第六章矿山水灾防治技术

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1、第一节矿井水灾概述第二节矿井充水条件分析第三节矿井突水与水量估算第四节矿井水害防治技术第一节矿井水灾概述一、矿井水基本知识二、我国矿井水灾现状与致因分析三、矿井水害类型一、矿井水基本知识(一)水循环及地下水来源(二)地下水的存在形式(三)含水层及隔水层(四)地下水的分类和特征(一)水循环及地下水来源自然界中的水，以气态、液态和固态分布于地球的大气圈、水圈和岩石圈中，各相应圈中的水，分别被称为大气水、地表水和地下水。大气水和地表水在一定条件下才渗入地下转化为地下水，从而使地下水获得水量，这个过程被称为地下水的补给。正因为地下水不断地获得补给，所以才能不断地在岩石空隙中运动，这个过程称为地下水的径

2、流。而地下水水量减少的过程，则是地下水的排泄。地下水的补给、径流和排泄及其变化的全过程，称为地下水的形成。(二)地下水的存在形式自然界中的地下水，主要赋存在岩石的空隙中。水在岩石空隙中有着各种各样的存在形式，在有表土层覆盖的地区，按其物理性质从地表向下可以分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细水、重力水和固态水。(三)含水层及隔水层1.含水层2.隔水层的概念3.隔水层的转化1.含水层当井下开掘巷道时，打到某些岩层，水就从岩层中湍湍流淌。那么，地下水为什么能在某些岩层中存在呢？这是因为在一些砂土层或岩层中存在有很多空隙(如孔隙、裂隙或溶隙)，这些空隙之间又相互连通，当大气降水或地表水渗入地下时，岩层中

3、的空隙就成为地下水聚集的场所，这些既含地下水而又透水的岩层，称为含水层。如在表土层中的含水砂层或砂砾石层，以及矿区含煤地层中饱含地下水的砾岩、砂岩或石灰岩层等都是含水层。2.隔水层的概念地壳中的各种岩石，其空隙性质有很大差别，尤其是那些十分致密的岩石，不仅地下水难以渗入，而且上部含水层中的地下水也无法透过，起着阻隔作用。这些不透水的岩层被称为隔水层。但应指出，在自然界中没有绝对不透水的岩层，只是透水性能强弱不同而已，因而一般把透水性差、含水很少的岩层划为隔水层。3.隔水层的转化隔水层在一定的自然条件下，有可能转化为含水层或透水性能较好的岩层。例如粘土物质，由颗粒细微的粘土矿物所组成，其颗粒直径

4、一般不超过0.0010.002mm，在微粒之间多被结合水所占据，几乎不含重力水，故为隔水层。但有时因粘土干裂而收缩，裂隙很发育，具有一定透水性，能储存地下水，从而失去原有的隔水性，由隔水层转变为透水层或含水层。此外，有的粘土和粘土岩在较大的水压作用下，可使其中一部分结合水产生运动而具有透水性，同样可由隔水层转化为含水层。(四)地下水的分类和特征图6-1地下水的类型(四)地下水的分类和特征表6-1地下水分类表二、我国矿井水灾现状与致因分析(一)我国矿井水灾现状(二)我国矿井水灾特点(三)我国矿井水灾致因(一)我国矿井水灾现状矿区内大气降水、地表水、地下水通过各种通道涌入井下，成为矿井涌水。当矿井

5、涌水量超过矿井正常排水能力时就会发生水患，称为矿井水灾。也可以理解为凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。(二)我国矿井水灾特点(1)突(透)水类型(按充水水源划分)。(2)随着已关闭矿井特别是乡镇个体小矿的大量增加，近几年老空水透水事故明显增多，造成的灾害明显增强，已成为目前我国煤矿水害的主要类型之一。(3)近几年煤矿水害有上升的势头(包括事故起数和伤亡人数)。(4)雨季发生的透水事故约占50%。(5)70%的水害事故发生在掘进工作面。(6)全国煤矿水害事故从煤矿所有制形式来看主要发生在乡镇煤矿、改制矿井及基建矿井。(7)水害事

6、故给乡镇煤矿带来的人员伤亡惨重，对国有煤矿造成的经济损失巨大。(8)事故发生后抢险救灾难度大、时间长、费用高、社会影响恶劣。(三)我国矿井水灾致因(1)安全意识淡薄，技术素质不高。(2)水文地质情况不清。(3)没有坚持“有疑必探，先探后掘”的原则。(4)防排水工程质量低劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂从而导致漏水，或者工程钻孔在固井止水前误穿巷道，导致顶板强含水层透水。(5)无序开采，先天不足。(6)排水设施平时维护不当，如水仓不按时清挖，突水时煤、岩块堵塞小井，致使排水设备失效而淹井。三、矿井水害类型(一)地表水水害(二)老窑水水害(三)孔隙水水害(四)裂隙水水害(五)岩溶水水害(一)地

7、表水水害水源是大气降水、地表水体(江河、湖泊、水库、坑塘、泥石流)。水源通过井口、采后冒裂带、岩溶塌陷坑、断层带及封闭不良、钻孔充水或导水进入矿井。例如，发生此类水害的情形有：因特大暴雨、山洪、泥石流冲毁工业广场，洪水从井口直接溃入井下；因工作面超限回采，破坏冲积层下防隔水煤柱，导致冲积层水和地表水溃入采煤工作面等。(二)老窑水水害水源是老窑、小窑、废巷及采空区积水。当巷道接近或遇到老窑积水区时，往往在短时间内涌出大量老窑水，来势凶猛，具有很大的破坏性，常造成恶性事故。(三)孔隙水水害水源是第三系、第四系松散层中的孔隙水。当煤层被第四纪松散含水的流砂层、砂层、砂砾层、卵石层、粘土砂层所覆盖，在

8、开采第一水平时，煤岩柱留得不够，往往是冒落带直接进入松散层，或是松散层底部存在富水含水层，开采前水文地质情况不清，没有按含水层下回采条件留设煤柱，回采后水、砂或泥溃入井下；超限出煤，破坏煤岩柱或在煤岩柱中开拓巷道、硐室，破坏了隔水煤岩柱的完整性，年久渗水，冒顶坍塌，使冲积层水或流砂、流泥溃入井下，淤塞巷道甚至造成淹井。(四)裂隙水水害水源为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水。这种水害发生在开采北方二叠纪山西组煤层和侏罗纪煤层以及开采南方侏罗纪的煤层中。这些煤层顶部常有厚层砂岩和砾岩，其中裂隙发育，如与上覆第四纪冲积层和下伏奥陶系含水层有水力联系时，可导致大突水事故以及建井时期发生淹井事故。若砂岩层缺乏

9、补给水源时，则涌水很快变小甚至疏干。(五)岩溶水水害水源主要是华北石炭二叠纪煤田的太原群薄层灰岩岩溶水。这种水害以河南、河北、山东、江苏居多。这些地区太原群煤层的顶底板均有薄层灰岩含水层存在，在开采中必然要揭露这些含水层并予以疏干。一般情况下，这些含水层是可以疏干的，但是，当这些薄层灰岩含水层与地表水体发生水力联系时或被地质构造切割，造成垂向的导水通路和横向与厚层灰岩含水层对接水力联系时，这些含水层的富水性便大大增加。因此，在具有强水源补给和接近导水通道的部位，常发生较大灾害性突水事故。典型矿井有徐州青山泉矿二号井、淮南谢一矿、肥城大封矿、新密芦沟矿等。第二节矿井充水条件分析一、矿井充水水源二

10、、矿井充水通道一、矿井充水水源(一)大气降水水源(二)地表水水源(三)地下水水源(四)老空(窑)水水源(一)大气降水水源(1)在渗入条件相似的情况下，矿床充水程度与地区降水量的大小、降水性质、降水强度和延续时间有关。(2)矿井涌水动态与当地降水动态相一致，矿井涌水量随气候具有明显的季节性、多年周期性的变化规律。(3)降水对分水岭地段及地形低洼浅埋矿床的充水影响最明显，但同一矿井随开采深度的增加影响逐渐降低，且涌水高峰值出现后延的现象。(二)地表水水源(1)矿井涌水动态随地表水的丰枯呈季节性变化，且其涌水强度与地表水的类型、性质和规模有关。(2)矿井涌水强度还与井巷到地表水体间的距离、岩性与构造

11、条件有关。(3)采矿方法的影响。(三)地下水水源1.间接充水水源2.直接充水水源1.间接充水水源间接充水水源是指充水含水层主要分布于矿床体的周围，但和矿体并未直接接触的充水水源。常见的间接充水水源含水层有间接顶板充水水源含水层、间接底板含水层、间接侧帮含水层或它们之间的某种组合。应该指出间接充水水源的水只有某种导水构造穿过隔水围岩进入矿井后才能使其作为充水水源的事实得以实现。2.直接充水水源直接充水水源是指含水层与矿床体直接接触或矿山生产与建设工程直接揭露含水层，从而导致水源进入矿井的充水含水层。常见的直接充水水源含水层有矿床体直接顶板含水层、直接底板含水层、露天矿剥离第四纪(含水层)直接穿过

12、含水层。直接含水层中的地下水需要专门的导水构造导通，只要采矿或地下工程进行，其必然会通过开挖或采空区直接进入矿井。(四)老空(窑)水水源(1)在短促的时间内可以有大量的水涌入矿井，来势猛，有害气体含量高，对人身和设备的伤害非常大。(2)水中含有大量的硫酸根离子，具有腐蚀性，容易损坏井下设备。(3)当其与其他水源无联系时，则易于疏干；若与其他水源有联系时，则可造成量大而稳定的涌水，危害较大。二、矿井充水通道(一)充水天然通道(二)充水人为通道(一)充水天然通道1.点状岩溶陷落柱通道2.断裂(裂隙)带通道3.窄条状隐伏露头通道4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)通道5.地震通道1.点状岩溶陷落

13、柱通道岩溶陷落柱在我国北方较为发育，这是由于我国广泛分布的华北石炭二叠系煤层的基底发育有巨厚的奥陶系石灰岩含水层(一般厚度在600800m)，巨厚层可溶碳酸岩的存在使得其在漫长的地质历史过程中在地下水的长期物理和化学作用下，形成了大量的巨大的古岩溶空洞，在上覆岩层和矿层的重力作用下，空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，被下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系，特别位于富水带上的岩溶陷落柱，可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。2.断裂(裂隙)带通道(1)隔水断层。(2)导水断层。(1)隔水断层。一般为压性断层或断层带被粘土质充填，使

14、两侧含水层不发生水力联系。在矿床开采时，由于人为活动，天然状态下隔水断层常变为导水断层。隔水断层处于不同位置其水文地质意义亦不同，隔水断层分布于主要充水岩层内时，常分割充水岩层的水力联系；隔水断层在边界上时，阻止区域地下水补给。(2)导水断层。导水断层所处位置不同其水文地质意义亦不同。当导水断层位于区域边界时，常形成充水含水层或临近充水含水层的补给通道；当导水断层与地表水连通时，常形成地表水体补给矿床的主要通道；当充水岩层分布导水断层时，将增加充水岩层与外界的水力联系程度；当导水断层切割矿层隔水顶、底板时，断层常引起顶板或底板突水问题。沟通充水含水层组密切水力联系的线状断裂(裂隙)带多发生在断

15、层密集带、断层交叉点、断层收敛处或断层尖灭端等部位。3.窄条状隐伏露头通道(1)隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小。(2)上覆第四系底卵砾石孔隙含水层组底部是否存在较厚的粘性土隔水层。探测隐伏露头基岩风化带的渗透能力，一般可采用压(抽)水试验方法。4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)通道根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析，在华北型煤田北部一带，煤系含水层组主要以厚层状砂岩含水层组为主，薄层灰岩沉积较少。在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩和泥岩为主的隔水层组。在地质历史的多期构造应力作用下，脆性的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力，致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和

16、节理，形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。这种面状展布的裂隙网络随着上、下充水含水层组地下水水头差增大，以面状越流形式的垂向水交换量也将增加。5.地震通道根据开滦唐山矿在唐山地震时矿井涌水量和矿区地下水水位观测资料可知，地震前区域含水层受张力时，区域地下水水位下降，矿坑涌水量明显减少；地震发生时，区域含水层压缩，区域水位瞬时上升数米，矿坑涌水量瞬时增加数倍；强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水逐渐下降，矿井涌水量也逐渐减少。震后区域含水层仍存在残余变形，所以矿井涌水在很长时间内恢复不到正常涌水量。矿井涌水量变化幅度与地震强度成正比，与震源距离成反比。(二)充水人为通道1.

17、顶板冒落裂隙带2.地面岩溶疏干塌陷带3.封孔质量不良钻孔1.顶板冒落裂隙带(1)当冒落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时，矿坑涌水量将有显著增加；当未能达到顶板充水岩层时，矿坑涌水无明显变化。(2)当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加，同时常伴有井下涌砂现象。1.顶板冒落裂隙带图6-2煤层采空上方岩层破坏三带图2.地面岩溶疏干塌陷带随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验和疏干实践，矿区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水通过塌陷坑充入矿井。有时随着塌陷面积的增大，大量砂砾石和泥砂与水一起溃入矿坑。3.封孔质量不良钻孔底板充水矿床常因封孔质量不良，某些钻孔变成

18、了人为导水通道，当掘进巷道或采区工作面经过没有封好的钻孔时，顶、底板含水层地下水将沿着钻孔补给矿层，造成涌(突)水事故。第三节矿井突水与水量估算一、突水预兆二、矿井突水水源识别三、突水后水量估算方法一、突水预兆(1)煤壁挂红。(2)煤壁挂汗。(3)空气变冷。(4)发生雾气。(5)煤层发出水叫。(6)底板鼓起。(7)涌水。(1)煤壁挂红。这是因为水中含有铁的氧化物，在通过煤层或岩层裂隙时，附着在裂隙表面的暗红色水锈。一般认为巷道接近积水区。(2)煤壁挂汗。当采掘工作面接近积水区时，因水在自身压力作用下，通过煤岩裂隙缝透过煤岩壁，聚成水珠。(3)空气变冷。工作面接近积水区时，气温骤然下降，煤壁发凉

19、，人一进去有阴冷的感觉，时间越长就越感到阴凉。但有地热问题的矿井，地下水温高，当掘进工作面接近时，温度反而升高。(4)发生雾气。当巷道内温度很高时，积水渗到煤壁后，引起蒸发而形成雾气。(5)煤层发出水叫。在采掘面中，若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表征因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明离水体不远即将突水，这时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。(6)底板鼓起。底鼓有两种原因：一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；另一种是受矿山压力单方面作用而产生底鼓，一般不突水。当发生底鼓时，要监视底鼓的发展变化，并报告矿井调度室。经技术人员调查核实确定底

20、鼓原因。若是前种原因，须采取紧急措施：先在底鼓地段铺设密集地梁，打木垛控制底鼓发展。在底鼓基本被控制的情况下，可在底鼓地段外侧打钻孔放水泄压。(7)涌水。即水已涌出。二、矿井突水水源识别(一)地质、水文地质分析法(二)突水点位置和出水形态分析法(三)突水携出物分析法(四)地下水动态分析法(五)水质分析法(一)地质、水文地质分析法(1)煤层底板隔水层变薄，煤层接近强含水层，致使水突破隔水层。(2)断层使区域含水层与煤层、直接充水含水层接触，地下水发生侧向补给。(3)采掘工作面接近或揭露导水陷落柱，或底板有断层、裂隙产生垂向补给。(4)工作面接近或揭露封闭不良且与强含水层沟通的钻孔。(5)断层带含

21、水并与地表水或冲积层水沟通，或采后顶板陷落，冒裂带高度波及上覆地表水体和第四系冲积层，获得地表水和冲积层水补给。(6)采掘工作面揭露含水层或含水溶洞，上下采区被导水裂隙带沟通，浅部露头补给。(二)突水点位置和出水形态分析法分析突水水源时，应以突水点的标高和它位于巷道顶部、底部或巷帮的位置，结合采场的地质水文地质条件，从周围的含水层水、老窑水、地表水体可能存在水力联系方面去分析。若巷道位于断层附近，突水点处于巷道顶部，呈下降水流流出时，应从出水点高程以上的地层，按断层断距大小、两盘含水层分布、煤层与含水层间距、老窑分布状况、断层水文地质性质与地表水联系程度等方面去分析突水水源；反之，则从出水点高

22、程以下地层、地质水文地质条件去分析，水源多半是两盘含水层中水；若是煤(岩)帮突水，主要是在水压作用下溃入巷道，多半是老窑水；若水质清、流量稳定，则是断层水或含水层水。突水形态指的是水从突水点流出还是冒出；是一阵大一阵小，还是缓慢增大；是上翻出水、喷射，还是缓流水。以此判断水压相对大小，同时也反映出动水量大小。(三)突水携出物分析法无论是地表水或含水层中水，溃入采掘工作面时，一般都能携出突水点附近围岩物质，注意观察与收集这方面的资料对确定水源有很大意义。如某矿突水后，从携出物中见有铝土页岩，与该矿综合地层柱状图比较，应是下伏强含水层水；另一矿雨季巷道大量出水，出水携出大量风化很重的灰岩碎块并见有

23、海百合茎化石，确定水是来自灰岩露头。据此判断采取相应措施，取得良好效果。若为老窑水，常可带出巷道木屑和煤泥等。(四)地下水动态分析法(1)长观孔、水井、泉群中水位发生剧烈(或明显)变化的含水层，往往是主要突水水源；不变化的含水层一般不是突水水源。(2)不同含水层中地下水位同时(或先后)发生变化，而含水层的透水性又类似，那么变化大的含水层是主要突水水源，变化小的是次要水源。(3)两个以上含水层同时为突水水源时，含水性强的含水层动态变化小，含水性弱的含水层动态变化大。(4)同一含水层由于构造分割成不同块段，突水后，不同段块上水位动态为同步同幅，表明断层透水；同步异幅则是弱透水；异步异幅则是阻水。(

24、5)根据突水后绘制的等水位(压)线图，若水力坡度平缓，水位(压)反应灵敏，泉水流量减少或断流时间早于其他地段，则是主要补给水源的主径流带和来水方向，等水位(压)线与边界正交各为隔水边界，突水点周围若出现封闭的高水位区，则在其附近存在有垂向越流补给通道。(五)水质分析法水质分析法识别矿井突水水源的原理是：不同含水层由于自身岩性(包括化学成分和物理结构)的不同，赋存于其中的地下水，因运移条件、水文地球化学环境的不同，形成不同含水层间它们化学组分的差异。根据这些差异归纳出不同含水层的水化学特征，再利用突水点的水质特征与其比较来确定突水水源。三、突水后水量估算方法(一)现场测量方法(二)突水总量的估算

25、(一)现场测量方法1.浮标法2.水泵标定法1.浮标法矿井发生突水后，初期水量一般较小，可在巷道的水沟内测定其水量。选用规整的水沟，长5m左右，清除沟内杂物，选择上、下两个断面，测出其断面积F1和F2，取断面的平均值F，测量这两断面的距离L，然后将一很轻的浮标从水沟上游断面处投入水中，同时记下起始时间，当浮标到达下游断面时，再记下到达时间，其时间差即为浮标流经L距离所需的时间t。其涌水量可按下式计算：2.水泵标定法突水后，一般应增开水泵或增加水泵运转时间，则水仓增加的水量可用下式计算：(二)突水总量的估算1.算术迭加法2.积仪法1.算术迭加法2.积仪法图6-3水淹没总体积计算图第四节矿井水害防治

26、技术一、矿井防排水系统二、防水煤(岩)柱留设的方法三、地面防治水四、井下探放水五、疏放排水六、矿井注浆堵水技术一、矿井防排水系统(一)水仓(二)泵房(三)排水管道(四)水泵(五)供电系统(六)闸门系统(一)水仓(1)有相应连接又可控制隔离的主、副仓，便于轮流清理淤泥杂物，保证水仓容量的有效性。(2)有足够的供水泵吸水管(阀)安放且与水仓连接的吸水小井。(3)水仓进水口沉淀池和流量堰口，要根据水量大小有足够的稳流沉淀容积、稳定隔板和标准的不漏水堰口，便于及时准确测定流量。(4)应急储水区。(5)与泵房相连的水平大巷临时抢险隔离闸板门。(二)泵房(1)有便于水泵及电动机进出的通道。(2)必要时要预

27、留安泵位置和接电开关，一旦需要，可突击增加水泵。(3)泵房内的环形管路及相应的闸阀能有利于充分发挥排水管路和各台水泵的能力，起动和调配水量方便合理。(4)当同一矿井、同一水平有数个泵房时，其底面标高应尽可能一致，这样便于协同排除该水平的来水，形成统一的排水能力，防止低位泵房被淹，高位泵房还发挥不了排水功能。(三)排水管道排水管道的管径要与水泵能力相匹配，其趟数要与总设计排水能力相匹配，其壁厚要与相应的扬程相适应，这些应由设计部门选型。作为矿井水文地质工作者，需要掌握不同直径管路的通水能力。(四)水泵(1)大流量的潜水泵平时封存保护不用，水大时才进行排水抢险，操作人员安全，也不怕淹泵，追排水时也

28、不存在移泵问题。(2)正常涌水量用卧泵排除，维修管理方便，如管路长度与潜水泵的一致时，吨水电耗低。(3)水仓与配水小井要专门设计，泵房封闭门和配水小井控水闸阀均可简化。(4)水仓容量、泵房及配电室规格尺寸均可科学调整，以减少井巷工程量为目的。(五)供电系统供电系统要与水泵供电负荷相匹配，并保证双电源双回路供电，以便一路电源发生故障时，另一路电源能立即供电，保障排水系统的不间断正常工作。(六)闸门系统对大水矿井来说，根据具体的水文地质和工程地质条件，要整体考虑矿井采区开拓部署，实行分水平、分煤层、分区域甚至分采区的隔离措施，修建水闸门系统，以便于某一地点发生意外突水时，可立即关闭闸门，使灾情迅速

29、得到控制，保障其他地点的正常安全生产。这是矿井的重要防水系统。在有水害威胁的矿井，它与排水系统同等重要。二、防水煤(岩)柱留设的方法(一)防水煤(岩)柱的种类(二)防水煤(岩)柱的留设原则(一)防水煤(岩)柱的种类(1)断层防水煤(岩)柱。(2)井田边界煤柱。(3)上、下水平(或相邻采区)防水煤(岩)柱。(4)水淹区防水煤(岩)柱。(5)地表水体防水煤(岩)柱。(6)冲积层防水煤(岩)柱。(1)断层防水煤(岩)柱。在导水或含水断层两侧，为防止断层水溃入井下而留设的煤(岩)柱，当断层使煤层与强含水层接触或接近时，为防止含水层水溃入井下也应留设的煤(岩)柱。(2)井田边界煤柱。相邻两井田以技术边界

30、分隔时，为防止一个矿井被淹没(由突水或矿井报废引起)后影响另一个矿井的安全生产而留设的煤(岩)柱。(3)上、下水平(或相邻采区)防水煤(岩)柱。在上、下两水平(或相邻两采区)之间留设的防水煤(岩)柱。这种煤(岩)柱为暂时性的煤(岩)柱，在上、下两水平(或相邻两采区)开采末期或透水威胁消除后，这部分煤(岩)柱中的煤仍然可以回收出来。(4)水淹区防水煤(岩)柱。在水淹区(包括老窑积水区)四周和上、下水平留设的防止水淹区水溃入井下采掘工作面的煤(岩)柱。(5)地表水体防水煤(岩)柱。为防止采煤后地表水经塌陷裂缝溃入井下而留设的煤(岩)柱。(6)冲积层防水煤(岩)柱。为防止采煤后上覆冲积层中的强含水层

31、水溃入井下而留设的煤(岩)柱。(二)防水煤(岩)柱的留设原则(1)在有突水威胁但又不宜疏放(疏放会造成成本大大提高时)的地区采掘时，必须留设防水煤(岩)柱。(2)防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。(3)留设防水煤(岩)柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等天然因素密切结合，还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。(4)一个井田或一个水文地质单元的防水煤(岩)柱应该在它的总体开采设计中确定。(5)在多煤层地区，各煤层的防水煤(岩)柱必须统一考虑确定，以免某一煤层的开

32、采破坏另一煤层的煤(岩)柱，致使整个防水煤(岩)柱失效。(6)在同一地点有两种或两种以上留设煤(岩)柱的条件时，所留设的煤(岩)必须满足各个留设煤(岩)柱的条件。(二)防水煤(岩)柱的留设原则(7)对防水煤(岩)柱的维护要特别严格，因为煤(岩)柱的任何一处被破坏，必将造成整个煤(岩)柱无效。(8)留设防水煤(岩)柱所需要的数据必须在本地区取得。(9)防水煤(岩)柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水煤(岩)柱将无隔水作用。三、地面防治水(一)地面防洪调查(二)地表水防治措施(一)地面防洪调查(1)掌握矿区的地形条件，地面河流和已有防水工程的分布，圈定井田受水

33、面积和低洼地带，查明煤层、含水层露头和地表塌陷裂缝的分布与范围。(2)掌握当地历年的降雨量和最高洪水位，特别是暴雨强度资料及其周期性；调查地表水流在井田内所处位置、流向、水位、河流决口以及分流后的情况；观测河床坡度、河床性质和疏水能力。(3)在工业广场的河床附近，通过煤层露头、透水岩层、塌陷区，观测地表水的流量变化，同时注意河水下渗情况，确定河床漏失段和漏失量。(4)了解已有地面防治水工程，分析工程布置是否合理以及竣工后的实际效益；调查各项工程质量，有无因质量低劣对防治地表水不起作用继续漏水等现象。(二)地表水防治措施1.井口及工业场地的防洪与泄洪2.修筑排洪渠3.河床铺底与填堵陷坑4.修筑防

34、洪堤隔绝水源5.注浆截流堵水6.河流改道和取直1.井口及工业场地的防洪与泄洪井口和各种工业建筑物的基础标高，均应高于当地历年最高洪水位。在矿井设计时，井口及工业场地应选择在不受洪水威胁的地点，避免布置在山洪口及其受淹区。如受地形限制，当井口及工业场地标高低于当地最高洪水位时，必须修筑堤坝、沟渠等来疏通水路，或者将井口(包括风井、管子道及人行道)及主要建筑物(包括配电所、绞车房等)的标高加高，使其高出当地最大洪水位之上，矿井井口在平原地区应高出0.5m，丘陵或山区应高出1.0m，工业场地及居民区均应高出0.5m。2.修筑排洪渠位于山麓或山前平原地区的矿井，在多雨季节山洪暴发时，有大量洪水流入矿区

35、，积水下渗，造成井下大量涌水，这就需要修筑地面引洪渠网，防止洪水进入煤层开采段或矿区内。一般可在矿区上方山坡处，垂直于来水方向修建排洪渠，拦截洪水。排洪渠可大致沿地形等高线布置，并保持适当的坡度，而后根据地形特点将洪水引出矿区。3.河床铺底与填堵陷坑(1)河床铺底。(2)填堵陷坑。(1)河床铺底。当河槽底下局部地段出露有透水很好的充水层或塌陷区时，为了减少地表水及第四系潜水对矿井充水层的补给，可在漏水地段铺筑不透水的人工河床。不少煤矿采用这种措施后，井下涌水量显著减少。(2)填堵陷坑。矿区的岩溶洞穴、塌陷裂缝和废弃的小煤窑等，都可能在地面形成塌陷坑和较大的缝隙，它们极易成为雨水或地表水流入井下

36、的通道。因此，必须采取防治措施，一方面要防止地面积水，另一方面对于面积不大的塌陷裂缝和塌陷坑要及时填堵。每年雨季之前，要进行全面检查，然后采取填堵措施。4.修筑防洪堤隔绝水源当矿区含煤地层中的可采煤层距离冲积层水及地表很近时，而且在潜水含水层下部具有稳定隔水层的情况下，地表水与冲积层水随时都有灌入矿井的危险。为了有效地防止地表水涌入矿井，可修筑规模较大的防水堤，用水泥及粘土筑成，其下部筑在冲积层底部隔水层上，有效地隔绝地表水与冲积层水对矿井的补给。5.注浆截流堵水富水含水层与地表水保持经常性水力联系的矿区，在井巷施工中，有的地段涌水量很大，对安全生产、施工条件和设备的维护等都很不利。为了防止地

37、表水的渗透补给，可用注浆手段截流堵水。6.河流改道和取直当矿区地表河流渗漏范围很大，利用上述堵水方法难以奏效时，则可考虑将河流改道。可选择合适的地点(最好是在隔水层上)修筑水坝将原河道截断，用人工挖掘新河道，将河水引出矿区以外。如果地形条件不允许，则可将井田范围内的河道取直，以减少渗透面积和开采时的煤柱损失。四、井下探放水(一)井下需要探放水的情况(二)小窑老空水的探放方法(三)探断层水及其他可疑水源(四)探放水的安全措施(一)井下需要探放水的情况(1)接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。(2)接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。(3)打开隔离煤柱放水时。(4)接近可能与河流、湖

38、泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。(5)接近有出水可能的钻孔时。(6)接近有水的灌浆区时。(7)接近其他可能出水地区时。(二)小窑老空水的探放方法1.探水前应注意的事项2.探水起点的确定3.放水钻孔的布置方法1.探水前应注意的事项(1)检查排水系统，准备好水沟、水仓及排水管路；检查排水泵及电动机，使之正常运转，达到设计的最大排水能力。(2)准备堵水材料。(3)检查瓦斯。(4)检查支架情况。(5)检查煤壁。(6)检查水沟。(7)检查安全退路。(8)检查打钻地点或附近是否安设专用电话。2.探水起点的确定(1)积水线：调查核定积水区的边界，也即小窑采空区的范围，其深部界线应根据小窑的最深下

39、山划定。(2)探水线：对有图样资料可变的老窑(没有图样资料可查的老窑，用物探控制可疑区)沿积水线外推60150m的距离画一条线(如上山掘进时则为顺层的斜距)，此数值大小视积水范围可靠程度、水头压力、煤的强度大小来确定。(3)警戒线：它是从探水线再外推50150m(在上山掘进时指倾斜距离)。2.探水起点的确定图6-4积水线、探水线和警戒线示意图3.放水钻孔的布置方法(1)探水钻孔的超前距、允许掘进距离、帮距，如图6-5所示。(2)探水钻孔布置方式。(3)放水孔孔径及孔数的确定。(1)探水钻孔的超前距、允许掘进距离、帮距，如图6-5所示。图6-5探水钻孔的超前距、帮距、允许掘进距离示意图(1)探水

40、钻孔的超前距、允许掘进距离、帮距，如图6-5所示。1)超前距。2)允许掘进距离。3)帮距。4)钻孔密度。1)超前距。探水时从探水线开始向前方打钻探水，一次打透积水的情况较少，所以常是探水掘进探水循环进行，而探水钻孔的终孔位置应始终保持超前掘进工作面一段距离，这段距离简称超前距。实际工作中，超前距一般在煤层中采用30m，在岩层中采用20m。2)允许掘进距离。经探水后证明无水害威胁、可以安全掘进的长度，称为允许掘进距离。3)帮距。探水钻孔一般不少于3个，一个为中心眼，另两个为外斜眼，与中线成一定角度，呈扇形布置。中心眼中点与外斜眼终点之间的距离称为帮距。帮距一般应等于超前距，有时可略比超前距小12

41、m。4)钻孔密度。指允许掘进距离的终点，探水钻孔之间的间距。间距的大小视具体情况而定，一般不应大于古空老巷的尺寸。例如古空老巷道宽为3m，则巷道允许掘进终点钻孔间距最大不得超过3m。(2)探水钻孔布置方式。图6-6深孔、中深孔和浅孔布置方式1深孔2中深孔3浅孔、第一、二次超前距帮距、第一、二次孔间距、第一、二次允许掘进距离(3)放水孔孔径及孔数的确定。1)钻孔孔径的选择：放水孔孔径的大小，应根据煤层的坚实程度、放水孔深度等因素来确定。2)钻孔孔数的计算。2)钻孔孔数的计算。单孔出水量，可用下式进行估算：用下式计算平均放水量：用下式计算钻孔的孔数：单孔出水量，可用下式进行估算：用下式计算平均放水

42、量：用下式计算钻孔的孔数：(三)探断层水及其他可疑水源(1)采掘工作面前方或附近有含(导)水断层存在，但具体位置不清或控制不够严密时。(2)采掘工作面前方或附近预测有断层存在，但其位置和含(导)水性不清，可能突水时。(3)采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的水压都处于临界状态(即等于安全隔水层厚度和安全水压的临界值)，在掘进工作面前方和采面影响范围内，是否有断层情况不清，一旦遭遇很可能发生突水时。(4)断层已为巷道揭露或穿过，暂时没有出水迹象，但由于隔水层厚度和实际水压已接近临界状态，在采动影响下，有可能引起突水，需要探明其深部是否已和强含水层连通，或有底板水的导升高度时。(5)井巷工程接近或

43、计划穿过的断层浅部不含(导)水，但在深部有可能突水时。(6)根据井巷工程和自设断层防水煤柱等的特殊要求，必须探明断层时。(三)探断层水及其他可疑水源(7)采掘工作面距已知含水断层60m时。(8)采掘工作面接近推断含水断层100m时。(9)采区内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时。(10)采区内构造不明，含水层水压又大于3MPa时。图6-7探断层水及断层下盘含水层水示意图(四)探放水的安全措施1.探水巷道掘进的安全措施2.钻探的安全措施3.放水及放水后掘进的安全措施4.其他安全措施1.探水巷道掘进的安全措施(1)探水巷道必须在探水钻孔有效控制范围内掘进，探水孔的超前距、帮距及孔间距必须符合设计要

44、求。(2)巷道支护必须牢固，顶、帮背实，有较强的抗水流冲击能力。(3)按设计钻孔的预计流量修建水沟，并将流水巷道内的沉渣等障碍物清理干净，巷道通风必须良好。(4)巷道与积水区间距小于探水规定的超前距，或有突水征兆时，应将掘进头正前和两帮支架加固，刹紧背严，加以封固，另选定安全地点探水。(5)厚煤层的上山探水巷，必须沿底板掘进，巷道内不能有浮煤。(6)探水巷道须加强出水征兆的观察，一旦发现异常应立即停掘处理。(7)严格执行“四不掘进”制度：当工作面或炮眼有突水征兆时；探水孔超前距离不符合规定时；掘进头支架不牢或空顶时；排水系统不正常时。1.探水巷道掘进的安全措施(8)掘进班长必须在现场交接班，交

45、接允许掘进剩余长度和巷道中线与允许前进方位关系等问题。2.钻探的安全措施(1)检查安钻场地的巷道支护和通风情况，安全情况好，方可安装钻机。(2)注意检查观测周围有无出水征兆，如发现安钻地点距积水地点很近时，应在采取加固措施后，另找安全地点探水。(3)钻机安装必须牢固可靠。(4)严格按设计标定钻孔方位、倾角钻孔。(5)钻进时要注意判别煤、岩层厚度变化并记录换层深度。(6)钻进中发现有害或有毒气体喷出时，应在加强通风的同时用黄泥、木塞(预先备好)封堵孔口。(7)钻进中发现孔内显著变软或沿钻杆流水，都是钻孔接近或进入积水区的象征，此时应立即停钻检查，如孔内水压很大，应将钻杆固定并记录其深度。(8)遇

46、高压水顶钻杆时，用立轴卡瓦和逆止阀交替控制钻杆，使其慢慢地顶出孔口。3.放水及放水后掘进的安全措施(1)探到积水或水压后，应复核原有积水资料，确定放水量及放水孔个数，进一步调整排水能力，使排水供电系统符合煤矿安全规程的要求，并清理好水仓、水沟等。(2)派专人监视放水情况，记录放水量，发现异常及时处理。(3)加强放水地点的通风，增加有害气体的检测次数，或设瓦斯警报器。(4)放水结束后，立即核算放水量与预计积水量的误差，查明原因，以防止有残留积水。(5)受地表水强烈补给的老空区，放水后，一般应通过一个水文年的观察方可掘透老空区。(6)掘透老空区时，两侧应有掩护孔，并在有风流进出的钻孔掘透老空区点标

47、高以上掘进，以防由于淤泥、碎石收缩堵孔，造成积水已被“放净”的假象和防止放水点标高以下残留积水突出的危险。3.放水及放水后掘进的安全措施(7)进入老空区后，遇见实煤区或致密的矸石充填区，凡无法观测前方老空状况时，仍需探水前进，以防残留积水的危害。4.其他安全措施(1)在突然大量涌水的情况下探放水时，应事先在探水工作面附近设临时水闸门。(2)预先规定好报警联络信号、涌(充)水时的对策及人员避灾路线等。(3)放水工作应尽量避免在雨季进行。(4)探放水人员必须按照批准的设计施工，未经审批单位允许，不得擅自改变设计。五、疏放排水(一)顶板水的疏放(二)底板水的疏放(三)其他疏放水方法(一)顶板水的疏放

48、1.利用“采准”巷道疏放2.放水钻孔3.直通式放水钻孔1.利用“采准”巷道疏放(1)采准巷道提前掘进的时间应根据疏放水量和疏放速度决定，超前时间过长会影响采掘计划的平衡，造成巷道长期闲置，有时还会增加维修工作量；超前时间太短又会影响疏放效果。(2)疏放强含水层地下水时，应视水量大小考虑是否要扩大排水沟、水仓以及增加排水设备。2.放水钻孔(1)钻孔应布置在裂隙发育和标高较低的地段。(2)钻孔的间距按疏干降落曲线的要求布置，或与老顶周期来压的距离同步。(3)钻孔深度达到打通采空后形成的导水裂隙带即可，若穿透导水裂隙带以外的含水层，将会导致额外的水源涌入工作面。(4)钻孔的方位垂直或接近于垂直顶板含

49、水层时工程量最省，但斜孔揭露含水层范围大，疏放水效果好。(5)钻孔数量和孔径视水量大小而定，孔径一般不宜过大。3.直通式放水钻孔煤层顶板以上有几层含水层，岩层比较平缓，含水层距地表较浅，并且巷道顶板为相对隔水层时，可使用直通式放水钻孔。它是由地表施工，向下打穿含水层，并与井下疏干巷道的放水硐室相通的垂直放水钻孔。当放水钻孔通过松散含水层或者涌砂涌泥的含水层时，应在相应部位安装过滤器。(二)底板水的疏放1.利用巷道疏放2.疏放水降压钻孔1.利用巷道疏放将巷道布置于强含水层中，利用巷道直接疏放。但是，这种方法只有在矿井具有足够的排水能力时才能使用。否则，在强含水层中掘进巷道将是不可能的。2.疏放水

50、降压钻孔根据底板突水的原因分析，不难设想预防底板突水可以从两个方面进行。一是增加隔水层的“抗破坏能力”，如用注浆增加隔水层抗张强度及留设防水煤柱或保护煤皮以加大隔水层厚度；另一是降低或消除“破坏力”的影响，如疏放水降压等。(三)其他疏放水方法1.地面疏降水2.调节水位(压)3.吸水钻孔疏放水1.地面疏降水(1)直线孔排：地下水由一侧补给时，进行矿层顶板含水层的疏放。(2)环形孔群：地下水为圆形补给时，采用过这种方式，但成本较高。2.调节水位(压)(1)注浆堵塞井下突水点，以减小地下水进入矿井的水流断面，使地下水封闭、调节在含水层中。(2)对于井下起决定性作用的突水点，注浆并埋设孔口管，在孔口管

51、上安装闸阀和压力表，借以控制水量。3.吸水钻孔疏放水(1)煤层下部含水层的水位低于煤层底板或干燥无水，具有一定的吸水能力。(2)煤层下部含水层的吸水能力大于煤层上部含水层的泄水量。六、矿井注浆堵水技术(一)注浆堵水的适用条件(二)注浆工作程序(三)注浆过程中的若干问题(一)注浆堵水的适用条件(1)当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水。(2)当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，如不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大困难和危害，甚至无法施工。(3)当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施。(4)某些

52、涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，亦可采用注浆堵截水源的方法。(二)注浆工作程序1.注浆材料2.具体注浆工作步骤3.注浆参数1.注浆材料注浆材料的选择应根据堵水的目的、地质条件、施工条件、注浆工艺和投资多少等因素决定。在一般情况下，凡是水泥浆能解决问题的尽量不采用化学浆，化学浆主要用于弥补水泥浆的不足，解决一些水泥浆难以解决的问题。2.具体注浆工作步骤(1)注浆段高和注浆方式。(2)注浆前压水。(3)下放止浆塞及注浆。(1)注浆段高和注浆方式。注浆段高是指一次注浆的长度，可分为全段一次注浆和分段注浆两种。前者是将注浆孔钻至终孔后一次注浆，适用于含水层距地表近且厚度不大、裂

53、隙发育较均匀的岩层。其优点是一次钻进、一次完成注浆，缩短施工时间；缺点是段高大时不易保证质量。当岩层吸浆量大时，要求注浆设备能力大，易出现不均匀扩散，影响注浆堵水效果。当注浆深度较大，穿过裂隙大小不同的多个含水层时，在一定注浆压力下，为防止浆液在大裂隙扩散远、小裂隙扩散近，上部岩层的裂隙进浆多、下部岩层裂隙进浆少，应采用分段注浆。段高可按岩层破碎程度划分。我国的经验数据是：极破碎岩层一般为510m，破碎岩层为1015m，裂隙岩层为1530m，重复注浆可取3050m。(2)注浆前压水。其目的在于将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外，从而提高注浆质量和堵水效果。对于大裂隙，压水时间为1020

54、min，中小裂隙则需1530min或更长一些时间。重复注浆钻孔压水时间适当延长3060min。压水时压力应由小增大，最大不得超过注浆终压(3)下放止浆塞及注浆。止浆塞放至规定位置后，接好输浆管，压缩胶塞止浆，并经压水试验检查确认符合要求，即可进行注浆。注浆过程中应特别注意堵浆、跑浆及冒浆，对待不同情况采取相应措施，以保证注浆工作正常进行。3.注浆参数(1)浆液扩散半径。(2)注浆压力。(3)浆液注入量。(4)注浆结束标准。(1)浆液扩散半径。裂隙中浆液的扩散半径随岩石的渗透系数、注浆压力、注入时间的增加而增大，随浆液的浓度和粘度的增加而减小。据现场经验，岩溶地层注浆，浆液平均扩散半径为1015

55、m，裂隙地层平均为48m。(2)注浆压力。注浆压力对浆液的扩散影响很大，经验表明，随着注浆压力的提高，充塞物质的强度急剧增加，这就保证了充塞物具有足够强度和不透水性。在地下水流速大的情况下，应设法增加浆液的流动阻力，需降低注浆压力，故合理运用注浆压力是注浆的关键。不同地区因地质条件不同，注浆压力也不一样。有的地区选用注浆压力为静水压力的22.5倍，有的则根据岩石裂隙采用合适的压力值。(3)浆液注入量。根据扩散半径和岩石裂隙率进行粗略计算，公式为：(4)注浆结束标准。一般是用两个指标表示：一是最终吸浆量，即注浆注至最后的允许吸浆量；另一个是达到设计压力时(即终压时)的持续时间。从理论上讲，最终吸

56、浆量是越小越好，最理想的情况是注至完全不吸浆，但难以做到。故结束标准是注浆压力达到设计终压，一般为受注含水层水压的1.62.5倍，吸浆量小于80L/min，时间不少于30min即可。(三)注浆过程中的若干问题(1)注浆层或断裂隙细小，钻孔单位吸水量小到中等的钻孔，一般耗浆量不大时，可采用连续注浆法，即自始至终连续不断地注浆，直到达到注浆设计结束标准。(2)岩溶通道大、钻孔单位耗浆量大时，可采用间歇注浆法，即每次注入一定浆后，间歇停止一段时间。(3)若发现邻孔有窜浆现象，应串连两孔同时注浆；若设备不足，依钻孔水位高低，可采取在下游注浆孔压入清水保持通道通畅，在上游注浆孔注浆的办法处理。(4)注浆时，若通道中地下水流量小、流速大时，只要浆液性能(水灰比)适宜，吸浆量大于通道中地下水流量1.5倍，注浆也可以成功；若通道流量大、流速小时，可用不易被水稀释的浆液，使用间歇注浆法注浆；若通道中地下水流量和流速皆大，则可在注浆前设置比重较大固料，先将通道充填，然后注入速凝浆液。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH