《煤田地质与勘探》“煤矿隐蔽灾害探查与治理地质综合保障技术”虚拟专题

来源：煤田地质与勘探

煤矿隐蔽致灾因素一直是影响矿井安全、高效、绿色、智能化开采的关键问题。近年来，随着地质探测技术的不断进步，很多新技术为隐蔽致灾因素的精准探测和治理提供了有力支持。编辑部整理了相关技术进展和应用案例，旨在汇聚前沿科技与应用实践成果，促进学术互动与技术革新。

行业视野: 煤田地质与勘探
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基于SVM的地下采煤区沉陷灾害发育敏感性分区研究

作者(Author)：薛永安, 邹友峰, 张文志, 张明媚, 柳广春, 宋明伟

摘要：地下采煤区沉陷灾害发育重点区预测目前尚无固定程式，且敏感区预测结果存在不确定性较大的问题。以山西省太原市西山地区沉陷灾害为研究对象，分别以2012年和2014年核查编录的沉陷灾害数据为建模数据和验证数据，以高程、坡度、坡向、地势起伏度、地面曲率、地层岩组、地质构造为敏感性评价因子，综合运用GIS空间分析、统计分析和支持向量机(SVM)等方法，构建了4种核函数SVM沉陷灾害敏感性分区预测模型，分别从模型的评价因子权重、模型优选、敏感性分区预测结果、预测精度和模型适用性进行了分析。结果表明：多项式核函数SVM模型(PL-SVM)的训练精度(受试者特征曲线下面积AUC=0.854)与验证精度(AUC=0.755)均较高，模型预测能力良好，是4种模型中表现最好的模型，所划分敏感性分区结果合理，极高与高敏感区以较小面积分布较多沉陷灾害点，而低敏感区则以较大面积分布极少沉陷灾害点。PL-SVM模型预测的太原西山地区沉陷灾害发育极高、高、中和低敏感区的面积占比分别为：20.19%、17.43%、21.18%、41.20%，频率比值与敏感性等级之间呈良好的正相关，符合线性函数关系。PL-SVM模型敏感性评价结果可靠，适用性好，对地下采煤区沉陷灾害发育特征研究及灾害普查重点区预判具有参考意义。

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煤田地质与勘探

2022年第10期

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坚硬顶板强矿压动力灾害演化机理与超前区域防治技术

作者(Author)：郑凯歌, 王林涛, 李彬刚, 李延军, 杨欢, 杨森, 戴楠, 王豪杰, 王泽阳, 席杰

摘要：工作面上覆坚硬顶板往往不易垮落，破断后易形成动压灾害。以神东矿区布尔台煤矿为背景，针对典型坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题，采用数值模拟、理论分析的方法分析并揭示坚硬顶板弱化前后的应力演化特征及顶板破断机理，提出超前区域防治技术并应用于现场实践。结果表明：坚硬顶板破断演化特征分为3个阶段，即“长悬臂梁”阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段，其中“长悬臂梁”阶段支架上方顶板应力显著增大至6.8 MPa，破断前支架上方顶板应力为破断后的2倍，其临界破断产生的应力释放是引起强矿压的根本原因，这也是弱化改造控制的主要阶段。基于坚硬顶板灾害发生机理，提出“广域大空间”超前区域防治技术，阐述了绿色、精准、广域的防治优势，以及钻孔轨迹控制、封孔质量控制、多孔联动效应的关键技术及治理评价体系。结合数值模拟进一步验证防治技术的可靠性，当“长悬臂梁”结构弱化后，其破断前支架上方顶板应力为4.6 MPa，降幅32.4%，顶板破断演化特征3个阶段演变为来压前阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段，弱化后顶板各阶段支架上方顶板应力降幅达到32.4%～79.4%，表明预成裂隙弱面和降低坚硬层完整性能够有效改变顶板破断结构，显著降低来压强度。实践表明：压裂过程产生多次压降，降幅均达到3 MPa以上，探测裂缝发育长度达到30 m以上，压裂前后工作面周期来压步距降幅44.9%，支架来压载荷降幅18.1%，治理效果良好。研究结果可为类似矿区动力灾害治理提供借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第08期

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基于改进型突水系数法治理底板奥灰水害技术

作者(Author)：李凯, 李晓龙

摘要：针对渭北煤田下组煤底板超薄隔水层条件下，煤层开采过程中底板奥灰水害防治技术难题，依托渭北煤田韩城矿区桑树坪煤矿奥灰水害治理课题，基于煤矿井下近水平定向钻进技术，提出底板奥灰岩层顶部利用与注浆改造的防治水思路。（1）考虑底板破坏带失去阻水能力的因素，结合突水系数法确定奥灰顶部利用与注浆改造的临界厚度，采取自工作面两端相向钻进的方式开展定向钻孔探查，依据探查情况，结合压水试验结果，确定钻孔注浆工艺及参数，分析注浆效果。（2）采用地面三维地震、地面瞬变电磁探查采区低阻异常和构造发育情况，采用直流电法或瞬变电磁探查巷道工作面前方富水区，待巷道系统形成后，采用直流电法测深、音频电透视探查巷道和工作面底板下的富水区，采用无线电波透视探查工作面构造及煤厚变化情况。最后根据物探和定向钻探的探查结果，实施检查技术，综合评价带压开采的可行性。研究表明，奥灰顶部富水性弱，可作为相对隔水层利用，突水系数已降至0.073 MPa/m以下，为今后进一步完善《煤矿防治水细则》突水系数临界值的确定提供坚实的依据，确保了工作面安全回采，形成了修正的突水系数法结合“探查-注浆-检查”的奥灰水害防治技术体系，延伸了矿区安全开采下限。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

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黄河几字弯区煤炭基地地质灾害与生态环境典型特征

作者(Author)：申艳军, 杨博涵, 王双明, 寇海波, 陈兴, 徐雅丽, 韩森磊

摘要：“黄河流域生态保护和高质量发展”现已上升为国家重大战略，黄河几字弯区为黄河流域重要组成部分，也是我国煤炭能源重要聚集区。现区域分布有6个国家级煤炭基地，煤炭产量约占全国的40%，在我国能源安全供给保障中占有“压舱石”的地位。但该区域地处西部干旱-半干旱地区，生态环境脆弱、抗扰动能力差，易在煤炭开采过程中诱发各类地质灾害，产生水位下降、水土流失、土地沙化等生态环境问题，成为该区域煤炭工业高质量发展的核心制约因素。基于前人大量文献、报道及官方统计数据资料，对黄河几字弯区6大国家级煤炭基地地质环境特征予以剖析，并对该区域煤炭基地所面临的主要地质灾害及生态环境问题进行总结，凝练出各自的发育类型及典型特征，研究表明：（1）黄河几字弯区中主要聚煤地层为侏罗纪及石炭-二叠纪地层，区域地质构造相对简单、煤层大多埋藏较浅、厚度大而稳定，适合于开展大规模工业化开采。（2）黄河几字弯区内6大煤炭基地地质灾害处于高度易发区，地质灾害发育特征与地貌类型、采矿过程和人类工程活动密切相关，其中，宁东、神东基地和陕北基地西北部位于风积沙区，主要存在地面塌陷及地裂缝灾害；晋北、晋中、黄陇基地以及陕北基地东南部因位于黄土高原腹地，受季节性强降雨、采煤活动等影响，易发育黄土崩塌、滑坡、泥石流等灾害。（3）区内各煤炭基地生态环境问题及影响程度存在一定差异，其中，神东、陕北煤炭基地以采煤活动引起的地下生态水位的问题最为突出；宁东、神东煤炭基地土地荒漠化问题严峻；而陕北、黄陇、晋中、晋北煤炭基地则主要面临着水土流失问题。研究成果对推动黄河几字弯煤炭资源基地的可持续开发、实现黄河流域生态保护和高质量可持续发展提供基础性借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

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煤层底板隐蔽水害危险源效应与定位实验研究

作者(Author)：李攀峰

摘要：近年来隐蔽于煤层底板的导水陷落柱和断层突水已造成多个矿井被淹，给企业带来巨大经济损失和安全威胁。为查明上述隐蔽危险源的水文地质效应，探索其定位方法，根据华北石炭–二叠纪煤田的水文地质条件，进行危险源位于测区内部的沙槽实验研究。实验显示：流场稳定后隐伏陷落柱效应表现为水头、水温和离子浓度等值线均呈同心的闭合圈状，危险源位于最大等值线闭合圈内；在危险源上游区水头等值线密度变小，下游区密度变大；温度和离子浓度等值线分布则相反，在上游区等值线密度变大，下游区密度变小。隐伏断层的效应表现为水头、水温和离子浓度的等值线均呈平行线状，危险源位于2条最大平行线之间。同样，水头等值线在危险源的下游区密度变大，上游区密度变小；温度和离子浓度等值线则相反。2种危险源的温度和离子浓度最大等值线范围都远大于水头等值线的范围和危险源的实际尺寸，而危险源实际位置都靠近等值线密度大的一侧。根据实验结果，提出图解法和流场拟合法2种定位危险源的方法，其误差都不大于6 m。本文关于危险源效应的检测方法可用于华北石炭–二叠纪煤矿底板隐蔽导水陷落柱或断层在薄层灰岩含水层中水头、温度和离子浓度效应的检测，为其定位和治理提供依据。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

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