矿井水防治2_5

任务5：断层水的防治一、断裂带充水规律二、断层水的探放三、断层防水煤柱的留设四、断层的注浆堵水五、水闸墙封堵突水点六、工程实例一、断裂带充水规律(一)断裂带的划分(二)断裂带充水特征(三)断裂两盘含水层和煤层的对接关系类型(四)断层的“活化”（一）断裂带的划分断裂内带断裂外带断裂中带断裂构造影响范围分带示意图（二）断裂带充水特征破裂结构面力学性质显观构造断裂构造分带充水特征备注鳞片状挤压片理带内带一般不含水，充水性很弱，往往起隔水作用平行型构造透镜体带中带局部充水，水量有限压性伴生密集裂隙带外带一般充水性强当压性断裂为你断层或逆冲断层时，断层下盘的外带之裂隙、岩溶化程度及其充水性强烈薄板状挤压片理带、斜列型构造透镜体带内带与中带充水性较弱(中带局部充水，水量有限)压扭性派生裂隙密集带外带充水性强烈，富水范围大，一般下盘充水性更强烈断层泥砾带(泥和岩粉较少)、劈理构造带内带与中带充水性甚弱扭性派生构造带外带一般充水性强在不受强烈风化时，一般不含水或不富水；外带伴生或派生断裂构造部位充水性强羽裂构造带内带与中带一般是充水的，比扭性断裂强，弱于张性断裂的内、中带张扭性派生构造带外带充水性强比张性、压性等断裂外带的充水性强内带一般是含水、透水的，而富水性不大，但断裂与强含水层沟通时，其富水性则很强中带充水性强，若角砾胶结较好，SiO2含量高或有其它岩脉充填时，则充水性弱张性张裂隙带外带富水性强（三）断裂两盘含水层和煤层的对接关系类型煤层与含水层对接类型断层导水、含水特征揭露时特点煤层与厚层强含水层对口时断层导水、富水性很强揭露或接近时往往形成突水，突水对矿井威胁大当薄层灰岩含水层与厚层强含水层无水力联系时，断层的导水性和富水性一般突水时对矿井威胁不大煤层与含水层直接对接煤层与薄层灰岩强含水层对口时当薄层灰岩含水层与厚层强含水层有水力联系时，断层的导水性和富水性强，尤其是在断裂外带富水性更强突水时对矿井威胁大煤层回采前断层含水性和富水性一般突水时对矿井威胁不大煤层与含水层间接对接煤层与另一盘含水层的垂直距离＜6m煤层回采时，断层带将导水。导水性和富水性与上述两种情况相同突水时对矿井威胁大（四）断层的“活化”突发性涌水(突水)形成示意图断层突水分析实例•实例1某煤矿9101上工作面回风巷突水分析(a)9101工作面突水点平面图(b)9101工作面突水点剖面图•实例2某煤矿巷道突水分析7006改材料巷突水点平面位置示意图7512巷道突水点平面位置示意图二、断层水的探放(一)探放断层水的原则及探查内容(二)探放断层水的方法(三)探放断层水的安全注意事项(四)断层水的预防与处理（一）探放断层水的原则及探查内容1、探放断层水的原则2、探放断层水的探查内容1、探放断层水的原则•2、探放断层水的探查内容•断层的位置、产状要素、断层带宽度(包括内、中、外三带)及伴生(或派生)构造和其导水性、富水性等。•断层带的充填物及充填程度、胶结物及胶结程度，断层两盘外带裂隙、岩溶发育情况及其富水性。•断层两盘对接部位的岩性及其富水性，煤层与强含水层的实际间距(即隔水层的厚度)。•断层与其它含(导)水断层、陷落柱或其它水体交切部位及其富水性。•查明并记录探断层水钻孔在不同深度的水压、水量或冲洗液漏失量，并确定或判断底板水在隔水层中的导升高度。•探明以上内容，应先提供断层面等高线图及两盘主要煤层、含水层交切关系图，探测断层预想剖面图。断层面等高线及上、下盘煤层、含水层交线图断层面等高线及上、下盘煤层、含水层交线图A-A剖面图A-A剖面图B-B剖面图B-B剖面图（二）探放断层水的方法(1)•工作面前方已知或预想有含(导)水断层的探查工作面前方已知或预想有含(导)水断层的探查（二）探放断层水的方法(2)•隔水岩柱厚度处于临界状态时，掘进工作面前方有无断层突水危险的探查掘进工作面前方有无断层突水危险的探查（二）探放断层水的方法(3)•巷道实见断层，在采动影响后有无突水危险性的探查采动影响后有无突水危险性的探查（三）探放断层水的安全注意事项•水压＞2MPa的断层，一般不宜沿煤层探放断层水。•开孔层位必须在较坚硬的岩层中，孔口管(即止水套管)的长度，超前距离、探断层的起始点距离应符合要求。•必须使钻孔在一定的安全深度揭露断层，由孔口至断层之间的岩壁厚度能在关闭孔口阀门时足以抗衡水压的破坏。•水压＞2MPa时，应选用钻深200～300m的井下大、中型钻机，水泵应能单独起动，水泵压力应大于实际水压的1.5倍，以便停钻时可以不停泵；一旦高压水大量喷出，须立即注浆封孔，确保安全。•揭露断层带或含水层时，孔径应小于60mm，同时采用肋骨钻头，以控制孔内涌水量和防止高压水时钻杆射出。•孔口安全装置要求与探老空水时相同。•在喷高压水的条件下继续钻进时，斜孔可使用孔口防喷逆止阀，钻具可使用防喷接头，上下钻可使用孔口反压装置。•严格执行交接班制度，力争做到交接班时不停钻，以防止发生孔内事故。•钻孔终孔后，孔内有水应进行放水试验。•钻孔完成各项探测任务后，应立即全孔注浆封闭。（四）断层水的预防与处理断层水突出的防治措施表6-2-3断层水突出的防治措施通过断层导水的主要水源断层分类煤层顶底板含水层水冲积层、薄层岩溶含水层及其它水体大型地表水体或厚层强岩溶水Ⅰ类掘进巷道可以直接通过，回采时可以不留设防水煤柱，但须加强支护，防止塌落冒顶掘进巷道可以通过，必须先打钻孔疏放其储存量，确实水压、水量不大时再过断层带，并加强支护，回采时一般可以不留煤柱，若水压偏大，应疏水降压，防止塌冒Ⅱ类一般情况下，掘进巷道可以通过，须加强支护，防止冒落。如水压、水量较大时，应先打孔疏水降压后再过断层并加强支护。回采时可以不留断层防水煤柱，但应留防冒煤柱巷道掘进时要超前探水，把水压降至安全值以下，再接近或穿过断层带；通过时要特殊支护。防止迟后突水。回采时如隔水岩柱不足应留设防水煤柱巷道掘进必须超前探水，无水时要压水检查，有水时应封孔绕行或预注浆通过。巷道须特殊支护，防止迟后突水。回采时须留设断层防水煤柱，减小矿压、水压对煤层顶、底板岩层的破坏作用，若水压大于安全值时，应疏水降压Ⅲ类巷道掘进必须穿过断层时应超前探水、放水，把水压降至安全值以下，并加强巷道支护，保持围岩的整体性和稳定性。回采前疏水降压，把水压降至安全值以下，并留设防塌煤柱，以防止沿断层产生冒顶巷道掘进时要超前探水，钻孔无水时，用手镐掘进或放小炮通过，但须进行特殊支护，防止迟后突水。水压、水量较大时应预注浆通过断层或留设煤柱绕行。回采一般应按规定留设防水煤柱，并尽可能减少矿压的破坏作用巷道掘进应超前探水，并留设防水煤柱，不得接近或通过。如必须通过时，应打探查构造及含水层等勘探孔，查明条件后绕行或预注浆过断层带，并加大特殊支护范围严防采动破坏，避免来压突水。回采时，探明断层位置，留足防水煤柱的尺寸，采取措施减弱矿压对岩层的破坏作用，必要时暂缓开采三、断层防水煤柱的留设(一)煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设(二)位于导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设(三)煤层位于不导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设(四)煤层位于不导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设（一）煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设(1)煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设（一）煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设(2)pKpAML35.0•可用下面的经验公式计算顺层防水煤柱的宽度：≥20•式中L——顺层防水煤柱宽度(m)；A——安全系数(一般取2～5)；M——煤层厚度或采高(m)；P——隔水层所承受的水压(MPa)；Kp——煤的抗张强度（MPa）。cosLLp（一）煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设(3)•当煤层倾角较大时，可用下式计算水平防水煤柱宽度：•式中Lp——水平防水煤柱宽度(m)；L——顺层防水煤柱宽度(m)；α——煤层倾角(°)。sinaHL（一）煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设(4)当岩层与断层间夹角(与断层走向正交剖面上的锐角)较小时，应考虑底板突水的可能性，并用底板防水岩柱厚度来校验。≥20m•式中L——顺层防水煤柱宽度(m)；Ha——安全防水岩柱厚度(m)；θ——岩层与断层夹角(°)。将两次计算结果进行比较，采用较大的数值。•Ha的确定方法方法1：根据矿井实际资料确定方法2：用突水系数估算方法3：用单位水压所需要的等值隔水层厚度(相对隔水层厚度)计算（二）位于导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设(1)位于导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设tgHtgHHLLLLmlmlasin321（二）位于导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设(2)•计算公式：≥20m•式中L——顺层防水煤柱宽度(m)；L1、L2、L3——顺层防水煤柱分段宽度(m)；θ——断层面与煤层的夹角(°，取锐角)；δ——岩移塌陷边与煤层的夹角(°，取锐角)；Hml——导水冒落裂隙带高度(m)；（三）煤层位于不导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设1、含水层高于冒裂带时，煤(岩)柱的留设2、含水层在冒裂带高度以内时，煤(岩)柱的留设3、含水层低于煤层时，煤(岩)柱的留设1、含水层高于冒裂带时煤(岩)柱的留设tghtgHtgHhHLLLLLLmlmla)()()(221212tghHtgHhHLLLLLLmlmla2232441)(])[(•①δ＞θ时，用下式计算顺层防水煤柱的宽度：≥20m•式中h——含水层至冒裂带高度(m)。•②δ＜θ时，用下式计算顺层防水煤柱的宽度：≥20m•式中L4——岩柱的宽度(m)。含水层高于冒裂带时，煤(岩)柱的留设示意图含水层高于冒裂带时，煤(岩)柱的留设sinaHLtgHtgHHLLLLLmlmlasin)(33212、含水层高于冒裂带时煤(岩)柱的留设•①δ＞θ时(图6-2-4a)，用下式计算顺层防水煤柱的宽度：≥20m•②δ＜θ时(图6-2-4b)，用下式计算顺层防水煤柱的宽度：≥20m含水层在冒裂带高度以内时,煤(岩)柱的留设示意图含水层在冒裂带高度以内时,煤(岩)柱的留设tghhHLLLca22123、含水层低于煤层时煤(岩)柱的留设•式中hc——含水层至煤层的层间距(m)。含水层低于煤层时,煤(岩)柱的留设（四）煤层位于不导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设2、含水层底面高于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设3、含水层底面低于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设4、含水层顶面低于煤层时，煤(岩)柱的留设1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设含水层位于冒裂带上限附近时,断层防水煤柱的留设方法与“煤层位于导水断层下盘时”相同。含水层位于冒裂带上限附近时，煤(岩)柱的留设tghHtgHhHLLLLmlmla223212、含水层底面高于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设含水层底面高于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设tgMtgMHLLLLa22321sin3、含水层底面低于冒裂带高度时，煤(岩)柱的留设•式中M2——含水层顶面至煤层的层间距(m)。含水层底面低于冒裂带高度时,煤(岩)柱的留设tghhHaaLLcca22)(4、含水层顶面低于煤层时，煤(岩)柱的留设•式中a——含水层至煤层的顺层距离(m)。含水层顶面低于煤层时,煤(岩)柱的留设四、断层的注浆堵水•导水断层及断裂破碎带往往作为导水通道，将含水层中水导入采掘空间，对矿井安全造成威胁，封堵断层导水通道就是利用注浆工程切断这种过水途径而达到预防或治理矿井水害的目的。对于通过各种勘探手段已经查明的有可能发生突水事故并给矿井正常生产带来安全威胁的导水断层及断裂破碎带，应在采掘工程揭露或发生突水之前进行封堵或注浆改造，达到预防突水事故发生的目的。•1.直接封堵法•2.间接封堵法1、掘进巷道前方导水断层注浆改造工程示意图掘进巷道前方导水断层注浆改造工程示意图2、井下封堵突水断层进水口工程示意图井下封堵突水断层进水