我国煤层底板突水问题的研究现状及展望

只是当时的研究手段比较落后，限制了学科的发 展，煤层底板突水概念模型的雏型基本上是在这一 时期形成的，如底板保护层和原始导高等概念。进 入 I# 年代以后，由于政府对华北水害问题的关注， 其支持力度在水害防治史上是空前的。相应地，煤 矿水文地质条件的研究进入综合性研究的新时期， 各种现场测试方法相互配合和验证，提高了水患诊 断的水平。在这一领域开发研制了多种仪器和测试 方法，如 K4L + M 型矿井突水前兆检测系统， NO + M 型应力仪和 /P + MM 型位移测量仪、 LPO + M 型钻 孔水位遥测系统及井下电测深法等。采用氡射气环 境同位素方法查找地下水补给通道也是煤矿水文地 质条件研究方法中最为突出的一种。 " #"
的主要成果之一，提出了“突水系数”的概念，并 且取得了峰峰、焦作、淄博、井陉四大矿区的临界 突水系数经验数据。进入 !" 年代，借鉴匈牙利的 防治水经验，通过统计、整理和分析大量的突水资 料，得出了考虑矿压对底板破坏因素的新的突水系 数经验公式。新的经验公式在安全、经济开采以及 分析突水水量和突水次数方面发挥过重要的作用， 并以安全水头的形式写入原煤炭部 #$%& 年制定的 《煤矿防治水工作条例（试行） 》中。然而，在实际 应用中发现新的突水系数公式存在着一些难以克服 的固有的缺陷，尤其随着采煤深度的进一步加大， 这种矛盾更加明显地暴露出来。这主要是因为突水 的发生与否与隔水层的阻水性能（岩性、地层结 构） 、采煤方法、含水层的富水性及水动力学特征 等 #" 多种因素有关，而突水系数公式中所包含的 信息与采煤实践中所能够揭露的信息差距较大。因 此，要把各种因素考虑在一个判别式中或变革基于 突水系数的突水预报方法（如专家系统中建立知识 库模拟专家进行推理决策、人工神经网络中突水实 例的训练等） ，需要开展大量的研究工作。泛决策 分析理论和岩体工程地质力学理论正是在上述背景 下应运而生的。 泛决策分析方法是在自然科学和工程科学领域 发展起来的一些软科学决策方法的通称，如模糊数 学、随机理论、专家系统、人工神经网络等。它们 对处理煤层底板突水问题非常独到，具有很强的生 命力。如靳德武、王延福（#$$’）提出的突水预报 信息分析模型，张敏江、王延福（#$$(）开发研制 的煤层底板突水预报专家系统（简称 )*+,-. 系 统） ，张大顺、郑世书（ #$$&）开发的突水预测地 理信 息 系 统（简 称 /*0 系 统） ，王 延 福、靳 德 武 （#$$%）等开发的突水预报人工神经网络系统（简 称州 122)*+ 系统）等。 岩体工程地质力学方法是从煤层底板动力学平 衡的角度研究和处理问题的，以岩体临界平衡状态 作为 煤 层 底 板 突 水 控 制 条 件。 如 许 学 汉、 王 杰 （#$$#）的结构体力学研究方法，刘天泉、张金才 （#$%% ） 的 平 面 应 力 模 型， 王 成 绪、 杨 映 涛 等 （#$$3） 应 力 原 位 测 试 系 统 及 王 秀 辉、张 西 民 等 （#$$3）的突水预报多参数监测系统等。 纵观煤层底板突水预报问题的研究，可以看 出：! 3" 年代提出煤层底板突水问题； " &"、!" 年代是突水系数法时代，其中 &" 年代为古典突水 万方数据 ( 系数时代，!" 年代为修正突水系数时代； # %" 年 代是岩体工程地质力学时代； $ $" 年代是泛决策 分析理论时代。 ! "# 煤层底板带（水）压安全采煤技术研究 带（水）压开采技术是指当煤层底板隔水层承 受较高水压时，在不进行或很少降低水压的情况 下，确定能否安全采煤的技术（简称“带压开采技 术” ） 。带压开采技术研究所取得的一项重要成果是 确立了煤层底板突水的类型，即通道型突水与渗透 型突水。不同的突水类型其研究方法、勘探模式有 较大的差异，如在焦作煤田的防治水实践中提出了 垂向越导通道勘探模式；另一项重要成果是提出了 带压系数的概念。煤层底板突水就其实质而言是底 板岩层阻抗水压能力的大小问题，也就是说带压系 数等于或大于突水系数时，突水就不会发生。带压 系数的测量途径有采场试验和室内试验 ( 种。在带 压开采技术中对煤层底板岩体的细化研究，也是一 个非常明显的趋向。在水压与岩体的动力学平衡体 系中，底板岩体是作为井巷、采面的保护层来考虑 的。因此，煤层底板保护层概念的引入奠定了煤层 底板突水模型的理论基础，煤层底板保护层厚度等 值线图、煤层底板保护层破坏深度等值线图，煤层 底板有效保护层厚度等值线图是带（水）压安全开 采评价的 ’ 个基础性图件。此外，作为带压开采技 术支撑之一的突水系数法近年来也有新的发展，产 生了被称为“五图双系数”新体系。 ! "$
我国煤层底板突水问题的研究现状及展望
靳 德 武
（煤炭科学研究总院 西安分院，陕西 西安 !"##$%）
摘
要：从煤矿水文地质条件综合研究、煤层底板突水预报研究、煤层底板带（水）压安全采煤技
术研究、突水机理研究、数据库及计算机成图技术、煤层底板注浆堵水技术 & 个方面系统地总结了 煤层底板突水问题的研究现状及存在问题，多角度展望了这一问题研究的未来发展前景。 关键词：煤矿水文地质；煤矿防治水；突水 中图分类号：’&%" 文献标识码：( 文章编号：#)$* + )**&（)##)）#& + ###" + #%
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［$%］ 煤层底板突水预报研究 煤层底板突水预报问题一直是活跃的研究领
" 煤层底板突水问题的研究现状
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［!"］ 煤矿水文地质条件综合研究 该项工作是煤矿水害防治的基础性工作，属条
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煤炭科学技术 第 23 卷第 6 期 7337 年 6 月 ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
! 煤层底板突水问题的历史由来
建国以后，国家急需发展工业，能源是制约其 它产业发展的决定性因素之一。这期间煤炭是主要 的、可靠的能源。华北聚煤区是国家加大开发力度 的首选煤炭工业基地，全国 &## 多处生产矿井有 )I$ 处分布在这里，担负 全 国 煤 炭 产 量 的 &#J 以 上，在能源工业中一直起着举足轻重的作用。但这 一地区煤层底板保护层完整性较差，煤层下伏巨厚 的奥陶系灰岩含水层，其水压、水量大，对煤炭的 开采威胁程度均居于我国 $ 大聚煤区之首。因此， 煤层底板突水问题成为华北聚煤区一个重大的安全 隐患，这就是煤层底板突水问题的历史由来。