煤矿水害防治理论与技术武强国际水文地质学家协会iah(编辑修改稿)

煤矿水害防治理论与技术武强国际水文地质学家协会iah(编辑修改稿)内容摘要：

量补充的老空水；老空的积水量较大，水质不好（酸性大），为避免负担长期排水费用，对这种积水区应先设法隔断或减少其补给水量，然后再进行探水，若隔断水源有困难无法进行有效的探放，则应留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再进行处理。 (3)先降压后探放。 对水量大、水压高的积水区，应先从顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来，然后再沿煤层打探水钻孔。 (4)先堵后探放。 当老空区为强含水层水或其它大小水源水所淹没，出水点有很大的补给量时，一般应先封堵出水点，而后再探放水。 （ 三 ） 探放断层水 1. 探放断层水的原则 凡遇下列情况必须探水： (1)采掘工作面前方或附近有含 （ 导 ） 水断层存在 ，但具体位置不清或控制不够严密时。 (2)采掘工作面前方或附近预测有断层存在 ， 但其位置和含 ( 导 ） 水性不清 ， 可能突水时。 (3)采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的水压都处于临界状态 （ 即等于安全隔水层厚度和安全水压的临界值 ） ， 在掘进工作面前方和采面影响范围内 ， 是否有断层情况不清 ， 一旦遭遇很可能发生突水时。 (4)断层已为巷道揭露或穿过，暂时没有出水迹象，但由于隔水层厚度和实际水压已接近临界状态，在采动影响下，有可能引起突水，需要探明其深部是否已和强含水层连通，或有底板水的导升高度时。 (5)井巷工程接近或计划穿过的断层浅部不含（导）水，但在深部有可能突水时。 (6)根据井巷工程和自设断层防水煤柱等的特殊要求，必须探明断层时。 (7)采掘工作面距已知含水断层 60m时。 (8)采掘工作面接近推断含水断层 100m时。 (9)采区内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时。 (10)采区内构造不明，含水层水压又大于 2～ 3MPa时。 （ 四 ） 探放陷落柱水 煤层底板为厚层石灰岩的华北型煤日 ， 由于导水陷落柱的存在 ， 使某些处于上覆地层本来没有贯穿煤系基底强含水层的中 、 小型断层或一些张裂隙 ， 成为水源充沛 、 强富水的突水薄弱带 ，一旦被揭穿 ， 将引起突水。 若导水陷落柱直接突水 ， 其后果就更严重。 例如 1984年开滦范各庄矿2171工作面陷落柱突水的最大涌水量达 2053m3／min， 使该大型矿井在 21h内被全部淹没 ， 成为世界采煤史上最大的一次突水。 有的陷落柱不导水 ，有的导水。 （ 五 ） 导水钻孔的探查与处理 矿区在勘探阶段施工的各类钻孔，往往能贯穿若干含水层，有的还可能穿透多层老空积水区甚至含水断层等。 若封孔或止水效果不好，人为沟通了本来没有水力联系的含水层或水体，使煤层开采的充水条件复杂化。 山东肥城矿区的原 “ 中一井 ” ，因地质勘探阶段的钻孔封孔质量不好，将中奥灰水导入煤系薄层灰岩，致使开采上组煤时矿井涌水量很大，且长期达不到疏水降压的目的，矿井一直无法投产，被迫改为 “ 水文地质试验井 ” ，补做了10余年的水文地质补充勘探工作，将有怀疑的钻孔一一作了启封，最终才解决了这一人为造成的水文地质问题。 淄博夏庄煤矿附近的一个矿，穿越煤系地层打奥灰供水孔时，因套管止水质量不好，岩溶承压水沿钻孔上升后，使该矿七层煤残留煤柱遭到破坏，矿井突然增加 12m3 ／ min的涌水量，该矿几乎被淹。 有的矿的施工地质孔将上层煤的老空积水大量导入正在生产的下层煤采区，也曾造成严重的水害。 因此，必须采取有效的措施防止产生导水钻孔，封闭确已存在或有怀疑的导水钻孔。 （ 六 ） 探放含水层水 由于基岩裂隙水的埋藏 、 分布和水动力条件等都具有明显的不均匀性 ， 煤层顶 、 底板砂岩水 、 岩溶水等在某些 （ 或某一 ） 地段对采掘工作面没有任何影响 ， 而在另一些地段却带来不同程度的危害。 为确保矿井安全生产 ， 必须探清含水层的水量 、 水压和水源等 ， 才能予以治理。 防治煤层顶 、 底板含水层的水害 ， 既要从整体上查明水文地质条件 ， 采取疏干降压或截源堵水等防治措施 ， 又要重视井下采区的探查。 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 （ 该部分将在下节论述 ）。 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。 二 疏干开采 （ 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。 2。 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。 （ 二 ） 疏干方式 疏干工程应与采掘工程密切结合。 疏干工程按其进行阶段 （ 或时间 ） 可分为预先疏干和并行疏干。 预先疏干在井巷开拓之前进行；并行疏于是在井巷开拓过程中进行 ， 一直到矿井全部采完为止。 疏干方式有三种：地表式是从地表进行疏干；地下式是在地下进行疏干；联合式是同时采用上述两种方式或多井同时疏干。 目前这三种疏干方式皆有采用。 （ 三 ） 疏干工程 疏干工程的布置 、 规模 、 种类 、 质量 、 施工设备 、 施工工艺及完工时间 ， 应按照疏干方案进行 ， 疏干方案的编制是在水文地质勘探的基础上进行的。 在试验性疏干结束后 ， 应根据实际情况对疏干方案作进一步修订。 三 带压开采 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。 （ 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： 2020， 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： （ 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 （ 2）、 建立 “ 脆弱性指数法 ” 的预测评价模型 Niii ISVI1（ 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 构造密度专题层图 图 隔水层等效厚度专题层图 图 充水含水层水压专题层图 图 奥灰古风化壳厚度专题层图 图 含水层富水性专题层图 图 断层断距专题层图 图 矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图 图 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 四、 井下防水闸门和水闸墙 防水闸门硐室和水闸墙为井下防水的主要安全设施，凡水患威胁严重的矿井，在井下巷道设计布置中，就应在适当地点预留防水闸门硐室和水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。 在水患发生时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。 （ 一 ） 防水闸门的关闭 1当井下发生突然涌水或出现突水预兆危及矿井安全时，必须立即作好关闭防水闸门准备工作，同时请示矿务局总工程师，批准后方可关闭防水闸门。 正常情况下，由于采区报废或按计划暂停采区生产，要求关闭防水闸门时，须提前写出专题报告（内容包括采区尚余储量、涌水量、充水含水层的静水位、关闭防水闸门原因、今后打算以及关闭防水闸门的安全技术措施），报请矿务局局长批准。 关闭防水闸门。