礦井突水預測理論方法及監測技術總結
礦井突水預測理論方法及監測技術總結
摘要：本文詳細闡述了礦井突水征兆和突水水源的識別方法，並總結了近年來礦井突水預測的理論方法及監測技術。
關鍵詞：礦井突水 突水征兆 突水預測 監測
我國經濟持續高速發展與國家安全戰略離不開能源和礦產資源的強有力支撐，而地下開采方式是目前我國獲得多種能源資源與礦產資源的重要途徑。隨著開采深度、開采強度、開采速度、開采規模的增加和擴大，礦井突水問題日益嚴重 ，尤其是近幾年，礦井突水02manbetx.com 頻繁發生，給人民生命財產造成重大損失，嚴重影響和製約著礦山的安全生產。因此，開展采動條件下礦井突水預測預報理論及監測技術研究，對於采動岩體突水預測與防治、開采方法的改進、安全度的評價具有重大理論意義和實際價值。
1 礦井突水征兆
從開拓工作麵開始，發展到突水的期間內，在工作麵及其附近往往會出現一些征兆。
a. 承壓水與承壓水有關斷層水突水征兆：①工作麵頂板來壓、掉渣、冒頂、支架傾倒或折梁斷柱現象;②底軟膨脹、底膨張裂。這種征兆多隨頂板來壓之後發生，且較普遍，在采掘麵圍岩內出現裂縫，當突水量大、來勢猛時，會伴有“底爆”響聲;③先出小水後出大水也是較常見的征兆;④采場或巷道內瓦斯量顯著增大。
b.衝積層水突水征兆：① 突水部位岩層發潮、滴水，且逐漸增大，仔細觀察可發現水中有少量細砂;②發生局部冒頂，水量突增並出現流砂，流砂常呈間歇性，水色時清、時混;③發生大量潰水、潰砂，這種現象可能影響至地表，導致地表出現塌陷坑。
c.老窯水突水征兆：① 煤層發潮、色暗無光;②煤層“掛汗”;③ 采掘麵、煤層和岩層內溫度低“發涼”;④在采掘麵內若在煤壁、岩層內聽到“吱吱”的水呼聲時，表征因水壓大，水向裂隙中擠壓發出的響聲，說明離水體不遠了，有突水危險;⑤ 老窯水一般呈紅色，含有鐵，水麵泛油花和臭雞蛋味。
2 礦井水源的識別
采掘過程中發現突水征兆，及時告誡並采取必要防範措施，以減緩或防止突水02manbetx.com 發生。礦井突水後，如何查清水源，達到有針對性的治理，則是礦井出現突水後的一個重要問題。水源識別主要有以下方法：
2.1 地質、水文地質03manbetx 法
熟悉掌握井田或采區內已存在或可能存在的斷層位置、性質、落差、兩盤含水層錯動情況;斷裂構造的組合特征、含水層數目、厚度、含水類型、水壓大小、富水性、裂隙或岩溶發育程度;礦層與直接或間接充水含水層的距離、隔水層厚度、強度、穩定性;老窯邊界、舊鑽孔位置及封孔質量;地表水是否與礦坑水有聯係。通過上述方法可以初步確定井田內突水的類型和位置。
2.2 突水點位置和突水形態03manbetx 法
在采礦過程中，由於煤層底板或斷層應力場發生了變化，承壓水的入侵高度沿斷層帶或破斷的底板向上發展產生遞進導升現象，以致造成突水。因此，突水過程具有岩體應力、滲透性變化、水壓升高、湧水量增大等一係列前兆。這些前兆是突水預測、預報的依據，通過傳感器對應力、水壓的變化幅度等信息進行03manbetx 處理，來反演突水區域，進而計算突水點的位置。突水形態是指水從突水點流出還是冒出;是一陣大一陣小，還是緩慢增大;是上翻出水、噴射，還是緩流水，以此判斷水壓的相對大小，同時也反映出動水量大小。
2.3 突水攜出物03manbetx 法
無論是地表水或井下承壓含水層中的水，潰入采掘工作麵時，一般都能攜出突破點附近圍岩物質;可通過觀察和分析這方麵的資料來確定突水位置。
2.4 地下水動態分析法
井巷突水前，地下水運動處於相對動平衡態，在疏放流場中，其流向、水力坡度、水質、水溫都相對穩定。突水後，勢必打破原平衡狀態，在水位、水質、水量等方麵應有所反映。通過動態分析法，可以分析判斷突水水源。
2.5 水化學法
水化學法是研究地下水自身組分的變化，從微觀上判別和認識不同水源間差異和聯係的一種方法。要判別井下突水水源，必須首先搞清不同水源之間的區別和各自特征，並掌握其形成特征的自然規律。地下水在形成過程中，由於受到含水層的沉積期、地層岩性、建造和地化環境等諸多因素的影響，使儲存在不同含水層中的地下水主要化學成分有所不同。
近年來，由於計算技術和計算機技術得到迅速發展，一些定量、半定量的方法已經應用到對礦井突水水源的判別中，如模糊綜合評判法、人工神經網絡、灰色關聯分析等等。每種方法有其自身的特點，同時也存在一定的局限性。針對不同情況，如何從方法上揚長避短，發揮各自的優勢，實現對礦井突水水源的準確判別及預測。
3 礦井突水預測
3.1 突水係數法
我國學者早在1964年就開始了底板突水規律的研究，提出了采用突水係數作為預測、預報底板突水與否的標準。突水係數就是單位隔水層所能承受的極限水壓值，表達式為
式中， p ——作用於底板的水壓，MPa;
M ——底板厚度，m。
用突水係數評價底板穩定性的關鍵在於確定臨界突水係數 Ts，可定義為每米隔水層厚度所能承受的最大水壓。若 T < Ts說明底板穩定，突水可能性小;反之，T > Ts則說明底板不穩定，發生底板突水的可能性大。
3.2 阻水係數法
阻水係數法是通過現場底板鑽孔水壓致裂法底板岩石的平均阻水能力,計算公式為
Z = P /R,
式中, Z為阻水係數; R 為裂縫擴展半徑, 一般取R= 40～50; P為岩體破裂壓力, P = 3σ2 - σ1 +σT -P0 ;σ2、σ1 為底板岩層最大、最小主應力;σT 為岩體抗拉強度; 為岩體孔隙壓力。
利用阻水係數法預測底板突水性的原則是:
a.岩石破裂壓力大於水壓,則不產生突水;
b.若岩石破裂壓力小於水壓,則用水壓與有效隔水層總阻力能力Z總( Z總= Zh )相比,如果有效隔水層總阻力能力大於水壓,則不會發生突水,否則,有突水可能性。
3.3 礦井直流電法
3.3.1 原理
直流電法勘探是以煤、岩層的導電性差異為基礎，通過人工向地下供入穩定電流，觀測大地電流場的分布規律，從而確定岩、礦體物性(如貧、富水區域)的分布規律或地質構造的特征。
3.3.2 工作方法及特點
直流電法靈活，根據不同探測目的，可以采用多種工作裝置形式。井下探測通常應用對稱四極測深裝置、三極測深裝置和三點三極超前探裝置。直流電法具有理論成熟、儀器簡便、抗幹擾能力強的優點，可用於探測巷道掘進工作麵前方富水體範圍、劃分頂底板岩層貧富水區域、確定工作麵回采時的易突水地段、評價工作麵回采時的水害安全性等。
3.4 “地質-電法-測溫”多參數綜合超前探測技術
綜合超前探測技術是結合地質信息分析、井下直流電法超前探測、紅外測溫的綜合超前探測法.它根據同一地質構造(源)引起的地層形變場(定性)、電磁場(定量)、地溫場(定性)等多種參數變化趨勢同步、靈敏性不同的特點,利用“同源異場”聚焦的作用,定性與定量相結合,能提高探測準確度,為“非接觸式”井下綜合超前探測法,或稱“地電熱”綜合超前探測技術.
a. 該技術綜合了地層形變場、電磁場、地溫場的優點,定量與定性相結合,具有“同源異場”的聚焦作用,多參數變化趨勢同步、靈敏性不同之特點,屬“非接觸式”綜合探測法,比目前國內外常規單一探測技術優越得多,能避免因鑽探等“直接接觸式”探測法突然遇到或揭露高壓富水地段而大量突水的可能性,又減小了物探解釋的多解性. 該技術應用方便、成本低,能準確預測邊界大斷層及其分支斷層的位置及其導水、含水性,能有效保障煤礦生產安全.
b.該方法適用於一般(煤)礦帶水壓掘進(或開采)巷道正前方0～150m的災害性地質構造(如老窯采空積水區、導水斷層、導(突)水陷落柱、潛在導水斷裂發育帶、煤層突變帶等)的超前探測預報,及類似(高水壓、高風險)邊界大斷層附近的掘進超前預測預報,可進行近距離定性定量相結合的綜合超前探測.
c.在應用該“同源異場”預報理論預報時,要注意:①選擇有效的、靈敏度較高的、有一定超前量的預測指標;②確定各種“場”的預報臨界值;異常臨界值的確定需要許多基本資料,並按照一定規律進一步調整;③進行各場之間相關的同步性、趨勢性、靈敏性分析;④定性與定量相結合,各參數相互印證、綜合判斷;⑤以煤層為主要研究對象.煤層在煤礦中揭露最多,具有可塑性與流動性,含最活躍的指標參數.
3.5 核磁共振技術在煤礦突水監測中的應用
NMR方法受地質因素影響小。例如,用電阻率法和電磁測深法卡尼亞視電阻率在某一範圍內無法區分裂隙中泥質充填物和自由水,而NMR方法可以清楚地顯示出他們的界線。可能給煤礦坑道造成突水災害的水,必須有一定的量,必須在坑道附近不遠的範圍內,必須有一定的破碎帶、裂隙、斷層、岩溶陷落柱、疏鬆帶、廢棄坑道等地質或人為構造。這些都是可以用核磁共振測水方法準確地探測清楚的。按照目前的核磁共振測水技術,需要進一步研究解決的一是天線在坑道中的布設方法;二是所測到的富水構造的方位確定問題。換言之,在地麵可以任意大小地鋪設的天線,而在空間受到限製的坑道內需要研究如何設計與鋪設天線才能測到NMR信號。
核磁共振找水技術是目前世界上唯一的直接找水技術,可以清楚地探測到150m範圍內含水構造的含水量、導水條件(滲透率)。將此技術用於煤礦突水預測,將會極大地提高預測的速度與準確性。
3.6 基於神經網絡的煤礦底板突水預測
煤礦突水的影響因素主要有四個:含水層岩溶發育程度(KT)、水壓(WP)、隔水層厚度(T)和斷裂構造的複雜程度(DF)。設突水水量為Q，則煤礦突水模型可以表示為:
Q=f(KT，WP，T，DF)
實際研究中，需要根據一係列的Q一(尺T，WP，T，DF)樣本數據序列，推算出映射函數f的具體形式。本次主要是利用人工神經網絡的自適應性和學習功能，以簡單函數的多次疊代，實現對映射函數f的逐次逼近，最終得到滿意的預測模型。
人工神經網絡具有分布式記憶、自學習、自適應性等特點，因此，應用於在煤礦底板突水等地質災害預測模型的建立過程中，可以獲得顯著的預測效果。同時，研究過程中尚存在著諸如有時模型滯留於區域極小值附近而使學習效率降低等不足，有待在今後的工作中加以改進。
3.7 利用物探信息預測煤礦水害
利用地麵三維地震、地麵瞬變電磁法等物探手段,查明采區內斷層的分布、導水裂隙帶的發育高度及分布、隔水層的厚度及分布、含水層的厚度及分布,為頂底板突水預測提供準確詳實的水文地質資料,以彌補常規手段所獲取資料的不足,並為非量化因素的量化提供新的研究途徑。
根據鑽孔測井數據(聲速、密度、電阻率、自然電位、自然伽瑪等),求取岩石物性參數。對孔間地震資料進行反演,推斷地層岩性在平麵上的變化情況,確定導水裂隙帶的分布範圍。
研究煤礦頂底板突水的機理和影響因素;研究有關的非量化因素的合理化手段,並建立有針對性的礦井突水預測模型,確定合適的參數及分類閾值,以提高突水預測的精度。建立比較確切的預測與評價模型,實現地質資料的信息化、數字化和可視化,為突發性水害應變對策的製定提供技術支撐。簡單模擬圖如圖1。
利用地麵三維地震、地麵瞬變電磁法、無線電波透視法等物探手段,查明采區內斷層的分布、導水裂隙帶的發育高度及分布、隔水層的厚度及分布、含水層的厚度及分布,為頂底板突水預測提供準確詳實的水文地質資料。利用GIS作為平台,把三維地震、瞬變電磁、構造地質、水文地質等多源信息進行複合、綜合分析後建立預測模型,對煤礦水害進行預測。它的研究成果為煤礦水害預報提供了新的手段,對我國煤礦的安全生產具有重要意義。
3.8 遙感技術預測礦區突水的可行性
眾所周知,遙感圖像對礦區構造解譯,特別是對礦區外圍的區域構造解譯是常規地質和物探手段無法比擬的。而這些區域斷裂構造往往控製著與突水有直接關係的強徑流帶。強徑流帶內岩溶發育,含水性強,對礦井突水起決定性作用。如焦作礦區的鳳凰嶺斷層強徑流帶內岩溶發育,含水性強,對礦井突水起決定性作用。如焦作礦區的朱村斷層強徑流帶、方莊斷層強徑流帶等均屬此類構造。同時突水點空間分布又與這些主幹斷層有著密切的關係,突水點一般分布規律如下。
①兩條主幹斷裂的複合部位及其銳角一側形成富水區。
②主幹斷層旁側的入字型小構造。
③斷裂密集帶。
④主幹斷裂的橫張結構麵形成的岩溶水的脈狀溶水帶。
⑤斷層消失端。
因此,利用遙感數據解譯區域斷裂構造,進而尋找井下主要湧水補給通道是可以實現的。另外,遙感(RS)、全球定位係統(GPS)、地理信息係統(GIS)技術,對多源信息進行複合處理,可對富水礦區的突水災害進行預測。
3.9 應用GIS進行突水預測
將影響底板突水的5種主要因素、10種數據的專題文件輸入計算機,進行複合處理,初步構造出突水的數學模型,再通過擬合校正,建立突水模式。經過多種模型的運算與反複擬合,最終選定擬合程度最好的突水模式為:
F——斷層密度,條/km2;
H——水頭壓力,MPa;
M——底板阻水能力MPa;
a、b——權重係數,分別為0.8和0.2;
c——修正係數,水壓為0時取0,否則取1。
根據上述突水模式運算結果與實際突水資料的擬合程度,確定楊村井田17煤分區閾值如下:
安全區n<1.5
可能突水區1.5
突水危險區n>3
3.10 瞬變電磁法探測煤礦水害
瞬變電磁法(Transient Electromagnetic Method)簡稱 TEM，屬於感應類電磁探測方法。該方法具有勘探深度大，穿透高阻層能力強，隨機幹擾小，可以在遠區觀測，也可在近區進行觀測，選擇不同時間窗進行觀測，可以獲得不同深度的地質信息等優點。廣泛的應用於礦產資源勘探、環境地質調查、水文地質與工程地質調查等領域，已成為煤礦水害探測最為有效的方法，為礦井安全生產提供了有力的保證
當探測地下地質體時，向地麵敷設的發送回線中通以一定的穩定電流，從而在回線中間及周圍一定區域便產生穩定磁場(稱一次場或激勵場)。若一次電流突然斷開，則一次磁場隨之消失，使處於該磁場中的良導地質體內部由於磁通量Φ的變化而產生感應電動勢ε = dΦ/dt(法拉第電磁感應定律)，感應電動勢在良導地質體中產生二次渦流場，二次渦流又因焦耳熱消耗而不斷衰減。其二次場也隨之衰減。由於感應二次場的衰變規律與地下地質體導電性有關，導電性越好，二次場衰減越慢，導電性越差，二次場衰減越快。所以通過研究瞬變場隨時間的變化規律，就可達到探測地下各種地質體的分布情況
3.11 突水概率指數方法
突水概率指數是指應用賦權的方法，將影響底板突水的各種因素在底板突水中所起的作用進行定量化，通過一定的數學模型求得的總體量化指數即為突水概率指數。突水概率指數法是一種結合現場實際來預測采場底板突水的一種新方法，它不僅考慮了多種因素對突水的綜合影響，而且能夠反映研究區的突水規律。經過計算機程序化後，其現場可操作性十分方便。施龍青教授運用突水概率指數
法，以肥城煤田為例，闡述了該方法在預測煤礦底板突水中的應用
3.12 底板突水的突變理論預測
在承壓水上開采煤層後, 底板岩層的原始應力狀態被破壞, 致使應力重新分布, 從而導致底板岩層失穩破壞形成導水裂隙, 其結果往往造成底板承壓水通過采動裂隙突然湧入開采作業空間, 形成底板突水。整個過程具有非連續突變特征,屬於突變理論研究的範疇。因此,采用突變理論的方法對煤層底板突水問題進行研究,是符合其本質特征的,並有助於尋求底板突水危險性預測的新途徑。
圖1上部為煤層底板突水係統狀態突變流形(平衡曲麵),下部為uov平麵,其中u,v表示控製煤層底板突水的兩類基本因素:底板導水裂隙發展因素和突水阻抗因素。平衡曲麵由上、中、下三葉構成,其中上、下兩葉是穩定的,中葉是不穩定的。下葉代表煤層底板非突水狀態,上葉代表煤層底板突水狀態。底板處於穩定狀態時靜態的承壓水(下葉)和底板岩層失穩破裂產生突水通道後處於動態的承壓水(上葉)是煤層底板突水係統所處的兩個平衡位置,突水過程則是係統狀態變量x由下葉躍遷到上葉的過程。
3.13 “下三帶”法
對承壓水體上采煤底板岩層突水機理研究表明，在煤層開采過程中，煤層底板岩層由上到下形成底板導水破壞帶、有效隔水層保護帶和承壓水導升帶，稱為“下三帶”。底板導水破壞帶是指由於采動礦壓的作用，底板岩層連續性遭到破壞，導水性發生明顯改變的層帶;有效隔水層保護帶是保持采前岩層的連續性及其阻抗水性能的岩層;承壓水導升帶是指含水層中的承壓水沿隔水底板中的裂隙或斷裂帶上升的高度。設煤層隔水底板總厚度為h，底板導水破壞帶、有效隔水層保護帶與承壓水導原始高帶的厚度依次為 h1、h2和 h3，則
當 h > h1 +h3時，則保護層存在，當 h < h1 +h3時，則保護層不存在。顯然，當 h
h1 +h3時，是否會發生底板突水則取決於有效隔水層保護帶的厚度及其阻抗水能力;若有效保護層阻水水壓 Z 總大於實際水壓，則安全，反之則不安全。 Z總等於阻水係數Z 乘以有效保護層厚度 h 2，即：
3.14 三維數值模擬預測
采動岩體導水裂隙僅在一定高度範圍內發育已被現有研究結果證明。但是隨著采煤工作麵推進，在頂底板岩層破壞運動過程中，導水裂隙在工作麵推進不同階段、不同區域的動態發展分布規律，原有傳統經驗公式仍然難以描述。然而通過FLAC3D 三維數值模擬軟件，利用軟件中的固流耦合功能，可以形象的描述底板承壓水上開采過程中，導水裂隙隨著煤層開采在不同階段的動態發育過程，並可據此進行底板突水預測。
3.15 高精度微震監測技術在煤礦突水監測中的應用
為了監測導水通道(斷層、陷落柱等)在采動影響下的動力學活動和失穩過程，以及對其造成的突水危險性進行實時預測預報，利用高精度微震監測技術進行煤礦突水危險監測的工程實踐。采用全局尋優定位技術，充分考慮內、外場震源定位的不同影響因素，結合速度結構、檢波器一致性等校正技術，實現微震震源的高穩定、高精度定位;優化布置微震監測台網，對大斷層、陷落柱等隱伏構造進行實時監測，通過對定位結果的三維展示和分析，得到地質構造的活化規律、底板破裂深度、頂板破裂高度、合理煤柱尺寸等實測參數，實現對突水危險性的預測預報。工程實踐證明，微震監測能夠準確診斷出斷層和陷落柱等構造活化的強度、烈度以及相關的時空參數，是實現突水預警預報的強有力的地球物理監測手段。建立基於定位結果的岩體空間破裂場的定量描述模型、實現定位結果的多角度、多層次的展示技術，從防治水、礦山壓力等多學科角度出發實現突水監測的超前預警預報，是突水監測預警的重要的發展方向。
3.16 多源地學信息複合疊置法底板突水預測方法
煤層底板突水是多因素綜合影響的結果, 各自起著不同的作用, 用傳統的方法已經不可能很好地解決所麵臨問題. 多源地學信息複合疊置法是隨著計算機技術和遙感技術發展起來的, 是多源地學信息(地理信息、地質信息、遙感信息等) 進行綜合處理的一種新方法, 該方法在地理信息係統(GIS) 平台的支持下, 對多種地學信息進行疊置複合後, 通過空間分析功能得到能夠供決策的新信息. 通過收集礦區的開拓圖、水文地質圖、地質報告和已有的突水資料等, 分析找出主要突水因素, 進行采集與量化, 利用ArcGIS軟件的空間分析功能, 把影響煤層底板突水的多種因素經過處理、加工, 形成可供量化的信息源, 進行信息複合疊置, 從而構建底板突水預測模型, 作出預測預報, 預測流程如圖1所示.
3.17 模糊物元分析方法
運用可拓學的理論和方法，基於可拓學中的可拓集合變換和相關係數分析法，給出頂板湧水評價的物元模型，並結合模糊數學方法，進行模糊物元分析，根據模型編製頂板湧水等級評價的軟件。用可拓性方法進行對礦井湧水等級評價的研究，以不相容問題為研究對象，研究其轉化規律及解決方法，實行定性與定量相結合的評價方法，避免了以往安全評價方法的單一定性方法或單一定量方法的局限性。應用可拓學方法評價礦井湧水等級，就是把礦井湧水等級轉換成更容易定量描述的“替代物”來進行定量評價，以得到更準確的評價結果，因而為礦井湧水等級的評價提供了一種新的方法。該方法評價過程不受人為主觀因素的影響，因而評價結果更符合客觀實際。
3.18 三圖- 雙預測法
“三圖- 雙預測法”, 是指頂板直接充水含水層的富水性分區圖、頂板冒落安全性分區圖、頂板湧(突) 水條件綜合分區圖及回采工作麵整體和分段工程湧水量預測、頂板直接充水含水層采前預疏放方案預測. 其中湧(突) 水條件綜合分區圖由富水性和冒落安全性分區圖複合疊加而成. “三圖一雙預測法”從對煤層頂板湧突水條件的定性綜合分析，，到回采工作麵工程湧突水量和采前預疏放量的定量模擬預測，形成了一整套係統的研究思路和研究方法。煤層回采導致的頂板湧突水災害發生的根本原因，就是煤層回采形成的頂板導水裂隙帶溝通了上覆直接充水含水層，並且含水層在回采工作麵冒落範圍對應的部位富水性較強因此頂板湧突水條件分析不外乎包括兩個方麵內容煤層回采頂板冒落安全性分析和頂板直接充水含水層富水性分析。運用多源地學信息複合疊加原理，根據多個水文地質物理場的不同特征，相互對比驗證，互相彌補不足，對充水含水層的富水性進行了係統綜合分析。
3.19 岩一水應力關係法
現場礦壓觀測與底板岩體變形規律的研究表明，底板突水是礦壓和底板承壓水壓力共同作用的結果。在工作麵超前支承壓力作用下，底板岩層呈壓縮狀態;而在煤壁邊緣和采空區內部，底板岩體由於卸壓而處於膨脹狀態。底板岩體在由壓縮向膨脹的轉化過程中，將不可避免地產生剪切和張拉破壞。岩一水應力關係法從物理和應力概念出發，認為造成底板突水需具備兩個條件:①存在導水破裂帶。無論是地質構造作用還是采掘引起的岩體破壞，隻要使底板隔水層破壞至一定深度，且與下部導升高度相通或波及到下部含水層，就具備了突水的必要條件。此時底板岩層由於強度下降，底板滲流強度增加，但未必一定產生突水;②水壓與應力關係。當承壓水壓力大於或等於水平最小主應力時，才會具備突水的充分條件，此時，底板水在水壓力的驅動下，可以突破底板岩層裂隙帶水平方向應力的約束，穿越岩體破裂帶構成突水。岩一水應力關係法建立的突水臨界指數為:
式中Pw一作用於底板上的承壓水壓力，MPa
σ2一水平最小主應力，MPa
當指數I>1時，底板發生突水 。
3.20 基於Fuzzy邏輯和物元分析的礦井突水預測
將影響突水的主要因素按其重要性排序：沿礦井走向的深度落差(T)，采麵走向長度(L)，隔水層厚度(H)，水壓(Pr)，采麵麵積(S)。根據原始資料，將上述5個因素分成兩組：第一組是落差(T)和水壓(Pr);第二組是采麵走向長度(L)，隔水層厚度(H)，采麵麵積(S)。對第一組算出突水的可能性，用k1(x)表示。對第二組算出不突水的可能性，用k2(x)表示。總突水可能性用k(x)表示，k(x)與 k1(x)、k2(x)有如下的關係：k(x)= k1(x)-k2(x)。運用Fuzzy邏輯和物元分析法可分別求出k1(x)、k2(x) 及k(x)
3.21 隧道超前地震預報技術在煤礦水害預報中的應用
TSP技術主要利用岩體波速的變化對探測成果進行解譯。用於預警預報煤礦水害的可行性分析如下:
a. 煤礦地下岩層的賦存狀態。一般情況下,隧道所處的位置在山區、距離地表的深度較淺,在地質運動中山脈形成時各岩層會產生不連續、節理裂隙發育、岩石破碎,在其形成後的漫長曆史過程中又受到各種物理、化學作用的影響使其構造變得更加複雜;而煤礦開采深度一般較大,地下岩層不會受到如隧道岩層那樣的不良影響,其總體賦存狀態優於隧道的地質情況。因此,從岩層的賦存狀態角度看,利用TSP技術預報煤礦井下地質災害是可行的。
b. 突水水源。煤礦井下發生突水的水源主要包括:老窯(空)水、含水層水、溶洞水和地表水等。TSP技術用於探測地下水源的可行性從理論上是可以實現的,並已在隧道工程中得到了驗證。因此,完全可以應用於煤礦地下水源的探測。
c. 突水通道。造成煤礦井下突水的通道包括斷層、陷落柱、淺部廢棄的井巷和溶洞等。TSP技術在隧道工程中已經成功地對斷層、溶洞等地質體進行了預報;在探測煤礦井下斷層中也有成功應用的報道。因此,該技術也可以用來探測煤礦井下斷層等各種可能造成煤礦突水的通道。
3.22 紅外探測技術在煤巷突水預報中的應用
岩層或煤層由於分子振動和晶格振動，每時每刻都在向外輻射紅外電磁波，並形成紅外輻射場，場具有能量、動量、方向等特性，不同的地質體產生不同的紅外輻射場。而紅外熱像儀的作用就是沿巷道探測紅外輻射場的變化，即通過熱像儀顯示出紅外輻射溫度的變化，確定隱伏目標是否存在及其性質。當地質體中含地下水,那麼地下水場源產生的紅外場會對地質體場源所產生紅外場產生影響,使其場強發生變化。地質體所形成的紅外場場強變化可用紅外線探測儀探測。根據圍岩紅外場強的變化來預報掌子麵前方或洞壁四周是否隱狀含水體。
3 結論
本文詳細闡述了礦井突水征兆和突水水源的識別方法，並總結了近年來礦突水預測的理論方法及監測技術。通過對突水預測方法的分析，認為采用多種方法聯合預測技術將是突水預測預報研究的發展趨勢。
參考文獻
1. 張立新，李長洪，趙宇.礦井突水預測研究現狀及發展趨勢[J].中國礦業，2009，18(11)：88～90
2. 張長文，付斌，徐毅.礦並突水問題的研究[J].煤炭技術，2004，23(5)：65～66
3. 韓德品.“地質-電法-測溫”多參數綜合超前探測技術[J].煤炭學報，2009，34(11)：1449～1506
4，王應吉 ,孫淑琴 ,李偉,王澤恒.核磁共振技術在煤礦突水監測中的應用[J].煤礦安全，2007，66～69
5.王延福 靳德武 曾豔京.礦井煤層底板突水預測新方法研究[J].水文地質工程地質，1999，4：33～37
6. 王懷洪，強孟東.利用物探信息預測煤礦水害的方法探討[J].山東煤炭科技，2006，4：50～51
7. 康高峰,雷學武,萬餘慶,王成福,閻永忠 .遙感技術在煤礦區地質災害中的應用[J].中國煤田地質，2000，12(2)：23～25
8. 王玉芹.煤層底板突水機理分析與預測分區[J].煤炭科技，2000，2：16～17
9. 許崇寶 ,孫立新 ,張心彬.利用多源信息方法預測煤礦水害[J].華北地震科學，2008，26(8)：26～29
10. 李興春，李興高.紅外探測技術在煤巷突水預報中的應用[J].紅外技術，2007，29(2)：118～120
11. 黃憶龍.紅外線探水法在隧道超前探水預報中的應用[J].煤炭技術，2007，29(4)：126～127
12. 劉誌新.礦井瞬變電磁場分布規律與應用研究[D].中國礦業大學，2007
13. 梁爽.瞬變電磁法探測煤礦水害應用研究[D]. 長安大學，2008
14. 王連國，宋揚.煤層底板突水突變模型[J].工程地質學報，2000，160～163
15. 中國生，江文武，徐國元.底板突水的突變理論預測[J].遼寧工程技術大學學報，2007，26(2)：216～218
16. 王凱，位愛竹，陳彥飛，俞啟香.煤層底板突水的突變理論預測方法及其應用[J].中國安全科學學報，2004，14(1)：11～14
17. 劉誌新,嶽建華,劉仰光.礦井物探技術在突水預測中的應用[J].工程地球物理學報，2007，4(1)：9～14
18. 孫曉光.煤層底板突水預測及防治研究 [D].中國礦業大學，2008
19. 黃河，李衝.承壓水體上底板突水預測方法與防治措施[J].金屬礦山，2008，6：126～129
20. 薑福興，葉根喜，王存文，張黨育，關永強.高精度微震監測技術在煤礦突水監測中的應用[J].岩石力學與工程學報，2008，27(9)：1932～1937
21. 吳波，黃健良，王碩.礦井突水原因及幾種地球物理預測方法分析[J].高校理科研究，81～83
22. 張和生, 薛光武, 石秀偉, 劉鴻福, 胡耀青.基於地學信息複合疊置分析對煤層底板突水的預測[J].煤炭學報，2009，34(8)：1100～1104
23. 尹會永,魏久傳,劉同彬,郭建斌.基於多源信息複合的煤層底板突水評價[J].山東科技大學學報，2008，27(2)：6～9
24. 武強,黃曉玲,董東林，殷作如,李建民,洪益清,張厚軍.評價煤層頂板湧(突) 水條件的“三圖- 雙預測法”[J].煤炭學報，2000，25(1)：60～65
25. 劉誌軍.承壓水上采煤斷層失穩突水的研究[D].太原理工大學，2004
26. 俞海玲.基於模糊物元模型的礦井頂板湧水預測方法研究[D].山東科技大學，2006
27. 李貴炳,黃坤福.隧道超前地震預報技術在煤礦水害預報中的應用探討 [J].礦業安全與環保 ，2009，36(6):88～90
