煤矿底板水害讲课稿

1、煤矿水害及其防治技术煤矿水害及其防治技术 虎虎 维维 岳岳 研研 究究 员员 博士生导师博士生导师 煤炭科学研究总院西安研究院煤炭科学研究总院西安研究院 第一部分第一部分 煤矿水害的基本特点煤矿水害的基本特点 及其形成机理及其形成机理 近近1010年来我国煤矿水害基本情况年来我国煤矿水害基本情况 在过去的在过去的1010年里，共发生各类矿井水害年里，共发生各类矿井水害 事故事故14001400余起，死亡近余起，死亡近60006000人，经济损失人，经济损失 高达高达3535亿元人民币。每生产百万吨原煤因水亿元人民币。每生产百万吨原煤因水 害死亡达害死亡达0.3750.375人，因水害造成经济损

2、失达人，因水害造成经济损失达 20002000万元人民币。其中作为中国主要煤炭万元人民币。其中作为中国主要煤炭 生产基地的华北华东地区受水害威胁的煤炭生产基地的华北华东地区受水害威胁的煤炭 资源占已探明资源量的资源占已探明资源量的2727。 近年来煤矿水害事故的基本特征近年来煤矿水害事故的基本特征 0 5 10 15 20 25 30 35 40 事故数 123 企业类型 2005年中国煤矿重大水害事故分布图 1 1乡镇煤矿乡镇煤矿 2 2国有地方煤矿国有地方煤矿 3 3国有重点煤矿国有重点煤矿 水害类型和水害事故水害类型和水害事故 的分布极不均匀。根的分布极不均匀。根 据近年来水害最为严据近

3、年来水害最为严 重的重的20052005年资料分析，年资料分析， 企业技术水平、管理企业技术水平、管理 水平和装备水平较差水平和装备水平较差 的乡镇煤矿水害事故的乡镇煤矿水害事故 发生频次明显高于国发生频次明显高于国 有矿井有矿井 特征特征1 1： 特征特征2 2： 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 事故数 123 水源类型 2005年中国煤矿突水灾害水源分布图 1 1小窑老空水小窑老空水 2 2灰岩水灰岩水 3 3其他水源水其他水源水 近年来煤矿水害事故的基本特征近年来煤矿水害事故的基本特征 就主要矿井水水害就主要矿井水水害 的突水源而言，采的突水源而言，采 空区及废弃

4、的充水空区及废弃的充水 小煤窑水成为主要小煤窑水成为主要 突水水源。其次为突水水源。其次为 岩溶含水层水，其岩溶含水层水，其 他类型水源所占比他类型水源所占比 例较少例较少 近年来煤矿水害事故的基本特征近年来煤矿水害事故的基本特征 特征特征3 3： 0 5 10 15 20 25 30 35 事故数 123 水害发生位置 2005年中国煤矿突水水害位置分布图 1 1掘进巷道水害掘进巷道水害 2 2工作面水害工作面水害 3 3其他水害其他水害 就主要矿井水害所发生采掘位就主要矿井水害所发生采掘位 置而言，主要突水灾害发生在置而言，主要突水灾害发生在 矿井采掘巷道的迎头，由于掘矿井采掘巷道的迎头，

5、由于掘 进过程中遇到隐伏导水构造造进过程中遇到隐伏导水构造造 成不同水源的水突入矿井。其成不同水源的水突入矿井。其 次是采煤工作面突水，主要是次是采煤工作面突水，主要是 回采过程中遇到工作面内部隐回采过程中遇到工作面内部隐 伏的点状导水构造（陷落柱、伏的点状导水构造（陷落柱、 封闭不良钻孔等）和顶底板采封闭不良钻孔等）和顶底板采 矿扰动诱发的导水破裂带导通矿扰动诱发的导水破裂带导通 不同水源水突入矿井。其他采不同水源水突入矿井。其他采 掘活动所引起的矿井突水灾害掘活动所引起的矿井突水灾害 较少较少 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 对人类采矿工程活动所诱发的突水事故防范措施不到位，

6、对人类采矿工程活动所诱发的突水事故防范措施不到位， 特别是对于采空区积水及其关闭废弃的小煤窑积水特征及其特别是对于采空区积水及其关闭废弃的小煤窑积水特征及其 潜在的突水危险性认识不足，矿井关闭过程中的水文地质工潜在的突水危险性认识不足，矿井关闭过程中的水文地质工 作及其关闭后对地下水活动条件的预测预报和监测监控不到作及其关闭后对地下水活动条件的预测预报和监测监控不到 位，导致对废弃矿井采掘空间分布情况及其积水淹没情况不位，导致对废弃矿井采掘空间分布情况及其积水淹没情况不 清楚，防水煤岩柱留设不足或缺乏必要的防水煤岩柱，从而清楚，防水煤岩柱留设不足或缺乏必要的防水煤岩柱，从而 形成了巷道掘进过程

7、中直接或间接揭露采空区积水而造成矿形成了巷道掘进过程中直接或间接揭露采空区积水而造成矿 井突水灾害。该类型突水突发性强，冲击力大，往往造成瞬井突水灾害。该类型突水突发性强，冲击力大，往往造成瞬 间淹井和惨重的人员伤亡。间淹井和惨重的人员伤亡。 对废弃矿井及老空水危险性认识不足对废弃矿井及老空水危险性认识不足 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 对隐蔽型导水构造探知能力不够对隐蔽型导水构造探知能力不够 现有的针对隐蔽型导水构造的超前精细探查预测技术与装备现有的针对隐蔽型导水构造的超前精细探查预测技术与装备 不足。隐蔽型导水构造是指无明显的地表出露和地质显现特征，不足。隐蔽型导水构造是指

8、无明显的地表出露和地质显现特征， 发育于岩层内部的较小规模的地质构造，主要包括隐伏断层、发育于岩层内部的较小规模的地质构造，主要包括隐伏断层、 局部构造破碎带、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞等，他们是沟通矿局部构造破碎带、岩溶陷落柱及岩溶塌落洞等，他们是沟通矿 区充水水源与矿井采掘工程之间的主要导水通路，在矿井采掘区充水水源与矿井采掘工程之间的主要导水通路，在矿井采掘 过程中必须超前探知该类隐伏导水构造并进行必需的治理和防过程中必须超前探知该类隐伏导水构造并进行必需的治理和防 范措施后才能予以揭露和通过，大量的突水事故来自掘进巷道范措施后才能予以揭露和通过，大量的突水事故来自掘进巷道 前方说明对该类导

9、水构造的探测预报和防治不到位，探测工程前方说明对该类导水构造的探测预报和防治不到位，探测工程 不足或探测精度不够，造成掘进巷道与隐伏导水构造不期而遇不足或探测精度不够，造成掘进巷道与隐伏导水构造不期而遇 形成矿井突水灾害。形成矿井突水灾害。 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 煤矿水害防治技术、装备薄弱，水害安全管理水平低煤矿水害防治技术、装备薄弱，水害安全管理水平低 下。许多矿井特别是乡镇煤矿缺乏专门的矿井水文地质专下。许多矿井特别是乡镇煤矿缺乏专门的矿井水文地质专 业人员和必需的矿井水害探测防治装备，对矿井水害防治业人员和必需的矿井水害探测防治装备，对矿井水害防治 的重要性认识和

10、管理不到位，在矿井水文地质条件不清的的重要性认识和管理不到位，在矿井水文地质条件不清的 条件下盲目生产是导致矿井水害事故发生的根本原因。虽条件下盲目生产是导致矿井水害事故发生的根本原因。虽 然矿井突水条件十分复杂，但通过科学必要的防治水技术然矿井突水条件十分复杂，但通过科学必要的防治水技术 工作完全可以大幅度降低水害发生的条件。近年来煤矿水工作完全可以大幅度降低水害发生的条件。近年来煤矿水 害的基本特点充分说明了加强矿井防治水技术与管理工作害的基本特点充分说明了加强矿井防治水技术与管理工作 的有效性。的有效性。 防治水技术力量和管理水平较差防治水技术力量和管理水平较差 防水煤岩柱的留设不合理，

11、造成断层或其他含水体水突防水煤岩柱的留设不合理，造成断层或其他含水体水突 入矿井。对于一些大型导水断裂，由于断层两盘的牵引裂入矿井。对于一些大型导水断裂，由于断层两盘的牵引裂 隙广泛发育，该类断层（断层带）除了具有导水性质外，隙广泛发育，该类断层（断层带）除了具有导水性质外， 其断裂带本身就是一个含水体，有些断层两盘的导水裂隙其断裂带本身就是一个含水体，有些断层两盘的导水裂隙 带十分发育，且具有一定的宽度，在断层防水煤岩柱留设带十分发育，且具有一定的宽度，在断层防水煤岩柱留设 过程中，往往注意了掘进停头到断层面的距离而忽视了断过程中，往往注意了掘进停头到断层面的距离而忽视了断 层两侧导水破碎带

12、的存在，导致了因防水煤岩柱留设不足层两侧导水破碎带的存在，导致了因防水煤岩柱留设不足 而诱发的矿井水害。由于断层面或断层牵引的裂隙带导水而诱发的矿井水害。由于断层面或断层牵引的裂隙带导水 而引发的矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对主导的而引发的矿井突水灾害在矿井突水事故中占有绝对主导的 位置。位置。 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 防水煤岩柱留设不合理防水煤岩柱留设不合理 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 对断层及陷落柱的水文地质性质认识不深对断层及陷落柱的水文地质性质认识不深 由构造断裂形成的断层破碎带，往由构造断裂形成的断层破碎带，往 往具有较好的透水性，会形成

13、矿坑往具有较好的透水性，会形成矿坑 充水的良好通道。对于一些巨大的充水的良好通道。对于一些巨大的 断裂，由于断层两盘的牵引裂隙广断裂，由于断层两盘的牵引裂隙广 泛发育，该类断层（断层带）除了泛发育，该类断层（断层带）除了 具有导水性质外，其断裂带本身就具有导水性质外，其断裂带本身就 是一个含水体，因而还具有充水水是一个含水体，因而还具有充水水 源的性质。由于断层面或断层牵引源的性质。由于断层面或断层牵引 的裂隙带导水而引发的矿井突水灾的裂隙带导水而引发的矿井突水灾 害在矿井突水事故中占有绝对主导害在矿井突水事故中占有绝对主导 的位置的位置 裂 隙 带 裂 隙 带 断 层 面 c a b 煤 层

14、 图 2-25 陷 落 柱 垂 向 导 水 性 分 析 示 意 图 b b 下通式导水下通式导水 c c 上通式导水上通式导水 a a 全通式导水全通式导水 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 c b a 核部(a) 图2-26 陷落柱横断面导水性分析示意图 接触带(b)影响带(c) 突水通道具有隐蔽性和难以探突水通道具有隐蔽性和难以探 知性：陷落柱的形成原因决定了知性：陷落柱的形成原因决定了 其具有点状导水构造的特点，尽其具有点状导水构造的特点，尽 管有些陷落柱的直径可达数百米，管有些陷落柱的直径可达数百米， 但和整个地质结构体相比，其仍但和整个地质结构体相比，其仍 具有很强的局部

15、性，特别是在陷具有很强的局部性，特别是在陷 落柱的周边区域，地层层序仍保落柱的周边区域，地层层序仍保 持着正常状态，这就形成了通过持着正常状态，这就形成了通过 地层层序和构造形态分析预测陷地层层序和构造形态分析预测陷 落柱变的十分困难，甚至不可能，落柱变的十分困难，甚至不可能， 陷落柱的隐蔽性和难以探知性，陷落柱的隐蔽性和难以探知性， 决定了陷落柱突水具有突发性和决定了陷落柱突水具有突发性和 难以防范性。难以防范性。 煤矿水害成因与致灾机理煤矿水害成因与致灾机理 控制煤矿水害频发的关键措施控制煤矿水害频发的关键措施 加强废弃关闭矿井和老空区的矿床水文地质研究工作加强废弃关闭矿井和老空区的矿床水

16、文地质研究工作 在生产阶段的矿井往往是地下水的排在生产阶段的矿井往往是地下水的排 泄区，大量的地下水在矿井生产过程泄区，大量的地下水在矿井生产过程 中被排放，部分含水层会因矿井排水中被排放，部分含水层会因矿井排水 而疏干。一旦矿山关闭废弃后，地下而疏干。一旦矿山关闭废弃后，地下 水的循环运动规律会被打破，废弃矿水的循环运动规律会被打破，废弃矿 井因停止排水而被地下水淹没，废弃井因停止排水而被地下水淹没，废弃 矿井被污染的地下水会逐渐补给在矿矿井被污染的地下水会逐渐补给在矿 井采掘阶段已经疏干的洁净含水层或井采掘阶段已经疏干的洁净含水层或 直至溢出地表。地下水位的抬升会极直至溢出地表。地下水位的

17、抬升会极 大的改变矿区区域性水文地质、工程大的改变矿区区域性水文地质、工程 地质与环境地质条件。地质与环境地质条件。 控制煤矿水害频发的关键措施控制煤矿水害频发的关键措施 进一步研究规范对防水煤岩柱的正确留设进一步研究规范对防水煤岩柱的正确留设 首先要确定采掘停头距断层影响带外边界的最近距离位置或采空冒落带与断首先要确定采掘停头距断层影响带外边界的最近距离位置或采空冒落带与断 层影响带外边界的最近距离位置，根据水压和岩层的阻水能力计算该位置的层影响带外边界的最近距离位置，根据水压和岩层的阻水能力计算该位置的 安全煤柱厚度（如图中的安全煤柱厚度（如图中的l lr r和和l lx x），），然后根

18、据煤层与断层的空间位置关系及然后根据煤层与断层的空间位置关系及 回采工作面上覆地层的垮裂角计算煤柱留设厚度回采工作面上覆地层的垮裂角计算煤柱留设厚度l l，如果直接根据水压和煤层如果直接根据水压和煤层 的阻水能力计算煤柱留设宽度的阻水能力计算煤柱留设宽度l l。必然会导致煤柱留设厚度的不足。必然会导致煤柱留设厚度的不足。 控制煤矿水害频发的关键措施控制煤矿水害频发的关键措施 进一步研究规范对防水煤岩柱的正确留设进一步研究规范对防水煤岩柱的正确留设 导水陷落柱防水煤柱厚度的确定方法。与断层防水煤柱的留设方法一样，对于陷落柱导水陷落柱防水煤柱厚度的确定方法。与断层防水煤柱的留设方法一样，对于陷落柱

19、 防水煤柱的留设，必须要考虑其周边垮落影响破裂带宽度及煤层与陷落柱的空间产状防水煤柱的留设，必须要考虑其周边垮落影响破裂带宽度及煤层与陷落柱的空间产状 关系，首先要确定采掘停头距陷落柱影响带外边界的最近距离位置或采空冒落带与陷关系，首先要确定采掘停头距陷落柱影响带外边界的最近距离位置或采空冒落带与陷 落柱影响带外边界的最近距离位置，根据水压和岩层的阻水能力计算该位置的安全煤落柱影响带外边界的最近距离位置，根据水压和岩层的阻水能力计算该位置的安全煤 柱厚度（如图中的柱厚度（如图中的l lr r），），然后根据煤层与陷落柱空间位置关系、陷落柱外围导水裂隙然后根据煤层与陷落柱空间位置关系、陷落柱外围

20、导水裂隙 带的宽度及回采工作面上覆地层的垮裂角计算煤柱留设厚度带的宽度及回采工作面上覆地层的垮裂角计算煤柱留设厚度l l。 )/( 1 iiiii n i ic mmmmpt 有效隔水带 矿压破坏带 水压导升带 底板深度（m） 水压（mpa） 兔2-21 底板隔水层不同位置水压分布示意图 pcpo 正确理解和应用突水系数概念正确理解和应用突水系数概念 控制煤矿水害频发的关键措施控制煤矿水害频发的关键措施 对残对残 余水余水 压的压的 理解理解 与应与应 用用 煤矿水害煤矿水害 充水水源充水水源 充水途径充水途径 充水水量充水水量 煤矿底板水害的基本概念煤矿底板水害的基本概念 煤矿底板水害是指发

21、育于主要煤矿底板水害是指发育于主要 开采煤层底板直接或间接开采煤层底板直接或间接含水层含水层 中的水在矿井采掘过程中通过天中的水在矿井采掘过程中通过天 然或人为扰动的然或人为扰动的导水通道导水通道进入矿进入矿 井并给矿井带来灾害的过程与结井并给矿井带来灾害的过程与结 果果 常见的底板水充水水源常见的底板水充水水源 奥陶系奥陶系 灰岩水灰岩水 薄层灰薄层灰 岩水岩水 底板砂底板砂 岩水岩水 复合含复合含 水层水水层水 基本特点：基本特点： 高承压、非均质、高承压、非均质、 与构造发育特征联系密切、垂与构造发育特征联系密切、垂 向越流作用明显向越流作用明显 常见的底板水充水途径常见的底板水充水途径

22、 天然通道天然通道人为通道人为通道 导水裂隙导水裂隙 导水断层导水断层 陷陷 落落 柱柱 底板三带底板三带 隔水层损伤隔水层损伤 不良钻孔不良钻孔 基本特点：基本特点：隐蔽性强、分布无明显隐蔽性强、分布无明显 规律、滞后活化特征突出规律、滞后活化特征突出 底板水害的基本特点底板水害的基本特点 1 1、突发性强，无明显前兆、突发性强，无明显前兆 2 2、水量增速快，灾害控制难度大、水量增速快，灾害控制难度大 3 3、突水往往具有时滞性，容易造成误解、突水往往具有时滞性，容易造成误解 4 4、突水量与过水通道有相互促进现象、突水量与过水通道有相互促进现象 煤矿底板水害的形成条件煤矿底板水害的形成条

23、件 含水层的富水性是发生底板突水的内在因含水层的富水性是发生底板突水的内在因 素，它决定着突水水量的大小及突水量的动态变素，它决定着突水水量的大小及突水量的动态变 化特征化特征。 水压力的存在是驱动含水层水流入矿坑的水压力的存在是驱动含水层水流入矿坑的 动力动力。 而底板破坏所形成的破裂或天然导水通道而底板破坏所形成的破裂或天然导水通道 则是地下水得以流动的通路和咽喉则是地下水得以流动的通路和咽喉。 只有当三者同时存在并达到某种特殊组合只有当三者同时存在并达到某种特殊组合 时，才能发生底板突水时，才能发生底板突水。 c a b 煤层 图2-25 陷落柱垂向导水性分析示意图 c b a 核部(a

24、) 图2-26 陷落柱横断面导水性分析示意图 接触带(b)影响带(c) 常见底板水害类型常见底板水害类型陷落柱导水陷落柱导水 -164水 平 临 时 水 仓 砂 岩 突 水 点 八 灰 图 2-16 焦 作 中 马 村 矿 -164临 时 水 仓 因 断 层 牵 引 裂 隙 导 通 突 水 地 质 结 构 示 意 图 突水点 山青煤 小青煤 大青灰岩 大青灰岩 小青煤 2671工作面 1-1=7m 图2-15 峰峰二矿2671工作面断面导通突水结构示意图 常见底板水害类型常见底板水害类型断层导水断层导水 20m 1411工作面 大煤 l8 图2-23 焦作王封矿1411工作面底板突水地质结构示

25、意图 2.1m /min 15.5m /min28m /min 333 突水点 石门 图2-22 石门接近底板灰岩水时底板突水 地质结构示意图（徐州韩桥矿） 常见底板水害类型常见底板水害类型底板损伤导水底板损伤导水 煤矿底板水害探查的关键任务煤矿底板水害探查的关键任务 含水层的基本性质及其埋藏条件含水层的基本性质及其埋藏条件 开采煤层与含水层之间隔水层的开采煤层与含水层之间隔水层的 性质及其综合阻抗水能力性质及其综合阻抗水能力 含水层水压及其分布与动态含水层水压及其分布与动态 采矿扰动规律及其水岩作用机理采矿扰动规律及其水岩作用机理 prppl trtkh 2 2 prpprl klrhklr

26、lm4/ )8( 2 2 斯列萨列夫公式斯列萨列夫公式 计算临界水压力和临界隔水层厚度的著名公式计算临界水压力和临界隔水层厚度的著名公式 评价底板隔水层稳定性的基础理论评价底板隔水层稳定性的基础理论 支承压力 鼓胀区 隔水层 图2-19 采空区底板隔水层受力分布示意图 压 缩 区 剪 切 区 剪 切 区 压 缩 区 含水层 采矿扰动与矿压破坏理论采矿扰动与矿压破坏理论 p =kh=kh p =kh=kh p =kh=kh khkh h:自重力 k：荷载转移系数 :侧应力系数p:水压力 底板破坏突水模式示意图底板破坏突水模式示意图 ： 被 压 破 坏 带 ： 完 整 隔 水 带 ： 原 图 2

27、- 2 0 底 板 隔 水 层 在 开 采 条 件 下 三 带 划 分 示 意 图 评价底板隔水层防突水能力的下三带理论评价底板隔水层防突水能力的下三带理论 n i iiiiii mmmmpt 1 )/( n i ii m 1 突水系数公式的演变突水系数公式的演变 评价底板隔水层防突水能力的突水系数理论评价底板隔水层防突水能力的突水系数理论 )/( 1 iiiii n i ic mmmmpt 有效隔水带 矿压破坏带 水压导升带 底板深度（m） 水压（mpa） 兔2-21 底板隔水层不同位置水压分布示意图 pcpo 焦作矿区底板突水点隔水层厚度与水压关系散点图 0 0.5 1 1.5 2 2.5

28、 3 0102030405060 隔水层厚度（m） 水压（mpa) 工作面突水点巷道突水点安全回采工作面 峰峰矿区底板突水点隔水层厚度与水压关系散点图 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 05101520253035404550 隔水层厚度（m） 水压（mpa) 工作面突水点巷道突水点安全回采工作面 淄博矿区底板突水点隔水层厚度与水压关系散点图 0 1 2 3 4 01020304050 隔水层厚度（m） 水压（mpa) 工作面突水点巷道突水点安全回采工作面 典型矿区底板突水性与隔水层厚度关系典型矿区底板突水性与隔水层厚度关系 图4. 隔水层中残余水头随导升高度变化曲线图 （渗透系

29、数k0.0678m/d） 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 020406080100 导升高度（cm） 残余水头（mpa） 0.060.05750.0225 0.020.0150.01 含水层水头 （mpa） 图3. 水头消减值随导升高度变化曲线图 （渗透系数k0.0678m/d) 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 020406080100 导升高度（cm） 水头消减值（mpa） 0.060.05750.0225 0.020.0150.01 含水层水头 （mpa） 水头衰减的试验结果水头衰减的试验

30、结果 实践与测试资料表明，矿压作用下的底板破坏深实践与测试资料表明，矿压作用下的底板破坏深 度一般为度一般为6 61414mm，灰岩水的导升高度一般为灰岩水的导升高度一般为3 37 7mm ，不难看出，上下两个破坏带厚度之和为不难看出，上下两个破坏带厚度之和为9 92121mm， 这一结果和目前实际观测到的突水条件隔水层厚度这一结果和目前实际观测到的突水条件隔水层厚度 相一致。由此可见，准确查明矿压破坏带和导升裂相一致。由此可见，准确查明矿压破坏带和导升裂 隙带厚度是预测底板突水条件的关键因素。这一认隙带厚度是预测底板突水条件的关键因素。这一认 识的建立对于正确理解为什么大量的传统突水系数识的

31、建立对于正确理解为什么大量的传统突水系数 概念下认为是突水危险区的矿床资源得以安全开采概念下认为是突水危险区的矿床资源得以安全开采 具有重要意义。具有重要意义。 重新认识突水系数的概念重新认识突水系数的概念 底板水害水文地质工作需要底板水害水文地质工作需要 查明和回答的关键问题查明和回答的关键问题 水源与水量水源与水量 隔水层厚度与阻水能力隔水层厚度与阻水能力 水压及其变化水压及其变化 导水构造导水构造 原始应力与采动应力原始应力与采动应力 矿压及其破坏规律矿压及其破坏规律 底板水害预防与治理措施底板水害预防与治理措施 防排水系统防排水系统监测探测系统监测探测系统预报预警系统预报预警系统灾害治

32、理系统灾害治理系统 泵房水仓泵房水仓 隔离泄水隔离泄水 避灾路线避灾路线 掘进巷道超前探掘进巷道超前探 工作面底板穿透探工作面底板穿透探 井下出水化学探井下出水化学探 物理相似模拟预报物理相似模拟预报 计算机数学模拟预报计算机数学模拟预报 回采过程适时监测预报回采过程适时监测预报 底板三带探测底板三带探测 突水水源快速判别系统突水水源快速判别系统 移动式高效注浆系统移动式高效注浆系统 截流注浆防治矿井水害的基本概念截流注浆防治矿井水害的基本概念 截流注浆防治矿井水害技术系指通过专门的设备和工程，截流注浆防治矿井水害技术系指通过专门的设备和工程， 根据具体的矿井水文地质条件和水害类型与特点，将预

33、先研根据具体的矿井水文地质条件和水害类型与特点，将预先研 究配制成的低渗透浆液或骨料注入含水层、隔水层中的空隙究配制成的低渗透浆液或骨料注入含水层、隔水层中的空隙 、断裂破碎带、岩溶陷落柱、井巷或突（出）水口等，并使、断裂破碎带、岩溶陷落柱、井巷或突（出）水口等，并使 之与围岩固结成不透水（或微透水）的、具有一定强度的整之与围岩固结成不透水（或微透水）的、具有一定强度的整 体而起到堵塞过水通道、充填导含水空隙、降低受注岩体渗体而起到堵塞过水通道、充填导含水空隙、降低受注岩体渗 透性、增大岩石强度和隔（阻）水作用的一种矿井水害防治透性、增大岩石强度和隔（阻）水作用的一种矿井水害防治 技术方法。该

34、技术可广泛地应用于技术方法。该技术可广泛地应用于封堵井下突水口（点）以封堵井下突水口（点）以 恢复被淹矿井、阻截水源含水层对矿井充水的补给以减少矿恢复被淹矿井、阻截水源含水层对矿井充水的补给以减少矿 井运行排水量、变含水层为隔水层以增加煤层顶底板有效隔井运行排水量、变含水层为隔水层以增加煤层顶底板有效隔 水层的厚度、隔断连接充水水源与矿井之间的导水通道以避水层的厚度、隔断连接充水水源与矿井之间的导水通道以避 免矿井突发性突水灾害等。免矿井突发性突水灾害等。 掘 进 巷 道 导 水 断 裂 注 浆 孔 承 压 含 水 层 突 水 点 堵 水 注 浆 体 掘进巷道前掘进巷道前 方导水断层方导水断层

35、 注浆改造工注浆改造工 作示意图作示意图 井下封堵突水井下封堵突水 断层进水口工断层进水口工 程示意图程示意图 截流注浆防治矿井水害的典型类型截流注浆防治矿井水害的典型类型 掘进巷道 注浆孔 导水断裂 注 浆 固 结 段 充水 巷道 封水注浆体 注浆孔 封水注浆体 承压 含水层 突水点 定向导斜注浆孔 导水陷落柱 地面导斜注浆封地面导斜注浆封 堵陷落柱突水原堵陷落柱突水原 理示意图理示意图 地面注浆封堵过地面注浆封堵过 水巷道原理示意水巷道原理示意 图图 截流注浆防治矿井水害的典型类型截流注浆防治矿井水害的典型类型 井下 注浆孔 注浆 改造层 底板含水层注浆底板含水层注浆 改造技术示意图改造技

36、术示意图 裂隙 破坏带 承压 含水层 井下隔水层破碎井下隔水层破碎 带注浆加固原理带注浆加固原理 示意图示意图 截流注浆防治矿井水害的典型类型截流注浆防治矿井水害的典型类型 a a矿井主要充水含水层的矿井主要充水含水层的动态补给水量大且稳定动态补给水量大且稳定，采用疏水技术难以，采用疏水技术难以 使含水层水位大幅度降低或所需的疏水量太大以至于在经济上不合理；使含水层水位大幅度降低或所需的疏水量太大以至于在经济上不合理； b b矿井水矿井水补给通道位置明确且相对集中补给通道位置明确且相对集中，只要阻断局部导水通道就可，只要阻断局部导水通道就可 使整个矿井的补给水量大幅度减少；使整个矿井的补给水量

37、大幅度减少； c c矿井充水含水层又是本区主要或唯一的矿井充水含水层又是本区主要或唯一的供水水源含水层，供水水源含水层，而客观条而客观条 件又不具备实现矿井水排供结合技术方案，在煤炭资源开发的过程中要求件又不具备实现矿井水排供结合技术方案，在煤炭资源开发的过程中要求 充分保护水源地和含水层。充分保护水源地和含水层。 d d矿区生态环境脆弱，矿区生态环境脆弱，环境对矿井充水含水层的依赖性强，一旦含水环境对矿井充水含水层的依赖性强，一旦含水 层水位明显下降会诱发区域生态环境恶化或其它工程地质灾害。层水位明显下降会诱发区域生态环境恶化或其它工程地质灾害。 e e实施注浆的目标含水层或构造薄弱带应实施

38、注浆的目标含水层或构造薄弱带应具有良好可注性条件。具有良好可注性条件。这种这种 可注性条件包括受注层的吸浆量、浆液在受注层内的运移与扩散性、浆液可注性条件包括受注层的吸浆量、浆液在受注层内的运移与扩散性、浆液 的凝结与稳定性等。的凝结与稳定性等。 f.f.受注层具有合适的受注层具有合适的水动力和水文地球化学环境条件，水动力和水文地球化学环境条件，能够确保注浆固能够确保注浆固 结体的强度稳定性和抗渗稳定性，以满足工程的使用寿命。结体的强度稳定性和抗渗稳定性，以满足工程的使用寿命。 适用于注浆方法进行矿井水害防治的基本水文地质条件适用于注浆方法进行矿井水害防治的基本水文地质条件 所谓疏水降压防治矿

39、井水害技术就所谓疏水降压防治矿井水害技术就 是对威胁矿井安全生产的主要充水含是对威胁矿井安全生产的主要充水含 水层水，通过专门的工程和技术措施水层水，通过专门的工程和技术措施 在人工受控的条件下进行超前预疏干在人工受控的条件下进行超前预疏干 或疏降水压，进而减少或消除其在矿或疏降水压，进而减少或消除其在矿 山建设和生产过程中对矿井安全的威山建设和生产过程中对矿井安全的威 胁。其基本内容可划分为疏干和疏水胁。其基本内容可划分为疏干和疏水 降压两大方面。降压两大方面。 疏水降压防治矿井水害的基本概念疏水降压防治矿井水害的基本概念 图7-2 疏降模式图 图7-7 石门多含水层疏水 石门 含水层 含水

40、层水位线 疏水降压防治矿井水害的典型类型疏水降压防治矿井水害的典型类型 地面群地面群 孔疏水孔疏水 井下巷井下巷 道疏水道疏水 图 7-8 井 巷 疏 水 井 巷 灰 岩 水 位 线 图 7-9 井 巷 疏 水 顺 槽 煤 层 灰 岩 水 位 线 疏水降压防治矿井水害的典型类型疏水降压防治矿井水害的典型类型 井下专井下专 用疏水用疏水 巷疏水巷疏水 工作面工作面 顺槽疏顺槽疏 水水 疏水降压防治矿井水害的典型类型疏水降压防治矿井水害的典型类型 地面直地面直 通式疏通式疏 水水 井下上井下上 仰式疏仰式疏 水水 二 水 平 一 水 平 疏水降压防治矿井水害的典型类型疏水降压防治矿井水害的典型类型

41、 井下下井下下 行式疏行式疏 水水 压力传压力传 递式井递式井 下疏水下疏水 疏水降压防治矿井水害技术的适用条件疏水降压防治矿井水害技术的适用条件 1 1 矿井矿井主要充水含水层属于自身充水含水层。主要充水含水层属于自身充水含水层。由于矿井的主要工程活动位于含水层之中，由于矿井的主要工程活动位于含水层之中， 或者说矿井的采掘活动将直接揭露充水含水层，含水层中的水无法躲避，早晚都要被释放。为或者说矿井的采掘活动将直接揭露充水含水层，含水层中的水无法躲避，早晚都要被释放。为 了减少或消除采掘过程中大量的水短时间涌入矿井给矿井正常生产与建设带来影响或超过矿井了减少或消除采掘过程中大量的水短时间涌入矿

42、井给矿井正常生产与建设带来影响或超过矿井 设计的排水能力而造成淹井事故，需要在人工受控条件下预先对含水层水进行疏放。设计的排水能力而造成淹井事故，需要在人工受控条件下预先对含水层水进行疏放。 2 2矿井矿井主要充水含水层属于直接充水含水层。主要充水含水层属于直接充水含水层。当含水层作为煤层的直接顶板或底板时，当含水层作为煤层的直接顶板或底板时， 一旦巷道进入煤层或工作面回采后，由于缺乏工程层位与含水层之间的隔水保护层，含水层中一旦巷道进入煤层或工作面回采后，由于缺乏工程层位与含水层之间的隔水保护层，含水层中 的水会直接进入巷道或工作面给矿井生产造成影响或灾害。在这种水文地质条件下，往往需要的水

43、会直接进入巷道或工作面给矿井生产造成影响或灾害。在这种水文地质条件下，往往需要 采用预疏水技术防治矿井水害。采用预疏水技术防治矿井水害。 3 3矿井矿井主要充水含水层以静储水量为主，主要充水含水层以静储水量为主，动态补给量有限。以静储水量为主的矿井充水含水动态补给量有限。以静储水量为主的矿井充水含水 层发生矿井充水时，往往是瞬间冲击水量大，后期水量迅速衰减甚至干枯，当矿井生产诱发该层发生矿井充水时，往往是瞬间冲击水量大，后期水量迅速衰减甚至干枯，当矿井生产诱发该 类含水层突（透）水时，往往在总出水量有限的条件下给矿井带来严重灾害，采用预先疏水技类含水层突（透）水时，往往在总出水量有限的条件下给

44、矿井带来严重灾害，采用预先疏水技 术可以有效的消减峰值水量而达到消除矿井水害的目的。术可以有效的消减峰值水量而达到消除矿井水害的目的。 4 4煤层顶板间接煤层顶板间接含水层与煤层之间隔水层的厚度小于工作面顶板冒落带与裂隙带高度。含水层与煤层之间隔水层的厚度小于工作面顶板冒落带与裂隙带高度。在这在这 种条件下，尽管煤层顶板存在着隔水层，但隔水层的厚度小于工作面回采后冒裂带高度，一旦种条件下，尽管煤层顶板存在着隔水层，但隔水层的厚度小于工作面回采后冒裂带高度，一旦 工作面回采后，含水层中的水必然通过冒裂带导入矿井。为了减少初次冒裂后来自顶板的峰值工作面回采后，含水层中的水必然通过冒裂带导入矿井。为了减少初次冒裂后来自顶板的