煤矿矿井地表水、顶底板水害的防治VIP

矿井地表水的防治,矿井地表水的防治,一、地表水防治的综合措施,二、地表防渗工程及措施,三、工程实例,一、地表水防治的综合措施,(一)山区矿井地表水的防治措施,(二)平原区矿井地表水的防治措施,(三)山前和低山丘陵区矿井地表水的防治措施,（一）山区矿井地表水的综合防治措施,地表水向井下严重渗漏，汛期威胁矿井安去时，应在漏水段进行河床铺底或修建人工河床，也可采用河流改道的办法。在高原山地有典型岩溶的矿区，为减少暴雨时的井下高峰涌水量，保证矿井安全，可利用地势，开凿截水平硐，截疏灌向岩溶暗河的河水(洪水)。当河谷下煤层顶底板坚硬，采后形成塌陷沟(坑)，无条件充填或修人工河床时，应在塌陷沟的上游外围挖截水沟，在沟谷处修建渡槽。地形有利时，沟河可以改道。若矿井井口、平硐硐口存在洪水威胁时，应作如下处理：治理小窑、采空区的塌陷坑或岩溶塌陷坑。可根据情况，分别采用围、堵、截流、疏导、填土夯实及设泵站排水等措施。有泥石流灾害的矿区，应治山治坡，植树种草。工业场区和生活区要避开泥石流，必要时应修建栏洪坝和疏导工程。在易发生滑坡和塌方处的上游，应修建排水截流设施，下部修建档土墙。,返回,（二）平原区矿井地表水的综合防治措施,受河流泛滥威胁的矿井，当无条件提高河流防洪标准或进行河流改道时，须在矿井井口、工业场地周围修筑堤坝。受内涝威胁的矿区，应按河网化方式，开挖防洪排涝渠道系统，修建防洪排涝泵站，排出内涝积水。对有向井下溃水危险的塌陷坑(洞)，应用块石(或片石)、砂和粘土填实或设泵排水。对不符合在地表水体下采煤的地段，必须先排除地表积水，后采煤，或者采取其它有效的措施。当河流或其它地表水体实矿井充水的直接或间接充水水源，对矿井安全有严重影响时，可是具体条件，在渗漏段或渗漏点分别采取铺底、改道、或截流截源等防渗措施，排除积水并应填土夯实。,返回,（三）山前和低山丘陵区矿井地表水的综合防治措施,受洪水威胁的山前平原矿井受洪水威胁的低山丘陵区矿井受洪水威胁的山前及低山丘陵区矿井,返回模块二,二、地表防渗工程及措施,(一)封堵地面塌陷裂隙通道的措施,(二)漏水河床(冲沟)铺底措施,(三)河流改道或截弯取直措施,(四)修筑排洪渠、防洪堤的措施,(五)地面帷幕截流注浆截流措施,塌陷坑堵填方法示意图,渡洪槽示意图,（一）封堵地面塌陷裂隙通道的措施,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,返回模块二,人工河床衬砌断面示意图,（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,整铺河床示意图,衬砌进出口段的要求(1)护砌段的上下游均应超出渗漏段一定距离。(2)进出口段应保持水流顺畅，或做成“八”字墙。(3)护砌结构的始末应设截渗墙，以免冲毁护砌结构，同时可防止水流由护砌的两端潜入渗漏段。截渗墙应嵌入不透水层或基石中工程实例：,返回模块二,整铺河床示意图1-灰岩；2-页岩；3-整铺后的人工河床,（三）河流改道或截弯取直措施,河流改道的原则(1)河流改道一般工程量大，投资多，一般不宜轻易采用，应通过技术经济比较后再行设计施工。(2)要考虑矿区发展远景和工农业布局，既要避免二次改道，又不要因改道而影响矿区的工农业和生活用水。河流改道设计(1)人工河道路线选择应尽量走洼地，工程地质条件好，线路短。(2)人工河道起点和终点应顺应河势。河道坡度要合理，不宜过大或过小，以免冲刷或淤塞；河道的断面应能保证通过最大洪水量。(3)在人工河道起点处，须在原河道上设置拦河坝，将水流引入新河道。坝址及人工河道应选择在隔水岩层上，必要时还应对局部河段进行防渗处理。(4)拦河坝距人工河道衔接部位应有一定距离，以免拦河坝被水流冲溃。(5)人工河道终点河下段河道相接处交角不宜过大，以防冲刷对岸。(6)废弃河道应妥善处理，如进行废河还田、矸石填平等。,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,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,排(截)洪渠布置示意图在塌陷区上方修排洪沟示意图,1、排洪渠的布置,返回,排洪渠进出口布置示意图,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,返回,3、排洪渠的布置构造要求,返回,跌水布置示意图,复式断面排洪明渠示意图,4、防洪堤,在无法布置排洪渠的地段，也可布设防洪堤以阻挡洪水进入矿区。防洪堤布设的一般原则：(1)应尽量选用当地材料。(2)堤脚应离开岸边一定距离。(3)堤轴线应和洪水流向平行。(4)在易冲刷段应进行护砌，必要时应在迎水面上砌石或水泥抹面,返回模块二,（五）地面帷幕注浆截流措施,（当矿区内的地表河流对矿井的开采造成影响，而其它防治方法又不宜采用时，可采用注浆帷幕截流的方法，切断河水对矿坑的渗漏与倒灌。）,帷幕截流背景1,(b)某矿各灰岩含水层与第四系含水层接触关系示意图,帷幕截流背景2,(a)某矿煤系被小汶河覆盖状况示意图,帷幕的设计与施工,返回模块二,某矿灌浆帷幕位置及各段长度示意图(为施工顺序),矿井顶板水的防治,一、煤层顶板涌水因素分析及顶板涌水预测,二、防水煤(岩)柱的留设,三、顶板水的超前疏干,四、注浆截流,五、改变采煤技术,六、工程实例,一、煤层顶板涌水因素分析及预测,(一)采动条件下覆岩破坏的规律,(二)影响覆岩破坏的因素,(三)顶板突水预测,（一）采动条件下覆岩破坏的规律,返回,覆岩破坏分带示意图,（二）影响覆岩破坏的因素,覆岩性质及组合特征1）坚硬-坚硬型2）软弱-软弱型4）坚硬-软弱型3）软弱-坚硬型煤层赋存及开采因素1）采厚2）分层数及回采垂高3）开采面积4）地质构造5）采煤方法及顶板管理6）覆岩破坏的延续时间,返回,（三）矿层顶板导水裂隙带的发育高度的确定,1导水裂隙带发育高度的计算,返回模块三,冒落带、裂隙带波及地表水体造成突水示意图,二、防水煤(岩)柱的留设措施,使用条件：隔水层厚度满足不了的要求时,(一)基岩裸露区防水煤(岩)柱的留设,(二)煤层露头或浅部被松散含水层覆盖时，防水煤(岩)柱的留设,(三)在水淹区、采空积水区下掘进时，防水煤(岩)柱的留设,(四)上、下两层煤之间防水煤(岩)柱的留设,（一）基岩裸露区防水煤(岩)柱的留设,基岩风化裂隙较发育时，防水煤(岩)柱的留设防水煤(岩)柱的总厚度应满足下式要求：基岩风化裂隙不发育时，防水煤(岩)柱的留设根据上式计算的防水煤(岩)柱高度，不得小于20m。,返回,煤系地层无松散层覆盖时防水煤柱的留设,煤层露头部位被松散含水砂层、砂砾层覆盖时,（二）煤层露头或浅部被松散含水层覆盖时，防水煤(岩)柱的留设,返回,在水淹区、采空积水区下掘进时防水煤(岩)柱的留设,（三）在水淹区、采空积水区下掘进时，防水煤(岩)柱的留设,返回,（四）上、下两层煤之间防水煤(岩)柱的留设,返回,多煤层边界防水煤柱之一多煤层边界防水煤柱之二,三、顶板水的超前疏干,(一)疏干类型,(二)常见的疏干方式,（一）疏干类型,地表井群疏干据部分矿区实践经验，渗透系数大于3m/d的潜水含水层和大于0.30.5m/d的承压含水层均可取得良好的疏干效果。巷道疏干适用于某一固定部位（如露天矿的非工作帮）的疏干或断面截流。采准巷道疏干广泛应用于采区顶板含水层及顶板流砂层的疏干。多井联合疏干顶板含水层分布范围较广，补给水量较大。,返回,（二）常见的疏干方式,1、地表疏干,2、巷道疏干,3、井下钻孔疏水,4、井上下联合疏水,返回,1、地表疏干,下页,地表疏降模式图,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,2、巷道疏干1,1)石门疏水,下页,石门多含水层疏水,利用煤层采准巷道疏放顶板水,2、巷道疏水2,2)采准”巷道疏水,3、井下钻孔疏水,直通式井下疏水孔,下页,直通式疏水钻孔,顶板上行式疏水孔,下页,上行式井下疏水孔,井下水平或近水平疏水孔,水平(近水平)式井下疏水孔,采动放水通过探查，证实煤层直接充水含水层与强含水层或其它水体未发生水力联系，且采区有足够排水能力时，可在采区最低部位首先回采，实行采动放水疏干，保证后期回采安全。,4、吸水钻孔疏水,吸水钻孔示意图,5、井上下联合疏水,1)地表井下联合疏干在同一矿井(区内)，同时采用地表疏水和井下疏水两种方式。地表井下联合疏水一般是在矿井水文地质条件复杂，单一疏干方式效果不好或不够经济合理时采用。2)供疏结合的联合疏水在地面供水紧张，而井下水害又严重的大水矿区，为了解决矿区供水与矿井排水之间的矛盾，可利用矿区疏水系统直接用作矿区供水水源地，实现供疏结合。,返回模块三,四、注浆截流,露天矿坑剥离含水层建造截流帷幕墙,下页,露天矿坑剥离含水层建造截流帷幕墙,煤层直接顶板含水层帷幕截流注浆,煤层直接顶板含水层帷幕截流注浆,返回模块三,注浆封堵顶板水,注浆封堵顶板水,五、改变采煤方法,充填式开采法1)当顶板含水层距煤层顶板普遍接近时2)当煤层露头部位及浅部被地表水体或新生界强含水所覆盖时3)在逆掩断层含水推覆体下或积水老窑下采煤时膏体充填绿色开采技术“三下一上（三下地表水下、建筑物下和铁路下，一上承压水上）”地区一种具有发展前景的开采技术，间歇开采法及分区隔离开采法1）厚煤层还可采用分层间歇开采法2）急倾斜煤层，则可采用长走向小阶段间歇开采分区隔离开采法:先远后近、先深后浅、先简单后复杂、先探后采的试探性开采方法条带式开采法,返回模块三,六、工程实例,实例1某煤矿顶板水的防治措施实例2某煤矿帷幕注浆防治顶板水实例3某矿顶板水分析及防治对策实例4某煤田顶板水特征与防治方法实例5顶板突水规律分析及防治对策实例6水淹冒顶区化学注浆加固技术实例7某矿513区运输石门探放水设计方案,典型工作任务,矿井顶板水对开采的影响分析及防治方案1.工作任务(1)背景资料分析分析矿井充水因素。计算2号煤层开采后导水裂隙带高度，预测2号煤层上部含水层对煤层开采的影响。提出开采2号煤层时对顶板水的初步防治方案。(2)收集矿区顶板水防治案例（每人12例），并分析、讨论、提出问题、进行总结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3.098.50m，平均厚度6.20m；煤层埋藏深度250350m；煤层底板标高由东向西1100350m。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。2号煤层上部有下石盒子组（K9、K8）砂岩裂隙含水层（含水性较弱，其中的K8砂岩是开采2号煤层的直接充水含水层，K8砂岩与2号煤层层间距69m），上石盒子组（K10）砂岩裂隙含水层（含水性较弱），第四系松散砂砾孔隙含水层（含水性较强）。井田内及井田边界有老窑分布。,返回,矿井底板水的防治,一、底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价,二、底板水的疏水降压,三、隔水层薄弱带的注浆加固,四、利用隔水层带压开采,五、工程实例,一、底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价,(二)底板突水因素分析,(三)易发生突水的地段,(四)底板突水预测方法,(五)带压开采安全度评价,(一)采动条件下底板破坏的规律,（一）采动条件下底板破坏的规律,(c)工作面周围支承压力分布特征,采动空间内应力重新分布示意图,(b)工作面底板剪切带分布特征,(a)随工作面推进底板受力特征,下三带的发育,1.“下三带”发育特征2.“下三带”的确定,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图,（二）底板突水因素分析,含水层富水性及水压破裂构造矿压破坏深度隔水层厚度、岩性组合山东矿业学院特殊开采所经验公式(2002年)：式中Cp采动对底板的破坏深度，m；L工作面斜长，m；H采深，m；a煤层倾角，；f底板岩层坚固性系数,返回,采煤工作面底板受力、剪切带分布图,（三）易发生突水的地段,断层交叉或汇合处背斜倾伏端一带褶曲轴部裂隙密集带或小断裂密集带断层尖灭或消失端一带两条大断层相互对扭地带(即张扭性破碎带)与导水或富水大断裂成“入”字形连接的小断裂带复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急剧转折带上的复合部位，或小褶曲轴与底层倾向转折带的复合部位压性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强。不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易于发生突水。,返回,实例1,返回,某矿井田构造图,（四）底板突水预测方法,1、采掘前的突水预测,2、采掘过程中的突水预测,1、采掘前的突水预测,(1)水文地质方法(2)突水系数分析法突水系数指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比，其表达式为：式中Ts突水系数，MPa/m；P作用于隔水层底板的水压力，MPMi底板隔水岩中某一性质岩石的厚度，m；i底板隔水岩中i层岩石等值隔水系数(泥岩为1，砂页岩为0.7，页岩为0.5，断层破碎带岩石为0.35)Cp采动对底板的破坏深度，m；n隔水层层数。,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图,返回,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图,2、采掘过程中的突水预测,(1)钻探方法探测高水压区(若其值远远低于奥灰水压(CHA0.41.0MPa以上)则不突水。)探测底板水的导升高度(当导升高度上界进入或达到矿压破坏区时，往往发生突水)(2)物探方法(3)突水征兆的监测,返回,（五）带压开采安全度评价,1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度,2、回采工作面底板隔水层突水系数,3、安全水头值,1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度,计算公式：式中：t安全隔水厚度(m)；L巷道底板宽度(m)；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)；H底板隔水层承受的水头压力(10-2MPa)。如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的,返回,2、回采工作面底板隔水层突水系数,底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/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0.1MPa/m就可认为是安全的。安全区：是指当煤层底板位于奥灰水位以下，此区不存在突水危险性；较安全区：是指突水系数小于0.06MPa/m，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，进行带压开采；危险区：是指突水系数介于0.06-0.1MPa/m，突水的危险性较大，在岩层完整构造简单地带采取安全措施的情况下可进行带压开采；最危险区：是指突水系数大于0.1MPa/m，是底板突水的最危险地段。,返回,3、安全水头值,(1)掘进巷道安全水头值式中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)；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。(2)回采工作面安全水头值式中P底板隔水层能够承受的安全水压(MPa)；M底板隔水层厚度(m)；Ts突水系数(MPa/m)当回采工作面隔水底板的实际水头值大于安全水头值，则有底板突水的危险；反之，可以安全回采。,返回模块四,底板水的防治应遵循十六个字方针：整体研究，逐块分析，因地制宜，先易后难。,二、底板水的疏水降压,(一)地表疏水降压,(二)井下疏水降压,(三)井上下联合疏水降压,（一）地表疏水降压,地表疏降模式,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,返回,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,（二）井下疏水降压,下行式井下疏水降压钻孔注意!当下伏含水层的水头压力过高（大于45MPa）时，井下放水钻孔施工就很困难，此时此法不宜采用,(a)底板疏水降压孔平面布置示意图(b)底板疏水降压孔剖面示意图,返回,（三）井上下联合疏水降压,压力传递式井下疏降钻孔井上下联合疏水降压当地面或井下单一疏降方式效果不好或不够经济合理时，可采用井上下联合疏水，或采用供疏结合的联合疏水。当矿区一方面地面供水(工业、农业、居民饮用)紧张，另一方面井下水害严重，矿区供水与矿井排水之间严重矛盾时，可利用矿区供水水源地直接作为矿井疏放水系统，或者将矿井疏水系统直接用作矿区供水水源地，实现疏供水结合。,压力传递式井下疏水孔,返回模块四,三、隔水层薄弱带的注浆加固,注浆防治矿井水害技术优点：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。有利用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具体防治方法,(一)改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度,(二)提高隔水层的阻水性,(三)其它防治方法,（一）改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度,返回,底板含水层注浆改造技术示意图,（二）提高隔水层的阻水性,返回,煤层底板隔水层破碎带注浆加固示意图,地面防渗堵漏