「视频讲解」尹尚先——深部底板奥灰薄灰突水机理及全时空防治技术（Water Rush）

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本期推送尹尚先教授发表于《煤炭学报》第5期的文章。为方便大家深入了解本文内容，《煤炭学报》邀请尹尚先教授通过视频对相关成果进行了详解。

文章信息为：

尹尚先,王屹,尹慧超,等. 深部底板奥灰薄灰突水机理及全时空防治技术[J]. 煤炭学报,2020,45(5):1855- 1864.

视频解析

创新点

（1）依据隔水层厚度、底板破坏带高度与奥灰导升带高度之和以及突水系数将底板类型划分为极薄、薄、中、厚及巨厚五类隔水层，极薄隔水层0˂M≤h_破 h_导˂20m，T˃0；薄隔水层h_破 h_导˂M≤60m，且T˃0.06MPa/m；中隔水层h_破 h_导˂M≤60m，且T≤0.06MPa/m；厚隔水层60m˂M（h_破 h_导˂M），且T˃0.1MPa/m；巨厚隔水层，即60m˂M（h_破 h_导˂M），且T≤0.1MPa/m。

（2）总结了“深部”底板奥灰水害与“浅部”的差异，建立了奥陶系灰岩厚隔水层夹薄层灰岩煤层的岩层结构模式，薄层灰岩为奥灰进入煤层采掘空间的传导指示层和中间储运站，定义了深部底板奥灰及薄层灰岩水害概念及突水模式。

（3）从充水水源、通道、强度、时间、水质五维度总结了深部底板奥灰及薄灰水害特征，概括为充水水源的总源递进、充水通道的面状分散、充水强度的台阶增长、充水时间的滞后出水、充水水源水质的交换吸附，即“中转递进、面状分散、台阶增长、滞后出水、交换吸附”的深部水害特征。

（4）总结提出了深部底板奥灰及薄灰水害突水机理。当工作面开采后，垂向地应力解除使底板呈二维应力状态，奥灰水沿裂隙渗透、扩容、压裂，不断向上导升，入侵第一层薄层灰岩后，驱替转换为奥灰中转储能站，继续向上导升，依次在第二、三、…薄层灰岩中转，直至与煤层底板扰动带及破坏带沟通，形成大面积散流突水；分析认为厚隔水层已不适用于突水系数法，其突水危险性评价可以采用P₀˃3σ₃-σ₁-P_p R_m。

（5）创新了全时域与全空域四维度奥灰及薄灰水害的“全时空”综合防治理念，实现了空域上井上下相结合、奥灰及薄灰多层次区域治理与井下薄灰钻孔探治验相结合的全空间多层次立体网状防控布局，建立了条件评估、探治验补、检验评价、监测保障的全时域“四位一体”技术质量控制流程，形成了“四位一体”立体网状全时空深部底板奥灰及薄灰水害防治方法，邯邢矿区梧桐庄井田的实践表明，治理效果良好。

个人简介

尹尚先，男，汉族，1964年4月生，山西省朔州人，中国民主促进会员，教授，博士生导师，现任华北科技学院安全工程学院院长。获得国家科技进步奖3项及多项省部级奖项，发表论文论著多篇，发明专利和软件著作权多项。现为中央直接掌握联系的高级专家，新世纪百千万人才工程国家级人选，享受国务院政府特殊津贴，教育部创新团队带头人，教育部新世纪优秀人才，国家安全生产专家，中国煤炭工业优秀创新人才。中国地质学会矿山水防治与利用专业委员会副主任委员。

研究方向

矿井水防治

主要成果

主要学术贡献：（1）研发了矿井突水灾害监测预警系统及水灾应急决策支持专家系统，被国家煤矿安全监察局采纳为全国矿山水情联网监测示范；（2）构建了岩溶陷落柱突水灾害致因、预测探查、预防控制理论技术，被《煤矿防治水规定》所采用；（3）提出了大水矿区绿色开采概念，建立完善了煤矿安全、职业健康、热能利用、环境保护等四位一体的承压热水体上绿色开采技术体系；（4）发现了有效模量理论进行波场描述时只反映宏观波场特征的不足，从理论上推导并建立了单一界面不连续波动理论，为精细地震勘探奠定良好的理论和实验基础；（5）定义了矿井水资源化的相关概念，提出并实践了矿井水资源化模式及优化配置理论，被《煤矿防治水手册》第29章完全采用。

摘要

奥陶系灰岩厚隔水层夹薄层灰岩煤层的地层结构模式是我国石炭二叠系煤田带压开采的典型存在形式。尽管隔水层巨厚,由于其中夹有薄层灰岩含水层,导致深部开采时突水灾害仍然频发。由于突水系数的局限性,依据隔水层厚度、底板破坏带高度与奥灰导升带高度之和、突水系数将底板隔水层类型综合划分为极薄、薄、中、厚及巨厚 5 种类型,淡化突水系数在极薄、厚及巨厚隔水层中的应用。阐述了薄层灰岩在串连奥灰与煤层形成水害的独特作用,定义了深部底板奥灰及薄灰水害概念及突水模式,总结了其五维度特征,概括为充水水源的总源递进、充水通道的面状分散、充水强度的台阶增长、充水时间的滞后出水、充水水源水质的交换吸附,阐明了奥灰水渗透、扩容、压裂、导升经薄灰中转储运形成面状散流的突水机理,提出了相应的突水危险性评价公式P₀>3σ₃-σ₁-P_p R_m。

针对巨厚隔水层且传统井下底板加固甚至区域治理仍无法完全控制深部突水的现状,创新了全时域与全空域四维度奥灰及薄灰水害的“全时空”综合防治理念,空域上井上下相结合、奥灰及薄灰多层次区域治理与井下薄灰钻孔探治验相结合的全空间多层次立体网状防控布局,创建了全空域立*叉网络探查、治理、验证、补充的“全空域”立体防治模式,形成了条件评估、探治验补、检验评价、监测保障的全时域“四位一体”技术质量控制流程,创立了“四位一体”立体网状全时空深部底板奥灰及薄灰水害防治方法。

以邯邢矿区梧桐庄井田2603 工作面为工程案例,确定奥灰顶面以下 40 ~ 60 m 和 20 ~ 30 m、薄灰大青和山伏青灰岩为目标实施多层段地面超前区域治理及补充治理,配合野青和山伏青为目标井下补充治理和验证,形成立体网络治理;采用奥灰薄灰水文地质条件评估确定治理目标,用地面区域探查治理、补充探查治理以及传统井下查缺补漏验证前期治理效果,以治理效果检验、底板完整性评价、突水危险性评价、涌水量预测、排水能力评价等全面评估能否回采工作面,回采过程中采取水文监测、微震系统、矿压系统等综合监测手段紧盯薄层灰岩关键层,实现了工作面安全回采。

部分图片

图1 巨厚隔水层夹薄层灰岩含水层底板水地层结构模式及治理示意

图2 梧桐庄矿“7·25”底板突水涌水量

图3 深部底板奥陶系及薄层灰岩水害致灾机理示意

图4 深部底板水多层次立体区域治理模式流程

来源：

尹尚先,王屹,尹慧超,等. 深部底板奥灰薄灰突水机理及全时空防治技术[J]. 煤炭学报,2020,45(5):1855- 1864.

YIN Shangxian,WANG Yi,YIN Huichao,et al. Mechanism and full-time-space prevention and control technology of water inrush from Ordovician and thin limestone in deep mines[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(5):1855- 1864.

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责任编辑：韩晋平编辑整理：刘旸审核：常琛

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