奥陶系突水高压水闸墙设计与施工的若干问题

（6）推广使用新技术
利用业已成熟的井下直流电法探测技术、瑞利波探测技术和工作面坑道透视技 术对生产区进行探测。查明生产区底板岩溶含水层富水情况，确定生产过程中 发生突水的机率，提出相应的防治措施；
突水的预测和防治
——实例与经验
义 马 矿 务 局 新 安 煤 矿 于 1999年 11 月 5 日 发 生 了 突 水 量 达 4257m3/h的特大型奥灰突水灾害，并于当月7日矿井被淹。 后根据实际水文地质条件，采用了“上阻，中拦，下堵” 的立体堵水方法，封堵了突水信道，解放被淹矿井，堵水 效果良好。 所谓上阻，即在突水巷道和破碎带进行固料填充和注浆， 设置阻水障碍，增加对地下水涌入巷道的阻力； 中拦，即在中间L1-3灰岩段通过注灰砂浆拦截下部O2 灰岩 水的信道或通过L1-3灰岩含水层的间接涌出； 下堵，即在O2 灰岩含水层或断层破碎带地段进行充填和注 浆，彻底切断O2灰岩水对突水点的补给通道。
突水的预测和防治
——煤矿开采技术的一个重要组成部分
近年来，随着科学技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、 工艺、技术都有了极大的提高，但煤矿突水事故却频繁发生。特 别是2000年以来，煤矿水害事故又呈现出上升的趋势。据不完全 统计，从2000年到目前为止，共发生重特大水害事故152起，死亡 970人，失踪340人。 此外，矿井水害事故对煤矿正常生产的影响也非常大，特别是对 一些高产高效现代化矿井影响极大。这些矿井一旦发生水害事故 ，即使不淹井不死人，也可能造成综采机械设备不能正常工作， 停产一天都会造成巨大的经济损失。 目前我国水害压煤超过100亿吨，随着开采条件的复杂化，一些特 殊矿井水害问题也日益严重。如近松散层采煤的水砂突涌问题、 大型水体下采煤的安全开采上限问题、西部缺水地区的保水采煤 问题等。这些问题的研究目前尚不够深入，需要进行专门攻关。
突水的预测和防治
——实例与经验
（4）改革巷道布设，减少恶性突水
焦作矿区矿井水平大巷，采区上下山布置随开采水平加深和对水文地质条件的 认识程度经历了三个阶段。第一阶段将巷道布置在煤层顶板岩石中，其弊端在 于留设保护煤柱大，维护困难，造成煤炭回收率低，第二阶段将巷道设计在底 板岩石中，其优点是减少煤柱损失，有利疏水降压。随开采深度增加各含水层 水压相对升高，二灰、奥灰突水日趋严重，掘进巷道时突水次数增多，突水量 增大，淹井、淹采区事故愈来愈多。在总结上述两个阶段的正反两方面经验和 教训，认识到焦作矿区的巷道布置要决定于水文地质条件复杂程度，在高水压 (>2.0MPa )地区或八灰水疏放效果不好的地区，主要巷道布置在顶板岩石中， 不做或少做底板岩巷，待防排水系统形成后，再行控放。在水文地质条件相对 简单，八灰接受补给不明显的地区，将主要巷道布置在煤层底板岩石中。
1、矿井水文地质工程地质条件
地质条件： 1.1 地质条件 地层——井田内钻孔揭露的地层由老到 地层 新为：奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗 —白垩系、第三系、第四系。
Hale Waihona Puke Baidu
三 河 尖 煤 矿 地 层 综 合 柱 状 图
地质构造——三河尖井田位于滕鱼背斜 地质构造 向西南的延伸部分。经地震测线控制、 钻孔穿过及生产揭露的大中型断层有30 条，其中孙氏店断层、F1/断层和F24断层 为井田边界断层。
（5）作为地下水库
井下生产中所用的清水，如：凿岩，喷雾、喷浆等用水，可从上部中 段已有的水闸墙中引出水管降到下部中段，供生产用水。也可以从专 门建造的水源隔水墙中引出水管，如果水质符合饮用标准，也可作矿 区生活用水。
水闸墙（防水门）
——位置选择
水闸墙位置应选择在巷道围岩工程地质良好的地段；水闸墙位置原则 上应尽量靠近涌水点，使水淹区控制在最小范围内，尤其是靠近采场 或采孔区地段。因为密闭巷道内水淹区越长，沟通采场或相邻巷道的 可能性也愈大。 应注意水闸墙和采场之间的关系，即：隔水墙和内侧的水淹巷道应在 采场和采空区岩体移动或采动影响范围之外；水闸墙外侧不应该出现 和墙内水淹巷道相连通的泄水点，岩溶矿区尤其要注意这个问题； 由于水闸墙建成后，墙体内的封闭巷道一般不再使用，故水闸墙不宜 建在主干巷道内；原则上应该选择再巷道断面较小处，以减少工程量 。同时适当考虑施工条件
三河尖井田构造纲要图
1.2 水文地质条件 三河尖煤矿位于半封闭的滕县背斜储水 构造水文地质单元的西南侧。根据含水 层岩性特征，空隙性质及地下水埋藏条 件，可划分为三种类型的含水层组： 孔隙潜水-承压含水层组 裂隙承压含水层组 岩溶裂隙承压含水层组
1.3 工程地质条件 主要研究21102工作面本次防治水工程21 煤及其顶底板的主要工程地质类型的工 程地质性质。
突水的预测和防治
——煤矿开采技术的一个重要组成部分
显而易见，在加强监管同时进一步开展矿井水害综合 防治研究，有效遏制矿井水害事故的发生，已成为保 障矿井安全生产的十分迫切的需要，具有重大的社会 意义和经济意义。 关键技术
– 加强矿井水害防治基础理论研究 – 研究建立矿井水害自动监测预报预警系统 – 研究开发矿井水害救灾快速反应指挥系统 – 研究高性能注浆材料及注浆工艺 – 解决特殊矿井水害问题
（2）控制放水
为进行地下疏干建水闸墙；当向富水地区掘进巷道时，如果遇到涌出的地下水 对矿井安全构成威胁，水闸墙对地下涌水进行控制放干措施，如果遇到停电或 排水设备出现故障，关闭放水闸门，以确保矿井安全，有些水闸墙虽非为疏干 而建，当地下水位降低，危险期过后，放水闸门打开，用于疏干，或作他用。
（3）节能
由于煤矿水害而给国家和人民带来的人身伤亡和经济损失极为惨 重。在我国煤矿重特大事故中，水害事故在死亡人数上仅次于瓦 斯事故，居第2位；在发生次数上，也紧随瓦斯和顶板事故之后， 居第3位。 据不完全统计，在过去的20多年里，有250多个矿井被水淹没，死 亡1700多人，经济损失高达350多亿元人民币。 上世纪80年代中期是我国煤矿水害最为严重的时期，当时在开滦 、肥城、焦作等矿区连续发生了多期灾难性突水淹井事故。随着 两期工业性试验研究和政府对防治工作监管力度的加大，我国煤 矿水害事故呈现出逐年减少的趋势。
突水的预测和防治
——实例与经验
矿山防治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 ，严重的水害矿山得以根治 。
突水的预测和防治
——实例与经验
焦作矿区 “立足矿井，预防为主，疏堵结合，分类治理”的防治水方 针，采取综合治理的防治水技术与措施。主要技术措施有： （1）加强水文地质预测、预报
水闸墙（防水门）
——功能
矿山巷道隔水构筑物，主要指水闸墙和防水门。水闸墙在我国名称不 一，目前有隔水墙、堵水墙、水闸墙和防水墙之称。其主要功能有以 下几点[17]： （1）堵水
巷道掘进中如果出现突水，其涌水量大于本中段现有排水能力或矿井总排水能 力，对矿井安全已构成威胁，在这种情况下可构筑水闸墙，以解除突水带来的 威胁。
突水的预测和防治
——实例与经验
自1954年以来，郑州矿区因奥灰、寒灰突水造成淹井达 6次，随着矿 井向深部的开采，奥灰 -寒武灰岩含水层突水的危险性将越来越大， 是矿区防治水工作的重点。主要防治对策与技术如下： (1)进一步查清水文地质条件，建立健全地下水长观系统。 (2)实行分区隔离，完善防排水系统,正确留设安全防隔水煤柱。对水 文地质条件复杂，有突水危险的区域，采取分区隔离的开采方案，在 适当的位置建立相应的水闸门，防止突大水。 (3)注浆封堵奥灰、寒灰突水点。 (4)预注浆加固断层带和底板薄弱带。
（3）合理疏堵，减少矿井涌水量
控放方法有两种，第一种是钻孔控放，在适当地点向灰岩含水层打放水钻孔， 孔口加截水阀，必要时可以关闭或控制流量；第二种方法是建控放站，在适当 地点向灰岩含水层掘进巷道，在揭露灰岩前建立防水闸门，然后沿灰岩含水层 开掘巷道放水，利用水闸门按采掘工程进度及突水规律控放，经生产验证效果 较好。对已回采结束的采区采用防水闸门 (墙 )封闭是生产矿井减少水量的另 一有效途径。
10:27
10:28
10:29 10:30
涌水量变化曲线图
2、国内外现状及本课题 研究内容
2.1 现状综述 突水的预测和防治——煤矿开采技术的 一个重要组成部分 水闸墙（防水门）——矿山巷道隔水构 筑物 注浆堵水——煤矿防治水中应用广泛的 工程技术
突水的预测和防治
——煤矿开采技术的一个重要组成部分
水文地质部分专题二
奥陶系突水高压水闸墙设计 与施工的若干问题
——徐州三河尖煤矿21102工作面突水综合防治 徐州三河尖煤矿21102工作面突水综合防治 徐州三河尖煤矿21102
隋旺华 资源与地球科学学院
主要内容
1、矿井水文地质工程地质条件 、 2、国内外现状及研究内容 、 3、前期抢险救灾工作 、 4、治理方案的确定 、 5、水闸墙设计 、 6、水闸墙施工组织 、 7、工程应用效果 、
21102工作面突水经过 21102 工作面突水经过——于2002年10月26
日 8 ： 40 发 生 突 水 ， 短 时 间 内 最 大 涌 水 量 达 2170m3/h，后逐渐衰减。至今水量稳定在后一 直稳定在1020 m3/h，水温50.5℃。
涌水量m3 2500 2000 1500 1000 500 0 0:00 7:00 14:30 19:00 0:00 5:00 10:00 19:00 0:00 19:00 0:00 19:00 0:00 9:00 10:00 19:00 10:31 日期(d/h) 10:00 13:00 21:00 10:26
（5）建立、完善矿井防排水系统
建立防水闸门 (墙 )主要是防止奥灰突水淹井。由于奥灰突水具有水量大、来 势猛的特点，且其涌水量难准确预计，若按突水量布置排水设施技术难度大， 经济上也不合理。所以按水文地质条件复杂程度，采取分翼、分水平或分区设 置防水闸门 (墙 )进行隔离防水，可避免因一处突大水而造成矿井被淹没的后 果。各生产矿井水文地质条件复杂的地区基本实现了单独隔离。
坚持月、季、年的水情水害预测、预报工作，对矿井生产地区进行逐头、逐面 分析。及时、准确的水文地质预报工作，一方面为生产部署提供了可行的地质 依据，避免了盲目采掘，另一方面可减少突水和降低突水强度，保证安全生产 。
（2）坚持有疑必探，防止巷道误揭断层突水
为防止采掘巷道误揭落差大于5m的断层，制定了有疑必探、超前探水的具体有 疑标准。另外，根据断层落差和水压大小，留设足够的防水煤柱；而巷道必须 穿过断层时，要采取加固措施，降低矿压对围岩的破坏，有效防止断层滞后突 水。
巷道掘进中，如果遇到从孤立通道中涌出的地下水或旧矿井水，这些新增涌水 量对矿井安全虽不构成威胁，但无疏干的必要，只能增加矿井排水费用，在这 种情况下，构筑水闸墙只是为了节能堵水。
水闸墙（防水门）
——功能
（4）加速排水速度
在恢复淹井排水过程中，当突水中段出露后，立即在该中段突水点附 近构筑水闸墙给予封闭，其目的在于减少矿井总涌水量，加快排水速 度，以求早日使淹井恢复生产。
1.4 21102工作面突水情况 21102工作面突水情况 21102 工作面概况 工作面概况——位于太原组西一、西二 采区，该工作面为三河尖煤矿太原组首采工作 面。工作面走向长1136m，倾斜长85m，采深为 -770.8 至 -831.2m ， 煤 层 倾 角 16°-20° ， 煤 厚 1.1-1.8m，煤层直接顶板为十二灰，厚度5.2m ，老顶为泥岩，厚15m；直接底板为泥岩，厚 0.7-1.1m，老底为细砂岩，厚2.7m。21煤层底 板距奥灰45.62m，距离富水的奥灰马家沟组约 为200m。21102工作面在回采过程中涌水量一 直在2m3/h左右，至突水时工作面回采330m。
突水的预测和防治
——实例与经验
徐州矿区矿井水灾比较严重，据不完全统计，自解放以来 ，全区共发生水灾事故 66起，严重影响了矿井生产，造成 巨大经济损失。 从水源看，水灾类型主要有：地表水水灾、冲积层水水灾 、顶板砂岩水水灾、石灰岩岩溶水水灾、老窑老空水水灾 、钻孔水水灾、断层水水灾、陷落柱水水灾等。 地面防水，井下防水，探放水，留设防水煤柱，设置水闸 墙或水闸门，矿井排水及注浆堵水。