我国煤矿水害防治技术(2)

2019-02-20 23:06

展。形成了适合我国矿山水害不同阶段预测、评价与治理的较完整理论体系及与之配套的技术方法。并在全国大部分矿区得到较好地推广和应用。特别是在华北地区,通过各方面的共同努力,数十亿t受奥陶系灰岩水害威胁的煤炭资源得以解放。

概括地讲,矿井水害防治技术包括矿井水文地质条件探查、水文地质类型及矿井水害评价、矿井水害治理等。

2.1水文地质探查技术

刚才分析了我国现阶段煤矿水害的主要类型和特点,矿井(区)水文地质勘探的主要任务就是针对这些类型和特点开展探查工作。具体探查内容包括采矿影响到的含水层及其富水性;隔水层及其阻水能力;构造及“不良地质体”控水特征;老窑分布范围及其积水情况等。勘探范围包括区域、井田、采区及工作面。工作顺序应由面到点,由大到小,先区域后井田,先采区后工作面。

传统技术和手段在矿井水文地质勘探中发挥了极为重要的作用,随着科学技术的进步和发展,特别是电子技术、计算机技术的突飞猛进,使水文地质勘探技术和手段发生了质的飞跃。现在物探、化探、钻探、测试与试验及模拟计算等技术方法和手段特别是这些方法和手段的综合应用已能比较好地解决矿井水文地质勘探中的大部分问题。

2.1.1水文地质试验技术

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水文地质试验技术的基本方法是以水文地质理论为基础,以水文地质钻探、抽(放)水试验、底板岩石力学试验为主要手段,探查含水层及其富水性,主要含水层水文地质边界条件,各含水层之间的水力联系等,并获取建立水文地质概念模型的相关资料。同时探查煤层底板隔水层岩性、厚度、结构及阻水能力。在钻探过程中测试承压水原始导升高度,通过采取岩芯测试岩石物理、力学性质等。

抽(放)水试验是其中最核心的方法,它不仅能为水文地质计算提供资料,而且重要的是抽(放)水试验过程本身就能反映含水层的水文地质特性。因此, 抽(放)水试验是水文地质勘探最为有效和首选的技术方法之一。 但该方法的缺点是历时长、费用高。所以近20年来又推出脉冲干扰试验法,在一定的条件下可以替代抽(放)水试验。

脉冲干扰试验是一项新的水文地质连通测试技术,其原理是通过水文地质观测点对地下水流场进行脉冲激发,根据波的衍射、势叠加与消减等原理,计算水文地质参数,评价水文地质条件。该方法快捷、准确、工程量小、时间短、费用低,可弥补抽(放)水试验时因钻孔出水量小而不能反映水文地质条件的弊端。

2.1.2地球物理勘探技术

地球物理勘探技术经过多年的发展,其在地质、水文地质探查中的地位和作用越来越明显,越来越重要。加上其方便、快捷的优势,近几年在煤矿防治水领域得到了极大推广和应用,常用的效果比较好的方法有以下几种:

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a.地震勘探:包括二维和三维地震勘探,是弹性波地面探查构造及“不良地质体”的最有效方法。主要应用于以下八个方面:

(a)查明潜水面埋藏深度; (b)查明落差大于5m的断层; (c)查明区内幅度大于5m的褶曲; (d)查明区内直径大于20m的陷落柱;

(e)探明区内煤系地层底部奥陶系灰岩顶界面及岩溶发育程度;

(f)探测采空区和岩浆侵入体;

(g)查明基岩起伏形态、古河道、古冲沟延伸方向; (h)了解基岩风化带厚度。

b.瞬变电磁(TEM)探测技术:TEM法观测的是二次场,因此对低阻体特别灵敏。是地面(已有人尝试井下使用)探测含水层及其富水性、构造及其含水情况老窑及其积水多少的主要手段。

c.高密度高分辨率电阻率法探测技术:使用单极-偶极装臵,通过连续密集地采集测线的电响应数据,实现了地下分辨单元的多次覆盖测量,具有压制静态效应及电磁干扰的能力,对施工现场适应性强。该法使直流电法在探测小体积孤立异常体方面取得了突破。可准确直观的展现地下异常体的赋存形态,是地面、井下探测岩溶、老窑及其它地下洞体的首选方法。

d.直流电法探测技术: 属于全空间电法勘探,可在地面及井下使用。主要应用在:

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(a)巷道底板富水区探测;

(b)底板隔水层厚度、原始导高探测; (c)掘进头和侧帮超前探测,导水构造探测; (d)潜在突水点、老窑积水区、陷落柱探测。

e.音频电穿透探测技术:由于探测深度的限制,一般只应用于井下。主要探查:

(a)采煤工作面内及底板下100m内的含水构造及其富水区域平面分布范围、并进行富水块段深度探测;

(b)工作面顶板老窑、陷落柱、松散层孔隙内含水情况及平面分布范围探测;

(c)掘进巷道前方导水、含水构造探测; (d)注浆效果检查。

f.瑞利波探测:探测对象是:断层、陷落柱、岩浆岩侵入体等构造和地质异常体,以及煤层厚度、相邻巷道、采空区等,探测距离80~100m。其优点是可进行井下全方位超前探测。

g.钻孔雷达探测技术:通过钻孔(单孔或多孔)探查岩体中的导水构造、富水带等。

h.地震槽波探测技术:可用于:

(a)探明煤层内小断层的位臵及延伸展布方向; (b)陷落柱的位臵及大小; (c)煤层变薄带的分布;

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(d)可进行井下高分辨率二维地震勘探,探测隔水层厚度、煤层小构造及导水断裂等。

另外,还有其它一些地球物理勘探方法,如超前机载雷达、建场法多道遥测探测技术等。

2.1.3地球化学勘探技术

主要通过水质化验、示踪试验等方法,利用不同时间、不同含水层的水质差异,确定突水水源,评价含水层水文地质条件,确定各含水层之间的水力联系。主要的技术方法包括:

(a)水化学快速检测技术。用于井下出水点、钻孔水样水 质的快速检测;

(b)透(突)水水源快速识(判)别技术。通过水化学数据库, 利用水质判别模型快速判别突水水源;

(c)连通试验。是查明含水层内部、含水层之间、地下水与地 表水之间相互联系的一种见效快、成本低的试验手段。它对判断矿井充水水源、分析含水层之间的水力联系等都具有很重要的意义。该方法通常在放水试验过程中使用。

2.1.4钻探技术

最近十几年来,国内外钻探技术飞速发展。从适合地面、井下探放水,探构造及不良地质体(陷落柱、岩溶塌洞)到水文地质勘察、注浆堵水成孔等用途的地面钻机、坑道钻机,其能力和性能均有极大

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