[发明专利]煤矿突水灾害预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿水害防范技术领域，具体是一种煤矿突水灾害预警方法和装置，针对煤层开采时捕获、识别水害事故发生的前兆信息。

背景技术

我国煤矿床水文地质条件复杂，特别是岩溶水经常突入矿坑危害生产安全，华北型煤田下组煤（太原组煤）开采，普遍受到煤系地层基底奥灰承压含水层的威胁。煤矿底板水害不同于顶板水害，顶板水害问题主要涉及煤层开采覆岩移动，重点是查明采矿覆岩破坏波及的范围，即破坏性影响区范围。煤矿底板突水具有富水性强、水压大、隐伏性强、难预报的特点，危害极为严重，往往造成淹井的后果。焦作、峰峰、淄博、肥城、淮北等矿区开采受底板水威胁煤层已有40余年的历史，开采实践表明威胁最大的为奥陶系岩溶含水层，煤层底板薄层灰岩若因陷落柱或断层影响受到奥陶系含水层补给，则开采危险性更大，实践表明80%以上的底板突水事故是由构造破碎带引起的，所以导水、突水通道研究是防治底板水害的关键问题之一。目前对具有重大突水危险性含水层（即本发明中预警层）的突水监测都是采用钻孔直接打到预警层，且只监测水压值，并不能做到有效的实时监测，而且由于只监测预警层，水压几乎不变，监测值没有对比数据，无法确定监测值阙值，所以起不到预警作用，也就无法实现突水报警。

煤层开采过程中，奥灰水通过采动裂隙、构造破碎带涌入采掘空间过程中会经过石炭二叠系地层底部的薄层石灰岩岩溶含水层或砂岩孔隙裂隙含水层，同时由于奥灰水压大、富水性强、水质矿化度高、水温高的特点，奥灰与薄层石灰岩岩溶含水层或砂岩孔隙裂隙含水层的水文地质特征有较大的差异，此差异可以作为底板突水监测预警的重要依据。所以最具威胁性的底板含水层为预警层，预警层与煤层之间赋存稳定的含水层为监测层，监测层与预警层有较大的水文地质差异。煤矿底板突水监测预警工作过程中，在煤层开拓巷道施工监测孔，监测孔中埋设预警装置，预警装置具有识别水温、水压、水质变化的传感器，有一项指标发生显著改变时，传感器将突变信号传递给报警器，报警器进行报警，实现煤矿底板突水监测预警。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有技术的缺点，提供一种底板突水监测预警新方法和新设备，该方法可以实时监测采煤工作面或更大范围的含水层水温、水压、水质的动态变化，可以提前几天或提前几小时对可能突水的地点作出准确的预警预报，监测点可在构造破碎带附近加密布置，由于监测孔并不揭露高压奥陶系灰岩水，所以施工简单、方便；在监测孔安置的预警器具有识别水压、水质和水温变化的实时监测功能，为水压、水质和水温三个传感器的结合体，监测技术可行。本方法在空间和时间上对底板突水进行有效监测预警，可以有效防止底板大流量、灾难性的突水事故发生。

本发明采用的技术方案：一种煤矿突水灾害预警方法，包括以下步骤：

S1：确定开采煤层最具威胁的煤层充水含水层，将此含水层确定为预警层：如果对某一层含水层的矿井涌水量预计值超过60m³/h，则此含水层可以设定为预警层；如果煤层充水含水层中最具威胁的含水层为厚层灰岩含水层，则确定此厚层灰岩含水层为预警层，如果煤层充水含水层中最具威胁的含水层为厚层灰岩含水层和薄层灰岩含水层或多层含水层，则确定此两层或多层含水层均为预警层；

S2：确定预警层与煤层之间监测层：如果预警层为厚层灰岩含水层，则监测层为砂岩含水层或薄层灰岩含水层；如果预警层为厚层灰岩含水层，则监测层为砂岩含水层；

S3：确定监测孔施工位置：监测孔施工位置位于掘进工作面或采掘工作面，优先在工作面内的断层上盘和岩溶陷落柱周边布置监测孔，如工作面内无断层和陷落柱等构造破碎带，则将监测孔布置在监测层与预警层层间距相对较小的位置区域；

S4：在井下煤层开采的石门、运顺或轨顺等巷道中施工监测孔：1、施工第一段孔径Φ170mm，钻进10m，下入第一层套管10m，套管管径Φ146mm，第一层套管与钻孔之间进行封闭高压注浆，下入的第一层套管即为孔口管；2、施工第二段孔径Φ130mm，钻进监测层顶界面，下入第二层套管，套管管径Φ108mm，第二层套管与钻孔、第二层套管与第一层套管之间进行封闭高压注浆；3、施工第三段为裸孔段，不再下入套管，孔径Φ91mm，钻进至监测层底界面停止；

S5：在监测孔中安装预警装置，预警装置监测监测层中水压、水质和水文指标，若其中某一项指标发生变化，则在监测孔处发出报警信号，并通过传输系统将报警信号传至地面，停止生产进入突水预警状态；