煤矿水害现状及防治对策

煤矿水害现状及防治对策第1页，课件共83页，创作于2023年2月

一、我国煤矿水害事故情况二、我国煤矿水害现状三、煤矿水害防治水技术研究现状四、水害防治对策

第2页，课件共83页，创作于2023年2月我国是世界上煤炭资源及原煤产量最大的国家之一，煤炭资源丰富，2000m深度以上约5.57万亿吨；1000m深度以上2.8万亿吨。也是煤矿灾害最为严重的国家，作为煤矿五大灾害之一的煤矿水害事故频频发生。据不完全统计，在过去的20年里，有220多个矿井被水淹没，死亡8000多人，经济损失高达300多亿元人民币。下表反映1996年~2004年煤矿水害事故情况。一、我国煤矿水害事故情况第3页，课件共83页，创作于2023年2月年份969798990001020304事故总数150120124123104109162137119死亡人数488450507468351432516551393重大事故1310106599145死亡人数19314615914865168130231107第4页，课件共83页，创作于2023年2月

2005年发生水害事故104起，死亡593人，同比增加18起，多死亡93人，分别上升20.9%和18.6%。水害事故死亡人数占全国煤矿总死亡人数的9.9%。由此可以看出，近年来我国煤矿水害事故发生的频率、人员伤亡、经济损失都呈现出明显的上升趋势，特别是进入05年7月以来，又先后发生了江西上栗县永胜煤矿“7.7”

水害事故、广东省梅州兴宁市罗岗镇福胜煤矿“7.14”特大水害事故和广东省梅州兴宁市黄槐镇大兴煤矿“8.7”特别重大突水事故。造成了严重的人员伤亡和经济损失。通过对以上突水事故的初步分析，发现我国煤矿水害事故具有以下特点：第5页，课件共83页，创作于2023年2月①水害死亡率上升。尽管煤矿死亡事故总体上在逐年下降，但煤矿水灾死亡事故却在逐年上升，单次水害死亡率也有上升的趋势。②老空透水事故多发。2004年43起重特大水害事故中，有40起属老空透水事故，占重特大水害事故的93.0％。2005年1－6月份23起重特大水害事故中，有21起属老空透水事故，占重特大水害事故的91.3％。③乡镇小煤矿水害事故多发。2004年发生重特大水害事故43起、死亡286人，其中乡镇小煤矿发生37起、死亡231人，占重特大水害事故的86.1％和80.8％。2005年1－6月份发生重特大水害23起、死亡162人，其中乡镇小煤矿发生19起、死亡138人，占重特大水害事故的82.6％和85.2％。

第6页，课件共83页，创作于2023年2月④雨季水害多发。我国南方部分矿区地面塌陷比较严重，在雨季井下涌水量与降雨量相关性非常强，强雨之后的几个小时井下水量就显著增大。据调查统计，自2000年以来，湖南、江西、贵州、云南、四川、重庆等地区重特大水害事故有70％发生在雨季。⑤国有大矿淹井损失较大。国有大矿井巷工程和机电设备较多，一旦发生突水淹井，大部分设备将全部报废，矿井排水恢复后，井巷维修任务也非常重，造成的经济损失也比较大。如2004年9月21日，河北省邯郸市峰峰矿区永顺煤矿违法越层越界开采9号煤，在掘进过程中发生底板奥灰突水，井下水量通过采空区溃入峰峰集团牛儿庄矿，造成全井被淹。这次事故虽然没有人员伤亡，但造成了直接经济损失达2.37亿元。间接经济损失达1.45亿元。第7页，课件共83页，创作于2023年2月煤矿开采多为地下作业，在井巷开拓和煤层的回采过程中，不可避免地要接近、揭露或破坏某些含水层，从而形成水害。我国煤矿水害主要有以下几个方面：2.1地表水体及大气降水造成的水害地表水体通过矿区含水层露头、塌陷区、古井溃入矿井造成的水害事故，特别是暴雨、洪水溃入矿井造成的淹井灾害及泥石流、滑坡造成的淹埋矿井及工业广场的灾害，其面广量大。我国受地表水威胁的有江西、湖南、贵州、二、我国煤矿水害现状第8页，课件共83页，创作于2023年2月河南、河北、山东、山西、陕西、甘肃、辽宁、黑龙江、吉林等省。其共同特点是：煤层埋藏较浅，第四系覆盖层较薄，矿区含水层浅部岩溶发育，容易接受地表水的补给，或矿区地表径流、汇水面积大。近几年，因洪水发生地表水溃入矿井及泥石流、滑坡造成的水害事故有增无减，损失巨大大。如1994年雨季，全国17个省份63个矿务局168对矿井遭受暴雨袭击，冲走煤炭300余万吨，影响产量700余万吨，死亡245人，直接经济损失20.4亿元。第9页，课件共83页，创作于2023年2月

1995年由于降雨极不均衡部分地区遭受百年不遇的洪涝灾害，有18个省区57个矿务局145对矿井遭受水灾，矿井被淹，冲毁淹没巷道37.52万m，居民住房36.50万m2，设备7300台件，冲走煤炭883万吨，影响产量339.3万吨，经济损失达15.33亿元。乡镇煤矿雨季受灾更加严重，如山东临沂地区龙山镇煤矿，1993年一次淹井死亡59人，山东枣庄市黄贝矿1993年11月29日发生特大突水事故，造成矿井淹没，29人遇难。此类水害往往来得突然迅猛，井下作业人员无法撤出，造成重大损失和人身伤亡。因此此类水害的防治，必须防水重于排水，防重

第10页，课件共83页，创作于2023年2月于治。加强对河流、水库、塌陷积水区等地表水因素的分析、观测、减少和防止水体向矿井渗漏和溃入。具体措施是：截断补给水源、疏堵漏水段、辅砌和改造河流、填排塌陷区积水。2.2冲积层水害冲积层中富水性强的含水层，如流砂、砂石层水在煤矿开采过程中溃入矿井而造成的灾害。受此类水害威胁比较严重的有淮南、淮北、徐州、大屯、鹤岗、辽源等局。该类水害威胁的煤炭储量约50亿吨。造成此类水害事故的主要原因：一是受强含水冲积层威胁的煤层开采过程中，防水煤柱留设不足，冒落带直接进入松散强含水层造成溃水甚至溃泥砂

第11页，课件共83页，创作于2023年2月事故，或导水裂隙带进入冲积层造成溃水事故，其中有些急倾斜煤层开采过程中，更易发生溃水事故；二是在断层破碎带、裂隙发育段冒落高度特大，造成溃泥砂、溃水事故。如徐州义安矿704工作面在推进290m时，上方开了“天窗”，发生了冲积层底部砾石层水溃入井下突水事故，最大突水量453.6m3/h，水夹砾石、矸石、煤块等杂物共1600m3涌入井下。2.3老窑水造成的水害老窑水可分为两种类型：古窑老区积水和采空区积水。限于当前开采技术，古窑老区水一般都在煤层浅部，开采情况难以掌握。

第12页，课件共83页，创作于2023年2月积水中含有有害气体，一旦透水，易造成工作面停产和人身伤亡事故。如震惊国内外的2005年“8.7”大兴矿难就是水淹区下采煤发生的。大兴煤矿埋深约700m，地层倾角在45°-70°之间。－160-＋260m标高的范围为水淹的采空区，蓄水量为1500～2000万立方米；矿井的生产区为－230m～－440m。防水煤柱高度为70～110m。2005年8月7日发生淹井后，人员伤亡达126人，造成事故的原因:1.急倾斜煤层不适宜留设防水煤柱，

2.可能是井下偷采了防水煤柱。

3.可能是早期煤柱本身就不完整。虽然出水后采用多种物探手段，但效果不理想，未能查明煤柱厚度。第13页，课件共83页，创作于2023年2月2.4岩溶含水层突水水害矿区地层中因煤层开采影响到顶底板及厚层灰岩含水层造成的水害。这一类水害是我国分布面积最广，危害最严重的水害，主要存在于华北型和南方晚二叠世的煤矿中。在我国960万Km2的面积中，就有200多万Km2出露灰岩，华北型和南方型煤田大都分布在这些岩溶地区，因而60%的煤矿受岩溶水威胁。如北方有开滦、峰峰、邯郸、邢台、井陉、焦作、鹤壁、郑州、淮北、徐州、肥城、淄博、临沂、南票、通化、韩城、澄合等局；南方有南桐、丰城、萍乡、乐平、涟邵、华蓥山等局。随着矿井的延深和开采范围的不断扩大，受岩溶水威胁的各大水矿区

第14页，课件共83页，创作于2023年2月频繁地发生突水灾害，水害与生产的矛盾日益尖锐。特别是1984年6月，开滦矿务局范各庄矿2171工作面发生的岩溶陷落柱突水，最大水量达12.32×104m3/h，居世界第一，使范各庄、吕家坨两个现代化矿井相继被淹，林西矿停产，11人丧生，煤矿产量减少850万吨，直接经济损失5亿元。2.5小煤窑造成的水害近年来，乡镇煤矿发展很快，乡镇煤矿开采增加了煤炭产量。但由于多数乡镇煤矿开采的是浅部煤层，与地表水和老窑积水关系密切，另有一些乡镇煤矿开采的是水文地质条件复杂、受水威胁相对严重的边角难采地段第15页，课件共83页，创作于2023年2月加之管理工作薄弱，滥采乱掘现象严重，破坏了有关防水煤柱。据近年来统计，未经批准滥采乱掘各类煤柱的2863处；直接影响大矿生产的1359处；小窑与国有重点煤矿掘通的4552处，造成严重透水事故605次，造成了严重的经济损失和人员伤亡。此外，与国有煤矿无关的6万多个小煤窑，每年突水伤亡人数也达500人以上，经济损失更加严重。2.6废弃矿井地下水的威胁由于资源或经济原因，今后将有相当多的矿井报废、关闭或停产。这些关闭的矿井正常排水条件的改变，使得原有矿区地下水运动发生变化，威胁相邻矿井的安全采煤。

第16页，课件共83页，创作于2023年2月我国东北、西北、华北的近百对矿井都将这个问题提到了重要的议事日程。总之，由于我国煤田水文地质条件复杂，煤炭开发遭受水害威胁十分严重具有水害发生面广、频率高、种类多、损失大等特点，形势日益严重必须引起各级领导的高度重视。三、煤矿水害防治技术研究现状通过长期工作经验的积累和认识的深化，人们逐渐探索出了一些不同条件下不同水害类型的探测、预防和治理的行之有效的方法；在这些实践和认识的基础上，随着相关科学的发展和新方法、新手段的应用，矿山防治

第17页，课件共83页，创作于2023年2月水技术水平也得到了不断提高,从简单的单纯排水发展到复杂的预先人工降低地下水位的疏干；从简单的堵漏发展到现代的注浆和构筑防渗墙技术,已使许多过去因水害而不能开发的矿床得以安全开采。煤矿防治水技术工作早在上世纪50年代就已引起人们的重视，但由于受历史条件的限制，整体水平一直处于初期的探索阶段。后来虽经60－70年代的发展，仍然满足不了生产的需要，遏制不住水害肆虐的势头。80年代初、中期以来，由于较大水害事故频繁发生，严酷的现实使人们清醒认识到，加强防治水的研究力度并尽快拿出行之有效的技术方法已是迫在眉睫的任务。在这种共识下，

第18页，课件共83页，创作于2023年2月随着人力、物力、财力的投入，许多新思想、新理论、新技术方法应运而生，这一时期人们实践和认识的增强大大提高了我国防治水的整体技术水平，取得了显著的经济、社会和环境效益。但由于水患问题的隐伏性、随机性及复杂性，决定了它的“老大难”性质，也决定了人们对于水患特征、类型及其规律的认识，必然只能是不断积累、不断深化的过程，而距彻底征服水害，仍然有相当长的路程。矿井防治水技术泛指对底、顶板水在内的一切可能或已经造成水害的水体水的赋存介质、补、径、排规律的探查、预测预报及治理技术，以及在高水头压力上采煤技术及第19页，课件共83页，创作于2023年2月对矿井排（涌）水的处理和应用技术。为了叙述方便，对我国目前煤矿防治水技术根据其阶段性和目的、任务，大致划分为：水文地质条件探查技术；底、顶板突、溃水预报技术；水患治理技术；地下水供排结合及水处理技术；以及由于矿井水害及排水引起的多种环境负效应，例如地面沉降、土地沙化、水环境污染的预测及治理技术等。3.1水文地质条件探查技术水文地质条件探查是包括矿床水文地质在内的一切水文地质工作的重要基础。常规的水文地质条件探查工作是在相应的普查、初步勘探、详细勘探阶段或普查、详查及精查第20页，课件共83页，创作于2023年2月

阶段进行的。自80年代中期以来，随着生产发展的需要，煤矿矿床水文地质条件探查工作较以往不同是出现了两个较大的转变：一是研究对象从大到小，即从区域、矿区到采区、工作面的转变；另一是研究工作从地面到井下的转变。与这些转变随之而来的是探查内容的变化和相应的技术方法的变化。这些转变和变化的重要性在于：一是探查工作从“宏观”到“微观”，即从面→区段→点上的变化使人们能更精确、更深的水平和层次去研究认识问题；二是从井上到井下的转变使得探查工作更具专门目的和实用性，可以直接服务于煤矿井下生产，从某种意义上来说第21页，课件共83页，创作于2023年2月

这是一次“质”的飞跃。到目前为止，煤矿防治水工作者在水文地质条件探测方面已积累了一定的经验，形成了一些成熟的探查技术方法。这些方法可分别或配套使用于不同类型水文地质体的探查工作中。3.2底板突水预测预报技术底板突水预测预报一直是煤矿防治水工作的重点之一。我国60年代就开始研究底板突水问题。30多年来，研究工作基本集中于两个方面：一是对底板突水机理的试验与理论研究；二是研制和开发用于底板突水的预测预报技术，包括用于信息获取，信息处理及信息解译的仪器、设备及计算机软硬件技术。第22页，课件共83页，创作于2023年2月根据目前国内外学者的研究，一般都认为含水层的水压和保护层强度是确定是否突水的主要原因，因此研究重点放在矿压、水压的变化及在它们联合作用下断层、裂隙等的力学性质及变形方面，即采动应力场和渗流场耦合分析。“岩水应力关系说”、“递进导升说”就是这些研究中形成的两种典型理论。“岩水应力关系说”认为底板突水是采动矿压和底板随水压共同作用的结果，当底板隔水岩体的最小主应力小于承压水水压时，便产生压裂扩容，发生突水；“递进导水说”是指煤层底板下伏含水层底板破坏深度，而该处又处于张应力应变状态时，便发生突水。第23页，课件共83页，创作于2023年2月这些方法在进行数据处理和数值模拟时，应用了岩体－液体两相介质的二、三维耦合模型及其它岩体水力学理论，扩展和充实了各自的理论体系。该两种方法已形成了各自的突水预测预报系统，并已应用于实际生产，取得了良好的效果。“突水系数法”是上世纪60年代就提出的一种突水预测方法。70、80年代考虑到矿压、岩性组合及导升高度等因素的影响，对突水系数进行了两次修改；1984年5月出版的《矿井水文地质规程》附录五明确了“安全隔水厚度”和“突水系数”计算公式。90年代初期又提出了“安全系数”的概念，形成了“双系数”法，使这种预测方法仍具有较强的生命力。第24页，课件共83页，创作于2023年2月此外，由于信息论、系统论、数量化理论等的引入，一些新的突水预测预报方法已经或正在形成并投入使用，例如突水灾害信息分析法、数量化、预测化、仿真技术及神经网络预测法等。用于突水灾害预测预报的专家系统业已开发成功并投入使用，显示出了其广阔的应用前景。3.3顶板溃水溃沙预测预报技术顶板溃水溃沙是与底板突水不同的另一类水害类型。它主要是指沿一些强导水通道，或因采矿扰动而使地表、第四纪水、沙或充填于岩溶洞穴等中的水、沙同时溃入矿坑而造成灾害事故。目前对这一问题的研究主要第25页，课件共83页，创作于2023年2月集中于对第四纪底部含水介质性质、采煤过程中顶板三带发展及分布规律、岩溶塌陷条件及机理、水沙多相流流动形式及产生条件等方面。对顶板三带及分布规律的研究已取得了由经验公式、解析计算向弹塑性力学、应力应变、大变形理论及水岩相互作用于一体的定量化动态模拟转化的飞跃。对于岩溶塌陷条件及机理的研究提出了“潜蚀理论”、“真空吸蚀理论”及“潜蚀真空吸蚀耦合”理论。随着理论研究的深入，一些配套的治理措施，如“抽放法”、“封堵法”、“固结法”等技术正在因地制宜地使用或配套使用。3.4“疏水降压”和“注浆堵水”技术第26页，课件共83页，创作于2023年2月“疏水降压”和“注浆堵水”是煤矿水害防治的两大工程措施。水害治理技术方法的选择依赖于对水文地质条件的认识，也可应用突水预测预报给出的信息。

带水压安全开采技术简称带压开采技术。它是指当煤层底板隔水层承受较高水压时，在不进行或很少进行降低水压的情况下确定能否安全采煤的技术。如果不能开采，则有相应措施与之配合，使其变为安全。从一定意义上来说，带压开采技术的实质或主要内涵是对能否在水压力下安全采煤（即是否可发生突水）进行评价，因此该系列技术也是一类底板突水预测预报技术。第27页，课件共83页，创作于2023年2月对于一些灾害性突水事故，为了抢险救灾，大多采用注浆堵水的方法。突水水源与径流通道的探测以及突水类型的确定，是注浆堵水具体方式、方法选择及工程设计、实施的重要基础与依据。在“水文地质条件探测技术”中介绍的方法多数已应用于这方面的探测中。此外，在突水水源识别与判别中，多元（变量）统计分析方法、模糊聚类分析方法、灰色系统理论等已经投入使用，并取得良好的效果。在对突水水源及通道探测中，钻孔雷达业已开始应用，其可实施单孔或两孔孔间测量，确定断层、裂隙、溶洞的大小、形态、空间展布以及探测地下水害水第28页，课件共83页，创作于2023年2月区（带）等，即可获得直接应用于工程设计和实践的信息。①控制疏干技术该技术是指控制矿坑内水位降落漏斗现状,在保证井巷开拓及采矿工程安全进行的前提下,尽量少排、晚排地下水,达到预防突水淹井、减少排水费用、保护地下水资源及控制地面塌陷等目的,它主要是通过降压疏干、注浆堵水及物理探测等手段来实现,是传统疏干技术的发展。长沙矿山研究院采用该技术已解决了多个大水矿山的防治水难题。如广西南丹高峰锡矿,矿体赋存于强含水的生物礁灰岩中,在斜井下掘过程中,多次发生突水淹井,致使第29页，课件共83页，创作于2023年2月工程停工,经采取工作面双频激电仪、红外测温仪探测工作面前方含水构造,再进行分阶段放水降压辅以工作面预注浆堵水,使斜井顺利下掘到位。②抛碴注浆治理淹井技术该技术是指先向被淹井巷(竖井、斜井、平巷)内投放石块,再进行注浆封底,达到隔离突水水源,恢复被淹井巷的目的。对于平巷突水淹井,可在上部中段或地表钻孔(或爆破)透通突水巷道,然后采取孔底清泥、孔内投碴、速凝间歇注浆及注浆加固等手段封堵突水源,如王家山煤矿、711矿均采用该法成功封堵了动透水；

第30页，课件共83页，创作于2023年2月对于斜巷突水淹井,可采取风筒抛碴、单管自溜灌浆、间歇注浆等办法隔绝水源,如高峰锡矿通风斜井突水淹井,即用该法得以恢复。③深井高压涌水注浆技术深井高压涌水治理因其技术难度大、风险高,一直是矿山防治水领域非常重视的一个课题,长沙矿山研究院在处理国内最深的冬瓜山矿主井工作面高压(8ＭＰａ)涌水时,自主开发了多项新工艺,成功使被淹井筒恢复并下掘至1000余米,主要新工艺有:a.泄压诱导注浆法。b.高压防喷装置。c.地面投料注浆系统。d.高压涌水孔套管止水工艺。e.高压止浆塞。f.超细水泥注浆。第31页，课件共83页，创作于2023年2月④帷幕注浆截流技术矿区帷幕注浆是由我国防治水工作者20世纪60年代以后提出并推广实施,目前已有二十多个工程实例,解决或缓解了许多大水矿山的难题,但也暴露出了工程投资高、堵水率有限、布孔针对性不强、截流能力衰减、注浆效果检测手段落后及注浆施工自动化程度低等弱点,限制了该项技术的全面推广。⑤井下顶板帷幕注浆技术该技术是地面帷幕注浆技术的发展,具有节约排水费用、保护地下水资源、保护地质环境及不浪费矿产资源等显著优点,其适用条件是:矿体相对集中、紧接强含水层,如疏干排水,易引发严重的环境地质问题,甚至使资源失去开采价值。第32页，课件共83页，创作于2023年2月水害的防治是一项系统工程，既要有强有力的领导、完善的制度；又要有先进的技术及严格的措施保证。同时还要求全员重视，协同防范。

4.1加强领导完善制度应强化“三个体系”，严格“六项制度”。“三个体系”一是健全以主要负责人为首的领导体系。成立以主要负责人为组长的防治水工作管理领导小组保证防治水资金到位及防治水

四、水害防治对策第33页，课件共83页，创作于2023年2月工程的落实，地测科具体负责日常水文地质工作，制定了相应的管理制度及岗位责任制。二、健全以总工程师为首的技术管理体系。配备分管防治水工作的副总工程师及防治水工程技术人员，组织不同形式的技术培训，加强防治水基础业务的培训和知识更新，努力提高防治水专业人员的业务素质。三、健全防治水保障体系。提高全员对防治水重要性的认识，当井下发生出水及存在透水征兆时，及时反映到有关部门。防治水专业人员应迅速查明出水水源，分析出水通道，采取相应的措施。第34页，课件共83页，创作于2023年2月“六项制度”一是公司及各矿均应比照《煤矿安全规程》、《矿井水文地质规程》、《煤矿防治水工作条列》，建立防治水工作实施细则，严格按照细则开展防治水工作，做到责任到人，任务明确。二、进行隐患排查制度。每月底对所有采掘头面的水情水害进行全面排查、科学分析，编制水患排查报表，由集团公司召开隐患排查会，组织有关人员分析论证后，对确实存在水患的头面编制隐患排查通知书，并及时下达到生产单位。月底根据生产现场实际情况进行客观总结，把矿井受水患威胁的苗头消灭在萌芽状态。第35页，课件共83页，创作于2023年2月三、严格水情预报制度。每年底对下一年采掘范围内的水害隐患详细分析，列出计划，提出总体防治措施，并列入矿井年度消灾规划中；每季度初编制矿井水害水情季度预报，对本季度内的防治水工作做统一安排部署；月初根据隐患排查结果逐头逐面下达水文地质预报书；对事先未预料到的水情，及时下达临时预报。水文地质预报工作做到年有年报，季有季报，月有月报，平时有临时报，真正做到了防患于未然，大大增强了防治水工作的针对性和实效性；四、会审审批制度。每项防治水工程开工前均要编制详细的施工设计和相关的安全技术措施，会同相关单位工程技术人员一起认真

第36页，课件共83页，创作于2023年2月审阅核查，最后经集团公司审批，做到层层把关，层层落实，确保防治水工程高效安全地实施；五、采前验收评价制度。对存在水患的工作面，回采前由集团公司组织有关专家和工程技术人员对各项防治水工程作统一验收，根据各项防治水工程实施结果，对工作面回采时的安全性作综合评价，对仍不能安全回采的工作面找出症结，重新治理，直至安全回采；六、严格奖惩制度。建立矿井水害防治专项奖励基金，用于奖励在矿井水害防治中有功人员及单位。对于在矿井水害防治中不负责

第37页，课件共83页，创作于2023年2月任或玩忽职守，造成防治水工程延期或水害事故的，必须依情节轻重给予经济及行政政策处罚；

4.2推广应用新技术做到水害超前治理长期以来，矿山防治水主要着眼于煤矿生产的安全，常常带有被动性，这是狭义上的防治水。从煤炭工业发展需要而言，从总结防治水工作经验的角度，今后防治水工作将不仅仅是防治水害，而应该是为了保障矿山安全，保护和改善环境，提高效益而进行的综合性地质工作。保障矿山安全则首先要求防止矿山水害以及与地下水、地表水活动有关的地质灾害的发生，一旦发生灾害则应该第38页，课件共83页，创作于2023年2月将灾害损失降到最小，用最有效、最经济的办法去治理。其工作基础之一是水文地质和相关的地质工作，故充分地研究矿区水文地质条件，才能增强防治水工作的主动性和前瞻性。4.2.1编制矿区及矿井防治水规划依据生产发展规划，对防治水的一些重大课题和新技术手段的研究试验以及重大防治水工程项目，编制切实可行的规划，组织力量，投入资金，重点落实。编制好防治水科研与防治水工程规划，使防治水工作有序地、科学合理地进行，克服盲目性，增加预第39页，课件共83页，创作于2023年2月见性，以最佳的方法，最少的投入获得最大的煤炭经济效益。4.2.2建立、完善井上下水文动态监测系统。施工不同含水层的长观孔，做到定期观测，及时掌握各含水层的水位动态。4.2.3建立矿区水化学判识系统。根据矿区不同的水化学场，找出特征离子或元素，做到及时判别出水水源。4.2.4开展井上下综合立体探查。包括钻探、物探及化探探查。①钻探钻探探查主要有地面钻探及井下钻探。地面钻探用于水文地质条件的探查及地面物探异常的验证,有条件的地点应进行水文地质补勘

第40页，课件共83页，创作于2023年2月井下钻探主要用于巷道超前探、煤层顶底板水的探查及疏放、井上下物探异常的验证，必要时进行注浆加固。②物探物探探查技术日新月异，方法手段较多，主要有以下方面：全息高分辩率三维地震勘探；槽波地震探测技术；坑透及层析成像探测，即计算机断层扫描；瑞利波勘探技术；高分辩自动电阻率探测系统；第41页，课件共83页，创作于2023年2月无源地电测量；多参数前兆监测仪。多参数巡回监测仪；岩体原位应力探测；高灵敏度脉冲干扰技术；钻杆试验技术；探地雷达与钻孔雷达；物探手段的选择应根据地区的物性条件区别对待，中国矿业大学对皖北煤电集团公司下属各矿近十年来各种物探方法分析后认为，适合皖北矿区的物探方法主要有以下几种：第42页，课件共83页，创作于2023年2月

a.地震探查。随着数据处理技术的提高，自90年代以来高分别率三维地震勘探新技术发展迅速。这种方法不仅能够查清断距大于5m的小断层，还可以探查典型陷落柱。地震方法在煤矿防治水应用的另一种形式就是井下槽波地震探查。槽波地震法是利用弹性波在不同密度的地层界面上产生的并沿该界面传播的全反射波进行地质异常探测。它可以准确地圈定工作面或采区范围内的陷落柱边界，对煤矿防治水工程部署具有重要意义。b.电法探测。电法探测的新技术主要有矿井音频电透视和瞬变电磁技术。音频电透视技术是上世纪第43页，课件共83页，创作于2023年2月

90年代末开发并应用于煤矿工作面顶底板富水性异常体探查的新方法，它以岩层的导电性差异为基础探测含水构造。音频电透视法采用的多频点音频技术既可探查水文地质异常的平面位置，又能确定其立体形态，最终以CT成像法方式显示出来。瞬变电磁法（TEM）是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次电磁场，在一次脉冲场间歇期间，使用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。其物理基础为电磁感应原理，即导电介质在跳跃变化的激励磁场的激发下产生涡流场的问题。由于感应二次场的衰变规律与地下地质体的导电性有关，通过研究二次场的衰减规律可以探测到地下第44页，课件共83页，创作于2023年2月地质异常体。该技术过去主要应用于地面勘探，近几年开始应用于矿井下，应用较为广泛。c.无线电波透视由重庆煤科分院生产的WKT-D型无线电波透视仪，在实际生产应用中效果明显，对工作面内断层、煤层变薄、隐伏含水构造等均有显示，能够有效的指导采前防治水工作。d.原位应力探测原位应力探测是根据套筒致裂原理测量煤层底板采动前后的静态、动态原位地应力、岩体的破坏强度和底板破坏深度的方法。这一方法为采前模拟计算，评价工作面底板的第45页，课件共83页，创作于2023年2月的水情提供了数据。③化探化探主要是水化学分析、微量元素及同位素分析、示踪试验等，目的是寻找特征离子及元素，及时判别出水水源。4.2.5提升矿井防灾、抗灾能力。应根据矿井的水文地质条件，进行矿井扩排，提高矿井排水能力。有条件的矿井应建立水闸墙，实现分区隔离。4.2.6依靠科学进步，进一步搞好防治水技术攻关。第46页，课件共83页，创作于2023年2月积极与科研院校合作，开展防治水技术攻关，重点解决防治水重点、难点问题。①开展水患发生机理的试验与理论研究在突水机理研究上，室内模拟试验，包括物理模拟与数值模拟应进一步重视与加强。相似材料模拟将实现集参数及有关信息采集及存贮、处理为一体的系统化技术，并将与数值模拟联合使用。在模拟条件及要素上，将具有更强的仿真性。由于模拟是将实际情况按一定要求缩小，因此结果具有实用性、可信性和直观性，它将对现有突水机理的有关理论进行检验，并有可能提出新的认识与见解。第47页，课件共83页，创作于2023年2月②计算机信息技术新的开发与应用目前已开发成功并投入使用的计算机信息化技术主要有：“水文地质信息集成化处理系统”、“矿区水文地质数据库与图库系统”、“水患诊断专家系统”、“突水灾害预测预报专家系统”、“矿坑突水预测信息分析系统”等，预计在不太长的时间内，各矿区将相继建立自己的防治水综合信息库及诊断系统，并将最终形成区域和全国联网，从而形成全国规模的水患灾害数据库及处理系统，达到信息互通、资料共享，为防治水工作带来极大的方便。③矿井突水的可视化适时预测、预警系统开第48页，课件共83页，创作于2023年2月发研究。主要利用高灵敏度多参数检测技术、计算机及信号处理技术、水文地质及工程地质理论对采矿活动全过程围岩水文地质、工程地质性质及其变化进行适时监测、适时分析、适时决策，并在地面适时可视化监测采矿活动全过程围岩水文地质、工程地质性质及其变化，进而对矿井突水进行可视化适时预测、预警。4.3皖北矿区主要水害的防治案例皖北矿区水文地质条件复杂，水害威胁较为严重，如任楼煤矿存在的奥灰岩溶导水陷落柱，祁东矿区厚松散层底含强含水层，恒源公司、刘桥一矿的第49页，课件共83页，创作于2023年2月的开采煤层底板灰岩水，百善矿提高上限开采时的松散层底含水。对此，我们采用地面井下物探、钻探、化探及放水试验等相结合综合探查手段予以查明。4.3.1陷落柱的超前治理任楼矿区已于1996年3月4日发生隐伏导水陷落柱突水淹井，最大突水量达34570m3/h。由于陷落柱规模小，水压大，导水性强，对该导水体的超前探查难度相当大，我们采用地面三维地震、地面电法与井下物探、钻探、化探等超前综合探查技术。探测出任楼煤矿2＃导水陷落柱并进行了快速处理。第50页，课件共83页，创作于2023年2月案例一任楼煤矿隐伏导水陷落柱的综合防治技术与实践煤矿水害现状及防治对策\皖北矿区隐伏导水陷落柱.ppt第51页，课件共83页，创作于2023年2月4.3.2冲积层水害的防治祁东矿于2001年11月发生了松散层底含透水淹井，最大透水量达1520m3/h。矿井发生透水后，我们采取了强排追水，边治理，边生产的方法，使矿井得到快速恢复生产。在生产中采取的措施是：一是降限开采，增加防水煤柱的高度，确保生产安全；二是采用井上下物探、钻探相结合，查清底含的水文地质条件。三是建立健全井上下水文动态监测系统，研究底含的突水机理。四是利用先进的注浆堵水技术，彻底封堵透水通道。第52页，课件共83页，创作于2023年2月案例二综合注浆法根治3222工作面突水灾害祁东煤矿所属井田为第四系巨厚松散含水层覆盖下的隐伏煤田，煤系地层属石炭二叠系，矿井的直接充水含水层为煤层顶，底板砂岩裂隙含水层，补给水源为第四系底部的第四含水层（以下简称“四含”）和太原群灰岩含水层（简称“太灰”）。1.3222工作面突水经过及治水方案

3222工作面位于一水平二采区，起止标高-420～-540m，“四含”防水煤柱60m，32煤平均厚2.5m，倾角13°±，该面于2001年11月5日开始试采，11月24日4：30，工作面推进第53页，课件共83页，创作于2023年2月至42m时顶板周期来压，机头处底出现少量渗水，11月25日增至1520m3/h，由于矿井排水能力不足，-600泵房被淹。经分析，突水水源来自“四含”，突水与覆岩的采后冒裂破坏及采面的周期来压有关。但“四含”水的来水通道和突水具体位置不清。根据对当时井下水情及其发展趋势的分析、判断，决定采取先强排复矿、抢建隔离水闸，然后再进行注浆根治的治水复矿技术思路。为了确保复矿后的安全生产和给“根治”工程创造一个静水注浆的条件，在强排到底恢复泵房后，建成3222机风巷高压封水隔离

第54页，课件共83页，创作于2023年2月闸墙。2.3222工作面注浆根治工程由于“四含”水的来水通道和突水水源尚未封堵，关闭在水闸墙内的高压水是“四含”水延伸至采区内的一个“定时炸弹”，它不仅将通过“渗透”长期增加相邻采区、工作面的涌水量，而且在相邻地区的开采中随时都有通过无法预见的某些薄弱环节再次发生突水灾害的危险。为此，上述水害隐患必须予以彻底根治。2.1技术途径和目的要求根治的最终目的是要把“四含”水进入煤系地层和采面的主要导水通道予以彻底封堵，消除隐患，保障安全生产。第55页，课件共83页，创作于2023年2月为了提高封水效果，有利于被淹没的综采设备的回收，避免后期岩移下沉对“固结体”的破坏和尽可能降低堵水工程成本，决定对采空区和冒裂带的充填注浆采用就地取材的粘土水泥浆，对采空区冒裂带以上至“四含”这一段基岩内较发育的隐伏导水通道，采用特种水泥浆注浆的方法予以封堵以确保注浆质量。2.2主要技术难点①如何准确分析判断突水通道的隐伏部位并通过少量钻孔进行有效、有控制的注浆封堵。第56页，课件共83页，创作于2023年2月②如何准确确定冒裂带的上部边界和通过少量钻孔实现对采空区和冒裂带充分的充填灌注，并使固结体的硬度达到最适宜的程度（既有一定的抗压、支撑能力，又不会把综采设备“固死”）。③如何尽可能扩大本次注浆的有效充填范围，并使各孔之间的“注入体”实现有效的连接，和尽可能防止浆液的无效扩散。④如何通过浆液配比的调控，使早期注入的浆体、中期注入的浆体、以及晚期注入的浆体，通过加压脱水大体上达到同期凝结的目的，并使注浆压力和单位时间注入量等达到可随机调整、控制，使每一次注浆的有效性和合理性得到提高。第57页，课件共83页，创作于2023年2月⑤如何依据现有的技术方法和观测手段，全过程跟踪分析，掌握地下岩层中变化着的水情和导水裂隙的封堵情况。⑥根据本次注浆的特点和专门要求，在注浆的配套设备和工艺、技术方面必须克服和解决以下难点，即：粘土水泥浆的日造浆、注浆能力不小于300m3/日，纯高稠度水泥浆的造浆能力不小于25m3/h，单孔最大注浆能力不小于900L/min，最小注入量不大于80L/min整个造浆系统具有连续配制浆液和能高压（10~20MPa）压注比重高达1.9的高稠度浆的能力。第58页，课件共83页，创作于2023年2月理中所创建的一个新的不同于常规的治水技术思路和一套具有创新意义的配套技术。它成功地创出了在井深600多m的大型矿井突水淹井后仅两个月零五天，快速恢复安全生产，当年产煤110万吨的新水平；在水流量320～507m3/h的全煤上山巷道内设计建成高压封水隔离闸墙，创出了边生产边根治水患的新模式，取得以少量钻孔成功封堵隐伏来水通道，彻底消除水害隐患，堵水率100％的高效治水成果。在注浆全过程中成功地保护水淹区的综采设备免遭损坏和为最后安全撤出这些设备创造了极好的条件。其要点如下：第59页，课件共83页，创作于2023年2月①根据突水水样中的特征元素含量，快速判定突水的主要水源及其介入比例的分析、计算方法。②强排过程中，全程跟踪监测、计算突水点水量变化的分析、计算方法。③强排设计的计算方法和有关参数的取值。④在断面面积12m2，流量320－507m3/h的全煤上山巷道内设计建造高压封水闸墙的技术和在高承压条件下的局部补强技术（关闸后长期承压4.5MPa以上，后期还承受10.0MPa以上的综合注浆压力）。第60页，课件共83页，创作于2023年2月⑤针对本次注浆根治的目标和存在的特殊困难，研究创造了“多种注浆材料，多种浆液配方，分层次、分阶段，'有控'、'变量'、'选择性'综合注浆法”。a.把整个注浆空间由下而上划分成三个不同的“层段”，即：以巷道和采后冒落带为代表的“底部层段”；以采动导水裂隙带为代表的“中部层段”；和隐伏有“四含”来水通道的上部基岩段。b.针对各层段的特点及其应起到的作用，规定了不同的要求。其中：“底部层段”以充填为主，使其对上部各层段起到“底托”、“阻浆”、第61页，课件共83页，创作于2023年2月“消压”的作用；中部层段仍以充填为主，但应能把原有的采动导水裂隙带改造成为阻水裂隙，并把各孔注浆的有效扩散范围互相连成一体；上部基岩段的构造裂隙及其与采动导水裂隙的结合部位，是消除突水隐患的关键所在，必须彻底加以封堵，使其成为可靠的隔水岩体。c.对不同的“层段”采用不同的注浆材料、浆液配比和不同的注浆工艺，进行选择性注浆。“底部层段”以孔口自流灌注的方式，灌注强度较低，具有一定可塑性的以粘土为主的高浓度粘土水泥浆，要求快速对闸墙以里的巷道空间达到基本充填，以增强闸墙的综合抗压能力；第62页，课件共83页，创作于2023年2月“中部层段”以限压灌注增强型高浓度粘土、水泥浆为主，多次复注，并根据孔内水位、压力、进量和孔间窜浆等的全程监测分析，逐步“增压”、“减量”；“上部基岩段”采用特种配方的高浓度、速凝、增强型水泥浆，“限压”、“有控”，反复注浆，既要把来水通道一个不留的全部牢固地封堵好，又要控制浆液，不向上进入“四含”而大量流失和向下窜入“底部层段”封固、损坏综采设备，根据通道进浆阻力的积累和增长，逐步“增压”、“减量”。第63页，课件共83页，创作于2023年2月

d.改进常规的注浆模式和“单一性”指标，对不同“层段”和不同的注浆阶段规定了不同的注浆材料、配比和限压变化区间，采用单孔注浆，多孔轮流注浆、多孔或多泵联合注浆、定量间歇注浆和大小泵量交叉注浆等多种形式来调控压力和进量。整个注浆进程以底部充填注浆为基础；中部限压注浆为铺垫，及上部控压、加压封水注浆为目标，并在封水注浆之后,对整个注浆段进行最终的高压脱水注浆，从而体现和实现“有控”、“变量”、“选择性”综合注浆的要求。2.5注浆根治工程取得的经济效益 由于采用新的“综合注浆法”彻底封堵了隐伏在上部基岩中的“四含”来水通道，重新再造了被第64页，课件共83页，创作于2023年2月采动破坏的防水煤岩柱。经实地检验，堵水率100%，不仅消除了原突水区的长期涌水量（320-507m3/h）,每年节省排水费560万元；而且还为安全撤出突水工作面价值为2115.02万元的全套综采设备，创造了极好的必要条件。截止到2003年6月，该套设备已全部安全撤出。由于采用了特制的粘土水泥浆，减少水泥用量10000吨以上，减少工程造价约300万元。比常规的治水方案，可以在突水区周边减少防水煤柱约15万吨，可为企业增收1200万元。第65页，课件共83页，创作于2023年2月4.3.3底板灰岩水害的防治

2001年以前，恒源公司、刘桥一矿已多次发生工作面突水，出水量达300～400m3/h，随着开采深度的增加，底板承受太灰水压达3～4Mpa，而底隔厚度仅40～56m，突水危险性增加。采取措施一是进行疏水降压，(两个矿的疏放水量均为400～500m3/h)，降低开采水头值。二是采用井下综合物探、放水试验及地面打钻注浆加固改造底板。三是研究区内水文地质条件及构造薄弱易发生突水地段预测突水量。四是做好工作面回采期间的疏排水工作。第66页，课件共83页，创作于2023年2月案例三恒源公司Ⅱ614工作面底板灰岩水的防治1工作面水文地质条件

Ⅱ614工作面位于北翼六煤层-400m以下水平首采工作面，为一不等长工作面，里段斜长130m，外段斜长190m。顶底板砂岩裂隙水丰富，是掘进及回采过程中的主要直接充水水源，掘进中总水量为24m3/h，以顶板淋水为主。区内六煤层至一灰间距为41.4~54.5m，平均为47.57m，一灰上覆海相泥岩厚9.7~25.1m，平均厚18.5m。工作面承受的灰岩水压为第67页，课件共83页，创作于2023年2月

2.76~2.97MPa，估算回采中破坏深度为14.9m，底板灰岩水的平均突水系数为0.085~0.091MPa/m，大于临界突水系数。根据相邻矿井开采突水情况，正常区段经适当疏放可以安全回采，在构造区段或裂隙发育段及灰岩导升较高地段，易引起底板灰岩突水，应采取注浆加固措施。2底板太灰水突水危险性评价2.1底板有效隔水层厚度的确定2.1.1底板采动导水裂隙带深度(h1)的确定第68页，课件共83页，创作于2023年2月（1）数值模拟计算根据对底板采动破坏带进行的数值模拟，得出底板最大破坏带深度h1：斜长130m时为12.76m；斜长190m时机巷端破坏深度为19.76m。（2）经验公式计算工作面里段：斜长L=130mh1=13.64m。工作面外段：斜长L=190mh1=20.12m。（3）理论计算法根据理论公式计算结果，该面底板最大破坏深度为14.25m。第69页，课件共83页，创作于2023年2月（4）井下震波CT探测结果为14.9m。综合以上结果，除经验公式法计算结果偏大外，其它几种方法所得结果基本相近，故以实测值为准，最终取底板破坏深度为14.9m；断层带或构造异常区底板采动破坏深度比正常岩层中增大0.5~1.0倍，取25m，作为评价依据。2.1.2承压水导高带高度（h3）的确定原始导高，系指在未受采动影响之前（即在原始应力作用下），煤层底板承压含水层中的承压水沿着底板隔水层导水裂隙上升的高度。第70页，课件共83页，创作于2023年2月太灰水原始导高对底板突水起着积极的作用，使隔水层的阻水能力减弱。据研究，原始导高与岩性有关，一般在脆性岩层中比塑性岩层中发育好，砂岩比泥岩中发育好。蒙脱石泥岩中一般不发育原始导高，这与泥岩遇水膨胀密实裂隙有关。根据钻孔资料分析，该面六煤底板隔水岩层底部普遍发育一层泥（页）岩，厚度9.70~25.1m，在正常地质条件下，原始导高存在的可能性较小。但在构造影响地带存在原始导高也是可能的。根据临近淮北杨庄煤矿经险，一般导升高度为2~10m。同时，承压水在采动矿压作用下可进一步向上导升，使有效隔第71页，课件共83页，创作于2023年2月水层厚度减小。本次评价正常地带取零，构造异常带取5m。具体评价时以工作面钻探、物探资料为准。2.1.3有效隔水层厚度（h2）的确定有效隔水层厚度（h2）为底板隔水层总厚度（h）减去采动底板破坏带深度（h1）与承压水导升带高度（h3）之和，即：h2=h－（h1+h3）。工作面底板平均厚度：里段取41.40m，外段取53.25m，据此则该工作面有效隔水层厚度分别为：里段：在完整区段为26.6m，构造区段为第72页，课件共83页，创作于2023年2月11.4m，外段：在完整区段为38.45m，构造区段为23.25m。2.2太灰富水性评价（1）太灰含水层放水试验资料表明：太灰含水层的富水性较强。太灰总体连通性较好。（2）根据工作面的坑透、底板音频电透视探测显示，工作面内无大的隐伏构造，工作面底板所探测的异常区主要为底板砂岩原生和断层带裂隙发育相对富水所致，音频电透视探测2处异常区分析认为是其相应部位