(guó)是世界上第一產(chǎn)煤大國(guó)，也是世界上煤礦水害最為嚴(yán)重的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1955年以來(lái)，全國(guó)共發(fā)生較大的煤層底板突水1282次，淹井230多次，死亡10800多人，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)400多億元人民幣。十六大以來(lái)國(guó)家制定了《安全生產(chǎn)法》安全實(shí)行行政問(wèn)責(zé)制，使得各級(jí)黨政分成重視安全生產(chǎn)，企業(yè)負(fù)責(zé)人也加大了安全的投入，更新了設(shè)備,淘汰了落后的生產(chǎn)力，煤礦總體的安全形勢(shì)有所好轉(zhuǎn)，煤礦事故和百萬(wàn)噸死亡率在煤炭產(chǎn)量高速增長(zhǎng)的條件下有大幅大下降。但是煤礦水害，特別是重特大災(zāi)害沒(méi)有得到遏制，也與煤炭產(chǎn)量同步增長(zhǎng)。目前煤礦的水害的特點(diǎn)是：水害死亡率上升。盡管煤礦死亡事故總體上在逐年下降，但煤礦水災(zāi)死亡事故卻在逐年上升。單次水害死亡率也有上升的趨勢(shì)，2002年單次水害平均死亡人數(shù)為4.74，2003年為5.77,上升了21%。造成的經(jīng)濟(jì)損失越來(lái)越大。80年代以前淹井的損失數(shù)以千萬(wàn)計(jì)80年代以后淹井?dāng)?shù)以?xún)|計(jì)現(xiàn)在淹井?dāng)?shù)以十億計(jì)受水害威脅的礦井越來(lái)越多。老礦開(kāi)采下組煤。新礦開(kāi)采深度大。水害嚴(yán)重的礦區(qū)除業(yè)已存在的煤礦以外，潞安、晉城、陽(yáng)泉等礦區(qū)因開(kāi)采的深度增大，也進(jìn)入大水礦區(qū)的行列。華東，華北和東北的新建礦井水害嚴(yán)重。許多新建礦井的深度都很大，水壓很高，例如，神火集團(tuán)的梁北煤礦第一水平的標(biāo)高為-550m，水壓達(dá)6MPa。這些煤礦勘探程度不足，研究程度很低，勘探階段往往依據(jù)傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為深部巖溶不發(fā)育，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。梁北煤礦的首采工作面剛推進(jìn)40m就突水810m3/h。條件類(lèi)似的峰峰礦區(qū)梧桐莊煤礦投產(chǎn)以后是面面出水，水文地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜。行政管理到位，研究經(jīng)費(fèi)不足。2000年以來(lái)針對(duì)煤礦的事故，國(guó)務(wù)院安全生產(chǎn)辦公室、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布了各種通告260個(gè)，對(duì)于各種重大安全事故都進(jìn)行了處理，這使得全國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率從6.08下降到5.0,可以說(shuō)行政管理是到位的。但是關(guān)系到安全生產(chǎn)的操作標(biāo)準(zhǔn)不健全，技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有解決，或者許多科學(xué)技術(shù)沒(méi)有轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，致使行政管理的技術(shù)依托不充分。據(jù)檢索我國(guó)多年來(lái)863項(xiàng)目沒(méi)有一項(xiàng)是關(guān)于煤礦水害防治的。。行政管理到位，研究經(jīng)費(fèi)不足的另一種表現(xiàn)是行政管理和財(cái)政管理脫節(jié)。1985年?1995年煤炭部組織骨干科研部門(mén)以工業(yè)性試驗(yàn)的形式進(jìn)行了兩個(gè)國(guó)家重點(diǎn)科研課題為期10年的科學(xué)研究，使我國(guó)連續(xù)10年沒(méi)有發(fā)生任何淹井或淹工作面的惡性事故。1996年國(guó)家大幅度削減防治水科研經(jīng)費(fèi)后，一年內(nèi)就有皖北集團(tuán)任樓煤礦等7對(duì)國(guó)有重點(diǎn)煤礦被淹。2001年國(guó)家安監(jiān)局充分認(rèn)識(shí)到了煤礦水害的嚴(yán)重性，再次組織產(chǎn)學(xué)研進(jìn)行聯(lián)合水害預(yù)防的科技創(chuàng)新項(xiàng)目研究，并以邢煤集團(tuán)東龐煤礦為研究基地，得到了邢煤集團(tuán)的支持和國(guó)家的批準(zhǔn)，但是沒(méi)有撥發(fā)任何科研經(jīng)費(fèi),使得這個(gè)項(xiàng)目流產(chǎn)，最終導(dǎo)致2003年?yáng)|龐煤礦發(fā)生陷落柱突水淹井。應(yīng)該說(shuō)國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局，煤炭科研單位和企業(yè)對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)是正確的,意識(shí)是超前的，對(duì)該礦的水情是有預(yù)感的，但終因經(jīng)費(fèi)不足沒(méi)有避免一場(chǎng)本來(lái)可以避免的特大礦井水害。相對(duì)落后的防治水技術(shù)手段不能滿(mǎn)足新的生產(chǎn)要求。近年來(lái)，煤礦的采高、采深和工作面的空間尺度都在不斷加大，井巷工程的掘進(jìn)速度明顯提高，水害產(chǎn)生的條件、水害威脅的程度以及水害形成的機(jī)理都在發(fā)生著較大的變化。然而，我國(guó)目前的防治水技術(shù)和水害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)仍然以80年代末和90年初的技術(shù)為主，缺乏水情的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和水害的預(yù)警方法，現(xiàn)代高新技術(shù)沒(méi)有在煤礦水害防治上得到應(yīng)用，技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決，是造成煤礦水害居高不下且有所增高的主要原因之一。水害事故高發(fā)的主要原因除了管理方面的原因（地方小煤礦老塘透水）之外，就是危險(xiǎn)源的探測(cè)技術(shù)和水害的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的方法不能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。所以研究煤礦水害的防治技術(shù)很有意義。據(jù)國(guó)家安監(jiān)局統(tǒng)計(jì)，水害是僅次于瓦斯爆炸的煤礦重大災(zāi)害，在煤礦重、特大事故中所占比重較大。2005年全國(guó)煤礦共發(fā)生水害事故109起、死亡605人，其中1次死亡10人以上特大水害事故13起、死亡360人，分別占全國(guó)煤礦特大事故起數(shù)、死亡人數(shù)的22.4%和20.7%。同比分別上升160%、233.6%;2006年1?7月，全國(guó)已發(fā)生煤礦水害事故53起，死亡259人。其中，重大透水事故20起，死亡104人；特大以上透水事故4起，死亡114人。特別是山西省左云縣張家場(chǎng)鄉(xiāng)新井煤礦“5?18”特別重大透水事故，導(dǎo)致56人遇難。2006年7月15日，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局組成了7個(gè)督查組，對(duì)山西、四川、貴州、內(nèi)蒙古、黑龍江、河南、河北7個(gè)重點(diǎn)產(chǎn)煤省區(qū)，進(jìn)行了煤礦水害防治安全督查。經(jīng)督查發(fā)現(xiàn)，這些地區(qū)的煤礦水害防治基礎(chǔ)性工作仍然比較薄弱，一些重大煤礦水害隱患依然存在。綜合來(lái)看，主要集中在以下幾個(gè)方面。.煤礦水文地質(zhì)工作薄弱一些煤礦企業(yè)水文地質(zhì)情況不清，圖紙測(cè)繪不及時(shí)，不準(zhǔn)確。古空區(qū)、采空區(qū)范圍不準(zhǔn)，積水區(qū)域不明，企業(yè)冒險(xiǎn)生產(chǎn)。山西呂梁市現(xiàn)保留有礦井400個(gè)，部分煤礦企業(yè)水文地質(zhì)情況不清。2006年3月18日，呂梁市臨縣勝利煤焦有限公司樊家山井在整頓期間違法組織生產(chǎn)，發(fā)生1起特大透水事故，死亡28人。事故的直接原因是樊家山坑口在發(fā)現(xiàn)有透水預(yù)兆后，沒(méi)有落實(shí)“有疑必探”，掘進(jìn)時(shí)冒險(xiǎn)爆破，導(dǎo)致?lián)跛Y(jié)構(gòu)突發(fā)式破壞，導(dǎo)通本礦約1萬(wàn)6000m3的老空積水。除了自身水文地質(zhì)不清，大礦旁邊的小煤礦水文地質(zhì)更不清。一些關(guān)閉的小煤礦要么沒(méi)有留下任何水文地質(zhì)資料，要么留下的情況與井下實(shí)際不符，其開(kāi)采邊界、分布范圍、積水空間不清楚o2006年7月5日，呂梁市中陽(yáng)縣雷家溝煤礦發(fā)生1起重大透水事故，導(dǎo)致6人死亡。事故的直接原因是雷家溝煤礦生產(chǎn)井在4#煤2402工作面運(yùn)輸巷掘進(jìn)中，打通了井田范圍內(nèi)的老窯積水，透水量約1000m3。無(wú)獨(dú)有偶，左云新井煤礦“5?18”特別重大透水事故，也是該礦14#-1煤層在作業(yè)時(shí)放炮震動(dòng)破壞了附近廢棄礦井采空區(qū)的隔離帶，造成采空區(qū)積水倒灌，涌水量約20萬(wàn)m3，導(dǎo)致56人罹難。山西省今年發(fā)生的4起特別重大透水事故，無(wú)一不是與此相關(guān)。（2）?水害防治措施不落實(shí)大多數(shù)小煤礦沒(méi)有建立水害防治規(guī)章制度。督查中發(fā)現(xiàn)，“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的水害防治“十六字原則”和“防、堵、疏、排、截”5項(xiàng)水害綜合治理措施流于空談。2006年7月15日，貴州省安順市紫云縣偏坡院煤礦發(fā)生1起特大透水事故，18名礦工遇難。事故發(fā)生前，主管部門(mén)和該礦礦長(zhǎng)都知道近在咫尺的雷打石煤礦（已關(guān)閉）有老窯積水這一重大隱患，也標(biāo)注在偏坡院煤礦圖紙上；6月份，紫云縣縣委書(shū)記就此問(wèn)題專(zhuān)門(mén)到該礦提出要求；7月13日，該縣安監(jiān)部門(mén)也下達(dá)了停產(chǎn)整頓通知書(shū)，明確指出“鄰近老窯積水，需要排除隱患”，礦長(zhǎng)簽了字，但卻沒(méi)有落實(shí)。（3）非法違規(guī)開(kāi)采嚴(yán)重督查中發(fā)現(xiàn)超層越界和非法生產(chǎn)仍然比較普遍，一些非法小煤礦，圍聚在國(guó)有大礦井田范圍內(nèi)，瘋狂蠶食著國(guó)有資源，有的甚至連國(guó)有大礦的保安煤柱也給偷采了。有的國(guó)有大礦井田范圍內(nèi)的小煤礦開(kāi)采范圍和開(kāi)采煤層沒(méi)有界定清楚，存在著資源交叉、礦界重疊等現(xiàn)象。如山西省汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽(yáng)煤礦周邊小煤窯多達(dá)42個(gè)，這些小煤窯迂回交叉，“曲徑通幽”，不僅將高陽(yáng)煤礦蛀蝕得千瘡百孔，而且給防治水工作帶來(lái)極大困難；四川省廣能集團(tuán)井田范圍內(nèi)，也存在著小煤礦越界開(kāi)采問(wèn)題，嚴(yán)重威脅著廣能集團(tuán)有關(guān)礦井的安全生產(chǎn)。（4）防排水體系不完善部分小煤礦井下水倉(cāng)、水泵、排水管路、供電系統(tǒng)不健全，配備標(biāo)準(zhǔn)低，不符合規(guī)程要求。有的小煤礦甚至用探煤鉆代替探水鉆進(jìn)行探、放水，引發(fā)水害事故。很多小煤礦雖然配備了探、放水鉆機(jī)，但由于擔(dān)心增加生產(chǎn)成本，實(shí)際并未使用。貴州省安順市紫云縣偏坡院煤礦“7-15”特大透水事故前，礦上已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)了2臺(tái)探水設(shè)備，但卻一直閑置著，設(shè)備被用來(lái)應(yīng)付檢查。督查中發(fā)現(xiàn)，大部分小煤礦和縣（市）級(jí)地區(qū)沒(méi)有應(yīng)急預(yù)案，沒(méi)有配備相應(yīng)的應(yīng)急救援排水設(shè)備，更沒(méi)有進(jìn)行應(yīng)急救援演練，一旦發(fā)生水害事故，只能束手無(wú)策，等待他援。如山西省柳林縣郭家山煤礦，編制的應(yīng)急預(yù)案極不規(guī)范，表述不準(zhǔn)確，根本不具備可操作性，純粹為了應(yīng)付檢查，更談不上防治水機(jī)構(gòu)和探放水隊(duì)伍建設(shè)。（5）專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員短缺目前，煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)、測(cè)量等專(zhuān)業(yè)人才嚴(yán)重匱乏。部分從業(yè)人員沒(méi)有只是儲(chǔ)備，濫竽充數(shù)，得過(guò)且過(guò)。如山西省呂梁市，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦工程技術(shù)人員嚴(yán)重短缺，每礦平均不到1人，大部分煤礦是靠多年從事煤炭生產(chǎn)的老工人指導(dǎo)生產(chǎn)。就連區(qū)（縣）級(jí)煤炭、安監(jiān)管理部門(mén)，也沒(méi)有1名水文地質(zhì)方面的技術(shù)人員，無(wú)法科學(xué)合理地指導(dǎo)煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。今年山西省呂梁市發(fā)生的4起透水事故，都是老空（窯）透水，而且在透水前都有明顯的征兆，由于從業(yè)人員沒(méi)有防治水害的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，不僅不能識(shí)別明顯的透水預(yù)兆，而且還違章指揮，使煤礦水害雪上加霜。⑹水害防治認(rèn)識(shí)不高一些地區(qū)多年未發(fā)生重大水害事故，導(dǎo)致水害防治工作思想麻痹、認(rèn)識(shí)不高。內(nèi)蒙古屬于北方干旱地區(qū)，多年來(lái)沒(méi)有大雨和洪水。2006年7月13日，鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗卻突降暴雨，引發(fā)金利煤礦洪水灌井事故，造成2名礦工遇難。金利煤礦“7?13”事故后，鄂爾多斯市當(dāng)即制定并發(fā)布了煤礦全面停產(chǎn)撤人、排查隱患等緊急措施。7月14日，相關(guān)檢查人員在鄂托克旗棋盤(pán)井礦業(yè)公司三號(hào)井檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，該井仍有117人在井下超強(qiáng)度生產(chǎn)，礦上當(dāng)面承諾馬上停產(chǎn)撤人，但檢查組走后，礦上仍然組織88人繼續(xù)生產(chǎn)，檢查組殺回馬槍時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督撤人,工人升井2h后，洪水暴發(fā)，礦井被淹。1?2我國(guó)煤礦水害防治現(xiàn)狀我水害防治標(biāo)志性的工作70年代初，當(dāng)邯鄲礦務(wù)局王鳳煤礦和淄博礦務(wù)局南定煤礦首先觸及下組煤開(kāi)采時(shí)，煤層底板水害的防治就引起了技術(shù)人員的高度重視，當(dāng)時(shí)，煤炭科學(xué)研究總院西安分院同邯鄲礦務(wù)局進(jìn)行了系統(tǒng)的底板試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了底板下伏承壓水的導(dǎo)升現(xiàn)象，提出了突水系數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；80年代在淮南礦務(wù)局等地的底板全面觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)了采動(dòng)對(duì)底板斷層的擾動(dòng)和底板突水前兆；90年代以后開(kāi)展了底板測(cè)試，發(fā)現(xiàn)了底板遞進(jìn)導(dǎo)升現(xiàn)象，提出遞進(jìn)導(dǎo)升的突水理論。每一個(gè)時(shí)期的水文地質(zhì)研究和防治水方法都是和當(dāng)時(shí)的水文地質(zhì)條件和開(kāi)采方法相適應(yīng)的。90年代以來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對(duì)能源的需求越來(lái)越大，煤炭資源的開(kāi)采強(qiáng)度也隨之劇增，大采高、放頂煤等新的開(kāi)采方法應(yīng)運(yùn)而生；華北東部老礦區(qū)的深度開(kāi)發(fā)，高承壓、大采深使得煤礦水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜；煤礦集約化生產(chǎn)的規(guī)模越來(lái)越大，在引發(fā)新的水文地質(zhì)問(wèn)題的同時(shí)對(duì)防治水技術(shù)，特別是對(duì)高新技術(shù)也提出了更高的要求。現(xiàn)擬根據(jù)我國(guó)90年代煤礦實(shí)行集約化生產(chǎn)以來(lái)所引發(fā)的新的水文地質(zhì)問(wèn)題，論證煤礦防治水對(duì)高新技術(shù)的需求，旨在為國(guó)家政府機(jī)關(guān)和企業(yè)管理部門(mén)對(duì)煤礦防治水的決策提供依據(jù)，為減少我國(guó)煤礦的各種水害事故，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。1?3我國(guó)煤礦面臨的新的主要水文地質(zhì)問(wèn)題大深度高承壓開(kāi)采產(chǎn)生的新的突水通道。大采高和放頂煤開(kāi)采產(chǎn)生的超大頂?shù)装迤茐某潭?。干旱地區(qū)的保水采煤。湖海下采煤防水的煤巖柱。1?4我國(guó)煤礦防治水的新技術(shù)我國(guó)自90年代實(shí)行高產(chǎn)高效以來(lái)，煤礦防治水的新技術(shù)主要包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容：探測(cè)技術(shù)：由于現(xiàn)代化的開(kāi)采方法和復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的開(kāi)采對(duì)煤礦水文地質(zhì)條件探查的要求越來(lái)越高，90年代以來(lái)許多出現(xiàn)了許多新的水文地質(zhì)物探方法，主要有：電法探測(cè)，地震探查和鉆孔雷達(dá)透視等。電法探測(cè)。電法探測(cè)的新技術(shù)主要有礦井音頻電透視和瞬變電磁技術(shù)。音頻電透視技術(shù)是上世紀(jì)90年代末開(kāi)發(fā)并應(yīng)用于煤礦工作面頂?shù)装甯凰援惓ｓw探查的新方法，它以巖層的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)探測(cè)含水構(gòu)造。音頻電透視法采用的多頻點(diǎn)音頻技術(shù)既可探查水文地質(zhì)異常的平面位置，又能確定其立體形態(tài)，最終以CT成像法方式顯示出來(lái)。該技術(shù)已在山東、河北、江蘇、安徽、陜西、山西、四川、新疆、湖南等九省（區(qū)）的20個(gè)礦務(wù)局40個(gè)礦近100個(gè)工作面得以推廣應(yīng)用，均取得了良好的效果，避免了數(shù)次突水淹井等重大災(zāi)害性事故的發(fā)生。瞬變電磁法（TEM）是利用不接地回線(xiàn)或接地線(xiàn)源向地下發(fā)送一次電磁場(chǎng)，在一次脈沖場(chǎng)間歇期間，使用不接地線(xiàn)圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。其物理基礎(chǔ)為電磁感應(yīng)原理，即導(dǎo)電介質(zhì)在階躍變化的激勵(lì)磁場(chǎng)的激發(fā)下產(chǎn)生渦流場(chǎng)的問(wèn)題。由于感應(yīng)二次場(chǎng)的衰變規(guī)律與地下地質(zhì)體的導(dǎo)電性有關(guān)，通過(guò)研究二次場(chǎng)的衰減規(guī)律可以探測(cè)到地下地質(zhì)異常體。該技術(shù)過(guò)去主要應(yīng)用于地面勘探，近幾年開(kāi)始應(yīng)用于礦井下，在山東、兩淮、峰峰等地礦區(qū)應(yīng)用廣泛。地震探查。隨著數(shù)據(jù)處理技術(shù)的提高，自90年代以來(lái)高分別率三維地震勘探新技術(shù)在我國(guó)較為廣泛的開(kāi)展起來(lái)。這種方法不僅能夠查清斷距大于5m的小斷層，還可以探查典型陷落柱。地震方法在煤礦防治水應(yīng)用的另一種形式就是井下曹波地震探查。曹波地震法是利用彈性波在不同密度的地層界面上產(chǎn)生的并沿該界面?zhèn)鞑サ娜瓷洳ㄟM(jìn)行地質(zhì)異常探測(cè)的。它可以準(zhǔn)確地圈定工作面或采區(qū)范圍內(nèi)的陷落柱邊界，對(duì)煤礦防治水工程部署具有重要意義。鉆孔雷達(dá)透視。該技術(shù)是瑞典和加拿大開(kāi)發(fā)出的新技術(shù)，它是通過(guò)鉆孔中發(fā)射和接收雷達(dá)波來(lái)探測(cè)鉆孔間的水文地質(zhì)異常體。其應(yīng)用條件是灰?guī)r等電阻率較高的地層。該技術(shù)對(duì)于探查鉆孔之間的導(dǎo)水?dāng)嗔押拖萋渲葟?qiáng)流滲通道具有很好的效果。原位應(yīng)力探測(cè)。原位應(yīng)力探測(cè)是根據(jù)套筒致裂原理測(cè)量煤層底板采動(dòng)前后的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)原位地應(yīng)力、巖體的破壞強(qiáng)度和底板破壞深度的方法。這一方法為采前模擬計(jì)算，評(píng)價(jià)工作面底板的水情提供了數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)技術(shù):90年代，應(yīng)煤礦現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，華北科技學(xué)院和西安煤炭研究院成功地研制了煤層底板突水前兆監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該技術(shù)是根據(jù)煤層底板深部超前破裂現(xiàn)象，監(jiān)測(cè)底板的應(yīng)力、應(yīng)變、水溫、水壓和彈性波速度等突水前兆，再根據(jù)底板承壓水遞進(jìn)導(dǎo)升的突水機(jī)理，通過(guò)模擬計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)突水的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。1.5高產(chǎn)高效煤礦對(duì)防治水新技術(shù)的需求對(duì)探測(cè)技術(shù)的要求盡管90年代以后研發(fā)了許多種煤礦水文地質(zhì)探測(cè)儀器，但尚有許多問(wèn)題沒(méi)有解決。首先是煤層底板承壓水初始導(dǎo)升高度和隱伏導(dǎo)水裂隙帶的探查問(wèn)題沒(méi)有解決。由于初始導(dǎo)升高度和導(dǎo)水裂隙帶對(duì)于底板突水的評(píng)價(jià)和底板突水監(jiān)測(cè)位置的選定起著非常重要的作用，因此對(duì)其準(zhǔn)確的探測(cè)顯得尤為主要。然而不論是電極電位、瞬變電磁還是音頻電透，因其探測(cè)空間的體積效應(yīng)和井下的眾多干擾因素，目前尚無(wú)法的探查到它的準(zhǔn)確位置和高度。鉆孔雷達(dá)透視因砂頁(yè)巖的電阻率而無(wú)法使用，這給煤礦有效的防治水帶來(lái)了一定的困難。目前某些科研單位和教學(xué)部門(mén)針對(duì)這一問(wèn)題正在試驗(yàn)微震或聲發(fā)射系統(tǒng)，試圖從裂隙擴(kuò)展方面撲捉導(dǎo)升高度的變化，以達(dá)到水害預(yù)報(bào)的目的。對(duì)潛在導(dǎo)水通道的探測(cè)除物探方法以外，化探也是有效的方法之一。由于威脅煤礦安全的導(dǎo)升是灰?guī)r水沿隔水層裂隙帶內(nèi)的入侵現(xiàn)象，灰?guī)r水的某些化學(xué)指標(biāo)，特別是放射性指標(biāo)不可避免地要在一定的范圍內(nèi)有所顯現(xiàn)，如何利用這些化學(xué)指標(biāo)探查這些潛在的導(dǎo)水通道，以便制定有效的防治措施，是高產(chǎn)高效生產(chǎn)對(duì)防治水工作的新要求。目前已經(jīng)有科研人員在這一方面進(jìn)行試驗(yàn)性研究，試圖研發(fā)出高精度化學(xué)探測(cè)儀，以無(wú)創(chuàng)的形式探測(cè)底板隱伏導(dǎo)水通道。其次是對(duì)陷落柱的探測(cè)。盡管高精度三維地震勘探對(duì)陷落柱有一定的效果，但由于陷落柱充填物的似層狀結(jié)構(gòu)，使得探測(cè)精度和準(zhǔn)確度不高，仍有很大部分的陷落柱探測(cè)不到，這不僅對(duì)工作面的布置帶來(lái)影響，而且也對(duì)給煤礦帶來(lái)難以估量的水文地質(zhì)災(zāi)害。為了彌補(bǔ)三維地震的這一缺陷，某些物探科技人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一套地震資料的動(dòng)態(tài)處理和解譯方法。我們知道三維地震資料信息量巨大，目前我們利用僅是其100多種信息中的幾種，尚有大量信息沒(méi)有得到利用。地震資料的動(dòng)態(tài)解譯就是根據(jù)生產(chǎn)種揭露出來(lái)的新的地質(zhì)信息對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，使某些有用信息得到增強(qiáng)，噪音得到過(guò)濾，使得資料的解譯更加準(zhǔn)確，精度更高。這不僅能夠解譯出更多的小斷層而且還能夠更解譯出更多的陷落柱。1.6對(duì)水害預(yù)警技術(shù)的要求高度集約化生產(chǎn)要求煤礦具有更高的水害預(yù)警能力。90年代初我國(guó)技術(shù)人員盡管研制出一套工作面底板突水前兆監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)，但由于八五計(jì)劃以后國(guó)家對(duì)煤礦防治水技術(shù)研究的投入大幅度減少，這項(xiàng)很有意義的研發(fā)工作沒(méi)有繼續(xù)下去，仍然停留在單點(diǎn)監(jiān)測(cè)階段，模型也停留在二維巖水耦合模型上，不能處理工作面內(nèi)部任意產(chǎn)狀的不連續(xù)面問(wèn)題。應(yīng)用也僅限于煤層底板突水一種類(lèi)型上，不能監(jiān)測(cè)和處理陷落柱和老塘的突水問(wèn)題，這對(duì)于工作面越來(lái)越大的現(xiàn)代化礦井來(lái)說(shuō)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。針對(duì)這種情況華北科技學(xué)院已經(jīng)初步研究成功煤礦水害預(yù)警系統(tǒng)，并在安徽恒源煤電集團(tuán)試驗(yàn)成功。該系統(tǒng)是煤層底板突水前兆監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)系統(tǒng)的更新?lián)Q代產(chǎn)品。在軟件上增加了對(duì)沖擊水壓的處理、三維狀態(tài)下工作面內(nèi)部任意產(chǎn)狀的不連續(xù)面問(wèn)題處理的功能。對(duì)于不同計(jì)算結(jié)果的處理上增加了專(zhuān)家判定系統(tǒng)。在水情的危險(xiǎn)性判別方面增加了預(yù)警級(jí)別劃分內(nèi)容。硬件上在原有的探測(cè)指標(biāo)上增加了位移、水的特征離子監(jiān)測(cè)指標(biāo)。在應(yīng)用上，增加了多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，陷落柱突水和老塘突水預(yù)警內(nèi)容；在數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控方式方面增加了遠(yuǎn)程多終端監(jiān)控功能。因此該系統(tǒng)不但對(duì)煤礦水害預(yù)防更加實(shí)用，而且對(duì)突水判別更加準(zhǔn)確。對(duì)確保煤礦安全，高產(chǎn)高效具有很大的意義。另外，由于物理預(yù)警受到許多限制……。化學(xué)預(yù)警的研究已經(jīng)開(kāi)始研究……。綜上所述，我們可以看出：我國(guó)煤礦水害問(wèn)題依然嚴(yán)重，水害造成的死亡率在逐年上升，水害造成的經(jīng)濟(jì)損失據(jù)高不下。大采高和大采深開(kāi)采產(chǎn)生了新的水文地質(zhì)問(wèn)題。大采深高承壓條件下的開(kāi)采使得煤層底板突水頻率和突水強(qiáng)度增大。大采高開(kāi)采使得破壞遠(yuǎn)上方含水層，而目前的計(jì)算方法和規(guī)程不使用新的采煤方法，給水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)和防治水方法的確定帶來(lái)了困難。國(guó)家煤炭的生產(chǎn)中心的向西部?jī)A斜，產(chǎn)生了保水采煤的新問(wèn)題，這一問(wèn)題在毛烏素沙地外圍尤為突出。高產(chǎn)高效生產(chǎn)對(duì)煤礦水文地質(zhì)提出了更高的要求，煤礦隱伏突水通道探查和水害預(yù)警系統(tǒng)迫在眉睫。煤礦防治水的科學(xué)研究需要企業(yè)的支持，科學(xué)是第一生產(chǎn)力，企業(yè)為與自己有關(guān)的科學(xué)的投入，將使新的技術(shù)首先用于本企業(yè)的生產(chǎn)中，最先創(chuàng)造價(jià)值，提高自身在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的地位。我國(guó)煤礦主要水害類(lèi)型及其防治3.1頂板水3.1.1水害因素及致災(zāi)機(jī)理頂板水害是煤層頂板含水層因采掘涌出而造成的災(zāi)害。它包括三種形式的水害：頂板裂隙、巖溶水害，頂板上方?jīng)_積層水害，頂板次水水害。頂板裂隙、巖溶水害是處于冒裂帶中的含水層水在采掘過(guò)程中涌入礦坑的現(xiàn)象。頂板含水層有砂巖含水層或灰?guī)r含水層。頂板砂巖含水層水害在我國(guó)的山東棗莊、兗州、肥城、新汶，皖北的劉橋一礦、劉橋二礦，江蘇的徐州、河北的開(kāi)灤，陜西的長(zhǎng)武等礦區(qū)最為嚴(yán)重；頂板灰?guī)r水害在河北的峰峰、邢臺(tái)、井陘等礦區(qū)最為嚴(yán)重頂板裂隙、巖溶水在我國(guó)造成的水害在我國(guó)頻繁發(fā)生。3.1.2頂板次生離層水害一一新型水害淮北礦業(yè)集團(tuán)公司海孜煤礦745工作面于2006年5月21日發(fā)生了頂板砂巖水潰入式突水事故。強(qiáng)大水流瞬間涌出，沖出工作面下部頂板矸石400多方，沿途所有具有一定坡度的巷道底板嚴(yán)重沖刷，5名工人未來(lái)及撤離而遇難。水流到達(dá)石門(mén)口運(yùn)輸大巷時(shí)，最大淹沒(méi)深度在水溝蓋板上0.4m，測(cè)算前18分鐘平均涌水量在3887m3/h以上。水害的原因是上覆30m地層為砂巖透鏡體，36m上方為具有的火成巖床，頂板砂頁(yè)巖地層和厚層砂巖、火成巖床發(fā)生離層 積水 潰爆 致災(zāi)。。這種罕見(jiàn)的水害僅在裂隙帶上方為堅(jiān)硬巖層(砂巖、火成巖床)的情況下會(huì)發(fā)生。3.2頂板水害的防治方法3.2.1頂板砂巖水的防治方法⑴預(yù)疏干在開(kāi)采前在工作面的上下巷向頂板施工鉆孔放水疏干。疏干提前量要計(jì)算和實(shí)驗(yàn)確定，一般要提前月3個(gè)月。采動(dòng)疏干當(dāng)工作面頂板的砂巖的厚度較大但滲透系數(shù)較小時(shí)，頂板難以疏干，而在開(kāi)采過(guò)程中頂板水瀉出，嚴(yán)重時(shí)，工作面如瓢潑大雨，致使工作環(huán)境惡劣，設(shè)備受損，壽命縮短，工作效率低下，這種情況下可以利用工作面的超前破裂進(jìn)行疏干。充氣疏干如果頂板為古近系或新近系半固結(jié)砂巖可采用充氣疏干相結(jié)合的方法。即在工作面的上巷施工充氣鉆孔，在工作面的下巷施工疏干鉆孔。頂板灰?guī)r水的防治利用保護(hù)層頂板有保護(hù)層時(shí)，改變采煤方法，降低冒裂帶高度，使得含水層不被破壞。避開(kāi)、封堵地下暗河(南方)示蹤分析、鉆孔雷達(dá)透視、地面瞬變電磁探查地下暗河，避開(kāi)或封堵地下暗河。例如，貴州新田煤礦……疏干或帷幕灰?guī)r薄或富水性弱時(shí)，疏干?；?guī)r富水性強(qiáng)時(shí)，注漿帷幕上覆沙層水防治(1)防水煤柱按照國(guó)家規(guī)定留設(shè)煤柱，但在特殊構(gòu)造區(qū)要超過(guò)國(guó)家規(guī)定留設(shè)，例如皖北祁東煤礦……。疏干水量不豐富，則疏干，如毛烏素沙地。水量豐富，留設(shè)煤柱。如果不符合上述條件，要提高回采上限，注漿改造含水層，井下放水。3.3陷落柱、斷層水害陷落柱作為導(dǎo)水通道，是奧灰水開(kāi)采空間發(fā)生了聯(lián)系，由于奧灰含水層厚度巨大，其造成的水害是巨大的。例1：河北邢臺(tái)東龐礦2903工作面下巷陷落柱突水淹井災(zāi)害。2003年4.12日2903工作面掘進(jìn)至750m處時(shí)，迎頭片幫、涌水,2小時(shí)后水量達(dá)2500m3/h,巷道被淹，7小時(shí)后水量大30000m3/h，11小水后水量水量增值70000m3/h,礦井被淹。水源為奧灰含水層，水溫為41°C,通道為陷落柱陷落柱水害的治理（1）水閘墻在可疑的倒水陷落柱巷道筑建水閘門(mén)。例如皖北礦區(qū)的任樓煤礦的7218工作面機(jī)巷。3.3地表水害地表水害是地表水體通過(guò)裂隙、落水洞、井筒等通道涌入礦坑造成災(zāi)害的過(guò)程。通過(guò)裂隙涌入礦井造成災(zāi)害在我國(guó)華南型煤礦時(shí)常發(fā)生，特別是在四川南桐礦區(qū)、江西樂(lè)坪礦區(qū)、湖南斗笠山、連邵等礦區(qū)最為嚴(yán)重。這些礦區(qū)的礦井涌水量隨降雨量的增加，在暴雨季節(jié)往往造成災(zāi)害。90年代我們?cè)谒拇贤┟旱V做研究時(shí)發(fā)現(xiàn)將降水導(dǎo)入礦井的主要通道之一是落水洞。我們知道落水洞往往和地下暗河相連，但由于該地區(qū)地殼經(jīng)過(guò)多起抬升,形成了多層地下暗河，上層地下暗河已成為干河，井下巷道揭露時(shí)無(wú)水,落水洞也不在低洼地帶，多被泥土充填。巷道揭露時(shí)呈軟泥出現(xiàn)，這些軟泥在暴雨時(shí)變成稀泥，開(kāi)始流動(dòng)，繼而突發(fā)性的大量涌水，造成災(zāi)害。最簡(jiǎn)單的治理方法是在地表山上尋找落水洞，對(duì)其灌入粘土，效果特好。在江西樂(lè)平礦區(qū)地表河流通過(guò)裂隙和井下連通，雨季河水上漲時(shí)，礦井涌水量增加。2004年。…地表水害的另一種形式就是河流灌入井口。這對(duì)于小煤礦時(shí)常發(fā)生，小煤礦的井口多位于溝谷處（為了減少掘進(jìn)量），平時(shí)無(wú)水，當(dāng)遇到50年一遇，或百年一遇的暴雨時(shí)，溝谷成為河流，大水灌入礦井致災(zāi)。90年山西有多個(gè)小煤礦因此而被淹沒(méi)，死亡多人。。地表水因裂隙導(dǎo)入井下致災(zāi)在北方煤礦也有發(fā)生，例如2003年，新疆伊利某礦區(qū)頂板裂隙造成砂石水俱下，16人被埋。。對(duì)北方深井這種事故也有發(fā)生，2009年4月19日淮南新集能源集團(tuán)公司板集在建煤礦發(fā)生頂板涌水、淹井。該礦井深約800m，出水點(diǎn)深度約694m，出水后地表出現(xiàn)塌陷，村莊房屋破裂，地板磚翹起。如此深度的出水在我國(guó)還是首次出現(xiàn)，其成因尚不清除。地表河流涌入礦坑災(zāi)害不僅發(fā)生在地方小礦，在國(guó)有大礦也有發(fā)生，例如8月17日發(fā)生山東省華源礦業(yè)有限公司（原新汶礦務(wù)局張莊煤礦）發(fā)生重大潰水事故,17日14時(shí)30分洪水通過(guò)煤礦用于井下水砂充填的廢棄砂井，以50立方米/秒的流量潰入新礦集團(tuán)華源有限公司（原張莊煤礦）礦井下。該礦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情后，緊急撤人，但仍有172人撤離不及困于井下。截至18日零時(shí)10分，該礦井下4個(gè)生產(chǎn)水平（-860水平、-700水平、-450水平、-210水平）全部被淹，井下所有排水泵全部被淹。死亡107人。事故原因：據(jù)事故搶險(xiǎn)指揮部介紹，8月17日，新汶地區(qū)突降大雨，造成汶河水位暴漲，沖毀汶河大堤50米左右。14時(shí)30分，洪水通過(guò)煤礦用于井下水砂充填的廢棄砂井，以50立方米/秒的流量潰入華源礦業(yè)公司礦井下造成事故。3.4老空水害老空水害是老空區(qū)積水突發(fā)造成的災(zāi)害。老空水害的發(fā)生主要是老空區(qū)的防水煤柱被破壞所造成的。破壞的原因一是位置不清、水量不清，又不做探放水工程，掘進(jìn)時(shí)誤入老空區(qū)所致；二是開(kāi)采煤柱，許多凋煤礦以開(kāi)采煤柱為生，開(kāi)采時(shí)對(duì)其它煤礦的老空區(qū)位置不清，造成災(zāi)害；或正常采煤時(shí)對(duì)煤柱的破壞無(wú)法估計(jì)、缺乏監(jiān)測(cè)和保護(hù)措施。震驚國(guó)內(nèi)外的廣東梅州大興煤礦的透水事故；三是對(duì)頂板的冒裂帶計(jì)算錯(cuò)誤，例如內(nèi)蒙某礦頂板老空水涌出，死亡17人的災(zāi)害。此類(lèi)災(zāi)害主要發(fā)生在地方小礦，近20年來(lái)煤礦重大和特別重大水害事故都屬于這一類(lèi)。案例不勝枚舉。。3.5底板水害3?5?1底板突水機(jī)理底板水害是華北C-P煤礦區(qū)和華南P煤礦區(qū)特有的水害。在華北煤礦區(qū),煤層受到下伏太原組薄層灰?guī)r、奧陶系巨厚層或寒武系白云巖的威脅和危害。在采動(dòng)過(guò)程中，灰?guī)r水通過(guò)斷層、裂隙或陷落柱突出，造成災(zāi)害。由于底板水害影響巨大，對(duì)底板突水的研究較早。70年代在邯鄲王鳳煤礦和峰峰一礦進(jìn)行了大量工作。。提出了突水系數(shù)的概念。。80年代在淮南新莊孜煤礦做了系統(tǒng)的底板觀測(cè)；80-90進(jìn)行了底板注水試驗(yàn)和超聲波測(cè)試；90年代進(jìn)行了底板應(yīng)力、應(yīng)變、水溫、水壓觀測(cè)；2000年以后開(kāi)展了預(yù)警。提出了：遞進(jìn)導(dǎo)升的突水機(jī)理承壓水在煤層底板的遞進(jìn)導(dǎo)升現(xiàn)象承壓水在“完整”煤層底板遞進(jìn)導(dǎo)升的探測(cè)②超聲波探測(cè)。鉆孔的深度為：20m（距離徐II灰約3m）探測(cè)過(guò)程是：探測(cè)從孔深5m開(kāi)始，每隔lm作為一個(gè)注水點(diǎn)。工作面前方35m開(kāi)始一一過(guò)后115m結(jié)束。超聲波探測(cè)從5m孔深開(kāi)始，每0.5m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，與注水試驗(yàn)同步觀測(cè)。3?5?2斷層底板的遞進(jìn)導(dǎo)升觀測(cè)3?5?3煤層底板遞進(jìn)導(dǎo)升突水的實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)表明：采礦對(duì)斷層底板的影響程度大于完整底板，斷層的深部最先受到擾動(dòng)，擾動(dòng)逐漸向上發(fā)展，由于所模擬的斷層具有導(dǎo)升高度，因此導(dǎo)升是遞進(jìn)發(fā)展的。這種超前的擾動(dòng)或破壞正是底板突水的前兆，是底板突水的預(yù)測(cè)、預(yù)警的依據(jù)。4?煤礦水害的預(yù)警技術(shù)是通過(guò)對(duì)煤礦的致災(zāi)因素的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，和數(shù)據(jù)處理，對(duì)水害進(jìn)行預(yù)報(bào)的方法。該方法在我國(guó)是最新技術(shù)包括：物理預(yù)警和化學(xué)預(yù)警1985年，美地調(diào)局和美氣象中心聯(lián)合在舊金山灣地區(qū)建立了滑坡泥石流預(yù)警系統(tǒng)，據(jù)降雨強(qiáng)度、巖土體滲透能力、含水量和氣象變化做出判斷,預(yù)警結(jié)果通過(guò)氣象中心進(jìn)行廣播。1986年2月12-21日，舊金山灣地區(qū)累計(jì)降雨800mm，他們發(fā)布滑坡、泥石流預(yù)警，暴雨過(guò)后，調(diào)查人員檢查10處發(fā)生滑坡、泥石流的時(shí)間和地點(diǎn)，有8處與預(yù)報(bào)時(shí)間完全吻合，這是目前為止世界上最為成功的一次突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警預(yù)報(bào)。4?1國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究現(xiàn)狀香港地區(qū)在邊坡詳細(xì)調(diào)查編錄的基礎(chǔ)上，采用雷達(dá)圖像解譯小范圍地質(zhì)構(gòu)造和巖土結(jié)構(gòu)，從而確定滑坡發(fā)生的潛在區(qū)域。指出香港地區(qū)根據(jù)近20年有關(guān)資料的分析研究得出：當(dāng)日降雨強(qiáng)度小于100mm時(shí)，香港地區(qū)很少發(fā)生滑坡（少于10次），而當(dāng)日降雨強(qiáng)度大于270mm時(shí)，每次暴雨都誘發(fā)較多的滑坡（一天內(nèi)所報(bào)導(dǎo)的滑坡事件超過(guò)10次），并且當(dāng)小時(shí)降雨強(qiáng)度超過(guò)70mm時(shí)，滑坡的數(shù)量及其嚴(yán)重性將會(huì)激增。成都理工大學(xué)以200mm/d作為四川盆地地區(qū)暴雨滑坡的臨界強(qiáng)度；文寶萍等通過(guò)對(duì)陜南典型滑坡的數(shù)值模擬得出該區(qū)臨界暴雨強(qiáng)度為75mm/d;近30年的降雨及滑坡資料表明：鄂西地區(qū)滑坡的臨界降雨強(qiáng)度大致為100mm/d。簡(jiǎn)易裂縫觀測(cè)法，儀器觀測(cè)法（對(duì)監(jiān)測(cè)樁（墩）距離測(cè)量），鉆孔深部位移觀測(cè)，地下水水位觀測(cè)等。許家美（2005）開(kāi)展了重慶涪陵區(qū)谷水溪滑坡監(jiān)測(cè)與預(yù)警研究，以重慶涪陵區(qū)谷水溪滑坡監(jiān)測(cè)為例，對(duì)裂縫觀測(cè)法在滑坡監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用做了探討。通過(guò)布設(shè)裂縫觀測(cè)標(biāo)志，按監(jiān)測(cè)周期采集數(shù)據(jù)，對(duì)裂縫觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并成功地做出預(yù)警預(yù)報(bào)，使100余人安全撤離；減少財(cái)產(chǎn)損失1500余萬(wàn)元，運(yùn)用裂縫觀測(cè)法監(jiān)測(cè)滑坡收到了較好的效果。泥石流災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警一一線(xiàn)狀交通干線(xiàn)和點(diǎn)狀重要工程、基礎(chǔ)設(shè)施以及城鎮(zhèn)居民點(diǎn)的群防群測(cè)為主一一長(zhǎng)江上游水土保持重點(diǎn)防治區(qū)泥石流預(yù)警系統(tǒng)。地震災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警一一城市地震預(yù)警系統(tǒng)（如墨西哥市、伊斯坦布爾、臺(tái)北市、橫濱市）、鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)（如日本東海道新干線(xiàn)）、煤氣系統(tǒng)地震監(jiān)測(cè)與應(yīng)急控制系統(tǒng)（東京煤氣公司1994年就建成了地震監(jiān)測(cè)與震害快速評(píng)估系統(tǒng)）、核電站地震預(yù)警系統(tǒng)（立陶宛Ignalina核電站、廣東大亞灣核電站）。煤礦水害物理預(yù)警技術(shù)依據(jù)理論：煤層底板的遞進(jìn)導(dǎo)升突水機(jī)理煤層底板隔水層在薄弱部位存在著一定高度的導(dǎo)升現(xiàn)象，開(kāi)采過(guò)程中在礦壓的作用下，底板的受力狀態(tài)同梁或薄板相似，在