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煤矿水害防治科技发展对策(2014)

法规文档 2014-12-10 0
软件名称: 煤矿水害防治科技发展对策(2014)
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整理时间: 2014-12-10
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煤矿水害防治科技发展对策


(2014)


国家安全监管总局


国家煤矿安监局


2014 年 11 月


1




一、我国煤矿水害及防治技术现状 ............................................................... 2


1.1 煤矿水害现状 ........................................................................................... 2


1.2 煤矿水害防治技术现状 .......................................................................... 11


二、我国煤矿水害防治存在的主要问题 ..................................................... 14


2.1 煤矿水害防治基础理论存在的主要问题............................................... 14


2.2 现有煤矿水害防治技术与装备存在的主要问题 ................................... 14


2.3 平台建设存在的主要问题 ...................................................................... 16


2.4 煤矿水害防治管理工作存在的主要问题............................................... 16


三、我国煤矿水害防治科技发展对策 ......................................................... 19


3.1 我国煤矿水害防治总体发展思路 .......................................................... 19


3.2 我国煤矿水害防治科技发展对策 .......................................................... 19


四、工作建议 ................................................................................................ 30


2


一、我国煤矿水害及防治技术现状


1.1 煤矿水害现状


1.1.1 我国煤矿水害的分区特征


根据我国聚煤区的不同水文地质特征和自然地理条件,以及矿井


水对生产的危害程度,可将全国煤矿水害划分为 6 个水害区,见图


1-1。


(1)华北石炭二叠纪岩溶—裂隙水水害区


主要分布在河北、山东、山西、河南、陕西、江苏、安徽等省份。


煤矿突水较频繁,涌水量大或特大(1000~123180m3/h),水害主要


致灾因素包括奥灰水、断层、陷落柱等。


(2)华南晚二叠世岩溶水水害区


位于我国淮阳古陆以南、川滇古陆以东的长江流域,包括苏南、


皖南、江西、湖南、广东、广西、贵州、云南、四川等。煤矿突水频


繁,突水量大(2700~27000m3/h),容易造成淹井,矿井正常涌水量


大(3000~8000m3/h)。水害主要致灾因素包括岩溶水(岩溶管道)、


地表水等。


(3)东北侏罗纪煤田裂隙水水害区


位于东北和内蒙古东部的新华夏系巨型沉降带内。煤矿受山间谷


地河流地表水和第四系松散层水影响严重。水害主要致灾因素包括煤


层顶板水和导水裂缝带等。


(4)西北侏罗纪煤田裂隙水水害区


位于昆仑—秦岭构造带以北,包括新疆、青海、甘肃、宁夏、陕


西北部和内蒙古西南部广大地区。该区顶板水害突出,第四系水害较


严重。水害主要致灾因素包括煤层顶板水和导水裂缝带等。


3


图 1-1 我国煤矿水害分布特征图


图中:1.华北石炭二叠纪岩溶—裂隙水水害区;2.华南晚二叠世岩溶水水害区;


3.东北侏罗纪煤田裂隙水水害区; 4.西北侏罗纪煤田裂隙水水害区;


5.西藏—滇西中生代煤田裂隙水水害区;6.台湾古近纪煤田裂隙—孔隙水水害区。


(5)西藏—滇西中生代煤田裂隙水水害区


该区主要分布在昆仑山以南,西昌—昆明以西的广大区域。该区


主要聚煤期为晚三叠世和早白垩世。该区属于湿润—亚湿润气候区,


年降雨量为300~600mm的地区约占55%,年降雨量为800~1000mm


的地区约占 35%,年降雨量为 1000~2000mm 的地区约占 10%。区


内煤矿的特点是开采规模小,受水害威胁尚不严重。


(6)台湾古近纪煤田裂隙—孔隙水水害区


4


该区主要分布在台湾省区域。该区属于湿润气候区,年降雨量为


1800~4000mm的地区约占95%以上。区内煤矿的特点是开采规模小,


受水害威胁尚不严重。


综上所述,我国煤矿水害主要分布在华南、华北、东北和西北 4


大区域,据统计,近 5 年发生的水害事故均在上述 4 大区域见表 1-1。


表 1-1 我国主要水害区近 5 年发生的水害事故及死亡人数统计表


年份


华北水害区


华南水害区


东北水害区


西北水害区


水害事故


起数


死亡


人数


水害事故


起数


死亡


人数


水害事故


起数


死亡


人数


水害事故


起数


死亡


人数


2009 年


4


6


36


118


7


42


0


0


2010 年


8


60


23


65


3


44


4


55


2011 年


6


30


24


108


11


40


3


14


2012 年


5


34


10


37


6


47


3


4


2013 年


5


28


11


32


2


22


3


7


合计


28


158


104


360


29


195


13


80


1.1.2 我国煤矿水害的主要类型


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。水害类型,按水源划分可以分为:


地表水、孔隙水、裂隙水、岩溶水、老空水;按导水通道划分可以分


为:断层水、裂隙水、陷落柱水、钻孔水;按与煤层的相对位置划分


可以分为:顶板水、底板水。


1.1.3 我国煤矿的水文地质类型


截至 2012 年 6 月 30 日,全国共有 11504 个矿井开展了水文地质


类型划分。其中极复杂型矿井 78 个,占总数的 0.68%;复杂型矿井


827 个,占 7.19%;中等型矿井 4141 个,占 36%;简单型矿井 6458


个,占 56.14 %,见图 1-2。


5


图1-2 全国11504个矿井水文地质类型划分结果对比图


水文地质类型复杂、极复杂煤矿共有 905 个,主要分布在:山西、


黑龙江、安徽、山东、河南、湖南、重庆、四川、贵州、甘肃、河北、


陕西、江西等地区,见图 1-3。这些地区常发生重特大透水事故,是


煤矿水害防治工作重点监管监察的地区(注:由于尚未对各矿井上报


的水文地质类型划分结果开展复审工作,部分矿井的划分结果可能不


完全符实,有待进一步审核确认)。


图 1-3 我国各省份矿井水文地质类型为复杂、极复杂煤矿数量分布图


1.1.4 我国大水煤矿分布特征


大水煤矿指矿井正常涌水量超过 1000m


3/h 的煤矿。根据国家煤


矿安监局 2012 年统计资料,全国共有 61 个大水煤矿。其中井工矿涌


水量最大的是陕西的锦界煤矿,正常涌水量为 4900m


3/h,最大涌水量


6


为 5499 m


3/h;露天矿涌水量最大的是内蒙古元宝山煤矿,正常涌水


量为 11250 m


3/h,最大涌水量为 12500 m


3/h。全国各省份大水煤矿统


计数据见表 1-2 和图 1-4。


可以看出,全国大水煤矿主要集中在河南、河北、山东、内蒙古、


黑龙江等地区,水害类型主要为老空水、岩溶水、地表水、顶板水等。


表 1-2 全国各省份大水煤矿统计数据一览表


地区


大水矿井


数量(个)


矿井涌水量(m


3/h)


主要水害类型


正常涌水量


最大涌水量


河北


11


1050~1999


1348~2550


岩溶水、老空水、构造水


山西


2


1400~1800


1500~2000


岩溶水、老空水、顶板水


内蒙


6


1140~11250


1358~12500


岩溶水、地表水、裂隙水


辽宁


1


1015


1134


老空水、顶板水


黑龙江


5


1034~2300


1540~2811


老空水、顶板水、地表水


江苏


1


1200


1500


岩溶水、老空水


安徽


1


1000


1157


岩溶水、老空水、地表水


江西


1


1000


6870


岩溶水、老空水、地表水


山东


7


1001~2045


1560~2700


岩溶水、老空水、地表水


河南


18


1033~4500


1057~5940


岩溶水、老空水、地表水


广西


2


1500~1860


1800~11500


岩溶水、老空水、地表水


四川


3


1270~1810


1763~3000


岩溶水、老空水


陕西


3


1050~4900


1200~5499


顶板水、老空水、地表水


注:1. 大水煤矿指矿井正常涌水量超过 1000m


3/h 的煤矿。


2. 随着煤矿生产条件的变化,其矿井涌水量大小也在不断变化,表中各省份大水煤矿


的数量为 2012 年统计结果,仅供参考,各个煤矿具体涌水量数据以实时观测结果为准。


图 1-4 全国各省份大水煤矿数量对比图


7


1.1.5 近年来煤矿水害事故特征


近年来水害事故特征主要表现在以下几个方面:


一是重大事故仍然多发,甚至出现反弹。2011 年,全国煤矿发


生水害事故 44 起,同比上升 15.8%。其中较大水害事故 16 起,死亡


78 人,同比分别上升 23.1%和 30%。2013 年,全国煤矿共发生水害


事故 21 起,死亡 89 人。较大水害事故 10 起,死亡 47 人。重大水害


事故 2 起,死亡 28 人。2009~2013 年事故起数和死亡人数对比情况


见图 1-5。


0


10


20


30


40


50


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年


年份


事故起数(起)


0


50


100


150


200


250


死亡人数(人)


事故起数(起)


死亡人数(人)


图 1-5 2009~2013 年水害事故起数和死亡人数对比图


二是较大以上事故所占比例大。2012 年较大水害事故占全国煤


矿较大事故总数的 11.3%;重大水害事故占全国煤矿重大事故总数的


31.3%;2013 年较大事故占全国煤矿较大事故总数的 21.7%,重大水


害事故占全国煤矿重大事故总数的 14.3%。


三是老空水、灰岩水和地表水为主要水害水源。近 5 年来,63


起较大水害事故中,老空水 58 起,占 92%;灰岩水 3 起,占 4.8%;


地表水 2 起,占 3.2%。23 起重大事故中,老空水 18 起,占 78.3%;


灰岩水 2 起,占 8.7%,地表水 3 起,占 13%,见表 1-3、图 1-6 和图


1-7。


8


表 1-3 近 5 年水害事故水源情况表


年份


较大事故


重大以上事故


老空水


灰岩水


地表水(洪水、


河流溃水等)


老空水


灰岩水


地表水(洪水、


河流溃水等)


2009 年


14


1


1


3


1


0


2010 年


12


1


0


4


1


1


2011 年


15


1


0


5


0


1


2012 年


8


0


0


4


0


1


2013 年


9


0


1


2


0


0


合计


58


3


2


18


2


3


0


2


4


6


8


10


12


14


16


事故起数(起)


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年年份


老空水


灰岩水


地表水


图 1-6 近 5 年较大水害事故水源统计柱形图


0


1


2


3


4


5


6


事故起数(起)


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年


年份


老空水


灰岩水


地表水


图 1-7 近 5 年重大以上水害事故水源统计柱形图


四是乡镇煤矿水害事故最为严重。近 5 年来全国煤矿发生水害事


故按所有制统计情况见表 1-4、图 1-8 和图 1-9。


9


表 1-4 近 5 年来全国煤矿发生水害事故按所有制统计表


年份


国有重点煤矿


国有地方煤矿


乡镇煤矿


起数


人数


起数


人数


起数


人数


2009 年


2


2


5


12


40


152


2010 年


7


82


5


12


26


130


2011 年


8


30


4


6


32


156


2012 年


3


8


3


23


18


91


2013 年


6


37


4


12


11


40


合计


26


159


21


65


127


569


0


5


10


15


20


25


30


35


40


45


事故起数(起)


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年


年份


国有重点煤矿


国有地方煤矿


乡镇煤矿


图 1-8 近 5 年全国煤矿发生水害事故数量按所有制对比图


0


20


40


60


80


100


120


140


160


死亡人数(人)


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年


年份


国有重点煤矿


国有地方煤矿


乡镇煤矿


图 1-9 近 5 年全国煤矿水害事故死亡人数按所有制对比图


五是掘进工作面为主要透水部位。近5年来,较大透水事故和重


大及以上透水事故中,在掘进工作面发生的事故数分别占总数的


63.49%和69.57%。相关统计情况见表1-5,图1-10,图1-11,图1-12


和图1-13。


10


表1-5 近5年来水害事故发生部位统计表


年份


较大事故矿井


重大及以上事故矿井


掘进工作面


采煤工作面


其他


掘进工作面 采煤工作面 其他


2009年


10


1


5


3


1


0


2010年


9


1


3


5


0


1


2011年


9


5


2


4


1


1


2012年


6


1


1


3


2


0


2013年


6


3


1


1


1


0


合计


40


11


12


16


5


2


19.05%


17.46%


63.49%


掘进工作面


采煤工作面


其他


图 1-10 近 5 年来全国煤矿较大透水事故发生部位分布图


8.70%


21.74%


69.57%


掘进工作面


采煤工作面


其他


图 1-11 近 5 年来全国煤矿重大及以上透水事故发生部位分布图


11


0


2


4


6


8


10


12


事故起数(起)


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年


年份


掘进工作面


采煤工作面


其他


图 1-12 近 5 年全国煤矿较大透水事故发生部位对比图


0


1


2


3


4


5


6


事故起数(起)


2009年


2010年


2011年


2012年


2013年


年份


掘进工作面


采煤工作面


其他


图 1-13 近 5 年全国煤矿重大及以上透水事故发生部位对比图


1.2 煤矿水害防治技术现状


煤矿水害防治技术分为预防与治理两个方面。水害预防技术包括


探测、预测、监测技术等,其中探测技术手段有物探、钻探、化探等;


水害治理技术是根据具体的矿井水文地质条件和水害类型与特点,通


过专门的水害防治设备和工程,对水害进行治理的技术方法。


1.2.1 煤矿水害防治探测技术与装备发展现状


(1)物探技术与装备


目前,地面物探技术手段包括二维和三维地震勘探、瞬变电磁法、


高密度电法、直流电法、可控源音频大地电磁测深、地质雷达、瑞利


12


波和孔间透视等,其中:三维地震勘探是煤矿隐伏地质构造、不良地


质体探查的最佳手段,地面瞬变电磁法在探测地下含水低阻地质体方


面具有独特优势,如充水采空区、含水陷落柱等。


井下物探技术手段包括无线电波透视、瞬变电磁法、直流电法,


高密度电法、便携式探水 CT、地质雷达、音频电透视等电磁波探测


技术以及槽波地震、MSP(矿井地震)、微震监测、瑞利波勘探、多


分量地震探测等弹性波探测技术。上述方法手段中,直流电法、瞬变


电磁法、地质雷达法、瑞利波勘探、矿井地震探测技术与装备的应用


较广。


(2)钻探技术与装备


用于煤矿水害防治的钻探技术包括井下和地面两种类型,使用的


钻探技术有常规回转钻进和定向钻进技术。近年来取得较大进展的钻


探技术有精确定位与造斜分支钻探技术、井下长距离近水平定向钻探


技术、地面大口径定向钻探技术等。定向钻进技术以先进的随钻测控


技术为依托,可对钻孔轨迹进行实时测量和精确控制,使钻孔在目的


层位延伸或精确中靶。


(3)化探技术与装备


水文地球化学探测技术是矿井水害防治工作中的一种重要手段,


在矿井突水水源判别方面效果显著,是一种快速、经济、实用的方法。


多年来的理论研究和实践表明,水化学和同位素方法是探查地下水成


因、赋存条件、分布特征、运移规律等的重要方法。


常规水化学分析主要从离子含量、矿化度、硬度、碱度、pH 值、


Eh 值等进行分析。利用离子含量分析可以大概得出地下水的运移情


况、水交替强度、水力联系强弱等。除了常规水化学分析外,应用同


位素理论与方法可以解决许多有关地下水的渗流问题,如:测定地下


水年龄,研究地下水起源、形成与分布规律,示踪地下水的运动,测


定水文地质参数,研究地下水化学组分的来源。目前应用最多的环境


同位素有2H、3H、18O 以及13C、14C 等。


1.2.2 煤矿水害预测技术发展现状


13


目前煤矿水害预测技术主要包括矿井涌水量预测和顶、底板突水


预测。矿井涌水量预测计算方法主要有经验公式法、解析法、数值法、


人工智能法,其中经验公式法、解析法、数值法在现场实际工作中应


用较为广泛。常用突水预测方法包括:顶板透水“三图—双预测”法、


底板突水“脆弱性指数”法、“突水系数”法、“五图—双系数”法等。


1.2.3 煤矿水害监测预警技术与装备发展现状


突水监测工作是实现水体上或水体下安全采煤的前提条件。根据


监测环境不同,顶板或底板水的监测可分为地面监测和井下监测;根


据监测对象不同,可分为地下水动态监测和突水监测;根据监测条件


不同,可分为自然条件下监测和采矿条件下监测。


在国内,已开发了一系列突水监测数据采集系统、数据处理技术


和相关软件。此外,在监测方法上,提出了监测中间指示层地下水位


方法、实时监测含水层富水性物探方法;在监测指标上,常用的预警


指标有水量、水压、水温、水质和视电阻率等。


1.2.4 煤矿水害治理技术与装备发展现状


煤矿水害治理技术可分为水害隐患治理技术和灾后治理技术两


个方面。其中,应用较广的隐患治理技术包括煤层底板注浆加固与改


造技术、井筒预注浆技术、构造预注浆技术及帷幕注浆技术等;近年


来取得较大发展的灾后治理技术有灾害治理前期的导水通道综合物


探探查技术、导水通道定向导斜与分支钻探技术,以及后期的巷道阻


水墙和陷落柱止水塞建造技术。


1.2.5 煤矿水害应急救援技术与装备发展现状


近年来,国内水害应急救援技术的发展主要集中在大型潜水泵追


排水技术、快速钻进技术、大口径救援钻孔技术、快速注浆封堵救援


技术、突水水源快速检测与识别技术等。国外水害应急救援技术优势


主要在救援孔作业方面,有美国雪姆 T 系列车载移动钻机、阿特拉斯


公司的 RD 系列钻机、宝峨公司的 RB 系列钻机和土力公司的 G 系列


钻机等。我国中煤科工集团西安研究院现已研制出与国外钻机功能接


近的应急救援钻机。


14


二、我国煤矿水害防治存在的主要问题


2.1 煤矿水害防治基础理论存在的主要问题


2.1.1 老空水害隐患探查的地球物理基础研究不足


目前,针对不同深度、不同尺寸、冒落或未冒落、充水或未充水


等不同赋存状态的老空区,其地球物理特征的基础研究严重不足;对


于老空区地球物理探测技术与装备的有效探测距离、探测精度等,理


论分析、数值模拟、物理模拟以及实物验证等基础研究均严重滞后。


2.1.2 深部煤层底板突水机理认识和研究不足


随着煤矿向深部延伸开采,煤矿开采的水文地质条件变得越来越


复杂,水害隐患越来越严重,以往对煤层底板突水机理的认识已不能


满足深部煤层开采水害防治工作的需求。


2.1.3 顶板含水层透水机理认识和研究不足


西北侏罗纪煤田裂隙水水害区位于干旱半干旱气候区,但是在干


旱少雨的情况下一些矿井却水害不断,时常发生水害事故。说明对顶


板含水层透水机理认识和研究不足,需要进一步强化顶板含水层透水


机理的研究,为西北侏罗纪煤田的安全高效开采提供可靠的理论基


础。


2.2 现有煤矿水害防治技术与装备存在的主要问题


2.2.1 探测技术与装备存在的主要问题


(1)物探技术与装备


井下物探技术尽管现有技术与装备种类繁多,但是由于煤矿井下


特有的非半空间、非全空间条件下物探技术的基础理论研究比较薄


弱,且煤矿井下存在较为严重的电磁干扰环境等,导致煤矿井下电磁


法勘探存在多解性、漏报率与误报率偏高等问题。


地面物探技术受探测距离、地形影响等,探测精度相对较低。例


如,三维地震技术可以查明落差大于 5m 的断层、长轴直径 30m 以上


的陷落柱、老窑采空区的范围,但该技术受地质条件的制约较大,随


15


着探测深度增加其探测精度相应降低,对小型陷落柱、小断层、采掘


巷道等探测精度仍然不够;地面瞬变电磁技术由于受地形影响大、深


度定位精度低以及低阻屏蔽等问题的存在,同样难以实现对小型陷落


柱、奥灰顶部富水性等精确探测。


(2)探放水技术与装备


探放水技术与装备方面,无论是常规回转钻进技术与装备,还是


近年来发展较快的定向钻进技术与装备,都存在高水压含水层钻进困


难、坚硬地层钻进效率低、松软破碎地层无法成孔以及探测目标层控


制范围小等问题。


(3)化探技术与装备


水化学探查技术近年来在水质数据分析和水源快速判别理论方


面取得了一定的进展,但部分矿区尚未建立充水水源水化学特征数据


库,无法满足突水水源快速判别的需求。此外,利用常规水化学分析


方法对某些类型突水水源判别仍存在较大偏差。


2.2.2 监测预警技术与装备存在的主要问题


煤矿水害监测监控技术在数据采集系统、数据处理技术、可视化


技术等方面仍然面临一些技术难题。如:突水监测预警阈值难以确定;


老空透水、隐伏导水陷落柱、断层突水等重大突水灾害在掘进、回采


过程中难以精确监测等。


2.2.3 治理技术与装备存在的主要问题


注浆封堵技术在煤矿突水事故的抢险救灾及突水点治理过程中


发挥了至关重要的作用。然而,目前对动水条件下浆液的扩散与固结


规律研究不足,对不同水动力条件下的注浆堵水工艺尚缺乏系统的实


验研究。


2.2.4 应急救援技术与装备存在的主要问题


目前地面大直径救援钻孔快速施工技术及配套钻具与救援装备


需进一步发展完善,对突水水源的现场快速检测与识别技术装备还需


进一步推广应用。此外,地面与井下被困人员之间的通信问题尚未有


效解决。


16


2.3 平台建设存在的主要问题


平台建设是推进煤矿水害防治技术创新及专业资源社会共享的


重要基础。然而,目前尚未成立由国家安全监管总局授权、国内水害


防治专业机构承担(或牵头)的煤矿水害防治工程技术中心,缺乏从


矿井、矿业集团、驻地煤矿安监机构到国家煤矿安监局的水害综合信


息管理平台,在水害防治国家重点实验室和工程示范基地建设方面还


存在不足。


2.4 煤矿水害防治管理工作存在的主要问题


2.4.1 部分煤矿企业重视程度不够,水害防治安全投入不足


部分煤矿企业存在着“重生产轻安全”的现象,没有把煤矿安全发


展摆到应有高度,对煤矿水患抱有侥幸心理,对国家煤矿水害防治工


作部署贯彻落实不力,对非生产性投入积极性不高,缺乏有效的煤矿


水害防治的投入保障机制。


据统计,全国有水害的煤炭企业共设立水害防治专业机构 10559


个,仍有 945 个未设水害防治专业机构。其中,广西、陕西的水害防


治专业机构不到 70%。全国水害防治专业机构设立情况见图 2-1。


图 2-1 我国各省份水害防治专业机构设立情况对比图


全国煤炭企业装备探放水钻机共有 23828 台,平均每个矿井约 2


台。其中北京、河北、山西和江苏等地,每个矿井配备钻机超过 4 台;


广西、甘肃等地平均每个矿井不到 1 台,全国探放水钻机配置情况见


17


图 2-2。此外,在物探及化探装备方面,目前仅有部分大中型煤矿配


备。由于装备数量不足,无法保障安全需要。


图 2-2 我国各省份探放水钻机配置情况对比图


2.4.2 煤矿企业水害防治专业人员不足


煤矿水害防治工作是理论、技术和实践性很强的工作,要求从业


人员具有一定理论知识和熟悉水害防治技能,还要有丰富的地质实践


知识和较强的实践经验。因此,专业人才的培养周期较长,同时受煤


炭地质勘查、煤矿生产现场条件艰苦、收入待遇低等因素影响,吸引


不了人才、留不住人才,造成了专业技术人才严重不足的尴尬状况。


据统计,全国现有水害防治专业技术人员共 18748 名,平均每个


矿井 1.63 名。其中,辽宁、湖北、广西地区每个矿井平均不到 1 人


(见图 2-3),远远满足不了煤矿水害防治工作的需要。


18


图 2-3 我国各省份煤矿专业水害防治人员配备情况


另外,全国现有持证探放水工共 42181 名,平均每个矿井有 3.67


名。其中,福建、江西、湖北、湖南、四川、云南、甘肃、青海、新


疆及新疆生产建设兵团平均每矿不到 2 名(见图 2-4)。


图 2-4 我国各省份煤矿持证探放水工配备情况


19


三、我国煤矿水害防治科技发展对策


3.1 我国煤矿水害防治总体发展思路


煤矿水害防治应坚持“安全第一,预防为主,综合治理”的方针,


按照“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”的水害防治原则,


认真落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。紧扣“两个”煤矿


水害防治重点,加强“两类”水害防治技术的推广与研发,采取“四


项”煤矿水害防治科技发展对策,为实现煤矿安全形势持续、稳定好


转奠定坚实的科技基础。


3.2 我国煤矿水害防治科技发展对策


3.2.1 紧扣“两个”煤矿水害防治重点


一是以老空水、灰岩水突(透)水水源为防治重点;二是以垂向


导水断层和陷落柱突水通道为防治重点。要在全面加强水害防治工作


的基础上,有针对性地加强老空水、灰岩水、断层水和陷落柱水害的


探查、监测、预测及治理研究。


老空水、灰岩水突水水源,导水断层、陷落柱突水通道,均属隐


蔽致灾因素。必须对受水害威胁严重的煤矿开展隐蔽致灾因素普查,


有针对性地制定水害防治措施,并将防治措施报当地煤监机构审查备


案,督促落实。


针对以上“两个”煤矿水害防治重点。老空水可采取的防治措施


包括老空区调查和探查、积水量估算、老空水疏放、防隔水煤(岩)


柱留设、防水闸墙设置等。


灰岩水可采取的防治措施包括灰岩水文地质条件多手段综合探


查与试验、带(水)压开采、防隔水煤(岩)柱留设、底板隔水层加


固或含水层改造等。


导水断层可采取的防治措施包括多手段综合探查、超前预注浆、


防隔水煤(岩)柱留设等。


20


导水陷落柱可采取的防治措施包括多手段综合探查、中间指示层


放水试验探查、超前预注浆、防隔水煤(岩)柱留设等。


3.2.2 加强“两类”水害防治技术的推广与研发


一是推广现有先进成熟的水害防治技术与装备,全面提升矿井水


害防治能力(见表 3-1,表 3-2);二是加强水害防治亟需技术的研究,


引领技术与装备的发展方向(见表 3-3)。


表 3-1 4 大主要水害区可推广的成熟水害防治技术与装备一览表


水害区


主要水


害问题


可推广应用的成熟技术


可推广应用的成熟装备


华北石炭


二叠系岩


溶—裂隙


水水害区


奥灰水、


断层、陷


落柱


三维地震勘探技术


ARISE 数字地震勘探仪;408、428 系列地震仪;


Geovecteur Plus 地震数据处理系统


地面及井下电法勘探技术


Terra TEM 瞬变电磁仪;YD32(A)矿用高分辨直


流电法仪; YTS625 矿用本安型探水 CT


地面及井下超前钻探与注


浆技术


美国雪姆 T130XD、T200XD 系列车载钻机;MDY-60


型全液压车载钻机;ZDY 系列探放水钻机;多功


能注浆站


水文地质条件综合探查与


带压开采配套技术


突水水源水化学快速判别系统;矿井水情实时监


测系统;Feflow、Visual Modflow 地下水流数值


模拟软件包


东北侏罗


纪煤田裂


隙水水害



煤层顶


板水、导


水裂缝



?维地震勘探技术


ARISE 数字地震勘探仪;408、428 系列地震仪;


Geovecteur Plus 地震数据处理系统


西北侏罗


纪煤田裂


隙水水害



地面及井下电法勘探技术


Terra TEM 瞬变电磁仪;YD32(A)矿用高分辨直


流电法仪; YTS625 矿用本安型探水 CT


地面及井下定向钻探及疏


放顶板水技术


美国雪姆 T130XD、T200XD 系列车载钻机;MDY-60


型全液压车载钻机;ZDY 系列探放水钻机


华南晚二


叠世岩溶


水水害区


岩溶水


(岩溶


管道)、


地表水


地面及井下电法勘探技术


Terra TEM 瞬变电磁仪;YD32(A)矿用高分辨直


流电法仪; YTS625 矿用本安型探水 CT


地面及井下超前钻探与注


浆技术


美国雪姆 T130XD、T200XD 系列车载钻机;MDY-60


型全液压车载钻机;ZDY 系列探放水钻机;多功


能注浆站


4 大水害分区共有问题


上述四大


水害分区


老空水


小煤窑非法超层越界地面


实时监测技术


地面被动地震监测仪


三维地震勘探技术


ARISE 数字地震勘探仪;408、428 系列地震


仪;Geovecteur Plus 地震数据处理系统


地面及井下电法勘探技术


Terra TEM 瞬变电磁仪;YD32(A)矿用


高分辨直流电法仪; YTS625 矿用本安型


探水 CT


地面及井下超前钻探与注


浆技术


美国雪姆 T130XD、T200XD 系列车载钻机;


MDY-60 型全液压车载钻机;ZDY 系列探放


水钻机;多功能注浆站


21


表 3-2 现有成熟可推广的水害防治技术、装备及供应商一览表




水害防治技术


配套装备


装备供应商


1


三维地震勘探技术


ARISE 数字地震勘探仪


加拿大 GEO-X SYSTEM 公司


408、428 系列地震仪


法国 SERCEL 公司


Geovecteur Plus 地震数据处理系统


法国地球物理公司


2


电法勘探技术


Terra TEM 瞬变电磁仪


澳大利亚 Alpha 公司


YTS625 矿用本安型探水 CT


北京华安奥特科技有限公司


3


井下直流电法探查技术


YD32(A)矿用高分辨直流电法仪


中煤科工集团西安研究院


4


井下槽波地震探测技术


矿用防爆无缆地震仪


中煤科工集团西安研究院


5


小窑非法开采监测系统


地面被动地震监测仪


中煤科工集团西安研究院


6


水文地质试验技术


矿井水情实时监测系统


中煤科工集团西安研究院; 西


安科技大学;山东科技大学;华


北科技学院等


Feflow、Visual Modflow 地下水流数


值模拟软件包


德国 Wasy 研究所(Feflow)


加拿大斯伦贝谢水务公司


(Visual Modflow)


突水水源水化学快速判别系统


中煤科工集团西安研究院


7


井下探放水技术


ZDY 系列探放水钻机


中煤科工集团西安研究院


8


突水灾害治理技术


美国雪姆 T130XD、T200XD 系列车载


钻机


美国雪姆公司


MDY-60 型全液压车载钻机


中煤科工集团西安研究院


多功能注浆站


中煤科工集团西安研究院


我国煤矿水害主要分布在华北、西北、东北和华南 4 大水害区,


结合目前我国煤矿安全生产工作的实际情况,针对这 4 大水害区的特


征分别提出相应的成熟与亟需水害防治技术如下:


华北石炭二叠系岩溶—裂隙水水害区:需要加大推广应用的技术


有三维地震勘探技术、地面及井下电法勘探技术、地面及井下充水水


源快速识别技术、地面及井下超前钻探与注浆技术、水文地质条件综


合探查与带压开采配套技术等。


亟待研究的课题是导水断层和陷落柱精细探测技术、井下高承压


含水层定向钻探及疏放技术、奥灰顶部利用与注浆改造技术、底板水


害实时监测与可视化预警技术、掘进巷道构造及富水性超前探测及在


22


线预警技术、深部煤层底板突水危险性评价技术等。


西北、东北侏罗纪煤田裂隙水水害区:需要加大推广应用的技术


有地面三维地震勘探技术、地面及井下电法勘探技术、地面及井下充


水水源快速识别技术、地面及井下定向钻探及疏放顶板水技术等。


亟待研究的课题是顶板含水层涌水量预测技术研究、掘进巷道构


造与富水性超前探测及在线预警技术、综放条件下顶板含水层水害防


治技术研究等。


华南晚二叠世岩溶水水害区:需要推广应用的技术有地面及井下


电法勘探技术、地面及井下充水水源快速识别技术、地面及井下超前


钻探与注浆技术等。


亟待研究的课题是岩溶管道探测与治理技术、顶底板水害实时监


测与预警技术、掘进巷道构造与富水性超前探测及在线预警技术、顶


底板灰岩突水危险性评价技术等。


针对四大水害区共有的老空水致灾因素,在老空水探查方面,采


用小煤窑非法超层越界地面实时监测系统,可以及时发现老窑的非法


采掘活动,“防患于未然”;采用地面三维地震与瞬变电磁法联合探测


的手段,超前圈定小煤窑老空区的分布范围,利用钻探手段进行探查


验证;同时,利用矿井物探、井下钻探等手段,进行掘进工作面跟踪


探测,形成地面与井下联合的探测模式。


对于老空水防治方面,亟待研究的课题是多手段综合物探探测与


分析技术、地面核磁共振电法探测技术、井下三维电磁探测技术与装


备等。


3.2.3 采取“四项”煤矿水害防治科技发展对策


一是深入开展基础理论研究;二是进一步加强关键技术与装备研


发;三是积极推进平台建设;四是完善煤矿水害防治管理体系。煤矿


水害防治科技发展对策图见图 3-1。


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图 3-1 煤矿水害防治科技发展对策图


煤矿水害防治科技发展技术路线见图 3-2。


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