第15讲带水压开采安全评价技术及其发展方向

第15讲带（水）压开采安全评价技术及其发展方向煤炭科学研究总院西安分院主讲人：靳德武CCRI.XI’ANBRANCH随着煤矿开采深度的不断增加，将面临高承压水的严重威胁，带压开采已成为深部煤炭资源开发的主要开采方式，与此相适应，带压开采安全评价工作显得尤为重要。面对深部煤炭资源开采中带压开采评价技术的挑战，应该在完善双系数（突水系数和带压系数）评价体系的基础上，在带压安全开采可靠性分析、三维地质建模技术及其可视化、数据仓库及数据挖掘技术与突水规则的知识获取等方面发展带压开采安全评价技术，以期实现在奥灰高承压水威胁下安全采煤和避免淹井事故发生的目标CCRI.XI’ANBRANCH安全评价就是从系统工程的观点出发，对煤矿生产中潜在的危险源进行预先识别、分析和评估，为制定基本的防灾、减灾措施提供科学依据。带压开采及其安全评价带（水）开采(简称“带压开采”)技术，是指当煤层底板隔水层承受较高水压时，在不进行或很少降低含水层水头压力的情况下，确定能否安全采煤的技术。为了实现各个能源基地的可持续发展，深部煤炭资源开发已经提到重要的议事日程上来，煤炭工业的发展和煤炭资源开发进入新的历史发展阶段。与此相适应，作为煤矿水害防治技术重要发展方向和深部煤炭资源开发技术支撑的带压开采评价技术面临新的发展机遇和严峻挑战。CCRI.XI’ANBRANCH带压开采及其评价技术工作面回采阶段后评价计阶段工作面或采区防治水设预评价安全评价技术突水监测底板改造注浆加固水文地质异常体探测带压开采技术措施带压开采技术::带压开采技术的适用性问题（1）煤层底板没有全导入型通道，使得其在水压作用下具有整体稳定性，而不存在所谓的“突破口”（2）煤层底板的岩性组合能够阻抗目标含水层在一个水文周期内（或者为了安全评价的需要，按历史最高水位考虑）最高水位所对应的水压。深部煤炭资源带压开采工作内容及技术路线帷幕截流标消除地下水动储量为目底板改造标以增大保护层厚度为目裂隙带或断层预注浆立足于预防断层陷落柱留设防水煤柱立足于躲避防治水对策排水能力核定涌水量预测监测点布设矿压显现规律突水监测动态评价递进导升静态评价力学校核突水预报及评价带压开采预测位置不清封闭不良钻孔裂隙带断层陷落柱导水构造探测带压开采深部开采带压开采及其安全评价岩溶水流动系统的研究与评价应从查清矿区岩溶含水层的富水条件入手，分析和评价突水条件及突水可能性。最好以水文地质单元作为评价区，分析岩溶水系统流动特征、径流带的展布情况、井田位于径流带和排泄带的部位等。通过对含水介质水力联系和水动力条件的研究，建立一个符合客观实际的地下水流动系统模型。直通式导水通道的探查与评价按照发生突水的通道性质，煤层底板突水可分为两种类型，即通道型突水与渗透型突水。奥灰岩溶水综合防治工业性试验期间以焦作矿区作为试验点提出了垂向越导通道综合探测配套技术；以开滦矿区为例，形成了导水陷落柱井上、下综合立体探测技术，目前仍处于上述配套技术的试验验证和完善阶段；中、小型断层作为突水通道的探查与评价应探讨并评价断层发育方向和断层内部结构对突水的控制作用、断裂构造突水机制、断层的活化及其滞后突水现象的形成规律等节理裂隙型岩体突水条件探查与评价首先应在煤层底板岩体强度力学校核的基础上做出稳定性评价；其次，应采用底板突水监测技术对采掘过程中裂隙水的潜升过程做出动态观测和评价。煤层底板岩体抗水压能力的岩体水力学模拟与校核内容包括：（1）岩体数学—力学模型的系统分析；（2）岩体力学本构关系研究；（3）岩体应力场与渗流场耦合分析；（4）水力扩容机理的实验分析与模拟；（5）基于水力扩容机理的突水预测计算机仿真分析。带压开采评价技术的发展方向带压安全开采可靠性分析目前在带压开采评价中常用的方法均为定值法—突水系数法。突水系数法是经过长期实践证明的一种较为有效的评价方法，但这种方法的最大缺点是没有考虑实际存在的不确定性的影响。因此，在实际采煤中，按定值法算出的突水系数是足够的，而实际上却发生了突水，这正是不少矿床水文地质工作者对突水系数提出质疑的原因所在在承压水的作用下，保护层的失效模式主要是结构强度的失效，即由于保护层本身厚度不足、岩层组合梁的力学强度不够或上述两种因素同时存在的结果。以失效概率表示的煤层底板突水状态，更接近于实际情况，避免了单纯依据阈值作为突水判据的某些不合理性。三维地质建模技术及其可视化在带压开采安全评价中的应用在矿井水文地质各项研究中，最重要的莫过于对矿井水文地质条件的正确认识，尤其是对于地下水流动系统的精确描述。利用三维可视化技术，直接感知井田地下水的运动规律及其动态特征，如降压漏斗的空间分布、研究区域任意钻孔及任意剖切显示、水害数据集成及链接等。数据仓库及数据挖掘技术与突水规则的知识获取由于带压开采安全评价中涉及大量的数据，如钻孔结构、地质构造、水位等，传统数据库的处理方式与决策分析中的数据需求不对称，为满足带压开采安全评价和防治水决策分析的需要，要求在传统数据库的基础上产生适应决策分析的数据环境—数据仓库带压开采过程中，所发生的煤层底板突水现象是受内在随机性作用规律支配的，井田在岩溶水径流系统中的位置、井田内岩溶发育程度、隔水层的阻水抗压能力、承压水的潜越高度在不同矿区具有各自不同的特点，实践中应以数据仓库及数据挖掘技术作为工具，从突水样本中完成自学习和他学习过程，从而实现带压开采安全评价工作质的飞跃。CCRI.XI’ANBRANCH