矿井水灾防治-第五章

第五章煤矿主要防治水技术22主要防治水的依据和方法33防治水方针防治水基本原则有疑必探先探后掘预测预报有疑必探先探后掘先治后采过去新规定预防为主防治结合主要防治水的依据和方法4主要防治水的依据和方法4主要防治水措施防、堵、疏、排、截防水：合理留设各类防水煤柱；堵水：注浆封堵具有突水威胁的含水层；疏水：探放老空水和对承压水含水层进行疏水降压；排水：完善矿井排水系统；截水：加强地表水的截流治理、防水闸门截流等55防水煤柱：凡是煤层与含水层或含水带的接触地段，预留一定宽度的煤层不采，使工作面与地下水源或通道保持一定距离，以防止地下水流入工作面，留下不采的煤柱，称为防水隔离煤柱。井下防水煤(岩)柱留设井田边界断层地表水体冲积层水淹区防水煤柱上下水平、相邻采区防水煤柱类型66不同水文地质条件留设煤柱类型不同！！井下防水煤(岩)柱留设A-防止砂层或地表水煤柱；B-被强含水层掩盖的煤柱；C-与强含水层直接接触的煤柱；D-与强含水层接触，局部为强含水层所掩盖的煤层；E-接触底部含水层的煤柱；F-巷道接近断层的煤柱。H-距地表垂高；L-煤柱距含水岩层垂直距离；M-防水煤柱β-塌陷角77煤柱应该留多宽呢？？各个矿区大多凭经验和设计规范要求，科研空间较大！！（1）当煤层露头直接被疏松含水层掩盖时，一般大于30m,如图a所示；（2）煤层受断层切割直接与充水强含水层接触时，安全防水煤柱宽度应不小于20m,如图b所示；（3）当煤层因受逆断层切割而被强含水层掩盖时，留设煤柱应考虑煤层开采后的塌陷裂隙，最好不要波及到上部的强含水层，如掩盖宽度为Lm，其断层下盘防水煤柱的宽度要大于Lm，如图c所示；（4）当巷道接近导水断层时，应留设30—40m防水煤柱，如图d所示。8井下探放水8①接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。②接近或通过含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时。③打开隔离煤柱放水时。④接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。⑤接近有出（突）水可能的钻孔时。需要探水的情况：9井下探放水9⑥接近有水或稀泥的灌浆区时。⑦采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时。⑧接近水文地质条件复杂的地段，采掘工作有突（出）水征兆或情况不明时。⑨采掘工程接近其他可能出（突）水地段时。需要探水的情况：1010小窑的探放警戒线探水线积水线井下探放水1111积水线:是老窑、小窑采空区预定边界。探水线:是根据积水范围的可靠程度、积水量、煤层厚度及其强度大小沿积水线外推60～150m距离的一条线。当巷道到达此线时就应开始探水。警戒线:是沿探水线再平行外推50～150m的一条线，当巷道进入此线时就应警惕积水的威胁，注意迎头的变化，当出现有透水征兆时，就应提前探水。“三线”的定义井下探放水1212探、放水钻孔布置布置原则：其布置应以确保不漏古巷道，保证生产安全，而探水工作量又以最小为原则。上山巷道布置成扇形，煤平巷布置成半扇形。几个概念:允许掘进距离：经探水后证明无水害威胁，可以安全掘进的长度，允许掘进距离的终点处，钻孔间距3m。超前距：允许掘进终点到中心眼终点间的距离，一般为20m。帮距：中心眼与外斜眼终点的距离，一般等于超前距。井下探放水13探水钻孔布置：1)探水—掘进—探水2)各探水孔之间的距离不得大于3m。3)中眼与外斜眼终端的距离即为帮距，通常采用12m左右；4)巷道前进终止点与中眼终点之间的距离即为超前距，一般采用20m左右为宜。14探水作业：①加强顶板支护，双巷掘进，加强通风，防止冒顶和片帮。②加强探水迎头的通风和瓦斯检查。③安排避灾线路，作业人员熟悉避灾线路。④设置警铃信号及通信联络设备。⑤安装安全套管。⑥若发现钻孔内显著变软及沿钻杆向外流水等透水征兆时，应立即停止钻进并旋紧安全阀上的钻杆卡。待检查工作完成后，再慢慢地将积水放出。⑦严格检查放水效果。152）探水孔布置方式（1）扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段，要进行搜索性探放老空积水，其探水钻孔多按扇形布置，如图所示.扇形探水钻孔16（2）半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区，其探水钻孔可按半扇形布置，如图所示。半扇形探水钻孔173．探水与掘进之间的配合井下受水威胁的地段，探水必须与巷道掘进施工管理密切配合，才能取得良好的防治效果，主要配合方式有：（1）双巷配合掘进交叉探水。如图所示。上山巷道探水掘进施工方式18（2）倾斜煤层平巷探水，采用双巷掘进单巷超前探水。（3）平巷与上山配合探水。如图所示平巷与上山互相配合探水19（4）隔离式探水。如图所示。利用石门探水和墙外探水a一石门探水，b一墙外探水20断层水及其他可疑水源的探放探断层水与探断层相结合，探明断层的位置、产状要素、断层带的宽度。着重查明断层带的充水情况、与含水层的接触关系和水力连通情况、静水压力及涌水量大小。断层水探明后，应根据水的来源、水压和水量采取不同措施：（1）若断层水是来自强含水层，则要注意封闭钻孔，按规定留设煤柱，已进入煤柱的巷道要加以填充或封闭；（2）若断层含水性不强，可考虑放水疏干。2121其他常用的探测及放水方法1．红外遥感技术；2．电测技术3．放水及其注意事项颐和园红外遥感图井下探放水22疏干开采是指对煤层顶板或煤层含水层的疏干；而疏水降压是指对煤层底板含水层而言，其目的是使煤层底板含水层水压降低至采煤安全水压。矿井疏干的目的是预防地下水突然涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率，消除地下水静水压力造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主要措施。对于大水矿区，为了减少矿井涌水量，应采取截流、浅排和排、供、生态环保三位一体结合等辅助措施，与疏干工作统筹考虑，进行综合防治。疏干降压开采23（一）疏干程序矿井疏干过程可分为疏干勘探、试验疏干和经常疏干三个逐渐过渡程序，应与矿井的开发工作密切配合。1.疏干勘探疏干勘探是以疏干为目的的补充水文地质勘探。其目的是进一步查明矿区疏干所需要的水文地质资料；确定疏干的可能性，提出疏干方案。疏干降压开采242.试验性疏干试验性疏干方案的正确制定表现在矿井开采初期能降低水位，并能经过6～12个月，尤其是雨季的考验。要尽可能利用疏干勘探工程，并补充疏干给水装置。通过试验，视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。3.经常性疏干经常性疏干是生产矿井日常性的疏干工作，随着开采范围的扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充，甚至重新制定疏干方案，以满足矿井生产的要求。疏干降压开采25251．地表疏干2．井下疏干疏放老空水疏放含水层水直接放水先隔后放先堵后放先放后堵疏干巷道放水利用钻孔疏放水巷道与钻孔相结合疏干疏干降压开采26含水层水的疏排1.利用巷道疏放水（1）当煤层直接顶板为含水层时，将采区和工作面巷道提前准备出来，利用这些巷道预先疏放顶板含水层水。（2）当煤层底板为含水层时，将开拓准备巷道布置在底板含水层中，直接疏放含水层水。2.利用放水钻孔当煤层上部含水层远离煤层，回采准备巷道收不到疏放效果时，可在巷道中每隔一定的距离向含水层打放水钻孔进行预先疏放。3.利用疏放降压钻孔当煤层下部含水层水压很高，有突水危险时，在计划疏降地段的巷道中每隔一定距离向底部含水层打钻放水。4.利用吸水钻孔吸水钻孔是将煤层上部含水层中的水放入煤层下部含水层中的钻孔。吸水钻孔只有在特定条件下才能实施，即煤层下部含水层的水位低于煤层底板，或煤层下部含水层干燥无水，或煤层下部含水层的吸水量大于上部含水层的泄水量。30为在复杂水文地质条件下进行带（水）压开采，并获得效益，以下技术问题应予以重视并付诸实施。（一）查清带压开采的矿井或采区的地质、水文地质条件除应对区域水文地质条件有所认识外，对井田或采区的水文地质条件更应了解清楚，对充水含水层的补、径、排条件和不同充水含水层间的水力联系状况以及保护层的隔水性能均应予以研究。以便选择具体防治水方法和制定带（水）压开采的措施。带压开采31（二）编制突水系数图前面已经提到，突水系数的应用是通过突水系数图来体现的。有两种突水系数图，一种是矿区或井田的突水系数图，比例尺常为1：5000～1：10000；第二种是采区的突水系数图，比例尺一般是1：1000～1：2000，甚至更大些。（三）编制带压开采地质、水文地质说明书开采受水害威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书，以作为设计的依据。（四）应用“脆弱性指数法”评价预测,其技术思路是：带压开采32（1）首先建立控制煤层底板复杂突水机理和演变过程的底板突水的主控因素体系。煤层底板突水主控因素体系——厚度、充填物岩性——单位降深涌水量——平均值、最大值——渗透系数、渗透率充水含水层含水层水压含水层富水性含水层渗透性中奥陶统灰岩古风化壳发育及充填情况——厚度等值线图——隔水强度高的砂岩层空间沉降位置——脆、塑性岩厚度比底板隔水岩段防突性能隔水岩段关键岩层位置隔水岩段岩性比例隔水岩段总厚度工作面斜长开采方法与工艺煤层倾角矿压破坏发育带煤层采高与采深回采诱发的导升高度导升发育带原始导升高度——线密度分布图、单位面积断层迹线的总长度——张性、压性、扭性——点密度分区图——断距、宽度、长度及倾角——充填岩性、胶结程度地质构造断层（裂隙密集带）性质断层分布密度断层尖灭点、交叉点分布密度断层规模断层充填胶结情况——埋深、位置——线密度分区图褶皱轴密度褶皱轴埋深褶皱——密度分布图、不同部位水力性质岩溶陷落柱33（2）建立“脆弱性指数法”的预测评价模型NiiiISVI1（3）工程应用实例下面以邢台章村矿三井为例，进行实例分析。图2.2构造密度专题层图图2.3隔水层等效厚度专题层图图2.4充水含水层水压专题层图图2.5奥灰古风化壳厚度专题层图图2.6含水层富水性专题层图图2.7断层断距专题层图图2.8矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图图2.9本溪灰岩厚度专题层图++++++底板突水脆弱性分区图（2）奥灰水压专题图构造密度专题图奥灰含水层富水性专题图+本溪灰岩厚度专题图奥灰上部古风化壳厚度量化专题图断层断距专题图矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专题图隔水层等效厚度量化专题图36含水层改造与隔水层加固这项技术是八十年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。当煤层底板充水含水层富水性强且水头压力高，或煤层隔水底板存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，需采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理时，采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法实属上策。37含水层改造与隔水层加固山东肥城矿区是应用这项技术较为成功的一个地区，该矿区从1986年到现在已经局部注浆或整体注浆改造九层煤、采煤工作面23个，安全采出原煤152.032万t，取得了十分可观的经济和社会效益。该技术主要针对煤层底板水害的防治，它利用采煤工作面已掘出的上通风巷道和下运输巷道，应用地球物理勘探或钻探等手段，探查工作面范围煤层底板岩层的富水性及其裂隙发育状况，确定裂隙发育的富水段，采用注浆措施改造含水层或加固隔水层，使它们变为相对隔水层或进一步提高其隔水强度，根据多年现场实践。这项防治水技术具有十分广阔的推广应用前景，是防治底板水害较为有效的实质性措施之一。3838水闸墙1—截槽；2—水压表；3—放水管；4—保护栅栏；5—细管水闸墙的构造如下图所示水闸墙（防水墙）水闸墙分为临时性和永久性的两种；主要形式为楔形和圆柱形两种。防水闸门与水闸墙3939在水压很大时，则采用多段水闸墙，如图所示。多段水闸墙防水闸门与水闸墙4040建筑水闸墙时要注意以下事项：（1）筑墙地点的岩石应坚固，没有裂缝，必要时必须将风化松软或有裂隙的岩石除去，然后筑墙。（2）要有足够的强度，能承受涌水压力。为此，应有足够的厚度，选用耐腐蚀的材料。（3）不透水、不变形、不位移。为此，墙基与围岩要紧密结合。（4）平面形水闸墙在水压的反面可能产生拉力，而料石墙是不可能承拉的，故料石平面水闸墙之厚一般不得小于巷道宽度的一半。防水闸门与水闸墙41413．防水闸门（1）防水