文档介绍：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目
课题设计书
项目名称:煤矿突水机理与防治基础理论研究
课题名称:矿井突水的水量预测理论与方法
课题编号:2007CB209406
课题负责人:刘树才
主要承担单位:中国矿业大学
中国煤炭地质总局
中华人民共和国科学技术部
2008 年 1 月 20 日
一、国内外研究现状及发展趋势(附参考文献)
详细论述国内外相关领域技术研究现状与发展趋势(包括主要理论、研究方法、测试试验方法与装备、主要成果、存在问题等)。
矿井突水受多种因素的影响,突水水源、突水通道的类型、渗流特征与演变发展方向决定了突水量的大小,矿井突水预测预报是一个涉及水文地质、工程地质、开采条件、岩石力学等诸多学科的复杂问题。国外的前苏联、匈牙利、波兰、南斯拉夫及西班牙等国家,在开发煤过程中都不同程度的受到岩溶水的影响,较早地对矿井突水机理进行了研究。20世纪50年代我国首先引入了前苏联的斯列萨烈夫理论进行突水预测。20世纪60年代我国学者总结了大量突水案例,建立了“突水系数”的概念。20世纪70年代,煤科总院西安分院借鉴匈牙利的经验,考虑了矿压对底板破坏作用,对突水系数公式进行了修正。长期以来,上述两种方法在我国的矿井防治水方面发挥了重要的作用。20世纪80年代以后,随着一些新理论、新观念的引入,许多新理论、新方法开始应用于矿井突水预测。
含(导)水体渗流特征研究现状和发展趋势及存在问题[1]-[33]
在含(导)水体特征研究方面,李白英等按成因总结出了两类五种突水综合成因类型,即断裂突水(断层切穿煤层、断层接近煤层、断层隐伏较远)、非断裂突水(隔水层强度不够、岩溶陷落柱导水)。王新等在对焦作矿区大量突水事例分析的基础上,通过“越导突水”的概念模型,讨论了由断层、密集型裂隙和陷落柱等构造形成的超导突水的特征。杨为民等基于对华北煤田内岩溶陷落柱充填特征的研究,指出泥石浆型堆积是煤系段陷落柱的主要充填物,其不仅充填陷落主腔体,同时也封堵腔壁裂隙带;“结石体”成泥砾结构,渗透性极低,是柱腔内最主要的“堵水塞”,而柱旁贯通性节理由于高压水楔渗透劈入,可成为最优导水通道,它能将动水切入陷落柱,进而引发活化突水。曲有刚等认为,以断层或陷落柱为通道的底板突水,在最大突水量时,突水通道内壁具有达到最光滑程度的特征,据此建立了最大突水量计算的圆形光滑管道模型。尹尚先等对中国北方型石炭二迭纪煤田的岩溶陷落柱隐伏垂向构造充水特征及受控机制的研究表明,陷落柱充水受地质构造运动、地下水径流条件、柱体内物质组成、压实和胶结情况以及承受水压大小等多种条件与因素的控制和影响,各种因素彼此促进和相互制约,只有处在现代岩溶水强径流带和集中排泄带并隐伏埋藏在地下水水位以下者,才能构成突水的潜在威胁。
在含(导)水体探测方面,20世纪50年代,我国就已经开始了水文物探工作。直流电法勘探和电磁法勘探一直作为水资源勘察和水文地质条件评价的主要技术手段,通常以直流电测深法和剖面法为主;直到80年代,得益于自动化和计算机技术的发展,出现了高密度电阻率法、断面测深、激发极化法、瞬变电磁测深等方法。
矿井直流电法的研究和应用已有30多年的历史。1986年苏联颁布矿井直流电法勘探规范,并应用于煤层小构造探测、矿井水文地质调查;匈牙利重点研究用于探测高阻煤层内小构造的直流
层测深技术,在探测煤层含水构造、圈定煤层变薄区等方面取得了成功经验;国内方面,原煤炭步地勘司于1958年在京西矿区万佛堂平***首次进行了井下电法实验,1986年以后,中国矿业大学、煤炭科学研究总院西安分院,唐山分院、淮北矿务局、峰峰矿务局、河北煤研所、邯郸矿务局等科研、生产单位开始进行矿井电法进行了一系列井下技术实验研究,河北煤研所、邯郸矿务局、煤炭科学研究总院西安分院和中国矿业大学等单位还相继进行了矿井电法掘进头超前探测试验。
中国矿业大学自1998年以来开始进行矿井瞬变电磁法的应用研究,可以用于探测煤层顶底板及巷道石门揭煤和掘进工作面前方的隐伏地质构造、采煤工作面内的隐伏构造,并对裂隙中的突水性做出综合评判。中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所应用瞬变电磁测深研究煤层围岩的赋水性、主要断层的含水及导水性等问题。河北煤炭科学研究所用瞬变电磁勘探在井下含水构造及老空区探测方面取得一定效果。西安工程学院李貅运用瞬变电磁法获得不同时间道的电磁场信息反映不同深度介质的地电特征,用以调查测区内涌水通道及富水部位在立体空间上的分布情况。
煤炭科学研究总院西安分院在兖州、开滦、淮北等矿区使用音频电***法对工作面富水区进行探测,把激电场的衰减速度具体化为半衰时、衰减度、激发比等特征参数,不仅能较准确地找到各种类型的地下水资源,而且可在同一水文地质单元内,把激电参数与地层的含水性联系