對中國煤礦水害頻發(fā)的幾個關(guān)鍵科學(xué)問題的探討

1、第35卷第1期煤炭學(xué)報Vo.l35No.12010年1月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYJan.2010文章編號:02539993(2010)01006606對中國煤礦水害頻發(fā)的幾個關(guān)鍵科學(xué)問題的探討董書寧12(11長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院陜西西安71006421煤炭科學(xué)研究總院西安研究院陜西西安710054)摘要:歸納分析了近年來中國煤礦水害事故發(fā)生的基本特點研究了廢棄礦井誘發(fā)礦井透水的水文地質(zhì)條件分析了現(xiàn)行斷層與

2、陷落柱等防水煤巖柱留設(shè)中存在的問題探討了突水系數(shù)理論和底板突水機理認識的缺陷提出了正確認識老空與陷落柱重大水害的前兆和新的可行的預(yù)警技術(shù)手段為新儀器的研制作出提示。關(guān)鍵詞:老空水害防水煤柱突水系數(shù)監(jiān)測預(yù)警水害成因中圖分類號:TD745文獻標(biāo)志碼:A收稿日期:20090911責(zé)任編輯:畢永華基金項目:國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃(973)基金資助項目(2006CB202200)作者簡介:董書寧(1961))男陜西藍田人研究員博士研究生。Ema

3、i:lDSN_61@Hotmail1comSomekeyscientificproblemsonwaterhazardsfrequentlyhappenedinChina.scoalminesDONGShuning12(11SchoolofEnvironmentalScienceEngineeringChang.anUniversityXi.an710064China21Xi.anResearchInstituteChinaCoalRe

4、searchInstituteXi.an710054China)Abstract:SummarizedthebasicacteristicsofwaterhazardsfrequentlyhappenedinChina.scoalminesinrecentyearsstudiedthehydrogeologicalconditionsofwaterinrushinducedbyabonedminesanalyzedproblemsinr

5、eservationofrockcoalpillarsfpreventionofwaterfromfaultscollapsedcolumnsinquiredintotheshtcomingsofthetheyofwaterinrushindexwaterinrushoutfromcoalflosputfwardthemethodstoidentifytheharbingersofheavywaterhazardsinducedbygo

6、bssinkingcolumnsthenewtechnologyfthesehazardswarningindertogivethehintstonewinstrumentsdesign.Keywds:gobwaterhazardswaterpreventingcoalpillarswaterinrushindexmonitingwarningcausesofwaterhazards1我國煤礦水害頻發(fā)的主要原因通過對近年來中國煤礦水害發(fā)

7、生發(fā)展的基本規(guī)律分析可以看出煤礦水害頻發(fā)的主要原因表現(xiàn)在以下5方面。(1)對人類采礦工程活動所誘發(fā)的突(透)水事故防范措施不到位[1]。例如對采空區(qū)積水及關(guān)閉廢棄的小煤窯積水特征及其潛在的透水危險性認識不足礦井關(guān)閉過程中的水文地質(zhì)工作及其關(guān)閉后對地下水活動條件的預(yù)測預(yù)報和監(jiān)測監(jiān)控不到位導(dǎo)致對廢棄礦井采掘空間分布情況及其積水淹沒情況不清楚防水煤巖柱留設(shè)不足、破壞防水煤巖柱或缺乏必要的防水煤巖柱從而形成了巷道掘進過程中直接或間接揭露采空區(qū)積

8、水而造成礦井透水災(zāi)害。該類型水災(zāi)突發(fā)性強沖擊力大往往造成瞬間淹井和慘重的人員傷亡。(2)現(xiàn)有的針對隱蔽型導(dǎo)水構(gòu)造的超前精細探查預(yù)測技術(shù)與裝備不足而漏勘導(dǎo)水通道[2]。隱蔽型導(dǎo)水構(gòu)造是指無明顯的地表出露和地質(zhì)顯現(xiàn)特征發(fā)育于巖層內(nèi)部的較小規(guī)模的地質(zhì)構(gòu)造主要包括隱伏斷層、局部構(gòu)造破碎帶、巖溶陷落柱及巖溶塌落洞等它們是溝通礦區(qū)充水水源與礦井采掘工程之間的主煤炭學(xué)報2010年第35卷湖北、廣西、云南、貴州、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏等省、自治區(qū)都存在這樣

9、的問題所以開展廢棄煤礦邊界的探查具有廣泛的意義。此外還要查明被關(guān)閉礦井區(qū)域地下水流場、污染物的輸運條件、污染邊界為評價和治理提供依據(jù)。(3)開展對廢棄煤礦水情的監(jiān)測。廢棄煤礦的邊界和水文地質(zhì)條件查清以后還要對其進行水位、水質(zhì)監(jiān)測和對其防水煤巖柱的應(yīng)力、變形、電阻率等進行監(jiān)測。隨著電子技術(shù)的發(fā)展這些監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)成為可能。如果在開采過程中將已知地段或可疑地段進行監(jiān)測則可以避免許多重特大災(zāi)害的發(fā)生。212防水煤巖柱留設(shè)不足造成的水害防水煤巖柱

10、是存在于礦井采掘區(qū)與導(dǎo)含水構(gòu)造之間的安全隔水層(體)防水煤巖柱的留設(shè)尺寸必須在認真分析礦井水文地質(zhì)條件的前提下經(jīng)過計算確定。在防水煤巖柱計算時要考慮導(dǎo)含水構(gòu)造的水文地質(zhì)性質(zhì)、產(chǎn)狀、與煤層的相對位置、與煤層開采后冒裂帶的位置關(guān)系、導(dǎo)含水構(gòu)造的地質(zhì)影響帶寬度、水壓大小及煤巖柱的綜合阻水能力等因素要在確保最容易被突破的薄弱位置安全的前提下逐級反算煤巖柱的留設(shè)厚度切勿簡單的計算采掘停頭到導(dǎo)含水構(gòu)造之間的距離。圖2是幾種典型條件下斷層防水煤巖柱厚

11、度的確定方法。如圖2(a)、(b)所示的斷層煤柱留設(shè)時首先要確定采掘停頭距斷層影響帶外邊界的最近距離位置或采空垮落帶與斷層影響帶外邊界的最近距離根據(jù)水壓和巖層的阻水能力計算該位置的安全煤柱厚度(圖2(a)中的LR和LX圖2(b)中的LR)然后根據(jù)煤層與斷層的空間位置關(guān)系及回采工作面上覆地層的垮裂角計算煤柱留設(shè)厚度L如果直接根據(jù)水壓和煤層的阻水能力計算煤柱留設(shè)寬度L必然會導(dǎo)致煤柱留設(shè)厚度的不足。圖2(c)、(d)為導(dǎo)水陷落柱防水煤柱厚度的

12、確定方法。與斷層防水煤柱的留設(shè)方法一樣對于陷落柱防水煤柱的留設(shè)必須要考慮其周邊垮落影響斷裂帶寬度及煤層與陷落柱的空間產(chǎn)狀關(guān)系首先要確定采掘停頭距陷落柱影響帶外邊界的最近距離或采空垮落帶與陷落柱影響帶外邊界的最近距離根據(jù)水壓和巖層的阻水能力計算該位置的安全煤柱厚度(圖2(c)、(d)中的LR)然后根據(jù)煤層與陷落柱空間位置關(guān)系、陷落柱外圍導(dǎo)水?dāng)嗔褞У膶挾燃盎夭晒ぷ髅嫔细驳貙拥目辶呀怯嬎忝褐粼O(shè)厚度L。對于煤層露頭防隔水煤(巖)柱的留設(shè)盡管5

13、建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程6已經(jīng)給定了計算公式但對于垂直裂隙發(fā)育、松圖2幾種典型條件下煤柱留設(shè)方法Fig12MethodofleavingcoalpillarfseveraltypicalconditionsL)煤柱寬度L1、L2、L3)煤柱分段寬度LX、LR)隔水巖柱厚度H)安全防水巖柱厚度pw)靜水壓力散層水壓高的地區(qū)并不適用。如近年來在安徽宿南礦區(qū)的祁東煤礦松散含水層水頭壓力達到316MPa以上、煤層上覆基