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1、煤矿水害防治新技术与新装备,主讲人：董书宁 2019 年 5 月 30 日,1,1,1,2,3,4,我国煤矿水害的特点,煤矿水害防治技术概述,煤矿水害预防新技术与新装备,煤矿水灾治理新技术与新装备,主要内容,2,5,煤矿水害防治技术发展趋势,1,我国煤矿水害的特点,3,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,近5年煤矿较大以上灾害事故分布情况,水害事故现状,1.我国煤矿水害的特点,4,煤矿水害事故起数与死亡人数统计图,水患分区特征,西北侏罗纪煤田 裂隙水水患区,华北石炭二
2、叠纪煤田岩溶裂隙水水患区,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,台湾古近纪煤田裂隙孔隙水水患区,西藏滇西中生代煤田裂隙水水患区,1.我国煤矿水害的特点,水患分区特征,1.我国煤矿水害的特点,水文地质类型划分,截止目前，全国共有5684个煤矿开展了水文地质类型划分。其中：极复杂型矿井59个，占总数的1.04%；复杂型矿井291个，占5.12%；中等型矿井3624个，占63.76%；简单型矿井1710个，占30.08%。,1.我国煤矿水害的特点,水文地质类型复杂、极复杂煤矿共有350个 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,水文
3、地质类型划分,8,1.我国煤矿水害的特点,2,煤矿水害防治技术概述,9,2.煤矿水害防治技术概述,根据煤矿防治水细则，应落实防治水主体责任，推进防治水“五个转变”。坚持“三专两探一撤”是防范煤矿重特大水害事故的重点措施。,三专：专业人员专门队伍专用设备,两探：物探钻探一撤：撤人,“五个转变”,“三专两探一撤”,11,水灾治理技术,2.煤矿水害防治技术概述,12,水害预防技术,水灾治理技术,探测探查 监测预警 预测预报 超前治理,应急救援 探查测试 快速复矿 根治水患,2.煤矿水害防治技术概述,3,煤矿水害预防新技术与新装备,13,14,水害预防技术,探测探查,监测预警,预测预报,物探,钻探,化
4、探,试验,“两探”,超前治理,3.煤矿水害预防新技术与新装备,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。,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。,根据不同介质的电阻率差异，探查地层富水性。,弹性波技术,电磁波技术,常规三维地震高密度全数字三维地震槽波瑞利波微震,瞬变电磁法直流电法高密度电法音频电透视坑透,（1）物探技术,15,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,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,高密度全数字三维地震技术,16,奥灰顶界面无法识别,奥灰顶界面清
5、晰可见,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,（1）物探技术,1）探测技术,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,断层,回风巷道,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,2.反射槽波探测：巷道形成后，探测巷道侧帮内部探测深度300m,高家堡41103工作面,3.煤矿水害预防新技术与新装备,（1）物探技术,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,音频
6、电透视仪,四档变频（15-120Hz）发射电流 70mA接收灵敏度 1V 防爆类型 本安型 Exibl Mb,三维音频电透视法,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,唐家会煤矿62103工作面陷落柱探测结果,陷落柱体,（1）物探技术,地面发射，孔中接收可探查钻孔周围3050m范围内含水异常体信号衰减小抗干扰能力强空间定位准,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,（1）物探技术,地-孔瞬变电磁法,近水平定向钻探技术(探水、注浆),（2）钻探技术,地面大口径钻探技术（救援）,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,ZDY1300型坑道钻机,ZDY150
7、00LD型煤矿用履带式,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,探放水钻机,开孔定位仪,（2）钻探技术,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,ZDY3500JD型煤矿用胶轮式,车载离子色谱仪,矿井充水水源快速识别仪,车载移动水化学实验室,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,22,（3）化探技术,1）水患探测探查技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,水情监测指标（水位/水压、流量、水温、水质）,（1）水情监测,3.煤矿水害预防新技术与新装备,2）监测预警技术,（2）地下水分层监测系统,常规水文监测孔,地下水分层监测孔,3.煤矿水害预
8、防新技术与新装备,2）监测预警技术,（3）自动排水监控系统,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.煤矿水害预防新技术与新装备,2）监测预警技术,底板水害监测预警系统,应用：冀中能源集团葛泉煤矿,（4）底板水害监测预警,2）监测预警技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,t5,27,（5）微震监测,2）监测预警技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,井-地-孔微震监测系统示意图,顶板导水裂隙带 底板破坏带 断层活化过程,3）预测预报技术,涌水量动态预测技术,工作面涌水量随着工作面老顶垮落和导水裂缝带的发育情况而动态变化。应
9、依据覆岩活动规律、工作面水文地质结构特征和工作面推进至不同地段进行工作面涌水量动态预测。,老顶不同垮落阶段导水裂缝带发育示意图,3.煤矿水害预防新技术与新装备,“动、静态水结合”工作面涌水量预测方法将工作面采后涌水量分为“静态水”和“动态水”两部分静态水：随工作面顶板垮落即时释放；动态水：有稳定补给源,3）预测预报技术,工作面涌水量动态变化曲线,3.煤矿水害预防新技术与新装备,“动、静态水结合”工作面涌水量预测方法,3）预测预报技术,工作面顶板涌水量预测动力系统通用模型,基于多阶系统动力学衰减、恢复理论模型，叠加刻画工作面顶板含水层静态水释放与动态补给的复合过程，建立水文地质参数与采动信息耦合
10、的涌水量预测通用理论模型,静态水释放与动态补给复合涌水过程,3.煤矿水害预防新技术与新装备,老空透水案例,事故原因：8446采煤工作面自开切眼向前推进42米后，老顶来压，顶板垮落，与上部采空区积水导通，涌入采煤工作面和相邻的两个掘进工作面8446工作面顺槽掘进时虽然采取了物探、钻探措施，探查并放掉了部分采空区积水，但采空区积水没有全部放空！,2015年4月19日，山西省同煤集团地煤公司姜家湾煤矿8446采煤工作面发生透水事故，造成21人死亡,（1）老空水患超前治理（老空水最容易造成人员伤亡）,4）超前治理技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,定向钻孔轨迹可控，落点较准定向钻孔单孔钻进距离长可施
11、工分支孔可有效解决巷道掘进与超前探放水的冲突问题，提高了工作效率排水效率高,4）超前治理技术,基于定向钻进工艺的老空水探放技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,33,2010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。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。,底板突水案例,（2）底板水患超前治理（底板水造成经济损失最大）,4）超前治理技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,井下定向钻进及注浆改造（加固）底板含（隔）水层,特点：井下巷道中布置钻场 无效孔段短，
12、盲区小 优先考虑该项技术应用：焦作矿区 韩城矿区,（2）底板水患超前治理,4）超前治理技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,地面定向钻进及注浆改造（加固）底板含（隔）水层,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）水层缺点：无效孔段长、穿采空区施工难度大应用：邯邢矿区、淮北矿区等,（2）底板水患超前治理,4）超前治理技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,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。,36,互嵌式射流布孔法,地面径向射流造孔注浆改造灰岩含水层,（2）底板水患超前治理,4）超前治理技术
13、,3.煤矿水害预防新技术与新装备,（3）顶板水患超前治理,4）超前治理技术,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。,挤密型,高压劈裂型,浅埋煤层地表风积沙溃入灾害,3.煤矿水害预防新技术与新装备,顶板离层水害超前治理技术,4）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、泥岩隔水层破断之前，布设井
14、下束状群孔，对离层水体进行精准靶向疏放。,离层发育示意图,束状钻孔靶向探放示意图,3.煤矿水害预防新技术与新装备,（3）顶板水患超前治理,（4）地表水患超前治理,4）超前治理技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,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。,40,封堵地面塌陷裂隙通道 修筑排洪渠、防洪堤,漏水河床(冲沟)铺底 河流改道地面帷幕截流,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,4）超前治理技术,3.煤矿水害预防新技术与新装备,4,煤矿水灾治理新技术与新装备,41,救援提升装备,救援提
15、升装备的特点:集救援舱和提升设备于一体 车载式快速救援装备，机动灵活性好，响应速度快 安全性和可靠性高、功能齐全,救援舱,42,地面大口径钻探技术,1）应急救援,4.煤矿水灾治理新技术与新装备,1）应急救援,地面大口径钻探技术与装备大扭矩反循环全液压车载钻机,4.煤矿水灾治理新技术与新装备,地面大直径孔救援提升装备多功能提升舱,具有实时视频通讯、人员状态监控、舱内气体检测等功能采用安全锁的底部脱开装置、缓降装置，可实现人员的二次逃生,提升舱,1）应急救援,4.煤矿水灾治理新技术与新装备,45,2）探查测试,45,三维地震 直流电法 瞬变电磁法 高密度电法,物探技术,钻探技术,化探技术,定向钻进
16、技术 分支钻进技术,水质快速判别 示踪试验,钻孔取芯 岩石物理力学测试 原位地应力测试,参数测试,4.煤矿水灾治理新技术与新装备,动水大通道突水钻孔控制注浆封堵技术可实现携袋钻进、双液注浆、孔底混合、袋内固结，抛袋分离。在水量较大、水流较快时，这种方法不但可以快速封堵巷道，而且可以节省大量的浆液,动水大通道突水钻孔控制注浆封堵技术,46,3）快速复矿（封堵巷道）,4.煤矿水灾治理新技术与新装备,垂直钻孔注粗颗粒骨料定向钻孔注水泥浆液骨料和水泥浆液在陷落柱体内相向混合固结,导水陷落柱水泥-骨料反过滤快速封堵技术,47,4）根治水患（封堵水源通道）,4.煤矿水灾治理新技术与新装备,5,煤矿水害防治
17、技术发展趋势,48,小型构造及不良地质体精细探查技术与装备随掘、随采、随钻物探技术与装备导水通道空-地-孔综合精细定位技术与装备井下高水压硬岩层定向钻进技术与装备基于采动空间演化的突水危险性动态评价技术全空间全过程煤矿水害综合监测预警矿井突水水源多元级次快速判别治保用结合,49,5.煤矿水害防治技术发展趋势,水害预防技术,过水大通道封堵体（单孔多袋）快速建造技术预置防水墙（门）建造技术车载智能化快速制浆与注浆系统高可靠性、大流量、轻量化应急抢险排水装备“情景-应对”型水灾应急决策支持专家系统,50,5.煤矿水害防治技术发展趋势,水灾治理技术,加快建设国家煤矿水害防治技术重点实验室选择一批典型矿
18、井，加快建设水害防治工程示范基地建设基于“互联网”的煤矿水害防治远程服务平台,5.煤矿水害防治技术发展趋势,平台建设,为了更高效、更便捷的完成煤矿水害防治咨询服务、水灾应急抢险阶段专家辅助决策，及水灾事故成因诊断分析工作亟需建立基于“互联网”的煤矿水害防治远程服务支撑平台将煤矿水害防治与“大数据”、“数字化矿山”、“互联网+”、“云服务平台”等新理念、新技术进行融合实现专业人员足不出户便可第一时间为煤炭企业解决生产中遇到的水害防治难题,“互联网+煤矿防治水”是发展趋势,5.煤矿水害防治技术发展趋势,平台建设,煤矿水害远程诊断与服务平台,水文地质基础信息、典型矿区水灾事故案例信息一体化数据库,水文地质基础信息,地质钻孔信息,生产系统信息,工业网提取数据,基础数据,水害案例,主要功能,远程可视互动模块,系统构架,用户层,实时数据,录入接口,实时传输,煤矿水文地质信息管理模块,煤矿典型水害事故案例信息管理模块,二维成图及三维建模模块,专家分析与决策辅助支持模块,事故成因诊断分析（灾后）,应急抢险辅助决策（灾中）,煤矿水害咨询服务（日常）,煤矿企业,专业服务机构,专家,煤矿安监部门,煤矿水害远程诊断与服务平台,煤矿水害防治平台建设,5.煤矿水害防治技术发展趋势,敬请批评指正！,54,
