防治水教案

·山西煤炭运销集团阳城四侯煤业有限公司主讲人：田王健第1讲矿井防治水概论（1）矿井水害的定义及一般特点矿井水害是指在煤矿基建和生产过程中地下水涌入采掘空间，由于排水能力相对不足而造成淹没巷道、工作面、采区、矿井(不同水平乃至整个矿井)的现象，它轻则影响生产，重则造成人员伤亡的恶性事故，是煤炭资源开发过程中一种突发性的地质灾害。（2）矿井水害的防治思想矿井水害是可以防治的，只要搞清矿井的充水特征，并采取适当的工程措施，不仅可以安全采出受水威胁的煤炭资源，而且能够提高矿井防治水技术水平，从而为矿床水文地质学的发展做出积极的贡献。一般地，矿井水的防治应当从水文地质条件的分析着手，即从区域到水文地质条件研究开始，确定井田在水文地质单元中所处的位置，重点分析地下水的补给、径流和排泄条件。水文地质条件的分析最好以水文地质单元为分析对象，通过对地下水流场、水化学场的分析建立水文地质概念模型。矿井水害防治的工作重点是对水患做出诊断，同时，应提出具体的防治水措施。事实上，水患诊断、评价、防治水措施三者缺一不可，三要素共同构成防灾、减灾的目标路线。（3）矿井水害类型在长期与煤矿水害斗争的过程中，积累了大量宝贵的经验，使得人们对矿井水害类型的认识水平日益提高。目前，对矿井水害类型的划分基本形成如下观点：按水源类型划分：顶板水底板水老空水按导水通道划分断层突水陷落柱突水裂隙岩体突水封闭不良钻孔突水煤(岩)柱突水按水源含水介质类型划分：孔隙水裂隙水岩溶水科学分类体现了人们对事物认识高度和认识水平，也是学科发展水平的标志，希望各位经常运用科学分类手段对各自矿井水害类型做出分类并加以细化。（5）水文地质条件的探查方法主要包括:物探钻探化探试验物探方法主要依据介质的电性、弹性波、磁场强度、重力场的差异对不同介质及其界面进行判识，从而满足矿井防治水中对异常地质体的探测要求。地震—主要探测断层、陷落柱，目前主要发展二维地震和三维地震；电法—含、导水异常的探查，目前主要发展瞬变电磁法、直流电法、音频电透视、电测井；物探方法具有大范围、大尺度探查的特点，但其局限性在于难以克服多解性的缺陷，往往需要通过钻探等其它手段来验证钻探方法是通过钻探工程了解地层的结构特点、含隔水层的空间特征。钻探方法是各种试验方法赖以实施的基础，如抽水试验、放水试验、连通试验等需要钻孔形成以后才能组织实施。钻探手段往往施工周期长，揭露的水文地质信息有限，常常给人“一孔之见”之感。化探—水化学分析方法的简称。地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征，按照各种特征离子的含量、矿化度、水质类型等，可以对不同含水层地下水做出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。试验—任何学科的发展都离不开试验，矿床水文地质学也不例外。有关水文地质学中的试验方法，如抽水试验往往在煤田勘探阶段就开始应用，在煤矿生产中作为一种补充勘探手段，也会经常使用。矿床水文地质工作中经常使用的试验手段当然要算是放水试验了，它具有节约工程费用和直接了解矿井充水性的优点，放水试验成果的权威性也正体现于此。（6）矿井水文地质条件评价矿井水文地质条件主要包括如下5个方面：（1）含水层、隔水层的结构及空间展布规律；（2）地下水的补给、径流及排泄条件；（3）不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区特征；（4）地下水动态及均衡特征；（5）矿井涌水量大小。矿井水文地质条件有着丰富的内涵，是做好矿井水文地质工作的基础。为了加深对矿井水文地质条件的理解，特别提出如下两点作为对上述基本水文地质条件的一点补充建立水文地质概念模型：它是矿井充水条件的立体模型，它主要回答什么地方有水？水怎么来？可能来多少水？第一，需要搞清边界断层及井田内主要断层的控水作用；第二，通过放水试验搞清主要充水含水层的富水性分区特征，最好能给出富水性分区图；第三，含隔水层厚度及其空间结构能够通过数字立面图来展示，地下水实现体视化，建立水害数字平台。使用好矿井充水性图：矿井充水性图是日常矿井井水文地质工作的基础性图件，是矿井水情水害分析和信息交流的平台，为了充分反映矿井的充水特点，要求对新揭露的涌水点要及时填绘在图上，并配有分析性说明文字。同时，尽可能将不同采区、不同煤层揭露的地下水信息相互对比分析研究，提出在信息显示上能够得到相互验证的矿井充水立体数字模型。（7）矿井开采安全技术条件评价（防治水部分）在矿井水文地质条件研究的基础上，指出矿井开采的主要水害问题，划分矿井水文地质类型（简单、中等、复杂、极复杂），阐明水害要素（水源、通道）随着开采深度增加、采场面积扩大有利和不利的转化方向及变化趋势。在条件具备的情况下，对水害威胁程度或水文地质条件复杂程度做进一步分区，在条件暂不具备的情况下，指出水文地质补充勘探的方向。以上述分区为基础，对不同分区还应投入哪些勘探工程以进一步查清条件做出说明。（8）防治水技术措施水患诊断结论明确以后，接下来的工作就是采取有针对性的防治水措施了，以水害类型划分的防治水技术措施如下：以断层作为防范对象—预注浆通过断层、留设防水煤岩柱；以陷落柱作为防范对象—封堵陷落柱，留设一定的防水煤柱后，解放其周边煤炭资源；以裂隙岩体整体作为防范对象—对含导水异常区进行注浆加固。以封闭不良钻孔作为防范对象—采用工程措施，重新进行封孔处理。以老空水作为防范对象—在经济技术条件允许的条件下疏放老空水，彻底消除透水隐患；对于采空区积水体积太大，全面疏放不合理，不具备解放受水威胁煤炭资源的条件，从安全角度考虑，不应动用这部分煤炭资源。大面积煤炭开发存在安全隐患的井田，采取如下措施：帷幕截流技术；底板改造技术；全面疏降含水层水压的技术。山西煤炭运销集团阳城四侯煤业有限公司主讲人：靳勇强第2讲老空水预防（1）老空水的定义及特点为了保证正常生产，煤炭开采过程中，需要对涌入井下的地下水排出地面，这时排水费用作为煤炭开采成本的一部分计入其销售成本之中，采掘作业完成后，留下大量的废弃巷道和采煤空间，对涌入的地下水一般不再排放，这时，采空区内聚集着大量的地下水，称为老空水。对同一矿井而言，老空水分为同层老空水和邻层老空水；对相邻矿井而言，老空水分为本矿老空水和邻矿老空水；老空水对采煤的威胁主要表现在同层老空水上水平对下水平的威胁，邻层老空水浅部对深部的威胁，邻矿老空水对本矿的威胁。近年来，采空水造成的透水事故时有发生，在所有煤矿水害事故中占据主要位置，媒体多有报道，产生十分恶劣的社会甚至是政治影响。为此，党和政府及社会各界十分关注这一影响安全生产大局的煤矿水害问题，在国家煤矿安全生产监察局多次组织的水害防治技术研讨会上均将老空水防治列为扭转安全生产大局的主要目标。面对老空水防治的严峻形势，科技部将“十一五”攻关的主题确定为“矿井老空区探测与水害防治关键技术及装备”，这些行动足以看出国家对预防和治理由老空水诱发的恶性透水事故的力度。（2）老空水的探查对于老空水的防范，关键是确定积水范围和积水水量，可以采取两条途径：一是煤矿开采有着准确的井上下对照图，采空区范围往往比较可靠；二是采空区积水范围往往没有精确的测绘资料，只能靠探查手段来解决问题了。前者对于国有大中型煤矿来说很容易做到，对于地方小煤矿来说，问题就不那么简单了，就需要通过钻探和物探相结合的方法解决老空水探查问题。实际工作中，必须以钻探为主，物探配合，物探资料必须慎重验证鉴定，确保其可靠性。下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：①某矿开采浅部的10#煤，大片的老空水已经被探放出来，进入老空区回收残留煤阶段，遇一块30m见方的煤柱，从四周老洞观察无积水，上距20m的9#煤也已证明无积水，但是煤柱的一侧却有发潮现象。当时普遍认为，该煤层距地表仅60m，地面又是排水沟，是排水沟的水沿风化及采动裂隙下渗造成煤壁发潮的，周围的煤壁也比较潮湿就是例证，30m见方的煤柱内绝对不会有老空水。当时探与不探的争论很大，由于分管探水工作的领导思想坚定，决定打钻探水，结果放出水量200多吨，事后发现煤柱内残留一口60m的古井，有约0.3MPa的水压，如有人员在附近作业，必然会发生伤亡事故。②某矿欲从9#煤施工一反上山石门穿透7#煤，据调查资料，石门透煤点100m外有老空积水，两煤层间距33m，反上山石门倾角23◦，斜长85m,设计上山掘进60m，距7#煤10m左右的位置超前打钻探水。但上山掘进到50m时，发现顶板砂岩淋水，是否探水，争论很大，普遍认为：迎头层位正常，正是7#煤底板以下13~14m的砂岩底面，砂岩裂隙有点淋水属正常现象，应该按照原设计在60m位置安钻探水，而积水范围在预定透煤点以外还有100m，现在就开始探水工程量大，边探边掘，既影响正常生产，又无实际必要。根据当时定下的没有把握就探的原则提前施工探放水钻孔，结果第1个钻孔钻进至10.6m即透老空，放出积水62000余吨。事后查明该迎头前面4m多有一落差9m多的正断层，上盘7#煤已下降至迎头附近，积水区与迎头垂距仅2m（图1），一次难以估量损失的重大透水事故就此避免了。（3）老空水疏放探水“三线”的确定：探水“三线”是指:积水线、放水线、警戒线。①积水线:积水区外缘标高等高线，确定积水水面标高后，可直接在采掘工程平面图上按等高线标定。②放水线:《矿井水文地质规程》规定掘进工作面在距积水实际边界20m处停止掘进，进行打钻放水。积水线外推20m即为放水线。③警戒线:积水线外推60m即为警戒线。掘进工作面进入警戒线后，必须超前探放水。探水“三线”必须在采掘工程平面图上明确标出。（4）老空水防治注意事项《老空积水图》应根据采掘工程和探放水工作以及新发现的情况每年补充修改一次。熟悉并掌握井田周边采煤历史，做好询访调查工作，要对探放水资料进行动态分析，根据已经掌握的情况给出有事实根据和说服力的结论。禁止使用钎子探放老空水。由于风钻和电钻钎子只能探3~4m,掘1~2m，没有安全的超前距和帮距，而且不能使用套管、水门等安全防水装置。山西煤炭运销集团阳城四侯煤业有限公司第3讲顶板水防治主讲人：王满红（1）顶板水害分类①地表水体（河、湖、海）全国各地均有，尤以东部居多海下—具有代表性的是山东黄县早第三纪褐煤田，位于渤海以下，煤层露头直接与海底接触；湖下—鲁西南、苏西北微山湖、昭阳湖；河下—内蒙元宝山煤矿在英金河和老哈河下采煤等（1）顶板水害分类②巨厚松散含水层我国东部分布较广，如两淮（淮南、淮北）煤田，石炭二叠系煤系隐伏于厚度约100~800m的新生界（第三系及第四系）松散层之下，煤层露头直接与新生界底部接触。（1）顶板水害分类③煤系顶板砂岩含水层淮北芦岭矿、海孜矿、哈密矿、黄陵煤矿，煤层顶板赋存一定厚度的砂岩裂隙水，煤层顶板岩体导通含水层水体，往往发生顶板水害事故。（1）顶板水害分类④煤系顶板灰岩含水层赣中丰城矿区龙潭煤系的C煤组煤层顶板上距长兴灰岩3~5m,云庄矿试采C煤组时，顶板涌水量高达19000m3/h，试采井被淹。祁东煤矿四含突水淹井2001年11月24日，皖北矿务局祁东煤矿东翼-420水平3222倾斜长壁工作面，发生了第四系第四含水层特大突水淹井灾害，最大涌水量达1670m3/h，其突水量之大，在全国第四系突水事例中也较为少见。致使刚刚建成，年生产能力150万吨，准备于12月26日正式投产祁东矿整个矿井被淹。出水后对水质、水温、“四含”长观孔资料进行了分析对比，分析突水水源应为“四含”水。导水通道可能是隐伏垂向导水裂缝带和古河床切割深沟。安全开采深度的确定安全开采上限,一般是指在某一最小深度下开采时,覆岩破坏所形成的冒落带或导水裂隙带不波及到富含水层或地表水体,井下不发生突水或涌水量增加不大,能保证安全开采的这个深度。其实质就是安全开采的上限问题。安全开采深度的确定从水体底部或富含水层底板往下算起，煤岩柱的下边界线，即为安全开采上限。安全开采深度的确定安全开采深度的确定，都是在确定覆岩冒落带和裂隙带的最大高度的基础上，再加上一定厚度的