煤矿地测防治水(李士阁)

1、 煤矿地测防治水课件 鹤煤三矿地测科李士阁 2015年10月16日第一讲 矿井防治水概论一、矿井水害的定义和一般特点 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 淹没巷道、工作面、采区、矿井(不同水平乃至 整个矿井)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 一种突发性的地质灾害。 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性，另一方面要强调它的灾害性。二、矿井水害的防治思想 矿井水害是可以防治的，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 采出受水威胁的煤炭资源，而且能够提高

2、矿井 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。 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 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。 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，对水害类型做出划分，同 时，对水害威胁程度做出评价。三、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日益提高。目前，对矿井水害类型的划分基本形成如下观点：1、按水源

3、类型划分： 顶板水、底板水、老空水2、按导水通道划分：断层突水、陷落柱突水、裂隙岩体突水、封闭不良钻孔突水、煤(岩)柱突水3、按水源含水介质类型划分：孔隙水、裂隙水、岩溶水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，我们经常运用科学分类手段对矿井水害类型做出分类并加以细化。四、解决煤矿水害问题的切入点A、 充水水源是否存在，回答有没有水的问题？B、 充水途径是否存在，回答水从哪里来的问题？ C、 充水强度大小，回答有多少水来的问题？煤矿水害A、充水水源B、充水途径C、充水水量矿井充水水源及其勘探途径矿坑充水水源（按空间位置）顶板水底板水老空水预疏放探查条件放水试验条件

4、确定采空区面积和积水范围充水途径天然通道人工通道导水裂隙导水断层陷落柱岩溶塌洞顶板三带底板三带防水煤岩柱不良钻孔点状通道线状通道面状通道涌水量计算方法类比法解析法数值法统计学方法矿井水文地质类型简单中等复杂极复杂煤矿水害的特点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 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 煤矿水害事故多发原因分析 1、现有防治水技术手段利用不够，防治水工作规范化程度低 2、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 3、相对落后的水害防治技术不能满足生产条件要求 4、隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不

5、足 5、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五、水文地质的探查方法主要包括：物探 、钻探、化探、试验 物探方法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。 地震主要探测断层、陷落柱，目前主要发展二维地震和三维地震；但费较高。 电法含、导水异常的探查，目前主要发展 瞬变电磁法、直流电法、音频电透视、电测井； 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，往往需要通过钻探等其它手段来验证。 钻探方法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。钻探方法是各种试

6、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以后才能组织实施。 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“一孔之见”之感。 化探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出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。 试验任何学科的发展都离不开试验，矿床水文地质学也不例外。有关水文地质学中的试验方法， 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，也会经常使用。 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，它具有节约工程费用和

7、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。防治水技术措施 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 治水技术措施如下：以断层作为防范对象预注浆通过断层、留设防水煤岩柱；以陷落柱作为防范对象封堵陷落柱，留设一定的防水煤柱后，解放其周边煤炭资源；以裂隙岩体整体作为防范对象对含导水异常区进行注浆加固。以封闭不良钻孔作为防范对象采用工程措施，重新进行封孔处理。 以老空水作为防范对象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，不应动用这部分

8、煤炭资源。大面积煤炭开发存在安全隐患的井田，采取如下措施： 帷幕截流技术； 底板改造技术； 全面疏降含水层水压的技术。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、 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 技术之一：矿井水文地质条件综合勘探 为矿井设计提供基础水文地质信息技术之二：矿井涌水量计算与预测提供矿井的最大涌水量、正常涌水量及来源、组成和变化规律，为矿井防排水系统设计提供依据。技术之三：采区及工作面精细水文地质勘探与水害预测预报为回

9、采工作面设计、开采方法优化、防治水技术手段和配套措施的完善提供依据。技术之四：矿井、采区、工作面防治水规划水文地质安全保障体系建立 提供不同阶段防治水工作思路； 构筑适合矿井特点的水害防范技术体系； 建立适合矿井特点的水害防范安全规程和规范。技术之五：废弃矿井环境预测与评价 废弃矿井诱发的水害预测 废弃矿井水环境预测与评价 废弃矿井淹没过程模拟预测 废弃矿井对临矿水害威胁预测与防治技术之六：矿山水害治理与抢险救援 当矿井出现水灾时，提供及时、科学、具 有可操作性的 水害原因诊断 抢险救灾技术方案 救灾工程设计目前正在开展的煤矿水害防治新技术研究深部煤炭资源开发中突水机理及安全评价技术可视化突水

10、条件远程监控及预警技术 含水层水文地质试验与评价技术车载移动式矿井突水水源快速诊断系统第二讲 老空水预防 一、老空水的定义及特点 为了保证正常生产，煤炭开采过程中，需要对涌入井下的地下水排出地面，这时排水费用作为煤炭开采成本的一部分计入其销售成本之中， 采掘作业完成后，留下大量的废弃巷道和采煤空间，对涌入的地下水一般不再排放，这时，采空区内聚集着大量的地下水，称为老空水。 有些煤矿地下水占据采空区的一部分，如 干旱和半干旱的北方地区，而有些煤矿， 如雨量充沛的南方，地下水几乎占据了采 空区的全部空间。 对同一矿井而言，老空水分为同层老空水和邻层老空水；对相邻矿井而言，老空水分为本矿老空水和邻矿

11、老空水； 老空水对采煤的威胁主要表现在同层老空水上水平对下水平的威胁，邻层老空水浅部对深部的威胁，邻矿老空水对本矿的威胁。 由于老空水往往积水体积大，隔水煤岩柱不足以抵抗静水压力的情况下容易发生透水事故，而且来势凶猛，经常形成群死群伤的恶性事故。 近年来，采空水造成的透水事故时有发生，在所有煤矿水害事故中占据主要位置，媒体多有报道， 产生十分恶劣的社会甚至是政治影响。为此，党和政府及社会各界十分关注这一影响安全生产大局的煤矿水害问题，在国家煤矿安全生产监察局 多次组织的水害防治技术研讨会上均将老空水防治列为扭转安全生产大局的主要目标。 面对老空水防治的严峻形势，科技部将 “十一五”攻关的主题确

12、定为“矿井老空 区探测与水害防治关键技术及装备”，这 些行动足以看出国家对预防和治理由老空水诱发的恶性透水事故的力度。二、老空水的探查对于老空水的防范，关键是确定积水范围和积水水量，可以采取两条途径：一是煤矿开采有着准 确的井上下对照图，采空区范围往往比较可靠； 二是采空区积水范围往往没有精确的测绘资料，只能靠探查手段来解决问题了。前者对于国有大中型煤矿来说很容易做到，对于 地方小煤矿来说，问题就不那么简单了，就需要 通过钻探和物探相结合的方法解决老空水探查问 题。实际工作中，必须以钻探为主，物探配合，物探资料必须慎重验证鉴定，确保其可靠性。 下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：某矿开采

13、浅部的10#煤，大片的老空水已经被探 放出来，进入老空区回收残留煤阶段，遇一块30m 见方的煤柱，从四周老洞观察无积水，上距20m的9#煤也已证明无积水，但是煤柱的一侧却有发潮现象。 当时普遍认为，该煤层距地表仅60m，地面又是排水沟，是排水沟的水沿风化及采动裂隙下渗造成煤壁发潮的，周围的煤壁也比较潮湿就是例证，30m 见方的煤柱内绝对不会有老空水。 当时探与不探的争论很大，由于分管探水工作的领 导思想坚定，决定打钻探水，结果放出水量200多吨，事后发现煤柱内残留一口60m的古井，有约0.3MPa的水压，如有人员在附近作业，必然会发生伤亡事故。 某矿欲从9#煤施工一反上山石门穿透7#煤，据调

14、查资料，石门透煤点100m外有老空积水，两煤层间 距33m， 反上山石门倾角23，斜长85m,设计上山 掘进60m，距7#煤10m左右的位置超前打钻探水。但上山掘进到50m时，发现顶板砂岩淋水，是否探水，争论很大，普遍认为：迎头层位正常，正是 7# 煤底板以下1314m的砂岩底面，砂岩裂隙有点淋水属正常现象，应该 按照原设计在60m位置安钻探水，而积水范围在预定透煤点以外还有100m，现在就开始探水工程量大，边探边掘，既影响正常生产，又无实际必要。根据当时定下的没有把握就探的原则提前施工探放 水钻孔，结果第1个钻孔钻进至10.6m即透老空，放出积水62000余吨。事后查明该迎头前面4m多有一

15、落差9m多的正断层，上盘7#煤已下降至迎头附近， 积水区与迎头垂距仅2m（图1），一次难以估量损失的重大透水事故就此避免了。三、老空水疏放探水“三线”的确定：探水“三线”是指:积水线、放水线、警戒线。 积水线:积水区外缘标高等高线，确定积水水面 标高后，可直接在采掘工程平面图上按等高线标定。 放水线:原矿井水文地质规程（试行）（已作废）第29条规定：掘进工作面在距积水实际边界20m处停止掘进，进行打钻放水。 积水线外推20m即为放水线。 警戒线:原矿井水文地质规程（试行）（已作废）第29条规定：积水线外推60m即为警戒线。掘进工作面进入警戒线后，必须超前探放水。 熟悉并掌握井田周边采煤历史，做

16、好询访调查工作， 要对探放水资料进行动态分析，根据已经掌握的情 况给出有事实根据和说服力的结论。 禁止使用钎子探放老空水。由于风钻和电钻钎子只能探34m，掘12m，没有安全的超前距和帮距，而且不能使用套管、水门等安全防水装置。 第三讲 煤矿防治水规定一些条款及案例 第八条 煤矿企业、矿井的井田范围内及周边区域水文地质条件不清楚的，应当采取有效措施，查明水害情况。在水害情况查明前，严禁进行采掘活动。 发现矿井有透水征兆时，应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业，撤出作业人员到安全地点，采取有效安全措施，分析查找透水原因。案例一： 2006年5月18日，山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿发生一起透

17、水事故，造成56人死亡。新井煤矿属张家场乡乡办集体煤矿，始建于1992年，该矿批准开采4#煤层，设计生产能力9万t/a。但于2005年10月，该矿主井却违规通过暗斜井延深至8#、11#、14-1#、14-2#煤层，进行越层采掘活动。事矿发生后，新井煤矿承包人及相关责任人不是积极组织抢险，而是蓄意逃避责任，瞒报事故被困人数，破坏调度出勤牌板，转移藏匿财务和销售台账，删除计算机数据资料，抽逃和转移账户资金，负责该矿安全、生产和技术的副矿长，该矿调度室主任、包工队队长等相关人员先后逃匿，后被公安机关全部抓获。 经过40天的紧张排水，共排出井下积水42.2万m3，56名遇难矿工遗体全部找到。 新井煤矿

18、没有严格执行探放水的有关规定，从事故发生前的5月12日，邻近的同煤燕西一号井采空区的东13巷和东14巷，就已经出现了明显的滴水和淋水等透水征兆。东13巷附近的异常水文地质情况引起了矿方的注意，从东6巷抽调钻机到东13巷与东14巷之间进行探水，但遗憾的是，5月17日钻机在施工中出现了故障，5月18日安排修理。但就在透水征兆明显、尚未完成探放水工作的情况下，矿方没有停产，也未撤人，继续违章组织生产，最终导致突水事故发生。 事故直接原因：新井煤矿在141煤层掘进巷道透水征兆十分明显情况下，未能严格按照防治水有关规程和条例，采取真正有效的防治水措施，仍违规在燕西1井靠近采空区附近组织生产，冒险作业，由

19、于受放炮震裂松动、水头压力浸泡以及采掘活动带来的矿山压力变化影响，破坏了燕西1井采空积水区的有限煤（岩）柱，最终导致了这起特别重大透水事故的发生。从案例一可以看出：该矿为越层开采，在接近邻近燕西一号井采空区未严格执行先探后掘措施，且在有透水征兆明显情况下还组织生产。大部分透水事故发生前均会显现出不同的透水征兆，如挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产产裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味、（煤层变湿、松软，煤帮出现滴水、淋水，矿压增大，底板膨起、产生裂隙）等。要求：井下发现透水征兆时，就必须要立即停止受水害威胁区域内的采掘作业，撤出作业人员到安全地点，分析原因，采

20、取有效措施，减少人员伤亡。第四十二条 矿井井口和工业场地内建筑物的标高，应当高于当地历年最高洪水位。 如果在山区，除符合本条第一款的规定外，还应当避开可能发生泥石流、滑坡的地段。 矿井井口及工业场地内建筑物的标高低于当地历年最高洪水位的，应当修筑堤坝、沟渠或者采取其他防排水措施。案例二: 2002年6月24日，河北张家口市蔚县北部山区突降大到暴雨，山洪暴发，由于涌发煤矿井口低于当地历年最高洪水位，使洪水倒灌井下，造成16人死亡。 第四十三条 当矿井井口附近或者塌陷区内外的地表水体可能溃入井下时，应当采取安全防范措施。 严禁开采煤层露头的防隔水煤（岩）柱。 在地表容易积水的地点，应当修筑沟渠，排

21、泄积水。修筑沟渠时，应当避开露头、裂隙和导水岩层。特别低洼地点不能修筑沟渠排水的，应当填平压实。如果低洼地带范围太大无法填平时，应当采取水泵或者建排洪站专门排水，防止低洼地带积水渗入井下。 当矿井受到河流、山洪威胁时，应当修筑堤坝和泄洪渠，防止洪水侵入。 对于排到地面的矿井水，应当妥善处理，避免再渗入井下。 对于漏水的沟渠（包括农田水利的灌溉沟渠）和河床，应当及时堵漏或者改道。地面裂缝和塌陷地点应当及时填塞。进行填塞工作时，应当采取相应的安全措施，防止人员陷入塌陷坑内。 在有滑坡危险的地段，可能威胁煤矿安全时，应当采取防止滑坡措施。黑龙江鸡西黑龙江鸡西鑫永丰煤矿发生水灾事故发生水灾事故这是矿井

22、区周边形成的面积约50米乘60米、深十余米的塌陷案例三：山东华源矿业公司“817”溃水事故这次洪水是发生在黄河的支流，大汶河的支流，叫做柴汶河，上游的降雨量超过了200毫米，柴汶河的流量达到了1800多个流量，相当于70年左右一遇的洪水标准。这条河是没有设防的河流，煤矿利用矿渣堆积了一个简易的堤坝，由于超标准洪水，使河岸发生了漫溃，洪水进入矿井。2007年8月17日，山东省华源矿业有限公司发生洪水淹井事矿，死亡172人，与其相邻的名公煤矿也被洪水淹没，致使9名矿工遇难。 由于连续两天的强降雨导至山洪暴发，流经华源矿区的柴汶河水位暴涨漫过河岸，漫溢的洪水冲蚀河岸，掏空基础，最终冲开约65米的决口

23、，冲入落差约5米的岸外低洼处，在洪水强烈冲刷作用下，形成三个集中溃水点溃入井下。溃入井下的水量约1260万立方米，砂石和粉煤灰约30万立方米，导致淹井。由于溃水流量大、速度快，水流湍急，增加了华源矿业有限公司井下撤人难度，当班井下作业人员756人，有584人安全升井，172人被困井下遇难。废弃的井筒未填实封死，成为洪水溃入井下的主要通通。案例四： 2007年7月22日，山西省吕梁市兴县魏家滩镇马圐圙(kulve)煤矿，因山洪暴发，造成河床下采空区发生塌陷，沉陷面积约800m2，洪水经采空区溃入矿井，导致11人死亡。2007年7月22日山西吕梁兴县马圐圙煤矿洪水事矿第四十四条 严禁将矸石、炉灰、

24、垃圾等杂物堆放在山洪、河流可能冲刷到的地段，以免冲到工业场地和建筑物附近或者淤塞河道、沟渠。案例五：2003年4月17日，山西省临汾市古县古阳镇江水坪煤矿发生1起洪水淹井事故，造成14人死亡。 事故直接原因：突降大雨，形成洪峰，加之经江水坪煤矿井口的矸石堆，由于洪水受阻，行洪不畅，抬高了洪峰水头，洪峰夹以矸石、泥沙、树枝顺河而下堵塞了煤矿的排水涵洞，洪水倒灌主斜井。防隔水煤柱留设第五十一条 相邻矿井的分界处，应当留防隔水煤（岩）柱。矿井以断层分界的，应当在断层两侧留有防隔水煤（岩）柱。案例六：2005年4月24日，吉林省吉林市蛟河市吉安煤矿+178m一层煤掘进工作面发生透水，水流经吉安煤矿与腾

25、达煤矿连通的溜煤眼泄入腾达煤矿，造成腾达煤矿30名矿工死亡。事故直接原因：吉安煤矿在掘进+178m一层煤巷道过程中，违法越界开采防隔水煤（岩）柱，放炮导通原蛟河煤矿五井二号采空区积水，水流泄入腾达煤矿，导致事故发生。注：相邻矿井的分界处煤柱留设不小于40米。第五十二条 受水害威胁的矿井，有下列情况之一的，应当留设防隔水煤（岩）柱：（一）煤层露头风化带；（二）在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带；（三）与富水性强的含水层间存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层；（四）有大量积水的老窑和采空区；（五）导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河；（六）分区隔离开采边界；（七）受保护的观测

26、孔、注浆孔和电缆孔等。第七十条 井下需要构筑水闸墙的，应当由具有相应资质的单位进行设计，按照设计进行施工，并按照规定进行竣工验收；否则，不得投入使用。 井下构筑的水闸墙，要承受一定的水头压力，技术要求较高，要由具有资质的单位进行设计。矿井不得自行设计构筑水闸墙。案例七：2005年7月7日，江西省萍乡市上栗县赤山镇永胜煤矿，自行在井下构筑防水密闭墙，未按有关规范进行设计和施工，在雨季大量充水后发生垮塌，使大量老空积水溃入矿井，导致15人死亡。第七十一条 报废巷道封闭时，在报废的暗井和倾斜巷道下口的密闭水闸墙应当留泄水孔，每月定期进行观测，雨季加密观测。案例八：2007年8月7日，贵州省黔西县羊场

27、乡垅华煤矿发生一起重大水害事矿，溃水量7000立方米，造成12人死亡，2人受伤。矿井正在进行改扩建，由6万吨/年变为30万吨/年。垅华煤矿地质及开采资料不全，也未配备水文地质专业技术人员。设置的密闭水闸墙没有留泄水孔。由于矿区连续降大到暴雨，大量雨水不断通过地表裂隙渗透、充满矿井边界西侧的老窑采空区，致使行人斜井210米处西帮老窑密闭墙内的老窑积水溃决，冲毁井壁灌入井下，导致正在修水泵、检查瓦斯的14名人员被困（包括矿长和副矿长）。第九十二条 采掘工作面遇有下列情况之一的，应当进行探放水： （一）接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿；（二）接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱；

28、（三）打开防隔水煤（岩）柱进行放水前；（四）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带；（五）接近有出水可能的钻孔；（六）接近水文地质条件复杂的区域；（七）采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤（岩）柱厚度不清楚可能发生突水；（八）接近有积水的灌浆区；（九）接近其他可能突水的地区。探水前，应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。第九十三条 采掘工作面探水前，应当编制探放水设计，确定探水警戒线，并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。探放水钻孔的布置和超前距离，应当根据水头高低、煤（岩）层厚度和硬度等确定。探放水设计由地测机构提出，经矿井总工程师组织审定同意，按设计进行探放水。第九十四条 布置探放水钻孔应当遵循下列规定：（一）探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3 m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5 m；（二）探放断裂构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个；（三）煤层内，原则上禁止探放水压高于1 MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如确实需要的，可以先建筑防水闸墙，