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煤矿水害监测预警技术及其应用

作　者: 李凯
导　师: 黄采伦
学　校: 湖南科技大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 煤矿水害监测预警地下磁流体探测技术
分类号: TD745
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

矿区水害是矿产资源开采中常见的一种灾害,在地方小矿这类事故较多,危害很大,一旦发生事故,往往具有突发性和极大的危害性,不仅影响生产,造成经济损失,而且易发生重大伤亡事故;因此,煤矿开采中最重要的地质任务是探测采区内小构造的分布及其含(导)水性。对煤矿水害的监测预警工作,目前主要的勘测方法有两种:物探、钻探。钻探是用机械的方法对地下进行钻孔,这种方法在以前的勘测中普遍使用,它的成本很高,而且受地质条件的限制,部分情况下对技术的要求很高。物探是地球物理勘探的简称。主要通过物理的原理来进行勘探,主要研究岩石的不同密度、磁性等物理差异来进行研究,通过分析这些差异获取相应的物探资料,推断出探测区域内的地质构造情况。它较钻探而言比较经济,而且时间周期相对较短,它的使用前景越来越受到关注。论文应用地下磁流体探测技术实现对煤矿水害监测,在地表通过探针接收来至地球内部的地下磁流体的电磁波信号,经探测电缆到地下磁流体探测仪,由探测仪提取特征信息并送上位机综合分析得出探测结果。实际应用表明:地下磁流体探测技术是一种有效的矿区水害防治新方法。论文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)介绍了煤矿水害的分类及特点,分析并研究了煤矿水害形成的模式和机理,在此基础上提出煤矿涌水量的预测预算方法。(2)在分析传统煤矿水害监测方法局限性的基础上,针对煤矿水害的形成机理和特点,结合地下磁流体探测方法的基本原理,研究并提出了基于地下磁流体探测技术的矿区导水断层、老空水、地下岩溶裂隙或巷道等的定性、定量探测方法。(3)实验论证。通过在贵州省水城矿业(集团)有限责任公司的多个煤矿、其他矿区的煤矿或非煤矿进行了实际试验和应用,验证论文提出探测方法的可靠性和可行性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究背景、目的和研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-13
  1.3 论文选题及研究基础  13-14
  1.4 论文的主要工作及内容安排  14-15
第二章煤矿水害产生的机理分析与预测方法研究  15-31
  2.1 煤矿水害的分类及特点  15-17
    2.1.1 小煤窑积水造成的水害  15-16
    2.1.2 采空区积水造成的水害  16
    2.1.3 导水断层造成的水害  16-17
    2.1.4 雨季期间的淹井  17
    2.1.5 其它因素造成的水害  17
  2.2 煤矿水害形成的模式及机理  17-21
    2.2.1 薄板宏观破断、厚板微观压裂突水机理  18-19
    2.2.2 断裂突水子模式及机理  19
    2.2.3 陷落柱突水模式及判断  19-21
  2.3 煤矿涌水量的预测预算  21-30
    2.3.1 顶底板岩溶裂隙水的计算  21-24
    2.3.2 导水断层的水量预计  24-25
    2.3.3 老空水的充水特征与预测  25-26
    2.3.4 煤矿突（涌）水量预测  26-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章煤矿水害监测预警方法研究  31-43
  3.1 煤矿水害的传统监测方法  31-33
    3.1.1 突水征兆判断法  31-32
    3.1.2 钻孔探测分析法  32
    3.1.3 传统物探仪器探测方法  32-33
  3.2 地下磁流体探测方法的基本原理  33-36
    3.2.1 地下磁流体的定义  33-34
    3.2.2 地下水探测原理  34-35
    3.2.3 地下磁流体探测的数学模型  35-36
  3.3 基于地下磁流体探测的煤矿水害监测与预警  36-42
    3.3.1 老空区及老空水的探测原理  36-37
    3.3.2 地下径流水的水量计算  37-38
    3.3.3 老空水的水量计算  38
    3.3.4 矿区导水断层的探测  38-39
    3.3.5 地下岩溶裂隙或巷道的探测  39
    3.3.6 其它地质体探测  39-42
  3.4 地下磁流体探测与其它物探方法的比较  42
  3.5 本章小结  42-43
第四章地下磁流体探测方法在煤矿水害防治中的应用  43-61
  4.1 地下磁流体探测系统概述  43-46
    4.1.1 地下磁流体探测系统硬件结构  43-44
    4.1.2 地下磁流体探测仪测控软件  44-45
    4.1.3 上位机分析管理软件  45-46
  4.2 与实际钻孔的探测对比试验  46-49
    4.2.1 测线布置  46-47
    4.2.2 钻孔位探测情况分析  47-48
    4.2.3 测线综合分析  48-49
    4.2.4 探测结论与建议  49
  4.3 在煤矿老空水探测中的应用  49-56
    4.3.1 测线布置与探测要求  49-50
    4.3.2 现场探测数据整理  50-56
    4.3.3 探测结果分析  56
  4.4 在矿区地下径流水探测中的应用  56-60
    4.4.1 测线布置  56-57
    4.4.2 探测结果分析  57-60
    4.4.3 结论与建议  60
  4.5 本章小结  60-61
第五章总结与展望  61-63
  5.1 主要研究结论及创新点  61-62
  5.2 进一步的研究思路  62-63
参考文献  63-65
攻读硕士学位期间发表的论文  65-66
致谢  66

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