底板水害防治技术与方法(中国矿业大学)
煤层底板水害防治技术与方法
矿井水害治理技术（灾后恢复）
探查+封堵+追排水 三位一体
带压开采防治水技术体系
矿井防治水技术体系 探测—预测—监测—应急预案 探测：矿井水文地质条件、矿井充水条件； 预测：突水危险源识别与评价； 监测：突水条件、前兆现象； 探测—基础； 预测—关键； 监测—不可少； 应急—（做）补充
带压开采定义
带压开采定义
• 带（水）压开采(简称“带压开采”)，带压开采或称限压开采，广义上讲， 带压开采是指开采煤层底板岩溶含水层中承压水头高度高于回采工作面水平 条件下的回采；狭义上讲，是指开采有底板突水危险的工作面时，采用特殊 措施保证安全采煤。
研究岩溶水形成、赋存和动运动规律，预测岩溶水突入矿坑的途径以及 可能可能发生突水的部位
防排水设施
排水系统
• 峰峰一矿某次发生150m3/min突水，排水能力仅45m3/min，导致淹井 • 峰峰一矿1960淹井，堵水排水费用可建立排水能力为120m3/min的排水基 地5处 • 焦作演马庄矿1977年南区-50m水平发生突水，突水量100m3/min以上， 矿井累计涌水量达220m3/min，由于排水能力大，未发生淹井 • 排水能力增量可参考当地或条件相似矿井突水量 • 增加直通式排水孔 • 采用潜水泵排水 • 大水矿井：水流系统与运输系统分开，设置专用流水巷道 • 沉淀处理：铁篦+沉淀池+溢水墙+清仓用煤水泵
底板破坏深度与工作面斜长统计关系
煤层底板突水预测
下三带理论
导水破坏带（h1）深度的确定—统计公式法
煤层底板突水预测
强渗通道说
“强渗通道说”
• 中国科学院地质研究所与开滦矿务局共同实践的结果 • 底板水文地质结构存在与水源沟通的固有的富水和强渗通道，当采掘工程 揭穿时，即可能发生突水 • 底板中不存在这种固有的强渗通道，但在工程应力、地壳应力及地下水的
煤矿水害防治理论与技术中国矿业大学
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矿山水害及其防治技术(2篇)
矿山水害及其防治技术1．地表水治理措施合理确定井口位置。
井口标高必须高于当地历史最高洪水位，或修筑坚实的高台，或在井口附近修筑可靠的排水沟和拦洪坝，防止地表水经井筒灌入井下。
填堵通道。
为防雨雪水渗入井下，在矿区内采取填坑、补凹、整平地表或建不透水层等措施。
整治河流。
首先要整铺河床。
河流的某一段经过矿区，而河床渗透性强，可导致大量河水渗入井下，在漏失地段用粘土、料石或水泥修筑不透水的人工河床，以制止或减少河水渗入井下。
其次，要改道河流。
如河流流入矿区附近，可选择合适地点修筑水坝，将原河道截断，用人工河道将河水引出矿区以外。
修筑排(截)水沟。
山区降水后以地表水或潜水的形式流入矿区，地表有塌陷裂缝时，会使矿区涌水量大大增加。
在这种情况下，可在井田外缘或漏水区的上方迎水流方向修筑排水沟，将水排至影响范围之外。
2．地下水的排水疏干在调查和探测到水源后，最安全的方法是预先将地下水源全部或部分疏放出来。
疏干方法有3种：地表疏干、井下疏干和井上下相结合疏干。
地表疏干。
在地表向含水层内打钻，并用深井泵或潜水泵从相互沟通的孔中把水抽到地表，使开采地段处于疏干降落漏斗水面之上，达到安全生产的目的。
井下疏干。
当地下水源较深或水量较大时用井下疏干的方法可取得较好的效果。
根据不同类型的地下水，有疏放老孔积水和疏放含水层水等方法。
3．地下水探放矿井工程地质和水文地质观测工作。
水文地质工作是井下水害防治的基础，应查明地下水源及其水力联系。
超前探放水。
在矿井生产过程中，必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，探明水源后制定措施放水。
4．矿井水的隔离与堵截在探查到水源后，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，需采取隔离水源和堵截水流的防水措施。
隔离水源。
隔离水源的措施可分为留设隔离煤(岩)柱防水和建立隔水帷幕带防水两类方法。
隔离煤(岩)柱防水是为防止煤(矿)层开采时各种水流进入井下，在受水威胁的地段留一定宽度或厚度的煤(矿)柱。
煤矿矿井地表水、顶底板水害的防治
河流改道示意图
河流改道示意图
河流改道及截弯取直示意图
整理课件
返回模块二
（四）修筑排洪渠、防洪堤的措施
1、排洪渠的布置 2、排洪渠的布置原则 3、排洪渠的布置构造要求 4、防洪堤
整理课件
1、排洪渠的布置
排(截)洪渠布置示意图
在塌陷区上方修排洪沟示意图
整理课件
返回
2、排洪渠的布置原则
• 1）渠线走向的布置原则 • 2）进出口的布置原则
（一）封堵地面塌陷裂隙通道的措施
塌陷坑堵填方法示意图
封堵塌陷坑和裂隙 围截隔离塌陷裂隙区 将洪水引出塌陷裂隙区
整理课件
渡洪槽示意图
返回模块二
（二）漏水河床(冲沟)铺底措施
漏水河床(冲沟)铺底的原则 • (1)不应过多缩小原河床断面，人工铺设河床断面尺寸的确定应进行水力计算。 • (2)铺设人工河床的材料应尽量就地取材。 • (3)铺砌方式必须同时满足防渗、防潜蚀、防冲刷。 • (4)砂卵石等易变形的河床，一般不宜用刚性材料衬砌。 • (5)在基岩上浇注混凝土时应进行清基处理。 • (6)刚性衬砌应留有伸缩和不均匀沉降缝，缝间用沥青止水。 • (7)漏水的河床岸坡，也应进行衬砌处理 • 人工河床的衬砌
结
• 2.工作方法：分组讨论，独立完成 • 3.背景资料 • 某煤矿为拟建矿井。矿井设计开采二叠系山西组2号煤层，设计产量600万t/a，
设计采用放顶煤开采2号煤层，一次采全高。 • 2号煤层位于山西组中下部，厚度3.09～8.50m，平均厚度6.20m；煤层埋藏深
度250～350m；煤层底板标高由东向西1100～350m。煤层顶板大部分为泥岩、 粉砂岩，其直接顶为中-细粒砂岩；底板大部为粉砂岩和泥岩，局部为细粒砂岩和 石英砂岩。
底板灰岩水害防治
底板水害防治
3）矿井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 先疏水技术可以有效的消减峰值水量而达到消除矿井水 害的目的。
钻孔不少于2个，且钻孔在C33下灰岩内的水平间距 为50～75m。
2、顺层钻孔：
在三灰石门内沿C33上、C33下灰岩施工，孔
深200～500m；三灰石门间距400～ 1000m。
底板水害防治
3、灰岩钻孔施工及管理有关要求：
1）施工前要编制单孔设计和施工安全技术措施；
钻孔终孔层位为C33下灰岩底板，不得进入C34灰岩。
4）煤层底板存在高承压含水层，且煤层与含水层之 间的隔水层厚度较薄，在自然状态下隔水层不能阻抗高 压水的破坏和侵入。在这种条件下，可通过疏放水技术 降低含水层中的压力水头以达到实现带压开采的条件。
底板水害防治
三）局部底板加固疏水降压带压开采
对底板局部构造破碎带（断层破碎带、陷落柱及
影响带等）进行注浆加固，仍然采用疏水降压开采。如
A组煤开采底板水害防治
集团公司生产部 程爱民 二二0一二年十月
底板水害防治
一、A组煤开采底板水害防治技术
A组煤开采底板水害防治技术分为底 板注浆改造、疏水降压带压开采（疏干开 采）、底板局部注浆加固疏水降压带压开 采、加强工作面和矿井强排水开采等。
底板水害防治
一）A组煤底板注浆改造 1、注浆
注浆是通过专门的设备、管路、工程，将预先配制好 的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）水点等，并使之与围岩固结 成不透水（或微透水）的、具有一定强度的整体，从而起 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）水作用的一种技术方法。该技术 可广泛地应用于封堵井下突水点以恢复被淹矿井、阻截含 水层水对矿井充水的补给以减少矿井排水量、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免矿井突发性突水灾害 等。
《煤矿底板水害讲》PPT课件
矿压破坏带 有效隔水带
Pc
Po 水压（Mpa）
水压导升带
底板深度（m） 兔2-21 底板隔水层不同位置水压分布示意图
n
TP C/M ( M i i M I MII)I
精选PPTi1
17
第二部分 煤矿底板水害的基本概念
精选PPT
18
煤矿水害的基本概念及控制因素
煤矿水害是指煤矿在建设开发 过程中，不同形式、不同水源的 水通过特定的途径进入矿坑，并 给矿山建设或生产带来影响和灾 害的过程与结果。
化特征。 ◈ 水压力的存在是驱动含水层水流入矿坑的
动力。 ◈ 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。 ◈ 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。
精选PPT
26
常见底板水害类型－陷落柱导水
cb
a
核部(a)
接触带(b) 影响带(c)
图2-26 陷落柱横断面导水性分析示意图
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
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
形成矿井突水灾害。
精选PPT
8
煤矿水害成因与致灾机理
防治水技术力量和管理水平较差
煤矿水害防治技术、装备薄弱，水害安全管理水平低
事故数
2 0 0 5 年中国煤矿突水水害位置分布图
35 30 25 20 15 10
5 0
1
2
3
水害发生位置
1－掘进巷道水害 2－工作面水害
精选PPT
底板水的防治
底板水的防治
1
• 一、底板突水因素分析、预测
2
3
• 工作面周围支承压力分布特征：
4
5
• 1.“下三带”水文地质特征
• 矿压破坏带——裂隙发育，无隔水作用。 该带的厚度即为“底板破坏深度”。
• 划分：安全区、过渡区和突水危险区。
19
• 安全区： t安＞t实 • 过渡区： t安≈t实
• 危险区： t安＜t实
20
• 2.采掘过程中的突水预测
• (1)钻探方法
• (2)物探方法 • (3)突水征兆观测法 • (4)水化学分析法
21
• 【实例】某矿砂岩裂隙水与灰岩岩溶水水质 有明显差异。 • 煤层顶板砂岩裂隙水中Na++K+高，Ca2+、Mg2+、 SO42-低；底板灰岩水中Na++K+低，Ca2+、Mg2+、 SO42-高。 • 某天该矿井下1503掘进工作面揭露一断层， 出现小突水。
• ⑴改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度
28
• ⑵井下隔水层破碎带注浆加固措施
29
• 【实例】某矿21021工作面底板注浆加固工程
30
• 底板注浆加固工程概况
• 21021工作面底板注浆加固工程，共施工 注浆孔12个，检验孔2个。 • 1号孔：注浆量约1751m3
• 4号孔：注浆量为944m3 • 其余钻孔注浆量较小，但终孔注浆压力 均达到了设计标准。
34
• 3.利用隔水层带压开采
35
煤矿开采过程中底板突水及防治措施
煤矿开采过程中底板突水及防治措施摘要：防治水工作在煤矿采煤过程中非常重要。
其危害性仅次于瓦斯突出事故，针对存在水患矿井，必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则进行探放水，如果要想预防矿井底板突水，首先要弄清矿井底板突水的机理和原因，其次弄清矿井水分布特征以及突水的主要影响因素，从而进行防治。
关键词：煤矿开采；底板突水；防治引言：文章主要针对我国煤矿开采过程中出现的底板突水问题为切入点，重点提出了详细的防治措施，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
1.煤矿开采过程中底板突水机理、原因及防治措施我国某地区煤田的煤炭资源正在日趋紧缺，而国内建设对矿产资源的需求逐年增加。
其中的石炭—二叠系煤田，煤层厚度相对稳定，煤质资源优良，为缓解该煤田资源匮乏，尽最大可能多地进行开采，该区域矿井将逐步向深部延拓，更要开采受水威胁较为严重的下组煤，尤其矿井开采受底板灰岩裂隙岩溶水的威胁较为严峻，因此弄清该煤田区域矿井水分布特征以及下组煤底板灰岩富水性与突水机制是必须要去做的。
1.1矿区综合水文地质特征太原组灰岩自北向南含水性由弱到强，华北断块内黄淮平原新生界松散沉积层下部的河流相和山麓冲积相砂砾含水层，是矿井充水的重要水源。
石炭—二叠纪煤系的基底基本是中奥陶统碳酸盐岩，寒武奥陶碳酸盐岩是区域富水性最丰富的含水层，其是造成矿井水危害的主要水源之一。
下伏本溪地层，下段为页岩、砂岩、砂质页岩，底部为粘土层，其具有隔水性；中间部分厚层页岩夹着砂岩，也具有相对隔水；上段为砂岩、灰岩及砂质页岩。
综合分析认为：该采场的矿床为多层含水层以及立体充水地质结构，分别存在于以下含水层：（1）中奥系含水层组：溶蚀裂隙发育以及原始节理，其承压水头高，富水性强，该含水层是上覆煤层开采隐患较多的底板突水水源。
（2）煤系含水层组：具有地表水体补给或强含水层的群岩溶含水层，厚层状的砂岩裂隙充水层，一般都具有高承压的水头，易造成突水事故。
0煤层底板岩溶承压水水害的防治_杜飞虎
技术经济与应用收稿日期:2010-06-30作者简介:杜飞虎(1963—),男,陕西富平人,1989年毕业于西安矿业学院地质系,高级工程师,现任澄合矿务局生产技术部副部长,从事矿井地质工作。
煤层底板岩溶承压水水害的防治杜飞虎,叶东生(陕煤集团澄合矿业公司,陕西澄城 715200)摘 要:以董家河煤矿为例,研究了澄合矿区奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层对煤层开采的威胁,提出了防治水必须坚持“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”的原则,防治水工作的重点是底板岩溶承压水。
关键词:矿井水害;岩溶水;底板突水;保水采煤;措施中图分类号:T D 745 文献标识码:B 文章编号:1671-749X (2011)01-0051-020 前言澄合矿区主采5号煤层,矿井涌水主要来源于5号煤层顶板上各砂岩裂隙含水层、太原组石英砂岩K 3(5号煤层底板)及K 2灰岩含水层组、煤系基底奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。
涌水量随着开采深度的增加而增大。
目前董家河煤矿工作面均处在奥灰水静水位以下,5号煤层突水系数处在临界状态,底板岩溶承压水严重威胁着煤矿安全生产。
建矿初期沿用边设计、边施工、边生产的政策代替基本建设程序,最初设计大巷层位放在奥陶纪石灰岩中,掘进时多次发生奥灰突水(1974～1980年奥灰井水位标高为+380～+383m ),最大涌水量达1026m 3/h 。
后多次修改设计,使大巷水平标高由初期的+300～+330～+355m ,提升到目前的二水平(+310水平),承受奥灰水的压力约1M P a 。
岩溶承压水由于水压高,一般会通过各种裂隙通道进入煤层的开采系统造成淹井,做好5号煤层底板岩溶承压水害防治,是保证5号煤层安全开采的前提。
1 防治水原则1.1 坚持以防为主以疏为主原则坚持“预测预报,有疑必探,先探后掘,先治后采”的防治水原则:始终坚持以物探手段先查明水文地质条件,然后根据实际情况采取相应措施。
不断总结防治水工作经验,不断修订和充实适用于本矿的防治水总体方案和具体措施。
煤矿底板水及构造水害防治研究
环境工程2019·04135Chenmical Intermediate当代化工研究技术应用与研究全性和稳定性，还要考虑井下复杂的环境变化因素。
PLC控制系统要正常运行，就必须有较好的抗干扰性，首先要避免受到电磁的干扰，若产生电磁波干扰，变频调速控制系统就不能正常运行。
另外，合理地进行冗余结构与模块式结构的选择方面要合理，保证各个模块按既定的功能发挥其作用。
4.变频调速的应用我国的调速系统在过去的较长一段时间里广泛使用的都是直流调速。
直流调速对我国调速系统的发展过程中具有重要的意义，同样也具有很多优点，比如精度较好，控制过程较好。
但随着科技的发展以及矿井工作的进行，直流调速也表现出很多缺点，比如结构复杂、适应性差、过流能力弱等极大地限制了直流调速方法的应用，缩小了应用范围。
此时交流调速系统开始发展，并逐渐被广泛应用，这一变化主要是实际生产过程中的需求以及理论知识运用的结果。
变频调速的使用具有重大意义，首先对于在矿井提升机控制系统来说，扩大了控制系统的调速范围，使得调速的精度越来越高，高低速之间的切换也变得简单而且安全，速度转换更顺畅、平滑。
这一变化使得矿井提升设备工作时发生紧急情况时，变频调速系统可以在短时间内迅速使提升机停止运行，极大地保证了提升过程的安全性。
5.软件设计设计过程主要是对提升机的深度、速度、控制单元等物理量进行控制。
提升机运行时，如果发生或轻或重的故障时，该系统能够进行自我诊断，并把当前运行状态下的参数实时显示出来，例如提升设备所处矿井的深度以及速度等。
组态环境与运行环境是相互独立的，但又存在着关联性，这两者被称作是提升机的组态软件。
为了保证矿井提升过程中的安全稳定性即可靠性，所以在矿井提升机变频调速系统中应用了PLC。
其软件结构的设计需要建立在了解其工艺的控制要求上，并对矿井提升的全过程以及这一系统的运行状态进行实时的动态监控。
这一监控以PLC控制为基础并具有独立的监视终端装置，还可以实现监控过程连续、准确、速度控制连续准确、停车位置运动方向准确等多种功能，并且具有现实意义。
煤矿防治水最近技术、装备、解读(中国矿业大学12月13日最新课件)
120
2、9+10
K2灰岩水、奥灰水、采空水 老空水、顶板水
老（采）空水、顶板水、地表水
老空水、顶板K2灰岩水 顶板水、奥灰水、采空水
9 沁新集团新达煤业有限公司
90
潞安集团华亿五一煤业有限公
10
司
90
9+10、11 11
采空区积水、顶板水、地表水 采空水、顶板水
11 康伟煤焦有限公司南山煤矿
90
1、2
老空水、顶板灰岩（砂岩）水、地表水、 奥灰承压水
3 通州集团安达煤业有限公司
120
2、9+10
老空水、顶板水、奥灰水
4
长沁新超煤业有限公司
90
9+10、10下
5
长沁新升煤业有限公司
120
2、9+10
6
长沁新兴煤业有限公司
90（核定70 10、10下
）
、11
7
金晖隆泰煤业有限公司
90
9+10
8 通州集团留神峪煤业有限公司
3
奥灰水、太灰水、顶板含 水层水
山西潞安矿业集团高河能源有 限公司
600
3
奥灰水、顶板含水层水
山西潞安矿业集团司马煤业有 限公司
300
3
采空区积水、顶板含水层 水、奥灰水
山西潞安矿业集团余吾煤业有 限公司
750
3
奥灰水、顶板含水层水
山西潞安矿业（集团）有限责
任公司常村煤矿
800
3
奥灰水、顶板含水层水
山西潞安矿业（集团）有限责 任公司王庄煤矿
710
3
奥灰水、顶板含水层水
山西晋煤集团赵庄煤业有限责 任公司
浅析下山掘进工作面底板水害的防治
浅析下山掘进工作面底板水害的防治【摘要】本文提出对这样性质的开拓巷道中独头下山掘进巷道进行水害评价，给出有效的水害判断，从而提出更合理的水害防治措施。
【关键词】独头下山；底板水害；探查；评价；防治1 工作面概况1.1 掘进工作面位置与范围我矿3100扩区回风下山自3100采区回风下山底车场开门，以3100采区回风下山巷中为巷中，以7°方位角、+3‰坡度按直墙半圆拱断面向前施工约40m，揭露煤层后以7°方位角、沿煤层顶板以梯形断面向前掘进85m（平距），再以32°方位角、沿煤层顶板以梯形断面向前掘进830m（平距）至-1000m水仓联络巷门口结束。
工程量为955m（平距）。
3100扩区回风下山为3100扩区三条下山中第一条掘进施工的巷道，一方面担负着矿井“三量”的平衡关系，一方面作为“探巷”为3100扩区后续采掘工作面的施工提供详细准确的各种地质资料，其中包括水文地质资料。
1.2 煤层及其底板本区3煤层属二叠系山西组，山西组为主要含煤地层，采区内本组厚60.85～99.15m，平均77.85m，由浅灰至灰白色砂岩、深灰至灰黑色泥岩、粉砂岩及煤层组成，与太原组连接沉积。
煤层底板岩性及厚度变化较大，3煤底板以中细砂岩为主，HJ13-6钻孔附近为粉砂岩。
1.3 水文地质概况根据矿井浅部钻孔抽水试验资料，3煤的开采主要受顶底板砂岩含水层和底板三灰含水层的威胁。
顶底板砂岩含水层水量小、富水性弱，以静储量为主易疏干。
三灰含水层富水性中等，以静储量为主但富水性不均一。
本区范围内钻孔未对上述含水层进行抽水试验，水文地质条件有待进一步查明。
2 水文地质条件探查2.1 水文地质条件探查方法矿井水文地质条件探查手段包括：水文地质试验技术、地球物理勘探技术、地球化学勘探技术、钻探技术及监测测试技术等，这些技术方法和手段及其综合应用已能比较好地解决矿井水文地质勘探中的大部分问题。
就目前看来，在众多的矿井水探测方法中，结合水文地质概况、矿井及工作面需要，现场选取钻探技术作为该掘进工作面探查手段。
煤矿水害防治技术(防治水)
1、浮标法
2、水泵标定法 3、容积法
突水后的 水量估算
30
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 四、突水事故的应急救援预案
防止有害气体
及时通告 逃生路线
躺卧待救
充分利用空间
适度集中 适量饮水
被困人员 自救互救
避开主水流
掘进出水处理
分区隔离
受伤现场处理
不过度兴奋
轨道和水管
31
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 四、突水事故的应急救援预案
导升发育带
回采诱发的导升高度
16
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 三、矿井水害预测预报技术方法
因此，我们认为，40多年前所提出突水系数法，已无法满足深部带 压开采和现代采煤方法提出的要求，对此，提出了煤层底板突水预测 预报评价的新方法：
脆弱性指数法
脆弱性指数法采用的基本模型就是将具有强大空间信息分析处理功能的 GIS与可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合耦合于一体的评价模 型，即
4
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路
2
矿井充水条件分析
5
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 二、矿井充水条件分析
矿井充水条件分析，是矿床水文地质学重要研 究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之 一。
充水“水源” 充水“通道” 充水“强度”
6
矿井充水 条件分析 内容
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 二、矿井充水条件分析
34
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
系 统 软 件 应 用 实 例
栅状图
40和24度倾角的立体剖面图
35
一、科学开采是煤炭工业发展的必由之路 五、数字矿山与矿井充水条件可视化分析平台
底板疏水降压水害防治技术应用(贡献者用于)
底板疏水降压水害防治技术应用登电集团新玉煤矿二0一0年十一月十日底板疏水降压水害防治技术应用一、导言水害是影响我矿安全生产过程中的主要灾害之一。
当前，水害治理已成为困扰矿井向安全、高产、高效发展刻不容缓的头等大事。
自2004年下山二采区22041采面底板突水后，我矿采取各种积极防治水方法，在实践中探索出了一条分区分段，逐块分析，因地制宜，“疏放结合”“物探、钻探结合”的矿井防治水方法，针对不同的水文地质问题，因地制宜制定不同的防治水方案。
二、矿井基本情况登电集团新玉煤矿位于登封市告成镇王家门村，矿区位于登封煤田、箕山井田内，井田面积10.8674km2，开采二1煤层。
设计生产能力30万吨/年，开采标高-160m～-250m,矿井地质储量2612万吨，可采储量1575.16万吨。
采用双斜井——立井联合开拓方式，单水平上下山开采，中央分列抽出式通风。
三、井田地质概况新玉井田南北边界被断层切割，中间煤田下沉，井田总体为一向斜构造。
井田内无小煤窑侵入，属未开发的原始煤田，为独立块段，周围井田边界均为自然断层为界。
开采二叠系山西组二1煤。
四、断层构造徐庄断层，位于井田南部边界，该断层总体走向为EW-NE，倾向N-NW，倾角50°，区域内延长1.05km。
西北盘下降，东南盘上升，断距500～1000m，矿区A～B′地质剖面，穿过徐庄断层和申家门断层。
在A～B′地质剖面上徐庄断层断距275m，二1煤直接和对盘的寒武灰岩对接，如果采掘触及该断层会诱发大量寒武灰岩水涌出，危及矿井安全生产。
北部边界申家门断层，断层走向EW-NE，倾向SE，倾角45°左右，S和SE盘下降，N和NW盘上升，断距150～250m，为自然边界断层。
五、水文地质特征1.主要含水层①∈3ch和O2m白云质灰岩、灰岩岩溶承压水含水层。
古剥蚀面发育，其中古岩溶发育，富水性强。
钻孔单位涌水量0.00479～18.17L/S·m。
底板水害防治技术与方法(中国矿业大学)
H=1. 5 ∠40°
Ⅲ
n4
Ⅹ
H=4.
Ⅱ Ⅸ 皮带顺槽
0. 1~0. 55 50°
3°
.2 H=4 5° ∠6
Ⅸ
-538. 3
(2)超前钻探和物探方法
-536. 8 n1
Ⅻ
M2
学 小
Ⅺ
-566. 8
Ⅴ Ⅳ Ⅸ
M
Ⅸ
-529. 9
2010
Ⅰ Ⅷ
H=6. 5m∠70°
轨道顺槽
K3 -528. 9
（二）带压开采水害防治措施
具体防治方法：
(1)注浆改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度
(2)超前钻探和物探方法
(3)超前预警监测方法
(4)其它防治方法
资源与地球科学学院
（1）注浆改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度
底板含水层注浆改造技术示意图
资源与地球科学学院
注浆防治矿井水害技术优点：
3、安全水头值
(1)掘进巷道安全水头值
t H 2K p 2 t L
式中 H—底板隔水层能够承受的安全水压(10-2MPa)； t—底板隔水层厚度(m)； L—巷道宽度(m)； γ—底板隔水层的平均容重(t/m3)； Kp—底板隔水层的平均抗张强度(10-2MPa) 当掘进巷道工作区段的水压值大于所计算出的安全水 压值时，巷道有底板突水的危险；反之，可以安全掘进。
1）以煤层底板等高线图为底图，将已知断层 和开采上部煤层新发现的断层以及有用的矿 井水文地质资料标于图上。
某矿1718采区底板等高线图
资源与地球科学学院
2）根据水位资料编制等水位线图
某矿1718采区底板含水层放水等水位线图
煤矿水害防治理论与技术中国矿业大学武强课件
（5）底板发生“底爆”，伴有巨响煤，矿水水害防大治理量论与涌技术出中国，矿业水大学色武强乳白或呈黄
17
（三） 冲击层水的突水预兆
（1）突水部位发潮、滴水，滴水逐渐增 大，仔细观察可发现水中有少量细砂；
（2）发生局部冒顶，水量突增并出现流 砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋 势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出；
（二） 工作面底板灰岩含水层突水预兆
（1）工作面压力增大，底板臌起，底臌量可达500mm以上；
（2）工作面底板产生裂隙，并逐渐增大；
（3）沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底 板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时 浊，底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清；
（4）底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并有“嘶嘶” 或刺耳水声；
防治煤层顶、底板含水层的水害，既要从整体上 查明水文地质条件，采取疏干降压或截源堵水等防 治措施，又要重视井下采区的探查。
煤矿水害防治理论与技术
武强
国际水文地质学家协会（IAH）中国国家委员会 副主席
国家安全生产专家组
成员
国家煤监局”水害防治”专家组
组长
中国地质学会
理事
;
(中国矿业大学, 北京)
煤矿水害防治理论与技术中国矿业大学武强
1
第一节 我国煤矿水害类型及分布
3
4
昆
仑
秦 岭
贺 兰
山 构 造 带构
阴山构造带
1
造
带
川
K值 0 . 4 5 —0 . 5 5 —0 . 7 5 —0 . 8 —
0 . 6 5 0 . 7 7 0 . 8 5 0 . 9
煤矿水害防治理论与技术中国矿业大学武强
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20.35
43.40
3755700
煤层变薄带
3755800
泥岩
30°
39439800 39439900
39439800
F1
泥岩
2.16
2.16
北
21105工作面推进方向
3 8~
10 5P -5
21105下段切眼
细粒砂岩
11.32
13.48
测孔1
~4 0° 4.1 H=
测孔2
煤岩层视倾角 6°
-7 70
3、安全水头值
(1)掘进巷道安全水头值
t H 2K p 2 t L
式中 H—底板隔水层能够承受的安全水压(10-2MPa)； t—底板隔水层厚度(m)； L—巷道宽度(m)； γ—底板隔水层的平均容重(t/m3)； Kp—底板隔水层的平均抗张强度(10-2MPa) 当掘进巷道工作区段的水压值大于所计算出的安全水 压值时，巷道有底板突水的危险；反之，可以安全掘进。
灰岩含水层
断层部位底板突水系数：
Ts 2
突水系数：Ts2>Ts1—断层破碎带是最易发生突水的危险部位！ 宏观原因：错断使煤层与灰岩间隔距离缩短，L< M
内在机理：断层带是抗渗透破坏的薄弱部位 断层部位奥灰水易通过断层破碎带向上产生渐进性渗透破坏，并进而导致突水
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四、带压开采安全度评价
减少矿井生产过程中的排水电费，降低吨煤生产成本。 有利于在矿产资源开发过程中有效地保护矿区地下水资 源。 有利于在矿产资源开发过程中有效地防止地下水系统环 境扰动而诱发的生态环境恶化和其他相关的地质灾害发 生。 改善井下采掘工作环境和劳动条件。 快速恢复被淹矿井或采掘工作面
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重点改造的区段一般位于：
奥灰含水层
如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的！
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2、回采工作面底板隔水层突水系数
临界突水系数：
P Ts M
底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06 MPa/m 就可认为是安全的，正常块段(隔水层完整无断裂构造破 坏)不大于0.1 MPa/m就可认为是安全的。
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物探方法
轨顺
30°
11605工作面
30°
皮顺
60°
60°
十三灰
90 ° ° 90
奥灰
0 50
金属堆
100
滚锟
150
铁管
200
铁管
250
铁管
300
积水
350
400
450
500
大型机械
550
600
650
700
750
800
水泵
850
900
950
铁管
1000
1050
1100
1150
1200
h2 h (h1 h3 )
底板隔水层在开采条件下三带分布示意图
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三 、 “突水系数”的概念及内涵
奥灰水位线
P T M
P
可采煤层 薄层灰岩 薄层灰岩
M
奥灰含水层 奥陶系灰岩
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关键技术问题
底板带压开采的安全条件取决于充水含水层（奥灰）水动力 条件与底板隔水能力的对比关系
1250
1300
1350
1400
1450
积水 淋水
铁管水槽 淋水
淋水 水槽 淋水 铁块
积水 铁管 滚锟
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(3)超前预警监测方法
3755600 岩性
层真厚 （m）
3755700 累厚 21105面下巷 （m）
3755800
3755900
老城 保护 煤柱
应变传感器
砂质泥岩
Ⅵ Ⅴ
DF8 H＝ 0～ 5m
62° 7 ∠
∠7 1°
-519. 2
H= 2m ∠ 51°
n3 n2
-526. 8
Ⅶ
α =+1. 5°
DF48 H＝ 0～12m ∠60°
Ⅸ
皮带顺槽
F3 F4 -533. 9 -533. 8
Ⅴ
Ⅵ
H12
Ⅵ
务 大
M1
n
8°
-545. 3 -554. 4
屯
儿 幼
Ⅴ
H10
园
钻探方法
39439900
-780
3755600
3755900
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（4）其它防治方法
留设放水煤岩柱
煤层位于导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设 煤层位于导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设 煤层位于不导水断层上盘时，煤(岩)柱的留设 煤层位于不导水断层下盘时，煤(岩)柱的留设
！断层防水煤柱不得小于20m！
M
P
P
因M、P相同， 则按突水系数法评价：
TS
P M
=
TS
P M
实际上，对应于这两种底板条件的带压开采安全性不能等同视之
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对于构造部位
Pw
煤层与灰岩含水层间隔厚度： 正常底板：M
Pw
底板灰岩含水层压力水头：Pw
断层带：L 正常部位底板突水系数：
M
煤层
Ts1
Pw M Pw L
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第二节
带压开采水害防治
一、带压开采的概念
奥灰水位线
B A
运输巷
带压开采区
轨道巷
C
上组煤
非带压开采区
F
轨道巷
D
运输巷
E
下组煤
奥灰含水层
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二 、 “下三带”的概念
设煤层隔水底板总厚度为h， 底板矿压破坏带、完整岩层带 与承压水导高带的厚度依次为 h1、h2和h3，则：
27 ° 28
18
90 20.65 7 F1105P-4 47~87° 49° H=0.5~1.8m 7.1 1105P12 1105P13 粉砂岩 -785.0 -782.4 5 .0 3 2 0 2.4 细粒砂岩
-7
5
0 -78
1105P14 -782.6
1105P15 -774.7
4
m
3 应力传感器 2 1
-515. 3
H=1. 5 ∠40°
Ⅲ
n4
Ⅹ
H=4.
Ⅱ Ⅸ 皮带顺槽
0. 1~0. 55 50°
3°
.2 H=4 5° ∠6
Ⅸ
-538. 3
(2)超前钻探和物探方法
-536. 8 n1
Ⅻ
M2
学 小
Ⅺ
-566. 8
Ⅴ Ⅳ Ⅸ
M
Ⅸ
-529. 9
2010
Ⅰ Ⅷ
H=6. 5m∠70°
轨道顺槽
K3 -528. 9
1）以煤层底板等高线图为底图，将已知断层 和开采上部煤层新发现的断层以及有用的矿 井水文地质资料标于图上。
某矿1718采区底板等高线图
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2）根据水位资料编制等水位线图
某矿1718采区底板含水层放水等水位线图
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3）根据以上两种资料绘制底板等水压线图
某矿1718采区放水等水压线图
（二）带压开采水害防治措施
具体防治方法：
(1)注浆改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度
(2)超前钻探和物探方法
(3)超前预警监测方法
(4)其它防治方法
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（1）注浆改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度
底板含水层注浆改造技术示意图
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注浆防治矿井水害技术优点：
—目前较普遍采用突水系数（Ts）作为量化参数
压力水头
P TS M
TS
P M CP
底板岩层厚度 /有效隔水厚度
—2009年最新颁布的《煤矿防治水规定》中，建议对构造扰动底板和正常 块段底板的临界突水系数分别按0.06MPa/m和0.10MPa/m取值。 资源与地球科学学院
关键技术问题
突水系数（Ts）的物理意义明确，但量化依据不科学
(二)带压开采水害防治措施
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（一）划分突水性分区
1、编制突水系数图（5图双系数法）
突水系数的应用是通过突水系数图来体现的。有两种
突水系数图，一种是矿区或井田突水系数图(比例尺
1:5000～10000)，第二种是采区突水系数图(比例尺 1:1000～2000或更大)。
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压力传感器 流量监测仪 记录仪 管路 压水泵 水箱
巷道（工作场所）
注水钻孔 水压测试孔
二水平南翼胶带大巷 SYP24 断层测试孔 SYP23
60～8 5°H= 10.3m
FN-6 29 7°∠
2
SYP21 底板岩层压渗 测试孔
3754800
SYP22
SYG15
压力传感器
二水平南翼轨道大巷
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3、编制带压开采地质、水文地质说明书
开采受水威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之 前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书，以作为设计 的依据。
(1)说明书的工作范围应按开采范围所在的水文地质单元或以构造为边界 的地质块段来圈定，这便于分析含水层的补给、排泄以及含水层间的水力联 系，更便于水文地质勘探及疏放降压钻孔的设计。 (2)说明书除应具备煤层底板等高线图、剖面图等图件外，还应编制1： 1000、1：2000或更大比例尺的有关带压开采的专门水文地质图，如等水压线 图、煤层底板隔水层等厚线图以及突水系数等值线图。 (3)对开采区内的所有断层进行分析。 （4）要对开采区所在地质块段或水文地质单元的主要含水层进行水文地 质条件分析。 资源与地球科学学院