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1、矿井水害防治课程论文论文题目：我国煤矿水害防治技术及研究现状任课老师日 期目录摘要21. 我国矿井水害防治研究现状31.1. 煤矿水害类型分类31.2. 煤矿水害致因分析32. 矿井水害防治技术52.1. 矿井水勘探的技术手段52.1.1. 直流电法52.1.2. 放射性同位素法52.1.3. 地理信息系统预测法。52.1.4. 瞬变电磁法52.1.5. 双模网络并行电法62.1.6. 三维高密度电法72.2. 矿井水害防治措施82.2.1. 煤层底板注浆加固定向钻进技术82.2.2. 注浆堵水92.2.3. 矿井筒排水92.2.4. “井-地-孔”微震监测技术与视电阻率监测技术102.2.5
2、. 矿井水害防控远程服务云平台113. 水害防治现有的不足和展望133.1. 现有的不足133.2. 展望13参考文献14摘要:我国是世界上产煤量最多的国家，原煤总产量90%以上属于井工开采。 然而，我国煤矿水文地质条件总体来讲十分复杂，受水害威胁的煤炭储量约占探 明储量的27%，煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、顶板冒裂、火灾等并列的五 大灾害之一，其严重程度仅次于瓦斯，位列第二。分析矿井水害威胁因素，落实 “预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方针，坚持“物探先行、化 探跟进、钻探验证”，针对不同水害类型，分类制定落实综合治理措施，完善“防、 堵、疏、排、截”的综合治理措施，构建
3、防治水综合管控体系。关键词：矿井水害；水害防治1.我国矿井水害防治研究现状1.1. 煤矿水害类型分类水源通入井下的方式可以分为渗水、滴水、淋水、突水等。根据矿井充水水 源和其进入井下方式的不同，将煤矿水害分为地表水、老窑水、孔隙水、裂隙水 和岩溶水5种不同类别，在井下作业过程中，工作面与含水层、水体或含水裂隙 带接触所造成的突水事故影响最大，属于需高度重视的涌入方式。1.2. 煤矿水害致因分析直接不安全动作主要涵盖违章放炮、探放水措施未能有效开展、违章指挥、 保安煤柱受损、井下人员撤离不及时和其他等6个方面；，除了包含以上6个主 要不安全行为外，还有未通过安全批准私自生产、水文地质条件信息不全
4、、人员 培训不到位、越界开采、安全通道不足、透水隐患消除力度不够、相关安全人员 配备不足等7个大类。此外，安全管理人员的不安全行为在所有不安全动作中占 比最大，最需值得注意。不同充水水源、含水层结构和地质条件是引起水害事故 的环境因素；非法开采、越界开采、违章作业和不遵循探放水原则等属于诱发煤 矿水害的人为因素；设备排水能力不足、探放水设备不合理和井筒位置不当等是 引起煤矿水害事故发生的物的因素；相关安全管理制度的完善及落实程度不足属 于管理因素，并强调从管理因素方面入手能够有效减少煤矿水害事故的发生。结合试点矿区的实际情况并经过详细的调查，按照事故树分析流程，绘制得 到矿井突水事故树，如图1
5、.1。FMjdce井突水事故r 卓I矿井涌水城大增出设计木 合理I岩房导水性好*，水压底板水老空区古X-过大HzKI凯水哼柱薄断层宙育m xrTai 方案案按设计施工st工质量低劣测st定啊水位定规 和不水 放工人芝全识IFr*#常 .水案完9 ，防，预吊善X没有州 放水操放水失败图1.1矿井突水事故树2. 矿井水害防治技术2.1. 矿井水勘探的技术手段2.1.1. 直流电法直流电法是将直流电极插入岩层中，根据电流场的分布特性确定岩层的电阻 分布情况，通过电阻的反演确定含水区域。由于水的电导率大于岩层的电导率， 在导电异常的区域即可认为有水的存在。这种方法操作简便、技术成熟，在巷道 探水方面发
6、挥了关键作用。2.1.2. 放射性同位素法放射性同位素法是将一些具有放射性的物质放入到地层中，这些物质会在水 流的运动作用下转移，根据同位素聚集的位置就可以找到水源，是一种有效方便 的勘探方法。这种方法能直观地显示矿井水的分布区域及水的流向。2.1.3. 地理信息系统预测法。地理信息系统是一种对地理空间数据进行管理研究的软件程序，借由对空间 数据的综合分析，可以快速且精准地提取目标信息，实现对矿井水害区域的有效 判定。2.1.4. 瞬变电磁法瞬变电磁法(TEM)是以接地线源或不接地回线通以脉冲电流作为场源，激励 探测目的物感生二次电流，在脉冲的间隙测量二次场随时间变化的响应。瞬变电 磁法近年来
7、已经被广泛应用于探测浅部、中部、中深部煤层顶底板富水异常区， 以及构造的含、导水性等，但用于矿井深部的探测却很少。影响瞬变电磁勘探深 度的主要因素有电磁噪声、仪器的功率一灵敏度、回线边长、地质噪声和地质体 的电性及几何参数等。其中电磁噪声来自外部的天电干扰，其限制了观测弱信号 的能力，从而在许多情况下也限制了探测深度。依照瞬变电磁场的“延时”效应，瞬变电磁场的扩散距离随时间的推进而增 加，扩散速度受介质电阻率影响，低阻扩散速度慢，高阻扩散速度快。因此，当 存在低阻覆盖层时，探测同样的深度需要较长的时间。“烟圈”所代表的瞬变电 磁场未到达异常体时，不能探测到此异常体，一旦扩散至异常体，其后的时段
8、上 对异常体才有反映。瞬变电磁测深中，时间范围决定于探测深度，采用中心回线装置下估算极限 探测深度（H）的近似公式如下： 、1H = 0.55（/p助）1式中:I为发送电流；L为发送回线边长叭为上覆电阻率刀为最小可分辨 电平，一般为0.20.5NV/m2。瞬变电磁法的最大勘探深度取决于仪器可检测出有效信号的最晚延时， 由发射磁矩、地质体及其围岩电阻率，以及要求的信噪比、噪声大小确定。2.1.5.双模网络并行电法同种煤、岩层的电阻率大体稳定，但其受到应力等作用而破碎、裂隙增加以 及裂隙中的含水性差异，会引起电阻率的明显变化。同一种岩层相比，岩层完整 时的电阻率值相对稳定；岩层破碎、裂隙发育且潮湿
9、、含水时，导电性增加，电 阻率值明显变低，显示为相对低阻（异常）区；若岩层破碎、裂隙发育但干燥、 不含水，反而导电性变差，电阻率值明显变高，显示为相对高阻（异常）区。另 外，断层、陷落柱、裂隙发育区等地质（构造）异常体，会因异常体本身的岩性、 结构等特征变化，引起附近区域的导电性出现差异，若异常体潮湿、含水则此区 域附近显示为相对低阻（异常）区；若异常体干燥、不含水则此区域附近显示为 相对高阻（异常）区。地层的岩性种类、构造发育情况、含水性程度等，均会引 起其导电性发生差异性变化，这种变化特征为并行电法等对导电性敏感、以电性 差异为应用基础的物探技术的实施，提供了良好的地球物理应用基础。双模网
10、络并行电法是以分布式并行智能电极电位差信号采集方法为技术核 心支撑的直流电法，其数据采集模拟地震勘探方式进行，与常规电法每次供电只 能采得1个测点数据不同，并行电法每次供电可同时获得多个测点数据，是一种 全电场观测技术。双模网络并行电法仪器可支持任意多通道同时采集电场数据，在实际应用中， 电法勘探的信号产生主要是通过供电电极向大地供电，网络并行电法仪器多采用 单点电源场（AM法）与异性点电源场（ABM法）这2种方式来进行数据采集与处 理，如图2.1所示。（h）ABM注工作方式原理图图2.1双模网络并行电法工作方式原理图2.1.6.三维高密度电法三维高密度电法。三维高密度电法仍是以岩土体导电性为
11、差异的一类基础电 探方法，但其将传统的电剖面法和电测深法进行组合，使其具有2种方法各自的 优点；其通过电测深法获取地质信息，在利用电剖面法对地质信息进行统计处理， 绘制电阻率断面图。三电位电极系。三电位电极系是将温纳四级（AMNB）、偶极（ABMN）及 微分（AMBN）装置按一定方式组合后所构成的一种新的测量系统。在实际测量 时，高密度电阻率勘探系统利用电极转化开关将4个相邻电极进行不同组合，从 而在1个测点上获得多种不同排列方式电极的测量参数。电极以固定点距沿井下 巷道测线布置，通过多芯电缆经转换开关连接到仪器上。通过转换开关改变装置 类型完成该测点上所有装置形式的观测；1个测点观测完后，转
12、换开关调到下一 相邻测点对应的电极，以相同方式进行新点观测，直到某一电极间距的整条剖面 观测完为止。改变电极间距，重复以上观测，观测所有不同电极间距的剖面。三维电阻率层析成像技术。采用高密度发射系统和接收系统对地下进行电场 透视，利用大地电阻率的差异进行CT成像。通过接收系统采集到足够高的电位 异常值，对其进行数据处理与反演计算，从而推断地下电阻率的分布情况，结合含水区的边界和空间分布，求出富水区三维空间数据体。2.2. 矿井水害防治措施2.2.1.煤层底板注浆加固定向钻进技术（1）定向钻技术工作原理煤矿井下随钻测量定向钻进技术主要用于岩层（硬度系数f0.5）的瓦斯抽放钻孔和地质勘探孔施工。定
13、向钻进系统主要组成部分 有定向钻机、高强度中心通缆钻杆、上无磁钻杆、测量探管、下无磁钻杆、孔底 螺杆马达、定向钻头、孔口监视器。煤矿井下定向钻进技术工作原理:采用弯外管孔底螺杆马达，利用高压水驱 动孔底马达带动钻头回转有线随钻测量技术传输孔底信息，利用孔口监视器实 时监测钻孔轨迹，并通过调节螺杆马达工具面向角，改变钻孔倾角、方位角的变 化，进而控制钻孔轨迹变化，实现钻孔轨迹准确钻进至靶点。（2）煤层底板注浆加固定向钻孔施工工艺流程钻进时首先采用螺旋钻杆回转钻进工艺进行套管段施工，成功下入套管并试 压合格然后采用稳定组合钻具定向钻进工艺钻至目的层位，使钻孔倾角略为增 加，以减少后期定向钻进倾角调
14、整难度再使用螺杆钻具随钻测量定向钻进完成 定向造斜段和稳斜段施工，使钻孔按设计轨迹在目的岩层中延伸直至达到设计要求。如图2.2所示。图2.2煤层底板注浆加固定向钻孔施工工艺流程2.2.2. 注浆堵水（1）工作面预注浆。在进行矿山井巷施工作业的过程中，一旦含水层的深 度比较大，在进行注浆施工作业时，就需要使用井筒工作面来完成，如果井筒挖 掘到离含水层恰当的尺寸处，就需要停止挖掘，并且还应该设置混凝土结构的止 水垫，以此来完成钻孔灌注施工作业。钻孔注浆施工作业也需要在留岩冒上开展。 止水垫或者留岩冒的作用是避免存在冒液或者跑浆现象。（2）壁后注浆。当进行完井筒的砌筑以及掘进施工作业之后，如果井壁处
15、 的施工质量比较差，在壁面处就很容易出现渗水现象。井筒施工作业的开展具有 一定的危险性，因此，该项工作在无形之中增加了排水费用。面对这一现象，需 要完成壁后注浆施工作业，同时该项施工作业应该按照从上至下的顺序来完成， 对于注浆高度的确定，应该以含水层水的储存条件来进行，注浆高度应该为含水 层上下合起来15m25m。由于矿井筒中很容易有裂缝产生，因此，对于出水量 比较多的位置，应该通过预埋注浆管来完成相应的施工作业，通过控制注浆堵水 的速度，来确保该项工作的及时性。（3）巷道施工技术准备工作。在使用巷道施工技术之前，应该结合巷道围 岩的力学性能以及地质构造信息来对该项工作的可行性进行计算，并且选择出合 理的支护方式。同时，还应该加强对重点区域的施工管理工作，此外，还应该做 好施工作业的安全管理。需要借助先进的施工技术来有效提升工程项目的安全施 工等级，从而有效确保重点区域中施工作业的科学性。其次，在开展巷道掘进顶 板支护施工作业的过程中，需要做好施工方案的优化设计，以免由于设
