煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
应用及发展
刘 树 才
中国矿业大学 资源学院
18605161285 liushucai@cumt.edu.cn
微信： Liushucai_cumt
煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
1. 煤矿安全高效生产中的主要地质
问题
2. 地面地球物理勘探技术及应用
3. 矿井地球物理勘探 技术及应用
4. 矿井物探技术发展展望
主要内容
煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
国家安全监管总局、国家煤矿安监局：
煤矿地质工作规定 （ 2014 ） 煤矿隐蔽致灾地
质因素 主要包括 ： 采空区、废弃老窑（井
筒）、封闭不良钻孔，断层、裂隙、褶曲、
陷落柱、导水裂缝带、地下含水体、瓦斯富
集区、井下火区、古河床冲刷带、天窗等不
良地质体 。岩爆（冲击地压）
煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
煤 系地层的电性特征
煤的电阻率 与煤化程度、煤岩成分、矿物杂质含量以及水分等
因素有关。 煤化程度很低的褐煤，常含有较高的水分和溶于水
的腐植酸离子，故其电阻率较低，一般仅为 n 10 ～ n 10 2欧
姆 · 米。 随着 煤化程度 的加深，褐煤中水分和溶于水的腐植酸离
子含量将显著减少，褐煤的离子导电性减弱，其电阻率明显增高。
烟煤常具有较高的电阻率，但随 煤变质程度 的加深，电阻率减小，
过渡至无烟煤，电阻率急剧下降。烟煤电阻率的变化范围为
n 10 2～ n 10 3欧姆 · 米。 无烟煤常具有良好的电子导电性，因而
其电阻率很低，一般在 1 欧姆 · 米以下。
煤系地层的 主要 地球物理特征
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
煤层总是以泥岩、粉砂岩、砂岩或偶尔还有灰岩作为顶底
板 ( 围岩 ) ，与围岩相比，煤层具有速度低、密度小的特点 ( 见下
表 ) 。由表可知，在 岩石 — 煤 — 岩石 断面中，以煤层为中心形成
了一个低速“ 槽 ”。煤与围岩密度、速度的比值约为 1:1.5 ～
3.0 之间。煤层上、下界面都是一个极强的波阻抗分界面。
岩 性 纵波速度， km/s 横波速度， km/s 密度，
g/cm3
围 岩
（砂岩、粉砂岩、
泥岩、灰岩）
3.0 ～ 4.8 1.6 ～ 2.8 2.4 ～ 2.8
煤 1.8 ～ 2.4 0.9 ～ 1.4 ≈1.3
煤系地层的地震特征
煤系地层的 主要 地球物理特征
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
煤矿隐蔽致灾源精细探测技术
1 ）巷道迎头超前探测；
2 ）查明采煤工作面内褶皱、断层、火成岩体、
陷落柱等构造。
1.1 小构造探测
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
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1 ）探查巷道掘进前方导水构造、采空区等；
2 ）探查煤层顶板岩层的赋水情况；
3 ）探查采场底板隐伏导水通道及富水带；
4 ）注浆效果检测等；
5 ）突水动态监测等。
1.2 防治水工作的需要
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
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1 ）我国煤矿主要水害类型
我国矿井水害类型很多，按水的来源大体上可分为五类：
① 第四纪底界面含水层，埋深浅煤层影响大。
② 煤层顶板砂岩孔、裂隙水水害，采动离层水等。
③ 煤层底板奥灰岩溶水水害（寒武灰岩水）。
④ 导水陷落柱、断层裂隙带等。
⑤ 老窑采空区、封闭不良钻孔等水害。
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
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一、煤矿主要水害类型
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断层导水实例
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陷落柱突水实例
开滦范各庄煤矿
2171 工 作 面 发 生 特
大 陷 落柱突 水 , 造成
全矿被淹 ， 最大突水
量达 2053 m 3/min ，
为目前世界上水量最
大的突水 。
陷落柱
富含水层
工作面
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2005 年 5 月 21 日 ， 安徽省淮北矿业集团海孜煤矿 745 采煤工
作面发生顶板离层透水事故 ， 最大流量达 3887 m 3/h ， 瞬时
淹没工作面 、 机巷和风巷 ， 造成 5 人死亡 。
顶板离层透水案例
1. 煤矿生产中的主要地质问题
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1. 掘进巷道前方水害体超前预报 ;
2. 工作面煤层顶板岩层水害体探测 ;
3. 工作面煤层底板岩层水害体探测 ;
4. 工作面巷道外边界断层赋水性探测 ;
5. 工作面煤层内部小构造、陷落柱等探测 ;
6. 含水构造注浆效果检测等其它探测工作。
二、煤矿水文物探工作的主要任务
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
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1 ）动力灾害（瓦斯突出、冲击矿压、突水等）
的监测预警等；
2 ）采矿工程需要，如巷道松动圈探测、锚杆
检查等；
3 ）地温测量等。
1.3 安全生产中的问题
1. 煤矿 生产中的 主要地质问题
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巷道掘进
期间
老窑采空积水区
煤层变薄区
瓦斯富集区
陷落柱构造
断层构造
地层局部富水区 工作面回
采期间
如何提前预测
上述问题 ?
其它地质问题
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探
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