煤矿防治水工作常见问题与解决对策

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2021年第3期2021年3月

随着中国城市化建设的推进,对能源的需求持续

增长,而煤炭作为中国重要的能源之一,开采难度与

周边水文地质条件息息相关,复杂的环境会加大煤矿

开采的难度。虽然中国采矿技术已经取得了一定的进

步,但是,防治水工作也面临着越来越多的问题,水

灾害事故时有发生。例如:发生在A矿北翼盘区101

回风巷的透水事故,153人被困,38名矿工遇难,造

成直接经济损失近5.0伊107元[1]。这就提醒我们,在煤

矿工作中,做好防治水工作势在必行。在物联网、云

计算、大数据等新型信息技术的加持下,采用矿山智

能化技术治理水害问题的优势逐渐凸显,下面从5个

方面探讨了煤矿防治水技术的智能化。

1煤矿水害事故的原因分析

煤矿水害事故主要是由矿井地下水和地表水所致。

据不完全统计,中国约有85%的水害事故是由地下水

引起的,因此,为了做好煤矿防治水工作,首先要明

确引发水害事故的原因。

1.1大气降水

一般来说,矿井地下水主要由大气降水进行补充,

其含有三类,分别是水层水、断层裂隙水、老空区积

水。首先大气降水会先到达地表层,然后通过风化带、

断层破碎带,最后渗入地下。在煤矿开采中,若此时正处于汛期,那么,大气降水会在短时间内迅速增加,

有可能会使地下水超出水位线,淹没矿井,导致矿井发

生安全事故。

1.2老空区积水

一般而言,煤矿经过开采后会在地下形成空洞区

域,该区域被称为老空区。老空区具有隐蔽性强、储水

能力大的特点[2]。此外,以现有的技术难以查明空洞积

水的具体情况。因此,煤矿工作人员无法提前制订针对

性措施,为之后的开采埋下了安全隐患,揭露老空区

后,积水涌出常常引发水害事故。

1.3人为因素

煤矿水害事故的发生,除了技术因素和环境因素

外,还有一部分是人为造成的。例如:一些煤矿企业在

开采作业中,为了提高开采效率而忽视了安全,加之领

导不重视,抛弃了烦琐但相对安全的规定流程,转而使

用速度更快的方式,给之后的工作埋下了安全隐患。

2煤矿水害探测装备及解释方法智能化

2.1高分辨三维地震勘探技术

在三维地震勘探中,存在信噪比低、装备抗干扰能

力差的问题,因此,可以使用智能检波器改善这一现

状。在断层识别中,存在周期长、主观性强等问题,为

了克服这一缺点,使用“人工蚂蚁”方法压制不连续属

性体中的噪声,使用融合地质经验知识的信号处理技术

实现断层自动提取,应用人工神经网络生成断层概率

体,实现对断层的半自动识别[2]。收稿日期:2020-12-17作者简介:王进良,1967年生,男,河北无极人,1989年毕业于山西矿业学院煤田地质勘查专业,工程师

。煤矿防治水工作常见问题与解决对策

王进良

(山西离柳焦煤集团柳林有限公司,山西吕梁033000)

摘要:煤矿防治水是煤矿开采过程中的重点工作之一,加强煤矿防治水工作不仅有助于降低煤矿开采成本,还能确保煤矿开采的安全。目前,中国煤炭企业在防治水工作上遇到的主要问题有煤矿充水条件的探测不精准、水害无法得到有效预测、水害预警技术有待提高、水害的治理等。为此,从煤矿水害事故的原因入手,结合人工智能和信息化技术,探讨了如何改善现有防治水技术,加强安全控制,实现煤矿防治水的智能化。关键词:煤矿;防治水工作;水害中图分类号:TD745文献标识码:A文章编号:2095-0802-(2021)03-0032-03CommonProblemsandCountermeasuresofCoalMineWaterPreventionandControl

WANGJinliang

(LiulinCo.,Ltd.,LiliuCokingCoalGroupofShanxi,Lvliang033000,Shanxi,China)

Abstract:Coalminewaterpreventionandcontrolisoneofthekeytasksintheprocessofcoalmining.Strengtheningcoalminewaterpreventionandcontrolwillnotonlyhelpreducecoalminingcosts,butalsoensurethesafetyofcoalmining.Atpresent,themainproblemsencounteredbycoalcompaniesofChinainthepreventionandcontrolofwaterincludeinaccuratedetectionofcoalminewaterfillingconditions,inabilitytoeffectivelypredictwaterhazards,waterhazardearlywarningtechnologytobeimprovedandwaterhazardmanagement.Tothisend,startingfromthecausesofcoalminewaterdisasters,combinedwithartificialintelligenceandinformationtechnology,thispaperdiscussedhowtoimprovetheexistingwaterpreventiontechnology,strengthensafetycontrolandrealizetheintelligenceofcoalminewaterprevention.Keywords:coalmine;waterpreventionandcontrol;water

hazard(总第186期)

能源研究

32··2021年第3期2021年3月

2.2瞬变电磁探测技术

瞬变电磁探测技术是目前防治水工作中探测隐蔽

水源的主要手段,为了进一步提升其抗干扰能力和数

据处理精度,可以利用智能化芯片自动过滤干扰信息,

应用神经网络技术实现精准定位。

2.3高密度电法探测技术

为了提升高密度电法数据处理速度、处理精度和

反演成图质量,应用人工神经网络算法实现对电阻率

数据的快速反演,从而提升数据处理速度;利用BP神

经网络,结合蚁群算法、混沌振荡粒子群算法等,能

够提升反演精度、数据处理精度、反演成图质量。

3煤矿水害预测智能化技术

3.1三维充水结构可视化技术

三维可视化地质建模能够实现地质环境的3D可视

化,以数字化形式表征,再现充水区域的地质环境,

从而提高突水危险性评级的准确性,并辅助防治水工

作的监测、疏降和注浆。煤矿三维充水结构可视化模

型如图1所示。

图1煤矿三维充水结构可视化模型

三维充水结构建模一般包含静态和动态2种,它

能够反映充水通道的空间特征,提升采矿作业中对危

险源辨识的准确度。

3.2含水层富水性规律与分区技术

常用的含水层富水性分区技术有模糊预测、灰色

理论、人工神经网络、地理信息系统等[2]。例如:基于

地理信息系统,结合富水性指数法,能够提升分区效

率;利用语气算子比较法、模糊综合评价法,根据含水

层的沉积和构造特征,可以实现对含水层富水性的分区。

3.3煤层底板突水区域预测方法

煤层底板突水的原因有很多,为了提升预测准确

度,可以利用案例自学原理,通过识别突水事件因素

间的关联,建立非线性数学模型,构建突水预测指标

体系,同时,结合人工神经网络、支持向量机等技术,

实现对突水危险性预测精确度的提升。

4煤矿水害监测预警技术智能化

4.1水情远程监测

为了构建矿井水情监测系统,实现煤矿生产的信

息化,需要借助多类传感器,以及井下数据采集分站、

监控主机等。利用矿井水情监测系统能够实时采集、

分析矿井水文地质数据,从而提升防治水工作决策的

科学性。矿井水情监测系统的智能化具体表现在:对

水情的实时监控,传感器基于智能芯片设计,动态监测水文地质的水位、水温、水压、水沟流量等。

为了实现对矿井水情的远程监测,需要结合互联

网技术,真正实现对水情的远程监测和维护。通过互

联网数据服务器,能够实现对数据的随时查询、传输、

存储、远程控制、故障的自动诊断与远程维护等。中煤

科工集团西安研究院有限公司开发设计了一套基于

“互联网+”的远程水情监测系统[3]。

4.2排水自动控制系统

为了实现煤矿排水的自动化,可以利用闸阀开合

控制、排水参数自动监控、远程传输、水泵故障自动诊

断等,构建水泵自动控制系统。水泵自动控制系统的

智能化体现在:当水仓水位过高时,自动停止水泵,反

之启动水泵;根据水位级别来自动控制需要开启多少

水泵;自动控制水泵之间的交替使用,防止机器长时

间持续使用出现损耗;根据水泵各项参数判断水泵的

运行状态。利用工业控制技术和现代软件技术,提高

了煤矿自动化系统运行的稳定性和可靠性。

4.3微震监测技术

微震监测技术主要用于地质、水文地质的解释,它

利用了检波器来实现对微地震波信息的分析,比如时

间、位置、能量等。其在煤矿防治水工作中常用于研究

微震事件,监测底板破坏深度、注浆浆液扩散范围及

路径,具体构造如图2所示。微震监测系统包含了多个

传感器,以及监测分站、隔爆电源、微地震信息处理主

机等。其智能化主要体现在震源定位、信号初至拾取,

例如采用遗传算法模拟地震事件,能够得到更加准确

的定位和震源深度。

图2微震监测系统示意

4.4网络电法监测技术

网络电法监测技术可以实时监测矿井富水区的具

体情况,是一种新型的电法技术,相较于高密度电法,

能够提供更加直观的水害监测,其主要构造如图3所

示。在煤矿防治水工作中,能够用于工作面注浆改

造等水位线模型

巷道模型峰峰组灰岩等水位线本溪组灰岩等位线断层煤层底板本溪组灰岩含水层本溪组灰岩隔水层峰峰组灰岩含水层断层模型

地层模型

供电线路交换机

监测分站监测分站隔爆电源光缆井下地面微地震信号处理主机无线传输设备天线单分量传感器三分量传感器监测分站

三分量传感器三分量传感器单分量传感器单分量传感器单分量传感器单分量传感器单分量传感器单分量传感器王进良:煤矿防治水工作常见问题与解决对策

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