底板水害防治技术与方法中国矿业大学

底板水害防治技术与方法,主讲人：朱术云2014年11月24日中国矿业大学,专题交流,第一节底板水的疏水降压第二节带压开采水害防治,主要内容：,第一节底板水的疏水降压,疏水降压：借助于各种不同的疏水工程(钻孔、巷道等)和相应的疏排水设备，迫使含水层水位(水压)降低到一定水平，造成不同规模的降落漏斗，使采掘工作得以在水量尽可能小甚至完全疏干的条件下进行。,(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,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,压力传递式井下疏降钻孔,压力传递式井下疏水孔,兖州、济宁煤田开采下组煤疏放十下灰水。,（三）井上下联合疏水降压,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。,第二节带压开采水害防治,一、带压开采的概念,二、“下三带”的概念,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图,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：,三、“突水系数”的概念及内涵,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目前较普遍采用突水系数（Ts）作为量化参数,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。,突水系数（Ts）的物理意义明确，但量化依据不科学,=,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,因M、P相同，则按突水系数法评价：,关键技术问题,底板灰岩含水层压力水头：Pw,煤层与灰岩含水层间隔厚度：,宏观原因：错断使煤层与灰岩间隔距离缩短，LTs1断层破碎带是最易发生突水的危险部位！,正常底板：M,断层带：L,对于构造部位,四、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！,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。,临界突水系数：,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)；T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。,五、利用隔水层带压开采,(一)划分突水性分区,(二)带压开采水害防治措施,（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1:500010000)，第二种是采区突水系数图(比例尺1:10002000或更大)。,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,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,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,4）编制有效保护层厚度等值线图,某矿1718采区有效隔水层等厚线图,5）根据底板等水压线图和有效保护层厚度等值线图，绘出突水系数等值线图,某矿1718采区底板放水突水系数图,2、划分突水危险性分区,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。,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。,（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,（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,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,注浆防治矿井水害技术优点：,断层带或小断层密集带及附近区域：地下水径流集中带及其附近地段：褶皱构造核部或转折区及不同类型构造交汇区。隔水层厚度显著变薄区域。存在底板水原始导升高度区域。,煤层底板隔水层破碎带注浆加固示意图,重点改造的区段一般位于：,(2)超前钻探和物探方法,钻探方法,物探方法,(3)超前预警监测方法,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！,（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,20,式中L顺层防水煤柱宽度(m)；A安全系数(一般取25)；M煤层厚度或采高(m)；P隔水层所承受的水压(MPa)；Kp煤的抗张强度（MPa）。,底板岩层阻渗强度实测法-对深部,兖州矿区底板阻渗现场实测部分结果,原始状态导水破碎带测试段压渗过程曲线,底板测试段实测起始导渗水压及渗透阻力一览表,注*）构造破碎带,主要测试成果,底板测试段实测稳态渗流水压条件及渗透阻力一览表,注*）构造破碎带；*）因初次压渗至压裂破坏，故取值为重复压渗测试结果,下组煤底板采动状态岩层抗渗透破坏强度建议值,注*）RQD85%；*)RQD=60%；*）RQD30%,采动底板阻渗能力评价模型,Pwi为i分层起始导渗水压力，Mpa；i为i分层侧压力系数；,为i分层覆岩平均重度，KN/m3；H为i分层覆岩厚度，m；Mi为i分层厚度，m。,Pm：煤层底板有效隔水层段所具有的阻水抗压能力，,hi为第i层段底板有效阻水岩层厚度(m),在煤层底板下伏奥灰含水层的露头部位，如有地面水流（河流、水渠）通过时，地面水往往大量漏失而补给含水层。如河流水量很大，但漏失段不很长时，可在地面进行河床防渗堵漏工作，往往能使矿井突水危险性或矿井涌水量显著减小。,地面防渗堵漏法,对于隔水底板厚度较薄，突水威胁严重，而又无其他有效