煤矿防治水概论

1、第第1 1讲讲 矿井防治水概论矿井防治水概论 （1 1）矿井水害的定义及一般特点）矿井水害的定义及一般特点 n矿井水害是指在煤矿基建和生产过程中地下水矿井水害是指在煤矿基建和生产过程中地下水涌入采掘空间，由于排水能力相对不足而造成涌入采掘空间，由于排水能力相对不足而造成淹没巷道、工作面、采区、矿井淹没巷道、工作面、采区、矿井( (不同水平乃至不同水平乃至整个矿井整个矿井) )的现象，它轻则影响生产，重则造成的现象，它轻则影响生产，重则造成人员伤亡的恶性事故，是煤炭资源开发过程中人员伤亡的恶性事故，是煤炭资源开发过程中一种突发性的地质灾害。一种突发性的地质灾害。n矿井水害是地下水非正常涌入井巷和

2、工作矿井水害是地下水非正常涌入井巷和工作面的现象，这里，一方面要强调它的突发面的现象，这里，一方面要强调它的突发性，另一方面要强调它的灾害性。性，另一方面要强调它的灾害性。（2 2）矿井水害的防治思想）矿井水害的防治思想矿井水害是可以防治的，矿井水害是可以防治的，只要搞清矿井的充水只要搞清矿井的充水特征，并采取适当的工程措施，不仅可以安全特征，并采取适当的工程措施，不仅可以安全采出受水威胁的煤炭资源，而且能够提高矿井采出受水威胁的煤炭资源，而且能够提高矿井防治水技术水平，从而为矿床水文地质学的发防治水技术水平，从而为矿床水文地质学的发展做出积极的贡献。展做出积极的贡献。一般地，矿井水的防治应当

3、从水文地质条件的分析着一般地，矿井水的防治应当从水文地质条件的分析着手，即从区域到水文地质条件研究开始，确定井田在手，即从区域到水文地质条件研究开始，确定井田在水文地质单元中所处的位置，重点分析地下水的补给、水文地质单元中所处的位置，重点分析地下水的补给、径流和排泄条件。水文地质条件的分析最好以水文地径流和排泄条件。水文地质条件的分析最好以水文地质单元为分析对象，通过对地下水流场、水化学场的质单元为分析对象，通过对地下水流场、水化学场的分析建立水文地质概念模型。分析建立水文地质概念模型。对于井田而言，应重点分析矿井充水条件，确定对于井田而言，应重点分析矿井充水条件，确定充水水源和导水通道，对水

4、害类型做出划分，同充水水源和导水通道，对水害类型做出划分，同时，对水害威胁程度做出评价。时，对水害威胁程度做出评价。矿井水害防治的工作重点是对水患做出诊断，同矿井水害防治的工作重点是对水患做出诊断，同时，应提出具体的防治水措施。事实上，水患时，应提出具体的防治水措施。事实上，水患诊诊断断、评价评价、防治水、防治水措施措施三者缺一不可，三要素共三者缺一不可，三要素共同构成防灾、减灾的目标路线。同构成防灾、减灾的目标路线。（3 3）矿井水害类型）矿井水害类型在长期与煤矿水害斗争的过程中，积累了大量宝在长期与煤矿水害斗争的过程中，积累了大量宝贵的经验，使得人们对矿井水害类型的认识水平贵的经验，使得人

5、们对矿井水害类型的认识水平日益提高。目前，对矿井水害类型的划分基本形日益提高。目前，对矿井水害类型的划分基本形成如下观点：成如下观点：n按水源类型划分：按水源类型划分：n顶板水顶板水n底板水底板水n老空水老空水 n按导水通道划分按导水通道划分 n断层突水断层突水n陷落柱突水陷落柱突水n裂隙岩体突水裂隙岩体突水n封闭不良钻孔突水封闭不良钻孔突水n煤煤( (岩岩) )柱突水柱突水n按水源含水介质类型划分：按水源含水介质类型划分： n孔隙水孔隙水n裂隙水裂隙水n岩溶水岩溶水n科学分类体现了人们对事物认识高度和认识水平，科学分类体现了人们对事物认识高度和认识水平，也是学科发展水平的标志，希望各位经常运

6、用科学也是学科发展水平的标志，希望各位经常运用科学分类手段对各自矿井水害类型做出分类并加以细化。分类手段对各自矿井水害类型做出分类并加以细化。 煤矿水害煤矿水害A.充水水源充水水源B.充水途径充水途径C.充水水量充水水量顶板水顶板水底板水底板水老空水老空水预疏放探查条件预疏放探查条件放水试验查找条件放水试验查找条件确定采空区面积确定采空区面积及积水范围及积水范围充水途径充水途径天然通道天然通道人工通道人工通道导水裂隙导水裂隙导水断层导水断层陷陷 落落 柱柱岩溶塌洞岩溶塌洞顶板三带顶板三带底板三带底板三带防水煤岩柱防水煤岩柱不良钻孔不良钻孔点状通道点状通道线状通道线状通道面状通道面状通道充水途径

7、充水途径以不同的通道作为研究对象以不同的通道作为研究对象,形成了不同的勘探和分形成了不同的勘探和分析评价方法析评价方法充水途径的勘探评价方法充水途径的勘探评价方法陷落柱陷落柱:煤煤-岩岩-水水-气综合分析法、中间指示层放水试气综合分析法、中间指示层放水试验法、三维地震、高密度电法、瞬变电磁法、氡射气验法、三维地震、高密度电法、瞬变电磁法、氡射气导水断层：块段放水试验、示踪试验导水断层：块段放水试验、示踪试验上、下三带：顶、底板原位测试、有限元数值模拟、基上、下三带：顶、底板原位测试、有限元数值模拟、基于统计学的经验公式的应用于统计学的经验公式的应用正常涌水量正常涌水量最大涌水量最大涌水量灾害突

8、水量灾害突水量涌水量计算类型涌水量计算类型矿井涌水量计算矿井涌水量计算类比法类比法解析法解析法数值法数值法涌水量计算方法涌水量计算方法矿井涌水量计算矿井涌水量计算统计学方法统计学方法简简 单单中中 等等复复 杂杂矿井水文地质类型矿井水文地质类型矿井水文地质类型划分矿井水文地质类型划分防治水工作基础防治水工作基础极极 复复 杂杂突水次数和突水强度呈现上升趋势突水次数和突水强度呈现上升趋势废弃矿井与小窑诱发突水明显上升废弃矿井与小窑诱发突水明显上升对基本水文地质条件认识不清导致的突对基本水文地质条件认识不清导致的突水事故占有较大比例水事故占有较大比例煤矿水害的特点煤矿水害的特点相对落后的水害防治技

9、术不能满足生产条件要求相对落后的水害防治技术不能满足生产条件要求隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足对人类活动诱发的突水事故防范措施不到位对人类活动诱发的突水事故防范措施不到位缺乏专门的防治水队伍和规范化的水害监管体系缺乏专门的防治水队伍和规范化的水害监管体系现有防治水技术手段利用不够，防治水工作规范化程度低现有防治水技术手段利用不够，防治水工作规范化程度低煤矿水害多发的技术原因分析煤矿水害多发的技术原因分析深矿井开发突水机理及煤层抽冒诱发的采空区透水机深矿井开发突水机理及煤层抽冒诱发的采空区透水机理有待于研究理有待于研究高水压条件下层状岩体防突高水压条

10、件下层状岩体防突(水水)效应研究效应研究突水条件实时监控与预警技术研究突水条件实时监控与预警技术研究矿井水文地质条件的动态预测方法研究矿井水文地质条件的动态预测方法研究煤矿水害防治技术面临的煤矿水害防治技术面临的热点研究问题热点研究问题矿区矿区(井井)水文地质条件综合勘探技术研究水文地质条件综合勘探技术研究矿井水文地质条件探查和分析技术要能够满足矿井水文地质条件探查和分析技术要能够满足高产高效矿井建设与生产在时间与空间上的要高产高效矿井建设与生产在时间与空间上的要求求矿井突水条件的监测与预警要具有实时性矿井突水条件的监测与预警要具有实时性目前矿井生产对水害防治技术的迫切要求目前矿井生产对水害防

11、治技术的迫切要求n（5 5）水文地质条件的探查方法）水文地质条件的探查方法主要包括主要包括: :v物探物探v钻探钻探v化探化探v试验试验n物探方法物探方法主要依据介质的电性、弹性波、主要依据介质的电性、弹性波、磁场强度、重力场的差异对不同介质及其磁场强度、重力场的差异对不同介质及其界面进行判识，从而满足矿井防治水中对界面进行判识，从而满足矿井防治水中对异常地质体的探测要求。异常地质体的探测要求。 n地震地震主要探测断层、陷落柱，目前主要发主要探测断层、陷落柱，目前主要发展二维地震和三维地震；展二维地震和三维地震；n电法电法含、导水异常的探查，目前主要发展含、导水异常的探查，目前主要发展瞬变电磁

12、法、直流电法、音频电透视、电测瞬变电磁法、直流电法、音频电透视、电测井；井； n物探方法具有大范围、大尺度探查的特点，物探方法具有大范围、大尺度探查的特点，但其局限性在于难以克服多解性的缺陷，往但其局限性在于难以克服多解性的缺陷，往往需要通过钻探等其它手段来验证往需要通过钻探等其它手段来验证n钻探方法钻探方法是通过钻探工程了解地层的结构是通过钻探工程了解地层的结构特点、含隔水层的空间特征。钻探方法是特点、含隔水层的空间特征。钻探方法是各种试验方法赖以实施的基础，如抽水试各种试验方法赖以实施的基础，如抽水试验、放水试验、连通试验等需要钻孔形成验、放水试验、连通试验等需要钻孔形成以后才能组织实施。

13、以后才能组织实施。n钻探手段往往施工周期长，揭露的水文地钻探手段往往施工周期长，揭露的水文地质信息有限，常常给人质信息有限，常常给人“一孔之见一孔之见”之感。之感。 n化探化探水化学分析方法的简称。地下水的水化学分析方法的简称。地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征，按照各种特征离子的含量、矿化度、征，按照各种特征离子的含量、矿化度、水质类型等，可以对不同含水层地下水做水质类型等，可以对不同含水层地下水做出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。 n试验试验任何学科的发展都离不开试验，矿床水文任何学科的发展都离不开试

14、验，矿床水文地质学也不例外。有关水文地质学中的试验方法，地质学也不例外。有关水文地质学中的试验方法，如抽水试验往往在煤田勘探阶段就开始应用，在如抽水试验往往在煤田勘探阶段就开始应用，在煤矿生产中作为一种补充勘探手段，也会经常使煤矿生产中作为一种补充勘探手段，也会经常使用。用。 n矿床水文地质工作中经常使用的试验手段矿床水文地质工作中经常使用的试验手段当然要算是放水试验了，它具有节约工程当然要算是放水试验了，它具有节约工程费用和直接了解矿井充水性的优点，放水费用和直接了解矿井充水性的优点，放水试验成果的权威性也正体现于此。试验成果的权威性也正体现于此。（6 6）矿井水文地质条件评价）矿井水文地质

15、条件评价矿井水文地质条件主要包括如下矿井水文地质条件主要包括如下5 5个方面：个方面：n（1 1）含水层、隔水层的结构及空间展布规律；）含水层、隔水层的结构及空间展布规律；n（2 2）地下水的补给、径流及排泄条件；）地下水的补给、径流及排泄条件；n（3 3）不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区）不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区特征；特征；n（4 4）地下水动态及均衡特征；）地下水动态及均衡特征；n（5 5）矿井涌水量大小。）矿井涌水量大小。 n矿井水文地质条件有着丰富的内涵，是做好矿井水文地质条件有着丰富的内涵，是做好矿井水文地质工作的基础。为了加深对矿井矿井水文地质工作的

16、基础。为了加深对矿井水文地质条件的理解，特别提出如下两点作水文地质条件的理解，特别提出如下两点作为对上述基本水文地质条件的一点补充为对上述基本水文地质条件的一点补充 n建立水文地质概念模型：它是矿井充水条件的立体模建立水文地质概念模型：它是矿井充水条件的立体模型，它主要回答什么地方有水？水怎么来？可能来多型，它主要回答什么地方有水？水怎么来？可能来多少水？少水？ n第一，需要搞清边界断层及井田内主要断层的控水第一，需要搞清边界断层及井田内主要断层的控水作用；第二，通过放水试验搞清主要充水含水层的作用；第二，通过放水试验搞清主要充水含水层的富水性分区特征，最好能给出富水性分区图；第三，富水性分区

17、特征，最好能给出富水性分区图；第三，含隔水层厚度及其空间结构能够通过数字立面图来含隔水层厚度及其空间结构能够通过数字立面图来展示，地下水实现体视化，建立水害数字平台。展示，地下水实现体视化，建立水害数字平台。n使用好矿井充水性图：矿井充水性图是日常矿井井使用好矿井充水性图：矿井充水性图是日常矿井井水文地质工作的基础性图件，是矿井水情水害分析水文地质工作的基础性图件，是矿井水情水害分析和信息交流的平台，为了充分反映矿井的充水特点，和信息交流的平台，为了充分反映矿井的充水特点，要求对新揭露的涌水点要及时填绘在图上，并配有要求对新揭露的涌水点要及时填绘在图上，并配有分析性说明文字。分析性说明文字。

18、n同时，尽可能将不同采区、不同煤层揭露的地下水同时，尽可能将不同采区、不同煤层揭露的地下水信息相互对比分析研究，提出在信息显示上能够得信息相互对比分析研究，提出在信息显示上能够得到相互验证的矿井充水立体数字模型。到相互验证的矿井充水立体数字模型。n（7 7）矿井开采安全技术条件评价（防治水部分）矿井开采安全技术条件评价（防治水部分） 在矿井水文地质条件研究的基础上，指出矿井开采在矿井水文地质条件研究的基础上，指出矿井开采的主要水害问题，划分矿井水文地质类型（简单、的主要水害问题，划分矿井水文地质类型（简单、中等、复杂、极复杂），阐明水害要素（水源、通中等、复杂、极复杂），阐明水害要素（水源、通

19、道）随着开采深度增加、采场面积扩大有利和不利道）随着开采深度增加、采场面积扩大有利和不利的转化方向及变化趋势。的转化方向及变化趋势。 n在条件具备的情况下，对水害威胁程度或水文地质在条件具备的情况下，对水害威胁程度或水文地质条件复杂程度做进一步分区，在条件暂不具备的情条件复杂程度做进一步分区，在条件暂不具备的情况下，指出水文地质补充勘探的方向。以上述分区况下，指出水文地质补充勘探的方向。以上述分区为基础，对不同分区还应投入哪些勘探工程以进一为基础，对不同分区还应投入哪些勘探工程以进一步查清条件做出说明。步查清条件做出说明。n（8 8）防治水技术措施）防治水技术措施 水患诊断结论明确以后，接下来

20、的工作就是采取水患诊断结论明确以后，接下来的工作就是采取有针对性的防治水措施了，以水害类型划分的防有针对性的防治水措施了，以水害类型划分的防治水技术措施如下：治水技术措施如下：n以断层作为防范对象以断层作为防范对象预注浆通过断层、留设防预注浆通过断层、留设防水煤岩柱；水煤岩柱； n以陷落柱作为防范对象以陷落柱作为防范对象封堵陷落柱，留设一定封堵陷落柱，留设一定的防水煤柱后，解放其周边煤炭资源；的防水煤柱后，解放其周边煤炭资源； n以裂隙岩体整体作为防范对象以裂隙岩体整体作为防范对象对含导水异常区对含导水异常区进行注浆加固。进行注浆加固。n以封闭不良钻孔作为防范对象以封闭不良钻孔作为防范对象采用

21、工程措施，采用工程措施，重新进行封孔处理。重新进行封孔处理。 n以老空水作为防范对象以老空水作为防范对象在经济技术条件允许的在经济技术条件允许的条件下疏放老空水，彻底消除透水隐患；对于采条件下疏放老空水，彻底消除透水隐患；对于采空区积水体积太大，全面疏放不合理，不具备解空区积水体积太大，全面疏放不合理，不具备解放受水威胁煤炭资源的条件，从安全角度考虑，放受水威胁煤炭资源的条件，从安全角度考虑，不应动用这部分煤炭资源。不应动用这部分煤炭资源。 大面积煤炭开发存在安全隐患的井田，采取如下措大面积煤炭开发存在安全隐患的井田，采取如下措施：施：n帷幕截流技术；帷幕截流技术；n底板改造技术；底板改造技术

22、；n全面疏降含水层水压的技术。全面疏降含水层水压的技术。 (9)防治水技术防治水技术 在长期预防和治理矿井水害的实践中，各科研院所、在长期预防和治理矿井水害的实践中，各科研院所、高等院校与各大水矿区密切合作，通过科研攻关项目、高等院校与各大水矿区密切合作，通过科研攻关项目、工业性试验项目等的实施研究和开发了如下防治水技工业性试验项目等的实施研究和开发了如下防治水技术及装备，在推动行业技术进步中做出了积极的贡献。术及装备，在推动行业技术进步中做出了积极的贡献。在这里，我们将其中的部分成果介绍给大家在这里，我们将其中的部分成果介绍给大家l国家国家“六六.五五”科技攻关项目科技攻关项目华北型煤矿水上

23、开采（防治华北型煤矿水上开采（防治水）技术研究；水）技术研究；l国家大型工业性试验项目国家大型工业性试验项目华北型煤田奥灰岩溶水综合防华北型煤田奥灰岩溶水综合防治工业性试验（一、二期，历时治工业性试验（一、二期，历时10年）；年）；l国家国家“七七.五五”科技攻关项目科技攻关项目疏供结合防治水安全试验；疏供结合防治水安全试验；l国家国家“七七.五五”重点项目重点项目改革采煤方法和开采工艺预防突改革采煤方法和开采工艺预防突水灾害的研究；水灾害的研究；l国家国家“八八.五五”重点项目重点项目煤矿突水预测预报综合研究；煤矿突水预测预报综合研究；l联合国联合国UNDP资助项目资助项目Preventing Haz