实用矿井水防治理论与技术探讨

实用矿井水防治理论与技术探讨 主要内容 中国煤矿水害现状矿井水防治存在的主要问题关于顶板突水机理关于底板突水理论关于断层突水机理关于突水系数三维高密度探水技术 1中国煤矿水害现状 按水源划分 地表水体水害事故4 9 冲积层水水害事故1 4 砂岩类含水层水害事故1 4 灰岩类岩溶水水害事故92 3 按空间位置划分 地表水害4 9 老窑水害0 8 老空水害1 6 顶板水害4 6 底板水害88 1 2矿井水防治存在的主要问题 顶板突水机理及突水量预测问题 上三带 理论理论 导水裂隙带高度底板突水机理理论研究方面 下三带 理论理论基础为弹性力学理论 为浅部开采理论底板突水的预测预报方法一直束缚于 突水系数 的概念富水性探测技术方面二维物探手段不能解决工作面内部底板富水性问题 3 关于顶板突水机理 上三带 理论 上四带 理论顶板水量增大因素顶板水量预计 上三带 理论 开采煤层之上存在三带 冒落带 导水裂缝带 弯曲带 冒落带和导水裂缝带统称冒裂带 导水裂隙带高度计算方法 按照规程类比法经验公式法理论计算现场实测 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 2000 第18号 类比法 兖州鲍店煤矿3煤层综采放顶煤实测资料 该矿岩层倾角为时 k 7 由于华丰井田地层结构与鲍店井田十分类似 同时华丰矿1409工作面所开采的煤层就是相当于鲍井田的3煤层 因此 可以根据鲍店井田k1系数 来推测华丰井田的k2 已知鲍店井田的3煤层开采时岩层的倾角为5 华丰矿1409工作面岩层的倾角为 则 华丰矿1409工作面的在采厚为6 50m的情况下 冒落带h1的高度为10 73m 经验公式法 现场实测 顶板水量增大主要影响因素 含水层厚度顶板岩体的构造发育度离层空间斑裂线矿山压力 含水层厚度 顶板岩体的构造发育度 断层节理溶洞孔隙 离层空间 上四带 顶板峰值衰减系数 Cx 岩梁之间力的传递系数 L 工作面跨度 1 未破裂岩层的最大抗压强度 顶板岩层加权平均比重 H 未破裂岩层的埋深 斑裂线 华丰煤矿地表斑裂线 斑裂线造成的下平巷涌水量增大机理 矿山压力 周期性矿山压力冲击地压 周期性矿山压力 离层形成的冲击地压 冲击地压形成斑裂线 4 关于底板突水理论 下三带 理论 下三带 的理论观点最早是由原山东矿业学院一批科技人员在实践中提出的 并在实践中进行应用和发展 底板破坏带 完整岩层带 承压水导高带 采场底板 下四带 划分理论 底板破坏深度的计算方法 经验公式 下四带 理论 白庄煤矿7105工作面为 430m水平的第一个工作面 开采深度平均为520m 工作面斜长80m 煤层的倾角为10 坚固性系数为3 底板损伤度0 33 根据 下三带 理论10 66m 根据 规程 10 36m 根据损伤经验公式21 23m 现场实测22 47m 底板破坏深度实测设备 双端封堵侧漏仪 5 关于断层突水机理 断层防水煤柱留设公式 6 关于突水系数 早在20世纪初 国外就有人注意到底板隔水层的作用40年代至50年代 匈牙利韦格弗伦斯第一次提出底板相对隔水层的概念 即 不突水临界值统计发现80 突水小于此值欧洲国家采用 60年代至70年代 匈牙利国家矿业技术鉴定委员会将相对隔水层厚度的概念列入 矿业安全规程 同时对应用条件做了一些规定 其中要求采深不超过300m 我国在底板突水规律研究方面起始于60年代70年代中期 国家派科技人员去匈牙利考察 带回相对隔水层厚度的概念焦作矿区水文地质大会战中 提出了突水系数概念 实际上相对隔水层概念的倒数 严格讲不是中国人提出的 规定突水系数的临界值实质上0 06临界值也不是中国人提出的 1个标准大气压力 1 00336 0 098MPa 0 10108MPa 0 1Mpa 严格讲 突水系数预测底板突水只能适用于采深小于300m 至多到500m 70年代至80年代 人们发现利用突水系数进行突水预测预报不准确 究其原因 一个根本问题是未考虑矿压对底板的破坏因素 因此西安分院水文所对突水系数的表达式经过两次修改后确定为 列入1984年5月15日原煤炭工业部颁发的 矿井水文地质规程 及1989年9月9日原煤炭工业部颁发的 煤矿防治水工作条例 规定了两个临界值 0 1 0 06值得注意的是那时的采深有的达到了500m 2009年8月17日国家安全生产监督管理总局局长办公会议审议通过的 煤矿防治水规定 使得突水系数回到上世纪70年代 建议 在采深小于300m时 可以使用 在采深300m 500m时慎用 如果构造不发育可以用 如果构造发育 则小心 在采深大于500m时 必须考虑底板破坏深度 突水概率指数 E 0 6不突水E 0 6 0 8突水可能性较大E 0 8 1 0肯定突水 7 三维高密度探水技术 底板水探测 良庄煤矿31108工作面底板地层电阻率三维数据体 良庄煤矿31108工作面底板下80米 徐灰层位 良庄煤矿31108工作面底板下120米 奥灰顶界面深度 良庄煤矿31108工作面底板地层底板下130米 奥灰顶界面下10米深度 良庄煤矿31108工作面底板地层下140米 奥灰顶界面下20米深度 良庄煤矿31108工作面底板下150米 奥灰顶界面下30米深度 良庄煤矿31108工作面底板下160米 奥灰顶界面下40米深度 良庄煤矿31108工作面底板下170米 奥灰顶界面下50米深度 良庄煤矿31108工作面底板底板下180米 奥灰顶界面下60米深度 良庄煤矿31108工作面底板下220米 奥灰顶界面下100米深度 垂直切片 沿轨道巷 距轨道巷30米 距轨道巷60米 距轨道巷90米 距轨道巷120米 距轨道巷150米 沿运煤巷 倾向垂直切片平行切眼60间距 顶板水探测 滕东生建煤矿3下107工作面顶板地层电阻率三维数据体 顶板上10米 3煤顶板富水区分布图 动态监测 以龙固矿为例 龙固矿1301N工作面采前富水性分布图 第1次2009年10月6日 工作面迎头前方390m富水区 第二次2009 10 3 迎头390m富水区 第三次探测2010 1 23 迎头390m富水区 2010 2 20 迎头前方390m富水区 采空区探测 焦家B区电阻率三维数据体 采空区立体图 寺庄C区电阻率三维数据体 C区采空区立体图 巷道富水性超前探测技术 在桩号10 30米位置为低阻显示 说明该位置顶板三灰富水 这也与该位置顶板淋水一致 巷道迎头位置以及前方80米范围为高阻显示 说明该地段地层富水性差 迎头出水估计与后方的10 30米位置富水区有关 在迎头位置右侧电阻率有相对低阻显示 说明迎头出水通过该位置与后方的10 30米位置富水区联系 巷道迎头前方80米以远为低阻显示 说明迎头前方80米以远地层富水性强钻探验证400方 小时 龙固煤矿辅1运输大巷富水性超前探测 龙固辅2运输大巷富水性超前探测 已掘巷道部分基本在高阻区 说明已掘巷道位置地层不富水 在巷道迎头至前方70米范围为高