煤矿主要防治水技术

1、第五章煤矿主要防治水技术,2,2,主要防治水的依据和方法,3,3,主要防治水的依据和方法,4,主要防治水的依据和方法,4,主要防治水措施,防、堵、疏、排、截,防水：合理留设各类防水煤柱； 堵水：注浆封堵具有突水威胁的含水层； 疏水：探放老空水和对承压水含水层进行疏水降压； 排水：完善矿井排水系统； 截水：加强地表水的截流治理、防水闸门截流等,5,5,防水煤柱：凡是煤层与含水层或含水带的接触地段，预留一定宽度的煤层不采，使工作面与地下水源或通道保持一定距离，以防止地下水流入工作面，留下不采的煤柱，称为防水隔离煤柱,井下防水煤(岩)柱留设,6,6,不同水文地质条件 留设煤柱类型不同,井下防水煤(岩

2、)柱留设,A-防止砂层或地表水煤柱； B-被强含水层掩盖的煤柱； C-与强含水层直接接触的煤柱； D-与强含水层接触，局部为强含水层所掩盖的煤层； E-接触底部含水层的煤柱； F-巷道接近断层的煤柱。 H-距地表垂高； L-煤柱距含水岩层垂直距离； M-防水煤柱 -塌陷角,7,7,煤柱应该留多宽呢,各个矿区大多凭经验和设计规范要求，科研空间较大,1）当煤层露头直接被疏松含水层掩盖时，一般大于30m,如图a所示； （2）煤层受断层切割直接与充水强含水层接触时，安全防水煤柱宽度应不小于 20 m,如图b所示； （3）当煤层因受逆断层切割而被强含水层掩盖时，留设煤柱应考虑煤层开采后的塌陷裂隙，最好不

3、要波及到上部的强含水层，如掩盖宽度为 L m，其断层下盘防水煤柱的宽度要大于 L m，如图c所示； （4）当巷道接近导水断层时，应留设3040m防水煤柱，如图d所示,8,井下探放水,8,接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。 接近或通过含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时。 打开隔离煤柱放水时。 接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。 接近有出（突）水可能的钻孔时,需要探水的情况,9,井下探放水,9,接近有水或稀泥的灌浆区时。 采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时。 接近水文地质条件复杂的地段，采掘工作有

4、突（出）水征兆或情况不明时。 采掘工程接近其他可能出（突）水地段时,需要探水的情况,10,10,小窑的探放,井下探放水,11,11,积水线:是老窑、小窑采空区预定边界。 探水线:是根据积水范围的可靠程度、积水量、煤层厚度及其强度大小沿积水线外推60150 m距离的一条线。当巷道到达此线时就应开始探水。 警戒线:是沿探水线再平行外推50150 m的一条线，当巷道进入此线时就应警惕积水的威胁，注意迎头的变化，当出现有透水征兆时，就应提前探水,三线”的定义,井下探放水,12,12,探、放水钻孔布置 布置原则：其布置应以确保不漏古巷道，保证生产安全，而探水工作量又以最小为原则。上山巷道布置成扇形，煤平

5、巷布置成半扇形。 几个概念: 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，允许掘进距离的终点处，钻孔间距3m。 超前距：允许掘进终点到中心眼终点间的距离，一般为20m。 帮距：中心眼与外斜眼终点的距离，一般等于超前距,井下探放水,13,探水钻孔布置,1)探水掘进探水 2)各探水孔之间的距离不得大于3 m。 3)中眼与外斜眼终端的距离即为帮距，通常采用12 m左右； 4)巷道前进终止点与中眼终点之间的距离即为超前距，一般采用20 m左右为宜,14,探水作业,加强顶板支护，双巷掘进，加强通风，防止冒顶和片帮。 加强探水迎头的通风和瓦斯检查。 安排避灾线路，作业人员熟悉避灾线路。 设置

6、警铃信号及通信联络设备。 安装安全套管。 若发现钻孔内显著变软及沿钻杆向外流水等透水征兆时，应立即停止钻进并旋紧安全阀上的钻杆卡。待检查工作完成后，再慢慢地将积水放出。 严格检查放水效果,15,2）探水孔布置方式 （1）扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段，要进行搜索性探放老空积水，其探水钻孔多按扇形布置，如图所示,扇形探水钻孔,16,2）半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区，其探水钻孔可按半扇形布置，如图所示,半扇形探水钻孔,17,3探水与掘进之间的配合 井下受水威胁的地段，探水必须与巷道掘进施工管理密切配合，才能取得良好的防治效果，主要配合方式有,1）双巷配合掘进交叉探水。如图

7、所示,上山巷道探水掘进施工方式,18,2）倾斜煤层平巷探水，采用双巷掘进单巷超前探水,3）平巷与上山配合探水。如图所示,平巷与上山互相配合探水,19,4）隔离式探水。如图所示,利用石门探水和墙外探水 a 一石门探水， b 一墙外探水,20,断层水及其他可疑水源的探放 探断层水与探断层相结合，探明断层的位置、产状要素、断层带的宽度。 着重查明断层带的充水情况、与含水层的接触关系和水力连通情况、静水压力及涌水量大小。 断层水探明后，应根据水的来源、水压和水量采取不同措施： （1）若断层水是来自强含水层，则要注意封闭钻孔，按规定留设煤柱，已进入煤柱的巷道要加以填充或封闭； （2）若断层含水性不强，可

8、考虑放水疏干,21,21,其他常用的探测及放水方法 1红外遥感技术； 2电测技术 3放水及其注意事项,颐和园红外遥感图,井下探放水,22,疏干开采是指对煤层顶板或煤层含水层的疏干；而疏水降压是指对煤层底板含水层而言，其目的是使煤层底板含水层水压降低至采煤安全水压。 矿井疏干的目的是预防地下水突然涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率，消除地下水静水压力造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主要措施。对于大水矿区，为了减少矿井涌水量，应采取截流、浅排和排、供、生态环保三位一体结合等辅助措施，与疏干工作统筹考虑，进行综合防治,疏干降压开采,23,一） 疏干程序 矿井疏干过程可分为疏干勘

9、探、试验疏干和经常疏干三个逐渐过渡程序，应与矿井的开发工作密切配合。 1.疏干勘探 疏干勘探是以疏干为目的的补充水文地质勘探。其目的是进一步查明矿区疏干所需要的水文地质资料；确定疏干的可能性，提出疏干方案,疏干降压开采,24,2.试验性疏干 试验性疏干方案的正确制定表现在矿井开采初期能降低水位，并能经过612个月，尤其是雨季的考验。要尽可能利用疏干勘探工程，并补充疏干给水装置。通过试验，视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。 3.经常性疏干 经常性疏干是生产矿井日常性的疏干工作，随着开采范围的扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充，甚至重新制定疏干方案，以满足矿井生产的要求,疏干降

10、压开采,25,25,1地表疏干,2井下疏干,疏放老空水,疏放含水层水,直接放水,先隔后放,先堵后放,先放后堵,疏干巷道放水,利用钻孔疏放水,巷道与钻孔相结合疏干,疏干降压开采,26,含水层水的疏排,1.利用巷道疏放水 （1）当煤层直接顶板为含水层时，将采区和工作面巷道提前准备出来，利用这些巷道预先疏放顶板含水层水,2）当煤层底板为含水层时，将开拓准备巷道布置在底板含水层中，直接疏放含水层水,2.利用放水钻孔 当煤层上部含水层远离煤层，回采准备巷道收不到疏放效果时，可在巷道中每隔一定的距离向含水层打放水钻孔进行预先疏放,3.利用疏放降压钻孔 当煤层下部含水层水压很高，有突水危险时，在计划疏降地段

11、的巷 道中每隔一定距离 向底部含水层打钻 放水,4. 利用吸水钻孔 吸水钻孔是将煤层上部含水层中的水放入煤层下部含水层中的钻孔。 吸水钻孔只有在特定条件下才能实施，即煤层下部含水层的水位低于煤层底板，或煤层下部含水层干燥无水，或煤层下部含水层的吸水量大于上部含水层的泄水量,30,为在复杂水文地质条件下进行带（水）压开采，并获得效益，以下技术问题应予以重视并付诸实施。 （一）查清带压开采的矿井或采区的地质、水文地质条件 除应对区域水文地质条件有所认识外，对井田或采区的水文地质条件更应了解清楚，对充水含水层的补、径、排条件和不同充水含水层间的水力联系状况以及保护层的隔水性能均应予以研究。以便选择具

12、体防治水方法和制定带（水）压开采的措施,带压开采,31,二） 编制突水系数图 前面已经提到，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，一种是矿区或井田的突水系数图，比例尺常为1：50001：10000；第二种是采区的突水系数图，比例尺一般是1：10001：2000，甚至更大些。 （三） 编制带压开采地质、水文地质说明书 开采受水害威胁地区的煤层，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。 （四）应用“脆弱性指数法”评价预测,其技术思路是,带压开采,32,1）首先建立控制煤层底板复杂突水机理和演变过程的底板 突水的主控因素体系,33,

13、2）建立“脆弱性指数法”的预测评价模型,3 ）工程应用实例 下面以邢台章村矿三井为例，进行实例分析,图2.2 构造密度专题层图 图2.3 隔水层等效厚度专题层图 图2.4 充水含水层水压专题层图,图2.5 奥灰古风化壳厚度专题层图 图2.6 含水层富水性专题层图 图2.7 断层断距专题层图,图2.8 矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图 图2.9 本溪灰岩厚度专题层图,底板突水脆弱性分区图（2,奥灰水压专题图,构造密度专题图,奥灰含水层富水性专题图,奥灰上部古风化壳厚度量化专题图,断层断距专题图,矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专题图,隔水层等效厚度量化专题图,36,含水层改造与隔水层加固,这项技术是

14、八十年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。当煤层底板充水含水层富水性强且水头压力高，或煤层隔水底板存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，需采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理时，采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法实属上策,37,含水层改造与隔水层加固,山东肥城矿区是应用这项技术较为成功的一个地区，该矿区从1986年到现在已经局部注浆或整体注浆改造九层煤、 采煤工作面23个，安全采出原煤152.032万t，取得了十分可观的经济和社会效益。 该技术主要针对煤层底板水害的防治，它利用采煤工作面已掘出的上通风巷道和下运输巷道，应用地球物理勘探或钻探等手段，探

15、查工作面范围煤层底板岩层的富水性及其裂隙发育状况，确定裂隙发育的富水段，采用注浆措施改造含水层或加固隔水层，使它们变为相对隔水层或进一步提高其隔水强度，根据多年现场实践。这项防治水技术具有十分广阔的推广应用前景，是防治底板水害较为有效的实质性措施之一,38,38,水闸墙 1截槽；2水压表；3放水管； 4保护栅栏；5细管,水闸墙的构造如下图所示,水闸墙（防水墙） 水闸墙分为临时性和永久性的两种；主要形式为楔形和圆柱形两种,防水闸门与水闸墙,39,39,在水压很大时，则采用多段水闸墙，如图所示,多段水闸墙,防水闸门与水闸墙,40,40,建筑水闸墙时要注意以下事项： （1）筑墙地点的岩石应坚固，没有

16、裂缝，必要时必须将风化松软或有裂隙的岩石除去，然后筑墙。 （2）要有足够的强度，能承受涌水压力。为此，应有足够的厚度，选用耐腐蚀的材料。 （3）不透水、不变形、不位移。为此，墙基与围岩要紧密结合。 （4）平面形水闸墙在水压的反面可能产生拉力，而料石墙是不可能承拉的，故料石平面水闸墙之厚一般不得小于巷道宽度的一半,防水闸门与水闸墙,41,41,3防水闸门 （1）防水闸门位置的选择 防水闸门的位置选择适当与否，是水闸门能否起到应有作用的关键，一般应考虑以下几方面问题： 防水闸门应设置在对水害具有控制作用的部位和井下重要设施部位（如井底车场出入口处），能使水害控制在尽可能小的范围内，并考虑即使水害发

17、生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。 防水闸门应设置在不受邻近采动影响的地点，以免破坏防水闸门的结构和修筑地点围岩的隔水性和稳定性，防止水闸门关闭后高压水通过裂缝外泄。 尽量避免在较弱岩层或煤层内砌筑，应建在围岩稳定性与隔水性好的地段，要求围岩硬度系数必须大于4,防水闸门与水闸墙,42,2）防水闸门的分类 从闸门的结构分有平板型、圆弧拱形和球面拱形等，如图4-2-22 、图4-2-23 、图4-2-24,43,煤层底板含水层注浆改造技术 煤层底板含水层注浆改造技术，是通过注浆钻孔注浆来充填底板灰岩含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，从而大大减弱含水层的富水性并切断水源补给通道，使受注含水层被改造为不

18、含水或弱含水层，实现工作面不突水开采,九里山矿底板含水层注浆改造地面注浆站,注浆堵水技术,44,注浆材料及配比的研究 注浆材料：粘土、水泥、粉煤灰以及软固料，断层带以水泥为主，其它地区以粘土水泥浆为主，水泥占固料的20-30%。 注浆孔布置及成孔工艺研究 裂隙发育但互相不连通的含水层，钻孔布置方向以垂直裂隙方向为主，孔隙水及X型裂隙发育的含水层以均匀布孔为宜，每个钻场的钻孔分三个序次布置。套管下入深度以不发生底鼓为宜，如果提前见水则增加套管的级数,注浆堵水技术,45,注浆深度的研究 H=P/1.0 注浆扩散范围探测技术研究 在浆液中添加食盐，提高了受注含水层的物探灵敏度，注浆后利用物探技术探测

19、其扩散范围。 高水压含水层注浆终压技术研究 传统的注浆终压为水压的2.5到3倍，而现在注浆终压以克服水压的绝对值来评价，在条件允许的情况下尽可能提高注浆终压。 酸溶法扩大岩溶裂隙增加注浆量技术研究,注浆堵水技术,46,二）井下注浆堵水 煤矿突水点井下动水注浆封堵技术就是在井下对正在涌水的突水点进行注浆封堵。 它具有比地面注浆堵水节省工程量、位置准确、施工工期短等优点，但井下突水点动水注浆具有水压高、井下环境受限等缺点，给注浆堵水带来困难，需要通过研究解决一些技术难题。煤矿井下突水点动水注浆堵水按堵水的方法进行分类可以分为：壁后注浆堵水、利用煤层底板含水层注浆改造系统注浆堵水、建水闸墙堵水或建水

20、闸墙注浆堵水、打钻注浆堵水和建止浆垫注浆堵水,注浆堵水技术,47,壁后注浆堵水技术 1适用条件 壁后注浆堵水主要应用于 巷道或井筒淋水。 2施工步骤 （1）收集资料，编写施 工设计和安全技术措施 （2）施工前的准备工作 （3）注浆孔施工 （4）注浆堵水,注浆钻孔布置图,注浆堵水技术,48,3实例 朱村矿北区石门大巷，淋水巷道长250m，涌水量180m3/h,注浆后残余水量8m3/h，堵水率达95以上，效果良好。 利用煤层底板含水层注浆改造系统注浆堵水技术 1适用条件 该堵水方法主要应用于实施煤层底板含水层注浆改造开采工作面附近的突水点或煤层底板含水层注浆改造系统输浆管路所能达到的突水点,注浆堵

21、水技术,49,2施工步骤 （1）收集突水点料， 编写施工设计和 安全技术措施。 （2）施工注浆孔 （3）注浆堵水,3实例 朱村矿东北区泵房口突水点，水量为4m3/min，水压1.5Mpa，突水水源为L8灰岩岩溶水。在突水点附近施工了2个注浆孔，注入12mm砂子5m3，锯沫10m3，双液浆150m3，将突水点全部封堵，堵水率为100,注浆堵水技术,50,打止浆垫注浆堵水技术 1适用条件 该堵水方法主要用于封堵巷道离含水层较近或围岩比较破碎的突水点。由于围岩不能抵抗高水压，因此需要打止浆垫以提高围岩的抗压强度。 2施工步骤 （1）收集突水量资料，编写施工设计和安全技术措施 （2）导水 （3）清理浮

22、渣 （4）打止浆垫 （5）加固止浆垫和周边围岩 （6）关水、增压、防渗漏实验 （7）注浆,注浆堵水技术,51,3实例 中马村矿23皮带巷突水点水量240m3/h，水压1.40Mpa，巷道距突水含水层仅6.5m。突水点涌水由2根150mm钢管导出10m以外，止浆垫向巷道两侧巷帮各开挖0.5m，厚0.5m，长10m，待止浆垫凝固后，对围岩注浆加固。关闭高压闸阀，发现有围岩渗水现象，打开闸阀放水，再进行围岩注浆加固，凝固之后，再关闭高压闸阀，无渗水现象开始注浆，水泥浆注至压力1.5Mpa，双液浆注至终压3.0Mpa。将突水点封堵，堵水率100,注浆堵水技术,52,帷幕注浆截流技术 (一)含水层露头帷

23、幕注浆截流 浅部帷幕注浆截流就是在L8灰岩隐伏露头附近对第四系底砾岩和L8灰岩隐伏露头进行注浆，切断L8灰岩与其它强含水层的水力联系，使L8灰岩隐伏露头带由强补给边界变为弱补给边界，减少L8灰岩的补给量，降低L8灰岩的突水威胁及突水量,注浆堵水技术,九里山矿多元水力联通试验图,九里山矿浅部截流工程平面图,55,二）奥灰垂向进水口截流 奥灰水通过断层破碎带或陷落柱等垂向补给煤层底板薄层灰岩，至使薄层灰岩富水性大增，接受补给十分充足，对矿井的安全生产构成巨大威胁，因此对奥灰垂向进水口进行截流是十分必要的,注浆堵水技术,演马庄矿西二F3断层进水口截流工程布置图,57,疏水强排技术 顶板水疏放：通过物探及水文地质条件分析，合理布置疏水钻孔，对疏放的顶板水利用管路进行集中排放。 底板水疏放：焦作矿区底板突水主要水源为L8灰岩水、L2灰岩水和O2灰岩水，其中L2灰岩水和O2灰岩水富水性强