“矿井突水水源快速判识与水灾防控关键技术”专题

来源：煤田地质与勘探

随着煤炭资源开采向深部延伸和开发重心向西部转移，我国煤矿安全生产面临的水害威胁和制约程度更为严重。“十三五”期间，中煤科工集团西安研究院有限公司牵头，联合多家科研院所围绕矿井突水水源快速判识与水灾防控关键技术开展了大量研究工作，在基础理论分析、防控技术体系研究、关键装备研制等方面取得了大量的成果。为促进学术交流和科研成果转化，《煤田地质与勘探》设立“矿井突水水源快速判识与水灾防控关键技术”专题，选登8篇稿件集中报道项目的相关科研成果。

行业视野: 安全
类别; 34个
关键词; 28位
专家; 7篇
论文; 5984IP
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三分量地–孔瞬变电磁法积水采空区探测试验

作者(Author)：姚伟华, 王鹏, 李明星, 苏超, 程思远

摘要：孔中物探方法是近几年行业研究的热点，考虑到金属矿上应用较成熟的地–孔瞬变电磁法具有径向探测距离远，数据信号不易受地面电磁干扰影响等特点，将其应用到煤矿积水采空区探查领域。采用三维时域有限差分算法对钻孔不同方位的积水采空区模型的总场响应、异常响应进行了数值模拟，总场三分量对积水采空区反映明显，异常场三分量形态组合能判别异常体的方位。采用等效涡流原理，研究了利用异常场三分量来反演异常体的位置、倾角和规模等参数的空间定位算法。通过不同方位的理论模型测试，不同时刻的反演等效电流环大小、位置的组合能反应含水采空区的空间位置及规模。最后在陕北某矿针对已知含水采空区开展地–孔瞬变电磁法探测试验，采集的三分量信号光滑可靠，且异常反应明显，并对不同时刻的异常场三分量数据进行反演处理，反演结果与实际采空区位置和规模基本一致，证明该方法可作为煤矿钻孔中探查积水采空区的有效手段。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

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突水水源的独立性权–模糊可变理论识别模型

作者(Author)：董东林, 李祥, 林刚, 卞建玲, 曹成龙, 吴恒

摘要：在煤矿开采过程中，矿井水害事故频繁发生。为快速准确地找出矿井突水水源，降低矿井突水给煤矿生产带来的危害，以赵各庄矿为例，运用独立性权系数与模糊可变理论相结合的方法，选取了Na+，Ca2+，Mg2+，Cl–，SO2– 4和HCO– 36种水化学指标，对赵各庄矿的20组水样数据进行分析计算。结果表明：独立性权系数–模糊可变理论模型排除了水样中各指标间冗余信息的影响，克服了水样各变量间权重难以确定以及变量对水质影响不均匀的问题，可在一定程度上保证突水水源识别模型的准确度；Cl–权重值远大于其他各项化学指标的权重值，即Cl– 对突水水源的识别结果影响较大；采用本文所建模型判别赵各庄矿的8组测试水样，判别准确率达87.5%，表明该模型在矿井突水水源识别中具有重要参考价值。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

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淮南煤田地下水水化学空间分布及其形成作用

作者(Author)：汪子涛, 刘启蒙, 刘瑜

摘要：为探究淮南煤田地下水的空间分布情况及各项水化学作用的强度，将淮南煤田划分为松散层较厚的北部区域与松散层较薄的南部区域，收集了两区域16个矿井主要突水含水层的水化学测试数据，综合采用离子组合法、Gibbs图、氯碱指数等方法研究了各含水层的地下水水化学特征。研究结果表明：地下水总溶解固体与松散层埋藏厚度呈正相关，其均值范围在951.92~2 667.79 mg/L。随着松散层厚度的增大，脱硫酸、浓缩结晶及阳离子交替吸附等水化学成分形成作用得到增强，使SO42– 不断消耗形成HCO3– ，导致溶解度小的HCO3– 结合Ca2+、Mg2+析出，并最终形成以NaCl主导的高矿化度水体。该结论将为深部煤矿区水害防治、水资源利用等提供一定借鉴作用。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

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考虑渗流和剪胀的圆形巷道围岩广义SMP准则解

作者(Author)：潘继良, 任奋华

摘要：本文基于广义SMP准则，综合考虑中间主应力、孔隙水压力和围岩的剪胀特性，建立了巷道围岩的理想弹塑性模型。根据弹塑性理论，推导了渗流作用下的围岩应力场、位移场和塑性区半径的统一解析解。结合具体算例对SMP准则计算得到的围岩应力分布和塑性区半径与Mohr-Coulomb(M-C)准则进行了对比，并对孔隙水压力和围岩剪胀角等影响因素进行了分析。研究结果表明：SMP准则计算得到的塑性区半径小于M-C准则，说明M-C准则相较于SMP准则更为保守；孔隙水压力对巷道围岩的位移场具有很大的影响，表现为孔隙水压力越大，巷道洞壁附近围岩位移量越大，且围岩塑性区半径和弹塑性交界面处的峰值切向应力与孔隙水压力成正比；采用相关联流动法则会低估围岩的强度，不考虑剪胀则会低估围岩的实际变形。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

734

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水泥基注浆材料浆液稳定性及其析水规律试验

作者(Author)：徐斌, 董书宁, 徐路路, 周岩, 陈骏骏, 戴振学, 王皓

摘要：为了探索不同配比下浆液的稳定性能及其沉积析水规律，改进了现有浆液静置析水试验装置，进行了浆液稳定性沉积析水试验，获得了水固比(0.6︰1~3︰1)、粉煤灰掺量(0%~90%)、水玻璃掺量(0~12%)单因素控制下的浆液样本在各时刻析水厚度值；引入浆液析水厚度生长理论，获得了不同配比条件下浆液析水厚度生长曲线；对浆液稳定性衡量法进行分类，并验证了浆液稳定性直接衡量法与间接衡量法的等效关系。结果表明：随着水固比增加，浆液稳定性减弱；粉煤灰能延长浆液最终析水时间，提高浆液稳定性；水玻璃能缩短浆液最终析水时间，降低浆液稳定性；析水厚度生长曲线呈现半“C”形；间接衡量法与直接衡量法不具有直接等效关系。研究成果为防治水注浆工程的浆液配比优化提供参考。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

1129

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基于分形理论探究砂岩最小孔隙半径的最优区间

作者(Author)：徐路路, 董书宁, 戴振学, 徐斌, 尹尚先, 周岩, 陈骏骏

摘要：渗透率是评价多孔介质导水性能的主要参数，是导水介质微观孔隙结构在宏观上的表现特征。通过扫描电镜实验和图像处理技术，统计出砂岩微观孔隙几何参数，并结合分形理论探究了砂岩微观孔隙结构对渗透率的影响。同时，以实测渗透率为约束条件，确定了对渗流起作用的最小孔隙半径rmin区间，该区间可作为渗透率预测时最小孔隙半径rmin的最优取值区间，并获取了与之对应的孔隙半径累积百分数区间。结果表明：砂岩最小孔隙半径rmin的取值对渗透率影响较大，随着砂岩最小孔隙半径rmin取值的增大，其渗透率先急剧下降，后渐渐地趋于稳定，并伴有上升趋势。在致密砂岩中，理论渗透率与实测渗透率相等时，对应的最小孔隙半径rmin落在孔隙半径累积百分数为15%~25%内，该孔隙半径累积百分数区间对应的孔隙半径区间可作为计算砂岩理论渗透率时最小孔隙半径rmin的最优取值区间，并且随着砂岩渗透率的增大，最小孔隙半径rmin对应下的孔隙半径累积百分数逐渐增加。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

875

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煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术

作者(Author)：刘德民, 尹尚先, 连会青

摘要：准确圈定煤矿工作面底板突水预警重点监测区域，实现监测位置和潜在突水点位置在空间上的匹配，是突水灾害预警急需解决的问题之一。为研究煤矿工作面底板突水灾害预警重点监测区域评价技术，采用水文地质分析、GIS空间分析及ANN预测等技术手段，建立了底板突水灾害预警重点监测区域评价指标体系，提出了将不连续指标转化为连续指标的方法，建立了评价模型，研发了重点监测区域评价GIS系统，实现了煤矿底板突水灾害预警重点监测区域GIS与ANN耦合评价技术，最后以赵庄煤矿5303回采工作面底板突水监测预警为例，利用研发的系统圈定了该工作面重点监测区域。研究表明，确定预警重点监测区域的影响因素主要有含水层水压、含水层富水性、含水层防(隔)水煤岩柱厚度、老空区危险性指数、断层危险性指数、陷落柱危险性指数和封闭不良钻孔危险性指数，利用分段函数可以有效将不连续指标转化为连续指标，研发的评价系统可以实现煤矿突水灾害预警监测位置自动评价，评价结果与现场揭露及水害预警系统监测结果一致。

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煤田地质与勘探

2019年第05期

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