矿山井下突水事故预警模型及防治技术应用

在矿山开采期间，井下突水事故常常频繁发生，造成了极为严重的人员伤亡与数额巨大的经济损失。伴随着开采深度持续不断地增加，地质条件变得越发复杂，而与之相应的突水所带来的风险也在不断增大。因此，构建一套科学且有效的突水事故预警模型并且应用先进的防治技术，对于保障矿山能够安全生产有重要的现实意义。

一、矿山井下突水事故预警模型

1.1 数据驱动型预警模型

机器学习算法于突水事故预警方面有着颇为广泛的应用情形。例如，支持向量机（SVM）算法能够凭借对诸多历史数据展开学习活动，进而构建出精准度颇高的突水预测模型。在对模型展开训练阶段中，把所收集而来的地质方面的数据、水文相关的数据以及开采作业的数据等等当作输入的特征内容，同时把是否会发生突水这一情况当作输出的标签，以此来对SVM 模型施行训练操作。当完成训练后，该模型便能够依据实时监测所获取到的数据信息，较为快速且准确地对突水事故发生的可能性予以预测。除此之外，决策树算法在突水预警工作里也得到广泛应用。通过针对数据进行层层的分类处理，从而构建出呈现树形结构的决策模型。决策树模型可解释性较强，能够直观的展现出各个不同因素对于突水事故所产生的影响程度，如此一来也便于在矿山从事工作的人员去理解以及应用。

1.2 物理模型

运用依据渗流理论所构建起来的突水预警模型，是按照地下水在岩石孔隙当中的渗流规律去对突水风险加以预测。此模型把岩石的渗透率、孔隙度以及水压分布等各类因素都给充分顾及，凭借建立相应的数学方程来对地下水的渗流过程予以描述。在实际运用环节里，针对矿山井下的地质条件展开细致的勘查，从而得到岩石的相关各项参数，接着再把这些参数代入到渗流模型当中去展开计算操作。经由对计算所得到的结果进行分析，进而去判定地下水的渗流状况，以此来对突水事故有可能出现的区域以及时间做出预测。

二、矿山井下突水防治技术应用

2.1 堵水技术

2.1.1 注浆堵水

注浆堵水属于常用的堵水手段之一。在矿山井下环境中，一旦察觉到存在潜在的突水通道或者相对薄弱的区域，便会借助钻孔方式，把如水泥浆、化学浆等注浆材料灌注到其中。注浆材料会在压力施加的作用下，对岩石所存在的裂隙以及孔隙加以填充，进而形成较为密实的封堵结构体，以此来阻拦地下水往此处的涌入。在选择注浆材料时，要依据具体地质状况以及突水的实际情形合理挑选。而注浆工艺最为关键的要点在于对注浆压力以及注浆量实施有效的把控，保证注浆材料可以较为均匀地填充到需要进行封堵处理的区域，从而实现较为良好的堵水成效。

2.1.2 帷幕注浆

帷幕注浆是要在矿山开采区域的四周构建起一道连续不断的隔水帷幕，以此来阻拦地下水侵入开采区域当中。在实际开展帷幕注浆时，首先，要对矿山周边的地质状况进行详细的勘察，从而明确帷幕的位置与深度。其次，顺着帷幕预先设计好的位置去进行钻孔操作，把注浆材料灌注到地层里面去，进而形成一道连续的注浆帷幕。帷幕注浆的长处在于它能够从整体层面把控住地下水的流动态势，给矿山开采营造出一个相对而言较为安全的水文条件环境。不过，这种方法在施工时候难度较大且成本较高，因此在施工期间要严格把控注浆质量，保证帷幕具备完备完整性以及密封性。

2.2 排水技术

2.2.1 排水系统设计

合理的排水系统设计对保障矿山井下排水能力而言至关重要。排水系统一般是由排水泵、排水管路以及水仓等部分共同构成。在设计排水系统之际，要依据矿山的开采规模状况、涌水量的预测情形以及井下巷道的布局情况等因素，明确排水泵具体的型号、数量、排水管路直径大小以及铺设的路线走向。水仓的容量务必要参照矿山的正常涌水量与最大涌水量予以合理规划设计，保证其能够储存下在一定时长内所涌出的水，防止因涌水出现突然增多的情况而致使排水不及。同时，排水系统还应当具备相应的备用能力，如此方可应对各类突发状况。

2.2.2 排水设备维护

排水设备若要正常运行，定期开展维护与保养工作必不可少。在平常的工作环节当中，要对排水泵定时予以检查，包括检查泵体的磨损情况、叶轮的转动灵活性、密封性能等。同时，排水管路也需定期进行清洗以及检查，避免出现管路堵塞或者漏水等问题。至于水仓，要按时开展清淤，确保水仓具备有效的容积。除此之外，还应当构建起完备的设备维护记录方面的制度，细致地记录下设备维护的具体时间、所开展的维护具体内容以及更换掉的零部件等相关信息，这样一来便能够及时察觉到设备所存在的一些问题，进而制定出合理恰当的维护计划，保证排水设备能够一直处在良好的运行状态。

2.3 监测技术

水位以及水压均属于能够反映矿山井下突水风险的重要指标范畴。在井下的关键位置处安装水位传感器还有水压传感器，如此能够对水位与水压的具体变化情况展开实时监测。这些传感器会把监测所得的数据凭借传输线路实时传输至地面监控中心，而监控人员则可借助监控软件针对这些数据加以分析。一旦水位或者水压呈现出异常变化的状况，系统就能及时发出预警信号，进而提醒工作人员去采取与之相对应的措施。

结论

矿山井下突水事故预警模型以及相关防治技术的应用，在保障矿山安全生产方面有着极为重要的意义。构建精准度较高的预警模型能够事先对突水事故的发生做出预测的，如此便可以为采取相应的防治措施争取宝贵的时间。如堵水、排水还有监测等诸多防治技术，要是能被有效加以应用，那么可以从不同方面去降低突水事故发生的可能性，减少事故造成的损失。未来，在矿山开采活动当中，要持续不断地强化对突水事故预警模型以及防治技术的研究，推动相关创新，进而不断提升其应用成效，以此为矿山行业的可持续发展提供坚实保障。

参考文献：

[1] 秦丽娜 . 基于涌水量预测的矿井智能排水系统研究 [D]. 中国矿业大学 ,2023.

[2] 余国锋 , 郑群 , 马济国 , 等 . 底板突水灾害大数据预测预警平台 [J].煤炭学报 , 2021, 046(011):3502-3514.