煤矿防治水最近技术装备解读中国矿业大学刘盛东教授12月13日最新课件

长治市应急管理局中国矿业大学安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司2019年12月13日长治市煤矿防治水专项会诊与水害防治技术交流报告人：刘盛东教授/博导第一部分2019年度长治市煤矿防治水专家会诊问题反馈一、检查概况2019年7月8日至9.3日，长治市应急管理局、安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司组织矿井水文地质专家针对长治市防治水重点矿井和市直矿井进行了防治水专项检查。期间共检查了53座矿井，包含44座防治水重点矿井和8座市直矿井，检查内容主要包括对2018年防治水专项检查内容的“回头看”和2019年防治水专项检查，“回头看”共发现未整改问题42项，整改不彻底问题98项；2019年防治水专项检查发现问题642项，提出建议75项。检查情况及矿井名单见下表。2018年检查回头看2019年检查情况未整改42项问题642项整改不彻底98项建议75项表1检查情况汇总表序号矿井名称产量（万t/a）回采煤层主要水害1康伟煤焦有限公司森达源煤矿1206、9+10老空水、地表水、奥灰水2汾西正新煤焦有限公司和善煤矿1806、9+10老空水、顶板灰岩（砂岩）水、地表水、奥灰承压水3通州集团安达煤业有限公司1202、9+10老空水、顶板水、奥灰水4长沁新超煤业有限公司909+10、10下K2灰岩水、奥灰水、采空水5长沁新升煤业有限公司1202、9+10老空水、顶板水6长沁新兴煤业有限公司90（核定70）9+10、10下、11老（采）空水、顶板水、地表水7金晖隆泰煤业有限公司909+10老空水、顶板K2灰岩水8通州集团留神峪煤业有限公司1202、9+10顶板水、奥灰水、采空水9沁新集团新达煤业有限公司909+10、11采空区积水、顶板水、地表水10潞安集团华亿五一煤业有限公司9011采空水、顶板水11康伟煤焦有限公司南山煤矿901、2老空水、奥灰水、顶板水12山西马军峪曙光煤业有限公司909+10老空水、顶板灰岩水表2沁源县检查矿井一览表表3襄垣县、武乡检查矿井一览表序号县域矿井名称产量（万t/a）回采煤层主要水害1武乡三元福达煤业有限公司12015采空水、顶板K2灰岩水2马堡煤业有限公司1508、15采空水、顶板水、奥灰水3新村煤业有限公司9015老空水、顶板K2灰岩水水、地表水4下合煤业有限公司9015老空水、顶板K2灰岩水、地表水5王家峪煤业有限公司12015奥灰水、顶板K2灰岩水6山西阳辿煤业有限公司12015老空水、顶板K2灰岩水7襄垣襄矿七一新发煤业有限公司1503老空水8襄矿七一善福煤业有限公司903老空水、顶板水、地表水9三元古韩荆宝煤业有限公司1203老空水10潞安集团华润煤业有限公司1203老空水11襄垣金星煤业有限公司9015构造水、顶板水、奥灰水12襄矿辉坡煤业有限公司803老空水表4上党区检查矿井一览表序号矿井名称产量（万t/a）煤层主要水害1长治县雄山振义煤业有限公司903采空区积水、顶板水2山西长治县雄山沟里煤业有限公司10115老空区积水、顶板水3山西长治红山煤业有限公司1203采空区积水、顶板水4山西晋煤集团长治仙泉煤业有限公司12015采空区积水、顶板含水层水、地表水5晋煤集团大峪煤业有限公司3015采空区积水、顶板水、地表水6山西长治王庄煤业有限责任公司2403、15采空区积水、顶板含水层水、构造水7山西长治联盛首阳山煤业有限公司9015采空区积水、顶板含水层水、地表水8山西省长治经坊煤业有限公司3003采空区积水、顶板含水层水、奥灰水9山西长治县雄山煤炭有限公司1203采空区积水、顶板含水层水10山西长治联盛太义掌煤业有限公司903、15采空区积水、顶板含水层水11山西长治羊头岭永丰煤业有限公司903采空区积水、顶板含水层水12山西长治联盛长虹煤业有限公司903、15采空区积水、顶板含水层水13山西长治羊头岭北峙峪煤业有限公司909、15采空区积水、顶板含水层水、地表水、断层水、陷落柱水表5潞州区、长子县、壶关县检查矿井一览表序号县域矿井名称产量（万t/a）回采煤层主要水害1长子县凌志达煤业有限公司15015采空区积水、顶板水2垚志达煤业有限公司1203采空区积水、顶板水3山西反坡煤业有限责任公司15015采空区积水、顶板水4潞州区山西长治郊区三元吉祥煤业有限公司6015采空区积水、顶板含水层水5山西长治郊区三元南耀吉安煤业有限公司603采空区积水、顶板含水层水6壶关县山西煤炭运销集团黄山煤业有限公司9015采空区积水、顶板含水层水、地表水表6市直矿井检查情况一览表序号矿井名称产量（万t/a）回采煤层主要水害备注1山西潞安矿业集团慈林山煤业有限公司609、15采空区积水、顶板水潞安集团2山西潞安矿业（集团）有限责任公司古城煤矿8003奥灰水、顶板含水层水3山西潞安矿业（集团）有限责任公司李村煤矿3003奥灰水、太灰水、顶板含水层水4山西潞安矿业集团高河能源有限公司6003奥灰水、顶板含水层水5山西潞安矿业集团司马煤业有限公司3003采空区积水、顶板含水层水、奥灰水6山西潞安矿业集团余吾煤业有限公司7503奥灰水、顶板含水层水7山西潞安矿业（集团）有限责任公司常村煤矿8003奥灰水、顶板含水层水8山西潞安矿业（集团）有限责任公司王庄煤矿7103奥灰水、顶板含水层水9山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司6003奥灰水、采空区积水、顶板含水层水晋煤集团10山西晋煤集团赵庄煤业有限责任公司赵庄二号井1203奥灰水、采空区积水、顶板含水层水二、主要水害类型长治市煤矿水害类型主要为：老空水（采空水）、奥陶系灰岩含水层承压水（以下简称奥灰水）、煤层顶板砂岩（灰岩）含水层水（以下简称顶板水）、地表水，其中由于大部分煤矿埋深较浅，开采历史悠久，以往多采用巷采、房柱式开采，老空分布范围不清且资料不全，导致老空水成为长治市煤矿面临的最严重的问题。4847176老空水顶板含水层水奥灰水地表水检查53座矿井中水害情况老空水顶板含水层水奥灰水地表水（一）老空水本次检查会诊结果表明，老空水是长治市煤矿最主要的水患类型，本次检查53座矿井中有48座矿井受老空水威胁，不涉及老空水的矿井均为新建矿井且埋藏较深。这跟辖区内煤炭开采历史久远、生产规模小工艺落后、部分煤矿过去存在私挖乱采、煤炭企业数次资源整合和兼并重组、图纸资料缺失或失真等因素都有着很大的关系。近10年以来长治市发生的两起死亡10人重大事故都是老空水患事故，主要是因为兼并重组小煤窑破坏区水文地质资料不清，加之安全意识差，防治水措施不到位所致。因此老空水是长治市监管煤矿面临的最主要问题。探放水钻孔未下套管探放上覆采空区积水钻孔套管长度不符合《煤矿防治水细则》要求，检查班报和实地调查，缺固管、耐压试验等内容防治建议：（1）巷道掘进过程中采用超前物探、钻探相结合探查前方老空范围、积水情况，针对性的探查方法为a.巷道地震超前探→探查老空边界、范围b.瞬变电磁→探查老空富水性并对物探异常区针对性钻探。（2）回采工作面形成后，对上覆老空水开展电法探查，查清采空积水范围后，针对性探放，探放水钻孔设计必须满足《煤矿防治水细则》要求：a.安装止水套管，b.钻孔要明确测斜要求，确保探放水钻孔钻进至采空范围。某矿掘进巷道超前物探采用安徽惠洲院YCS360A大动态低盲区瞬变电磁仪探查发现两处异常区（下图蓝色区域），布置钻孔验证物探异常区出水6#孔，与巷道夹角8°，54m处出水，初始水量3m3/h5#孔，与巷道夹角0°，52m处出水，初始水量13m3/h，后衰减至6.5m3/h7#孔，与巷道夹角15°，54m处出水，初始水量9m3/h9#孔，与巷道夹角30°，75m处出水，初始水量32m3/h2019年12月5日实测6#探放水孔偏斜情况，该孔设计孔深58m，实测孔深56m；设计（开孔）方位角113°，实测终孔平均方位角为113.2°；设计倾角-11°，实测终孔平均倾角为-11.9°，终孔垂高-11.48m，沿平均方位角113.2°方位实测终孔平距54.76m。钻孔偏差较小，达到设计要求。（二）顶板含水层水检查矿井中受顶板水威胁的矿井有47座。顶板水主要为开采煤层上覆含水层水，是长治市监管煤矿企业煤层开采的直接涌水来源。主要以3号煤层顶板K8砂岩水、15号煤层顶板K2灰岩水为代表。资料表明顶板含水层为富水性弱—中等裂隙含水层，正常情况下对矿井安全生产影响不大，但是富水性不均一，局部存在补给，对矿井存在一定威胁。9+10#煤层顶板锚索淋水3#煤层顶板淋水，严重影响生产防治建议：（1）巷道掘进过程中采用超前物探超前探查巷道前方顶板富水性情况，针对性的探查方法为瞬变电磁→探查老空富水性（优势：低盲区＜10m、大动态范围258dB，探测范围大，能探测前方100m空间范围）；并对物探异常区针对性钻探。（2）回采工作面形成后，对上覆含水层富水性开展电法探查，查清各含水层富水性情况，圈定低阻异常区后针对性探放，探放水钻孔设计必须满足《煤矿防治水细则》要求。（3）实测导水裂隙带高度，论证是煤层回采导水裂隙带是否导通上覆含水层。（电法监测，可长期动态监测，掌握覆岩破坏规律及导水裂隙带发育高度值）。并行电法可针对性探查煤层顶底板100m范围内各含水层富水性，与瞬变电磁相比，其几乎不受现场铁器干扰影响，探测精度大大提高！图上物探异常区（浅蓝色区域），钻探验证后出水，有效疏放，确保回采安全！2030405060708090100110120130140150160170180190200210220230240Z=80mZ=60mZ=40mZ=20mZ=10mZ=0m针对性探测顶板上覆含水层富水性实测导水裂隙带高度，掌握导水裂隙带、垮落带发育高度及覆岩破坏规律--电法“两带监测”测线布置好，近原始应力状态下顶板上覆岩层视电阻率分布特征测线被完全破坏，垮落带、导水裂隙带发育高度查清（三）奥灰水近年来，随着煤矿开采深度的增加，逐渐进入奥灰承压开采的煤矿数量逐步增多，奥灰水患成为又一主要水患。本次检查的53个矿井中有17座矿井受奥灰水威胁。奥灰水一旦造成突水事故，往往水量很大，甚至造成淹井事故。是长治市监管煤矿今后防治水工作中必须高度重视的问题之一。存在问题：（1）井田范围内奥灰水水位标高不清，奥灰水长观孔数量不足或无观测孔。（2）未对工作面底板带压开采制定专项措施。防治建议：煤层底板存在高承压岩溶含水层，且富水性强或者极强，采用井下探查、注浆加固底板或者改造含水层时，应当符合下列要求：（1）掘进前应当同时采用钻探和物探方法，确认无突水危险时方可施工。（2）应当编制注浆加固底板或者改造含水层设计和施工安全技术措施，由煤矿总工程师组织审批。（四）地表水长治市部分煤矿不同程度受地表水威胁，尤其在雨季，大气降水是矿井充水的重要水源，威胁矿井安全。如东庄煤业、石泉煤业和大平煤业等部分煤矿井口布置在河道附近。部分煤矿如森达源煤业、新村煤业、下合煤业等因处于沁水煤田边缘地带，煤层埋藏浅，有露头和风化带，存在开采范围距离地表较近，采动裂隙能够达到地表的情况，今后需重点做好汛期地表水的预防和治理工作。（五）断层水、陷落柱水从本次检查情况来看，长治市监管煤矿大部分矿井断层、陷落柱发育，采掘工程揭露断层、陷落柱时断层、陷落柱大部分不含水、导水，仅有襄垣县金星煤矿、长治县北峙峪煤矿和郊区小常煤矿等受断层水、陷落柱水威胁。以上资料表明，长治市监管煤矿存在一定程度受断层水、陷落柱水威胁，而且陷落柱、高角度断层作为垂向导水通道可能沟通上下各含水层，今后防治水工作中应予以重视。（1）遇陷落柱时，应当观测陷落柱内外地层岩性与产状、裂隙与岩溶发育程度及涌水等情况，并编制卡片，绘制平面图、剖面图和素描图；（2）探查陷落柱等垂向构造时，应当同时采用物探、钻探两种方法，根据陷落柱的预测规模布孔，但底板方向钻孔不得少于3个，有异常时加密布孔。陷落柱滞后出水需引起重视（六）封闭不良钻孔水目前仅北峙峪煤矿一座煤矿因封闭不良钻孔水突水影响矿井生产。但自上个世纪五十年代以来，各井田就施工了不少地质钻孔、水文钻孔。由于年代久远，以往钻孔封孔情况不清，近年来施工的钻孔由于经济原因部