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1、矿井水害防治关键技术矿井水害防治关键技术研究现状及对策探讨研究现状及对策探讨隋旺华隋旺华资源与地球科学学院资源与地球科学学院水文地质部分专题一水文地质部分专题一q我国水害压煤超过我国水害压煤超过100100亿吨。亿吨。q矿井水害造成的人身伤亡和经济损失极为惨重。矿井水害造成的人身伤亡和经济损失极为惨重。2000年以来煤矿重特大突水事故年以来煤矿重特大突水事故 2000 2001 2002 2003 2004 2005 20042004年年发发生生水水害害事事故故8686起起，死死亡亡500500人人，20052005年年发发生生水水害害事事故故104104起起，死死亡亡593593人人，事故数
2、和死亡人数同比增加事故数和死亡人数同比增加20.9%20.9%和和18.6%18.6%q国家中长期科学和技术发展规划纲要国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-20202006-2020）重点领域重点领域1 1 能源能源2 2 水和矿产资源水和矿产资源10 10 公共安全公共安全一次能源消费以煤一次能源消费以煤为主，化石能的大为主，化石能的大量消耗造成严重的量消耗造成严重的环境污染。环境污染。大力发展煤炭洁净、大力发展煤炭洁净、高效、安全开发和高效、安全开发和利用技术，并力争利用技术，并力争达到国际先进水平。达到国际先进水平。水和矿产等资源是水和矿产等资源是经济和社会可持续经济和社会可持续
3、发展的重要物质基发展的重要物质基础。我国水和矿产础。我国水和矿产等资源严重紧缺。等资源严重紧缺。水资源优化配置与水资源优化配置与综合开发利用。综合开发利用。优先主题优先主题（5858）：）：重大生产事故预警重大生产事故预警与救援。与救援。重点研究开发矿井重点研究开发矿井瓦斯、突水、动力瓦斯、突水、动力性灾害预警与防控性灾害预警与防控技术技术。q国家安全生产科技发展规划煤炭领域研究报告国家安全生产科技发展规划煤炭领域研究报告（2004-20102004-2010）基础研究基础研究重点科技攻关重点科技攻关示范工程示范工程（1111）新的采）新的采矿矿方方式和采式和采矿环矿环境下，境下，煤煤矿矿水害
4、突水害突发发机理、机理、条件及关条件及关键键控制因控制因素的研究。素的研究。（1616）原位）原位动态动态地地质质及及诱发诱发水害相关信息水害相关信息的适的适时监测时监测、快速、快速处处理与灾害理与灾害预报预报技技术术与与装装备备；（1818）防范和控制灾）防范和控制灾害性突水事故的害性突水事故的导导水水通道高效精通道高效精细细探探查查技技术术。水害防治示范工程水害防治示范工程 q国家安全生产国家安全生产“十一五十一五”规划（规划（2006-20102006-2010）首要任务首要任务：遏制煤矿重特大事故：遏制煤矿重特大事故煤矿百万吨死亡率下降煤矿百万吨死亡率下降25%25%以上，一次死亡以上
5、，一次死亡1010人以上特大人以上特大事故起数下降事故起数下降2020以上。以上。加加强强对对煤与瓦斯突煤与瓦斯突出、出、矿矿井火灾、水井火灾、水害等主要灾害的害等主要灾害的预预测预报测预报与防治。与防治。建建设设国家、省国家、省级级事事故故预预防与技防与技术术分析分析鉴鉴定中心和安全生定中心和安全生产产技技术术基基础础研究中研究中心，以及一批重点心，以及一批重点安全安全设备检测检验设备检测检验基地基地。矿山瓦斯粉尘灾害技矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究实验室术基础研究实验室矿山水害防治技术基矿山水害防治技术基础研究实验室础研究实验室 汇报提纲汇报提纲n n一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向一
6、、矿井水害防治关键技术及优先发展方向一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向n n二、我校在水害防治研究方面的基础二、我校在水害防治研究方面的基础二、我校在水害防治研究方面的基础二、我校在水害防治研究方面的基础n n三、三、三、三、“十一五十一五十一五十一五”期间矿井水害防治研究的建议期间矿井水害防治研究的建议期间矿井水害防治研究的建议期间矿井水害防治研究的建议汇报提纲汇报提纲n n一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向n二、我校在水害防治研究方
7、面的基础n三、“十一五”期间矿井水害防治研究的建议1.1.矿井水害防治基础理论矿井水害防治基础理论 华北型重点水害区寒武系、奥陶系灰岩等深部岩溶发育规律和特征 深部开采条件下高承压含水层上开采的突水控制因素及水害形成机理 复杂组合结构条件下底板隔水层阻水能力评价指标体系和评价标准 突水形成过程中应力场、渗流场、温度场的演变规律及其自动监测前兆因素的理论研究 矿井水害防治、地下水资源利用及其生态环境影响的综合演化效应2.2.矿井水害中长期预报方法矿井水害中长期预报方法建立基于GIS平台和多元信息复合技术的矿井水害中长期预报方法和系统，建立针对不同地区、不同成因机制的矿井突水预测模型，实现矿井水害
8、的中长期预报，为矿井水害的临突预报提供基础和重点目标。3.3.矿井水害自动监测预报预警系统矿井水害自动监测预报预警系统直接从矿井突水的前兆因素入手，利用现代信号检测、数据传输和模型识别技术，建立矿井水害自动监测预报预警系统，开发相应装备，实现矿井水害的临突预报，提高对大型矿井突水（Qmax600m3/h）的预测准确率。4.4.矿井突水通道快速与精细探测矿井突水通道快速与精细探测（物探、化探）技术（物探、化探）技术 着重发展利用地面三维地震、矿井直流电法、矿井瞬变电磁法、同位素、微生物地球化学勘察技术，为矿山水害事故的水源及通道快速判定提供技术支持。5.5.矿井水害救灾快速反应指挥系统矿井水害救
9、灾快速反应指挥系统 建立井下监控系统，结合井下水文地质参数自动监测预警系统和GIS空间信息技术，建立救灾指挥系统。在发生矿井淹井事故等灾害时，将井下水量、水位、淹没范围等有关数据及图像信号传回控制中心，以便救灾指挥部及时了解灾情，作出正确的抢险救灾决策。6.6.高压高温条件下挡水结构设计及防渗高压高温条件下挡水结构设计及防渗材料性能材料性能为高温高压下挡水结构的设计和施工提供理论依据。针对深部岩溶水及挡水结构的防渗、突水点快速封堵、隔水层改造等大量使用防治水工程，通过注浆材料的防渗性能研究，为开发可注性好、可控性好、高强度、低成本的高性能注浆材料和注浆工艺奠定理论基础。7.7.特殊矿井水害问题
10、的关键技术特殊矿井水害问题的关键技术 近松散层采煤水砂突涌 大型水体下采煤安全开采上限 高承压含水层上带压开采 缺水地区水资源保护性采煤 废弃矿井水害及对地下水污染8.8.矿井水害综合防治理论技术体系研究矿井水害综合防治理论技术体系研究 研究建立从矿井水文地质条件多手段结合综合探查、矿井水害预测预报、矿井水害预防、突水后被淹矿井恢复救灾的关键技术等完善的综合防治水理论和技术体系。汇报提纲汇报提纲n一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向n n二、我校在水害防治研究方面的基础二、我校在水害防治研究方面的基础二、我校在水害防治研究方面的基础二、我校在水害防治研究方面的基础n三、“十一五”期间矿井水害
11、防治研究的建议“九五九五”标志性成果：标志性成果：矿井岩溶水综合防治及西部保水采煤地质环境评价与技术完善了华北地区煤矿岩溶水综合防治理论与方法提出了西部煤炭开发水资源保护及生态环境维护的宏观决策依据建立了水资源综合优化调度模式及“烧变岩带建立浅排水源地概念”获国家科技进步二等奖1项，部级特等奖1项，二等奖2项。“十五十五”标志性成果：标志性成果：煤田地震岩性解释与矿井水害综合治理技术 n煤田地震勘探从构造勘探阶段进入岩性勘探阶段。建立了煤矿水害预测预报的物探技术体系。n建成多元地学信息集成实验室。n应用GIS对空间数据进行复合处理的能力，顶底板突水预测模型，初步研究了矿井突水的前兆因素及实时监
12、测的可行性。n深井微裂隙岩体防渗注浆化学新材料和新工艺。沿层彩色切片沿层彩色切片沿层彩色切片沿层彩色切片岩性地震勘探岩性地震勘探q解释第四系底部地层的含、隔水性，煤层顶底板的岩性分布，岩浆解释第四系底部地层的含、隔水性，煤层顶底板的岩性分布，岩浆岩侵入带的分布范围、冲刷带边界、断层、陷落柱岩侵入带的分布范围、冲刷带边界、断层、陷落柱沿层彩色切片沿层彩色切片沿层彩色切片沿层彩色切片矿井水害探测矿井水害探测q矿矿井井瞬瞬变变电电磁磁法法探探测测煤煤矿矿工工作作面面顶顶板板、底底板板及及巷巷道道掘掘进进前前方方的的隐伏突水构造隐伏突水构造瞬变电磁仪在井下工作瞬变电磁仪在井下工作瞬变电磁仪在井下工作瞬
13、变电磁仪在井下工作SD-SD-矿用瞬变电磁仪矿用瞬变电磁仪矿用瞬变电磁仪矿用瞬变电磁仪多元地质信息集成系统多元地质信息集成系统 q利用利用GISGIS工程地质决策模型在含水层下安全开采决工程地质决策模型在含水层下安全开采决策策化学注浆技术化学注浆技术唐口千米立井化学灌浆防渗唐口千米立井化学灌浆防渗唐口千米立井化学灌浆防渗唐口千米立井化学灌浆防渗三河尖矿三河尖矿三河尖矿三河尖矿8.328.32MPaMPa水闸墙施工现场水闸墙施工现场水闸墙施工现场水闸墙施工现场项目与获奖项目与获奖q十五期间承担国家级项目十五期间承担国家级项目1111项项q“采采区区高高分分辨辨三三维维地地震震勘勘探探应应用用与与
14、推推广广”获获20022002年国家科技进步二等奖年国家科技进步二等奖q“废废弃弃矿矿井井高高强强渗渗流流水水害害综综合合治治理理技技术术与与矿矿井井安安全生产全生产”2004”2004年获得国家科技进步二等奖年获得国家科技进步二等奖q9 9项省部级二等奖、三等奖。项省部级二等奖、三等奖。q“煤矿地震数据管理系统煤矿地震数据管理系统”获得国家软件版权。获得国家软件版权。采区高分辨三维地震勘探应用与推广采区高分辨三维地震勘探应用与推广废弃矿井高强渗流水害综合废弃矿井高强渗流水害综合治理技术与矿井安全生产治理技术与矿井安全生产正在承担的主要项目正在承担的主要项目n国家自然科学基金国家自然科学基金n
15、近松散层采煤水砂突涌机制及开采上限决策模型研究n空间时间序列模型预测矿井突水机理研究n国家科技成果重点推广计划项目国家科技成果重点推广计划项目n矿井物探技术在煤矿防治水中的应用 n企业合作项目企业合作项目n郑州嶝槽集团金岭煤矿高承压含水层上安全开采研究n河南新安煤矿小浪底水库下开采和底板水防治技术研究n永煤集团底板岩溶水害预警与控制技术及工程示范 n兖州济宁矿区近松散层开采安全上限研究n汇报提纲汇报提纲n一、矿井水害防治关键技术及优先发展方向n二、我校在水害防治研究方面的基础n n三、三、三、三、“十一五十一五十一五十一五”期间矿井水害防治研究的建议期间矿井水害防治研究的建议期间矿井水害防治研
16、究的建议期间矿井水害防治研究的建议发展设想对接“十一五”n1.1.平平台台建建设设国国家家级级水水害害防防治治原原始始创创新新研研究究基基地地和和成成果果转化平台转化平台n国家重点实验室、教育部重点实验室国家重点实验室、教育部重点实验室n国家安全生产技术基础研究中心国家安全生产技术基础研究中心矿山水害防治技术基础研究实验室矿山水害防治技术基础研究实验室 n地质资源与地质工程、采矿工程、岩土工程等博士点地质资源与地质工程、采矿工程、岩土工程等博士点n申报水文学与水资源博士点申报水文学与水资源博士点n2.2.基础研究基础研究n国家国家“973973”计划项目计划项目n国家自然科学基金重大项目和重点
17、项目国家自然科学基金重大项目和重点项目n面上项目面上项目 发展设想对接“十一五”n3.3.关键技术关键技术n国国家家科科技技“十十一一五五”攻攻关关项项目目：矿矿井井水水害害综综合合防防治治技技术术与与装装备备研研究究n4.4.有效组织有效组织n加大组织力度，重点分工，协同攻关，积极争取纵向项目加大组织力度，重点分工，协同攻关，积极争取纵向项目n整合横向项目，培育重大成果整合横向项目，培育重大成果n建建立立与与煤煤炭炭企企业业人人才才交交流流机机制制，利利用用共共建建博博士士后后工工作作站站等等培培养养创创新型人才新型人才n积积极极参参加加水水害害防防治治示示范范工工程程的的设设计计和和施施工
18、工研研究究，解解决决水水害害防防治治的的关键和共性技术。关键和共性技术。发展设想对接“十一五”n重重点点研研究究复复杂杂水水文文地地质质条条件件下下大大水水矿矿区区不不同同类类型型水水害害形成机理等基础理论形成机理等基础理论n开开发发研研制制基基于于突突水水前前兆兆因因素素参参数数变变化化的的矿矿井井水水害害自自动动监测预报预警系统监测预报预警系统n研究建立中长期矿井水害预测预报模型研究建立中长期矿井水害预测预报模型n研究开发矿井水害救灾快速反应指挥系统研究开发矿井水害救灾快速反应指挥系统n研研制制开开发发出出可可安安全全用用于于煤煤矿矿井井下下的的高高性性能能注注浆浆材材料料以以及突水点封堵、隔水层改造等关键技术和注浆工艺及突水点封堵、隔水层改造等关键技术和注浆工艺n在在近近松松散散层层采采煤煤水水砂砂突突涌涌、大大型型水水体体下下采采煤煤安安全全开开采采等特殊矿井水害问题上取得突破等特殊矿井水害问题上取得突破n形形成成矿矿井井排排水水、水水资资源源利利用用和和环环境境保保护护三三位位一一体体的的、矿井水害综合防治理论系、技术手段和装备。矿井水害综合防治理论系、技术手段和装备。厚德载物 上善若水天地人和 源远流长