煤矿老空水防治唐恩贤

煤矿老空水防治陕西陕煤化集团黄陵矿业公司唐恩贤目录一、我国煤矿老空水水害形势二、老空水及水害的基本特征三、老空水防治的技术途径与方法四、黄陵矿业老空水防治案例2一、我国煤矿老空水水害形势3事故特点：1、较大以上事故比例较大：危害大，影响大。2、老空水为主要水害水源，比例达占70～80%。对老空水探查、治理技术手段不能满足安全生产要求。43、乡镇煤矿水害事故所占的比例较大。反映了煤矿安全管理水平和水害事故之间的关系。54、掘进工作面为主要的透水地点反映超前探技术和隐伏构造探查技术落后；越层越界开采严重。6针对目前煤矿水害的特点，根据我国煤层赋存和开采的实际情况，在一段时间里，老空水仍是威胁煤矿安全生产的主要水害类型，其防治任重而道远。7二、老空水及水害的基本特征老空水，也称老空区积水，一般指由于采矿活动形成的地下空间长期没有排水或排水不足造成的积水。8由于煤层开采的时间、方法不同，形成的老空区形状、范围、积水量也不同。一般而言，从古至今，采空区规模越来越大。老空积水包括历史上开采或其它矿井开采形成的采空区，其范围、位置、水压、水质不清，积水区域不明确，积水量难以预测，也包括本矿自己采矿形成的采空区，其范围、位置、水压、水质等基本清楚，积水区域相对明确，积水量可确定。

910特点1：老空区积水来源复杂老窑区充水水源有以下几种形式老窑区充水水源形式种类1种类2种类3补给通道1地表水体大气降水河流湖泊地裂缝2采空区周围地下含水层储导水断裂带地裂缝3临近的其它老窑水体新采空区老采空区地裂缝4共同补给源地表水采空区周围的含水层等地裂缝特点2:地表地形条件复杂11省煤田面积（km2）地点煤系地层赋存环境（地形）河北省7000开滦、峰峰、邢台、邯郸、蔚县、井陉、兴隆、柳江等市县以石炭二叠系太原组、山西组为主，个别为侏罗系下花园组井陉、兴隆为中低山煤田，其它都是山前（燕山、太行山)冲积、洪积斜坡，冲洪积覆盖的隐伏煤田，第四系厚度0~800m山西省57000大同、阳泉、太原西山、汾西、潞安、轩岗、晋城、霍县、平朔、宁武、离石、柳林等县市主要为石炭二叠系太原组、山西组，仅大同矿区有侏罗系大同组大部分属中低山区，第四系覆盖不厚，一般0~5m，有的可达250~300m陕西省45000铜川、蒲城、自水、澄城、合阳、韩城、黄陵、神府、彬长、子长等县东部的蒲城、白水，澄城、合阳、神府、彬长主要为侏罗系，其它为石炭二叠系大部分为黄土覆盖，覆盖厚度0~250m，仅韩城为低山区、局部平原特点3:探查干扰因素多12噪声干扰因素干扰结果地质噪声地表附近的局部不均匀体产生静位移畸变地势起伏不平产生地形影响测区构造异常复杂,很难找到与此构造相适应的资料处理分析和解释方法用近似方法与简化模型代替而必然导致的误差人文噪声电力传输系统，如高压线路噪声信号能量可以是正常信号的数倍甚至几个数量级,直接影响测量结果工业用电、有线广播只集中在少数几个频率或某个有限频带电器设备与电信工程中的电磁信号及辐射现象大地游散电流直接干扰直流电法、瞬变电磁法探测结果车辆运行、风临时、随机干扰等天然噪声天然电磁场,如大气放电、磁暴随机干扰等老空水的特征：以水体形式存在，其赋存空间为人为因素造成，水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体，径流不畅，水交替活动弱，水质受煤层化学成分影响较大，多为酸性水，有较强的腐蚀性，含有大量硫化氢气体。由于开采历史久远，无序开采，滥采滥掘，资料不清，探查技术手段相对落后，目前对采空积水区的范围、积水量等还难以查明。13煤矿老空水害特点：水量以静储量为主，持续时间短，来势凶猛，瞬时破坏力强，常伴有硫化氢等有害气体涌出。

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危害性大、隐蔽性强

成因特点灾害事故严重性多害性煤矿开采遗留的采空区、煤炭资源整合及煤矿兼并重组遗留的采空区诱发透水、有害气体中毒、火灾、瓦斯爆炸及诱发其它工程地质灾害老窑采空区15中国煤矿突水伤亡统计中国近几十年煤矿突水伤亡之最（不完全统计，2010年）排序日期煤矿名称死亡人数出水原因备注12005.8．7广东省兴宁市大兴煤矿123老窑透水占66%21985.四川广安李家沟矿61岩溶突水岩溶水31990.四川乐山东风矿57老空透水42006.5.18山西省大同市新井煤矿56老空透水51991.四川自贡富顺中坝矿42老空透水62005.12.2

河南新安县寺沟煤矿42老空透水72001.5.16四川宜宾青龙嘴矿39老空透水82010.3.28山西华晋焦煤王家岭煤矿38老空透水92008.7.21广西百色市右江那读煤矿36老空透水102004.12.12贵州省思南县天池煤矿36岩溶突水岩溶水112003.7.26山东省枣庄市木石煤矿35顶板突水地表水122010.3.1神华集团骆驼山煤矿32陷落柱突水岩溶水162005年8月7日震惊中外的广东梅州大兴煤矿发生特大水害事故，该矿开采急倾斜煤层造成顶板抽冒，上部采空区积水涌入矿井，121人死亡。2010年3月28日，山西华晋焦煤王家岭矿20101工作面发生特大老空突水事故，152名矿工被困，38名工人遇难。17采空区数量多、范围大据2013“国家煤矿安监局科技装备司”

普查报告，仅2005年以来，累计取缔非法生产煤矿、非法采煤窝点5.4万处次，关闭各类小煤矿1.6万余处。随着兼并重组力度的加大，遗留了大量未有效处置的采空区。18三、老空水防治的技术途径与方法

《煤矿安全规程》从制度、人员、装备以及防治水规划、矿井水文地质类型划分、水文地质条件勘探等方面做了具体的规定，明确提出了探放老空水的技术要求和技术方法。

《煤矿防治水规定》则在如何执行规程要求方面提出了详细的规定。规程和规定是煤矿防治水工作的最基本要求，是指导防治水工作的“红头文件”。（有法律效应，不可违反）19对老空水而言，防与治的原则依然是：预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采。防治老空水的途径：探查治理监测20老空水的探查1、地质调查2、物探（地面、井下）3、钻探强调上述探查方法的综合性。老空水的监测多指对本矿或已知采空区积水水位、水量、水质以及径流的监测。21探测积水老空区的物探方法22方法基本原理主要适用条件常规直流电法传导类直流电法1、接地条件良好2、地形平坦高密度电阻率法超高密度激发极化法直流超前探测音频电穿透法瞬变电磁法感应类时间域、频率域电磁法1、无较强的电磁干扰源2、不需接地3、地形不能太陡CSAMT地质雷达高频电磁测深法EH-4无线电波透视法地震类震波类1、面积状采空区效果好2、岩石界面平整瞬态瑞利波放射性利用岩石放射性异常采空区有氡射气传播时微重力利用重力异常深度浅、范围小的采空区H<100m老空水的治理1、疏放（定向钻，疏干孔）2、留设安全煤岩柱3、防水设施（防水闸墙，排水系统等）23小煤窑或矿井采掘的废巷老窑积水，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常常造成人身伤亡事故，必须在采掘前预先探放。一般

探放水工程设计内容包括：（1）查明老窑积水范围、积水量，确切的水头高度（水压），老窑与上、下采空区、相邻积水区、地表河建筑物及断层构造的关系，以及积水区与其他充水含水层的水力联系程度等。（2）探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。（3）探放水钻孔组数、个数、方向、角度、深度和施工技术要求及采用的超前距与帮距。24探放老空水的技术途径与原则：1．查明老空区积水情况。2．探放老空积水。3、探放水施工与掘进工作的安全措施制定4、防排水设施，如水闸门、水闸墙等的设计以及水仓、水泵、管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等。5、制定应急预案。6、探放标注在采掘工程平面图上。25探放老窑水的原则：（1）积极探放（2）先隔离后探放（3）先降压后探放（4）先堵后探放26积水区探水线积水线＞30m＞50m警戒线《煤矿防治水手册》27四、黄陵矿业公司老空水防治案例28举例1：黄陵一号矿老窑透水事故1999年3月24日，仓村小煤矿老空区透水291999年3月24日，黄陵一号煤矿老窑透水，速度很快，来不及防范！——数小时后淹没三条大巷平硐！井下突水情况30出水点平面图31出水点平面图32突水位置：于1999年3月24日，在一号煤矿三个主平硐西侧入口附近发生老窑透水事故，峰值水量约800m3/h。危害：直接造成一号煤矿三个出入口主平硐淹没，被迫全矿停产，威胁着整个一号矿井的安全。33出水点附近的地表情况34探查难点1、没有周边小煤窑采空区的地质资料；2、一号矿口位于沮水河北岸，其主巷道位于2号煤层顶板附近；该沮水河两岸小煤窑遍布无数，且相互连通。半年前其上游小煤窑连续被河水淹没，小煤窑采空区中肯定大量积水，但水量未知；3、出水点附近地形属于半原始森林，树木丛生，黄土沟壑高差约百米，勘探非常困难。4、194勘探队曾经做过初步勘探，但拿不出物探结果。35采用综合物探方案，先探后堵中煤科工集团西安研究院在没有已知地质资料的情况下，根据现有条件，研究采用以高分辨电测深法为主、自动地电阻率法、瑞利波法、浅层地震法、明渠流量仪等为辅的综合物探手段，对黄陵一号井突水点附近100m宽的保安煤柱内进行综合物探。36瑞利波、电法剖面物探成果图37井下直流电法探测断面图（西大巷侧帮透水点附近）地面高分辨直流电法解释断面图（第2测线）38第一通道（宽度）第二通道（宽度）第三通道（宽度）物探结果钻探结果物探结果钻探结果物探结果钻探结果30m28.5m10.5m10.5m25m23.5m主要透水通道，物探结果与钻探验证对比为成功堵水提供了可靠的依据。3940

举例2：治理老空水害的成功案例

2012年，一号矿四号风井老窑积水治理41四号风井老窑积水治理2012年，在四号风井建设过程中，在四号风井排矸进场公路西侧发现一个已关闭多年的老窑。可能存有大量积水和伴生有毒有害气体，一旦非预期揭露，就可能造成人员伤亡或淹井事故，必须采取有效手段对其进行探查和防治。42难点：1、是重大矿井隐蔽致灾因素：老窑采空区位于一号煤矿北一大巷开拓前方及四号风井底附近，严重影响四号风井建设。2、老窑采掘资料未知，年久积水，老窑采空区积水范围未知，防治难度大。所以需要考虑多种勘察手段的综合勘探方式。43老窑与矿井对应位置示意图

小煤窑初步调查结果

44综合水害探测技术路线的确定由于各种探查手段均存在局限性和优缺点，采用单一技术手段难以探查清楚老窑采空区范围，决定采用综合探测技术，以达到成功避开老窑采空区，顺利防治老窑积水的目的。一是按照《煤矿防治水规定》要求，实施地面启封老窑井筒探查，二是采用地面高密度三维地震勘探技术对老窑采空区积水范围进行探查；三是井下采用超前直流电法物探手段对其进行进一步精确探查；四是按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方针，在井下实施定向钻探进行钻探验证。45老窑井筒启封探查，查明积水水位在制定了严密的安保措施后，由矿区救护队对老窑井筒进行启封探查，发现老窑外侧1#井筒（靠近沟口，井口标高稍低）积水水面距井口斜长46米，推算水面标高1110.5米。平均积水标高1109.4米。该区煤层底板标高890米，推断积水水头高度219.4米，水压大于2Mp。46高密度三维地震勘探该老窑采空区埋深为250m左右，因此，选择地面高密度三维地震勘探技术对其采空区范围进行勘探。三维高密度地震勘探区位于一号煤矿的中东部，勘探区由四个拐点组成，面积约为2.1km2，采用5×5CDP网格观测网，测点布置10m×80m间距，观测采用0.5毫秒/次，通过提高时间、空间的采集密度，提高探查精度，确保结果精确、可靠。三维区地形鸟瞰图探测断面图47地面瞬变电磁法探测结果48勘探结果圈定了一个采空区域，面积约为0.15平方公里。确定了沿北一大巷东侧的小煤窑采空区西侧边界。老窑采空区及异常区位置示意图

小煤窑采空区综合物探成果平面图

49水质分析对四号风井附近的沟流水、井水、老窑涌水和一号煤矿北一大巷渗水分别进行了水质化验，通过化验结果对比分析，基本确定老窑井筒积水水源主要为第四纪黄土层河谷砂砾含水层，其次为直罗组砂岩含水层。50井下物探及钻探验证采用井下超前直流电法物探及钻探验证来进一步探查验证老窑采空区范围，按照“先探后掘”的原则，保障掘进安全。首先，为了降低水头高度，消除水压威胁，实施老窑井筒抽排水工程：由于老窑上部处于低山林区，地面打钻排水条件不