矿井水害安全评价技术-(初稿)PPT课件

矿井水害安全评价技术杨国勇副所长矿山水害防治与水资源研究所资源与地球科学学院中国矿业大学*目录 矿井水害安全评价的依据与内容 矿井水害类型 矿井突水危险性评价 矿井涌（突）水量评价 结论与展望*1矿井水害安全评价的的依据与内容 依据 《煤矿安全评价导则》煤安监技装字[2003]114号 煤矿安全评价目的与基本原则为了贯彻“安全第一，预防为主”的方针，提高煤矿的本质安全程度和 安全管理 企业安全管理考核细则加油站安全管理机构环境和安全管理程序安全管理考核细则外来器械及植入物管理 水平，减少与控制煤矿建设项目和煤矿生产中的危险、有害因素，降低煤矿生产的安全风险，预防事故发生，保护建设单位和煤矿的财产安全及人员的健康和生命安全。*1矿井水害安全评价的的依据与内容 依据 阶段评价 煤矿建设项目安全预评价 煤矿建设项目安全验收评价 煤矿安全现状综合评价4、识别煤矿生产中的危险、有害因素，确定其危险度；5、评价生产系统和辅助系统，明确是否形成了煤矿安全生产系统，对可能的危险、有害因素，提出合理可行的安全对策措施及建议。*1矿井水害安全评价的的依据与内容 依据 煤矿安全评价程序前期准备；危险、有害因素识别与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ；划分评价单元；现场安全调查；定性、定量评价；提出安全对策措施及建议；作出安全评价结论；编制安全评价报告；安全评价报告评审等。*1矿井水害安全评价的的依据与内容 水害安全评价 是危险的、有害的因素，需要识别与分析； 水害影响因素需要定性、定量评估； 需回到以下问题： 突水危险？如何定性、定量评估水害危险与水害规模 避免水害？防治水技术 评价内容 水害（突水）危险性评价 水害预防与治理技术经济评价(灾前预测、灾后评估)*2矿井水害类型 水害概念矿井水害地表水、地下水、老窑水等以不同的形式进入井下，并对矿井安全生产或经济效益产生不良影响的现象。包括：突水、涌水、淋水、漏水、积水、酸性水等。矿井突水在未能预见的情况下，矿井充水水源通过一定的通道，突然涌入矿井而产生的出水事故。特点：存在通道，有充水水源，不可预见性*2矿井水害类型 我国水害分区1华北区：石炭、二叠岩溶裂隙水水害2华南区：晚二叠统岩溶水水害3东北区：侏罗系裂隙水水害4西北区：侏罗系裂隙水水害5藏滇区：中生界裂隙水水害6台湾区：第三系裂隙孔隙水水害我国矿井水害主要分布在华北和华南两大区*2矿井水害类型 我国水害分区 华北区：石炭、二叠岩溶裂隙水水害为突水特大事故多发区。特点：水害事故频繁，突水量大，淹井事故多，承担巨额排水费用。 华南区：晚二叠统岩溶水水害区特点：突水频繁，突水量大，常影响矿井生产，承担巨额排水费用。*2矿井水害类型 我国水害分区 东北区：侏罗系裂隙水水害主要为砂岩裂隙水，特点：一般不影响生产，局部水害严重，有时淹井。 西北区：侏罗系裂隙水水害特点：水害集中于浅部，地表水影响大，但该区缺水严重，多研究保水采煤问题。*2矿井水害类型 我国水害分区 藏滇区：中生界裂隙水水害特点：水文地质条件简单，水害影响不严重，煤炭储存量仅占全国总量的0.1%，主要研究露天矿问题。 台湾区：第三系裂隙孔隙水水害特点：水害不多，水害影响不严重。*2矿井水害类型 矿井水害类型划分 划分 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 按突水水源、突水通道、来水方向等 突水水源地表水突水松散层孔隙水突水砂岩裂隙孔隙水突水基岩裂隙水突水岩溶水突水老空水突水*2矿井水害类型 矿井水害类型划分 突水通道断层突水岩溶陷落柱突水钻孔突水采动裂隙突水采动垮落突水 来水方向顶板突水底板突水*2矿井水害类型 矿井水害类型划分 其它按采掘工作阶段，分掘进突水与回采突水；按突水点与煤层相对位置，分顶板突水、底板突水；按突水与采掘活动时间差，分即时突水与滞后突水；按突水点水量大小，分小型突水(Q≤60m3/h)、中等突水(Q=60m3/h～600m3/h)、大型突水(Q=600m3/h～1800m3/h)和特大型突水(Q≥1800m3/h)*2矿井水害类型 矿井充水影响因素* 水源 通道 其它影响因素 大气降水地表水地下水孔隙水裂隙水岩溶水老窑水 断裂构造岩溶陷落柱构造和地震裂隙采动裂隙导水钻孔岩溶塌陷和天窗 含水层富水性及补给条件边界条件地质构造地形条件隔水层地下水动态类型2矿井水害类型 矿床充水强度分析矿床开采后矿井充水强度除取决于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分布面积外，还取决于以下3个因素： 充水含水层出露和接受补给源的条件； 充水含水层侧向边界的导水与隔水条件； 矿层顶、底隔水岩层的隔水条件。 *3矿井突水危险性评价 《规定》要求内容 从矿井水文地质类型划分、水文地质补充调查与勘探、矿井防治水、井下探放水、水体下采煤、露天煤矿防治水、水害应急救援等方面都做了明确的要求。*矿井水文地质类型划分* 《规定》要求内容 矿井水文地质类型划分要求有区域水文地质内容；矿区所处水文地质单元或地下水系统名称、范围、边界；地下水补给、径流、排泄条件；强径流带展布规律及岩溶泉群流量等。 资料是矿井水害安全评价的基础。3矿井突水危险性评价* 《规定》要求内容 水文地质补充调查与勘探 水文地质补充调查 地面水文地质观测 井下水文地质观测 水文地质补充勘探（地面、井下）资料是矿井水害安全评价的基础。3矿井突水危险性评价* 《规定》要求内容 防隔水煤(岩)柱留设(附录3的9种)煤层露头防隔水煤(岩)柱含水或导水断层防隔水煤(岩)柱煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤(岩)柱煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤(岩)柱水淹区或老窑积水区下采掘时防隔水煤(岩)柱保护地表水体防隔水煤(岩)柱保护通水钻孔防隔水煤(岩)柱相邻矿(井)人为边界防隔水煤(岩)柱以断层为界的井田防隔水煤(岩)柱 3矿井突水危险性评价* 《规定》要求内容 导水裂缝带最大高度 经验公式法、现场实测法、数值模拟法 3矿井突水危险性评价* 《规定》要求内容 导水裂缝带最大高度 经验公式法3矿井突水危险性评价* 《规定》要求内容 安全隔水层厚度与突水系数(附录4) 3矿井突水危险性评价* 《规定》要求内容 安全水头压力(附录5) 3矿井突水危险性评价***2评价的技术手段与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 突水危险性评价方法层次分析法多源信息复合技术底板突水的“脆弱性指数法”“三图双预测法”模糊数学法灰色理论模型法神经网络模型法 *3矿井突水危险性评价 突水危险性评价方法 层次分析法 多源信息复合技术 顶板突水的“三图双预测法” 底板突水的“脆弱性指数法” 模糊数学法 神经网络模型法 突水水源判别* 层次分析法 建立层次结构模型 构造判断矩阵和标度 求解判断矩阵最大特征根及其相对应的特征向量 层次单排序及其一致性检验 层次总排序 层次总排序的一致性检验* 准则层同目标层之间判断矩阵的建立* 层次总排序没有探水(C9)>探堵不成功(C10)>防水闸门失效(C11)=补救措施不力(C12)>泵管失修(C7)>工人不知道出水征兆(C13)>水仓未清理(C6)>电力不足(C8)>设计不合理(C2)=开采煤岩柱(C3)>含水层或老空富水(C5)>断层富水(C1)>地表积水(C4)。* 多源信息复合技术 资料收集与整理 数据信息预处理 建立突水模式 进行预测分区* 多源信息复合技术 影响因素与量化 火成岩因素量化存在取1无取0 采厚 顶板隔水层厚度 ……* 多源信息复合技术 建立突水模型* 多源信息复合技术 划分突水预测分区* 顶板突水的“三图双预测法” 顶板冒裂安全性分区图 顶板含水层富水性分区图 顶板突水条件综合评价分区图* 顶板突水的“三图双预测法” 天然状态下工作面涌水量预测 人为改造状态下工作面涌水量预测*底板突水的“脆弱性指数法”*底板突水的“脆弱性指数法” 脆弱性指数法采用的基本模型就是将具有强大空间信息分析处理功能的GIS与可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合耦合于一体的评价模型，即 式中：VI—煤层底板突水的脆弱性指数； Si—第i个主控因素对底板突水的“贡献”或相对权重； Ii—第i个主控因素归一化后的无量纲值。*GIS专题图图2.2构造密度专题层图图2.3隔水层等效厚度专题层图图2.4充水含水层水压专题层图图2.5奥灰古风化壳厚度专题层图图2.6含水层富水性专题层图图2.7断层断距专题层图图2.8矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图图2.9本溪灰岩厚度专题层图*应用非线性ANN方法，根据已知突水样本，对模型进行训练，确定8个因素的权重系数，建立底板突水评价的脆弱性指数模型。*++++++底板突水脆弱性分区图（2）奥灰水压专题图构造密度专题图奥灰含水层富水性专题图奥灰上部古风化壳厚度量化专题图断层断距专题图矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专题图隔水层等效厚度量化专题图*4矿井涌（突）水量评价 地下水运动定律 Darcy定律 多孔介质的压缩理论 质量守恒定律*4矿井涌（突）水量评价 含水介质性质*4矿井涌（突）水量评价 含水介质性质*4矿井涌（突）水量评价 矿坑涌水量 正常涌水量一般指平水期和枯水期的涌水量。 最大涌水量指雨季期间的最大涌水量。 井巷 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 涌水量 矿坑疏干排水量 矿坑突水量*4矿井涌（突）水量评价 定量评价方法 水文地质比拟法 (1)降深比拟法 (2)采面比拟法 (3)单位采长比拟法 (4)采面采深比拟法 富水系数法 相关分析法 稳定流解析法(大井法) 非稳定流解析法 数值法* 水文地质比拟法(1)降深比拟法(2)采面比拟法* 水文地质比拟法(3)单位采长比拟法(4)采面采深比拟法* 富水系数法* 相关分析法一种数学统计法，利用抽水、放水、矿井排水和水位等实测资料，找出涌水量与水位降深、开采面积、地表水补给和大气降水补给等因素之间的相关关系，建立相应回归方程，推算预测未知矿坑涌水量。 回归方程 Q~s曲线*已知某矿区多年排水量与主要充水含水层水位下降值，利用相关因素统计分析法分析建立矿区排水最与水位降深之间的相关函数关系，并预测当水位降深达到24m与26m时，矿区所需的总排水量。* 相关分析法 Q~s曲线* 稳定流解析法(大井法)* 稳定流解析法(大井法)* 非稳定流解析法*泰斯(C.V.Theis)在八条基本假设条件基础上，建立了地下水非稳定流解析解公式：式中r—某观测点离抽水井距离，m；s—距离抽水井r处、抽水后t时刻水位降深值，m；H—距离抽水井r处、抽水后t时刻水头值，m；H0—充水含水层原始水位，m；Q—抽水量，m3／d；T—充水含水层导水系数，m2/d；u—积分变量；S—充水含水层储水系数；a—含水层传导系数，m2／d；_1403682336.unknown 非稳定流解析法**数值法自从地下水非稳定运动理论问世以来，解地下水运动问题的解析方法有了很大的发展，并且被广泛地应用到生产实践中去。但是一般说来，解析方法只适用于含水层几何形状简单，并且是均质、各向同性的情况，因而限制了它的应用范围。然而，实际的水文地质条件往往是比较复杂的，如含水层是非均质的，含水层的厚度随坐标而变化，隔水底板起伏不乎，边界形状不规则，边界条件复杂，地下水的补给来源除侧向补给外还存在垂向补给，由于抽水而使含水层中的一部分承压水转变为无压水等等。对于这样的地区，用解析法求解就很困难，甚至暂时无法解决，或者即使得到了解析表达式，仍难以进行通常的数值计算。**数值法为研究这类问题开辟了新的途径，它和电字计算机结合起来可以解决很多过去难以解决的复杂问题。因此，它能够使所考虑的数学模型更接近于实际的水文地质条件。数值法本身是一种求近似解的方法。但应指出，实际工作中所碰到的问题往往只要求得到具有一定准确程度的近似解。当近似解的近似程度能满足实际工作的精度要求时，这种近似解的价值显然是毫不低于严格的精确解（解析解）的。更何况数值法能使所考虑的数学模型更接近于实际的水文地质条件，而解析法在这点上是难以做到的。而且严格说来，在推导基本微分方程时，已经作了一些简化和假定，由于定解条件本身也或多或少地有一定的近似性，所以，所谓严格的精确解其实也还是近似的。在水文地质计算中常用的数值法有有限差分法和有限单元法等。示例** 矿区水文地质概念模型与数学模型 水文地质概念模型①计算范围和边界条件的概化；②含水层结构的概化；③含水层水力特征的概化。 水文地质数学模型与水文地质概念模型对应** 矿区水文地质概念模型与数学模型 数值模型有限差分法与有限元法。 参数反演与边界条件* 某矿区地下水系统**断层导水的突水量预测数值模拟断层突水特征：（1）多数情况下是由于断层缩短了煤层与含水层之间的距离所致。（2）突水位置多为正断层上盘。因为在正断层的上盘开采时，产生的矿山压力作用于断层面使裂隙产生剪切运动，而下盘开采产生的矿山压力对断层面没明显的影响。（3）断层的交汇处或尖灭端极易发生突水。断层的交汇处和尖灭端是应力集中的地段，导致裂隙发育，易发生突水。（4）小断层密集带是易发生突水的部位。大断层派生的小断层导致裂隙发育，有利于导水通道的形成，易诱发突水。（5）突水水源多为高承压的岩溶裂隙水。（6）在长时间的矿压作用下，不导水的断层（带）可能活化，使导水裂隙沟通含水层造成滞后突水。*断层导水的突水量预测数值模拟*断层导水的突水量预测数值模拟*断层导水的突水量预测数值模拟图1地层剖面示意图*断层导水的突水量预测数值模拟图1地层剖面示意图*断层导水的突水量预测数值模拟图1地层剖面示意图*断层导水的突水量预测数值模拟图1地层剖面示意图*断层导水的突水量预测数值模拟图1地层剖面示意图*软弱覆岩环境下突水图1地层剖面示意图*结论与展望 新的探测技术获取可靠的水文地质参数*结论与展望 新的探测技术获取可靠的水文地质参数测试应变仪与探头*结论与展望 新的探测技术获取可靠的水文地质参数 模型化方法与软件应用 Modflow Feflow GMS****