煤矿老空水防治唐恩贤

1、煤矿老空水防治煤矿老空水防治 陕西陕煤化集团黄陵矿业公司陕西陕煤化集团黄陵矿业公司 唐恩贤唐恩贤 目目 录录 一、我国煤矿老空水水害形势一、我国煤矿老空水水害形势 二、老空水及水害的基本特征二、老空水及水害的基本特征 三、老空水防治的技术途径与方法三、老空水防治的技术途径与方法 四、黄陵矿业老空水防治案例四、黄陵矿业老空水防治案例 2 一、我国煤矿老空水水害形势我国煤矿老空水水害形势 351 432 509 551 357 605 417 255 263 166 224 192 122 89 79 64 104 109 159 137 118 109 99 63 59 47 38 44 242

2、1 19 12 0 100 200 300 400 500 600 700 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 20002015年煤矿水害事故统计年煤矿水害事故统计 死亡人数死亡人数 事故起数事故起数 3 事故特点事故特点： 1 1、较大以上事故比例较大：危害大，影响大。、较大以上事故比例较大：危害大，影响大。 2 2、老空水为主要水害水源老空水为主要水害水源，比例达占，比例达占707080%80%。 对老空水探查、治对老空水探查、治 理技术手段不能满理技术手段不能满 足

3、安全生产要求。足安全生产要求。 4 3 3、乡镇煤矿水害事故所占的比例较大。乡镇煤矿水害事故所占的比例较大。 反映了煤矿安全管理水平反映了煤矿安全管理水平 和水害事故之间的关系。和水害事故之间的关系。 5 4 4、掘进工作面为主要的透水地点掘进工作面为主要的透水地点 反映超前探技术和隐伏构反映超前探技术和隐伏构 造探查技术落后；造探查技术落后； 越层越界开采严重。越层越界开采严重。 6 针对目前煤矿水害的特点，根据我国煤层赋存和开采针对目前煤矿水害的特点，根据我国煤层赋存和开采 的实际情况，在一段时间里，老空水仍是威胁煤矿安的实际情况，在一段时间里，老空水仍是威胁煤矿安 全生产的主要水害类型，

4、其防治任重而道远。全生产的主要水害类型，其防治任重而道远。 7 二、老空水及水害的基本特征老空水及水害的基本特征 老空水，也称老空水，也称老空区积水老空区积水，一般指一般指 由于采矿活动形成的地下空间长期没有由于采矿活动形成的地下空间长期没有 排水或排水不足造成的积水。排水或排水不足造成的积水。 8 由于煤层开采的时间、方法不同，形成的老空区形状、范围、积由于煤层开采的时间、方法不同，形成的老空区形状、范围、积 水量也不同。水量也不同。一般而言，从古至今，采空区规模越来越大。一般而言，从古至今，采空区规模越来越大。 老空积水老空积水包括包括历史历史上开采上开采或其它矿井开采形成的采空区，其范或

5、其它矿井开采形成的采空区，其范 围、位置、水压、水质不清，积水区域不明确，积水量难以预测围、位置、水压、水质不清，积水区域不明确，积水量难以预测， 也包括也包括本矿自己采矿形成的采空区，其范围、位置、水压、水质本矿自己采矿形成的采空区，其范围、位置、水压、水质 等基本清楚，积水区域相对明确，积水量可确定。等基本清楚，积水区域相对明确，积水量可确定。 9 10 特点1：老空区积水来源复杂 老窑区充水水源有以下几种形式 老窑区充水 水源形式 种类1种类2种类3 补给通 道 1地表水体大气降水河流湖泊地裂缝 2采空区周围地下含水层储导水断裂带地裂缝 3 临近的其它 老窑水体 新采空区老采空区地裂缝

6、4共同补给源地表水 采空区周围的 含水层等 地裂缝 特点2: 地表地形条件复杂 11 省 煤田面 积（km2） 地点煤系地层赋存环境（地形） 河 北 省 7000 开滦、峰峰、邢 台、邯郸、蔚县、 井陉、兴隆、柳江 等市县 以石炭二叠系太 原组、山西组为 主，个别为侏罗 系下花园组 井陉、兴隆为中低山煤田， 其它都是山前（燕山、太行 山)冲积、洪积斜坡，冲洪 积覆盖的隐伏煤田，第四系 厚度0800m 山 西 省 57000 大同、阳泉、太 原西山、汾西、潞 安、轩岗、晋城、 霍县、平朔、宁武、 离石、柳林等县市 主要为石炭二叠 系太原组、山西 组，仅大同矿区 有侏罗系大同组 大部分属中低山区，

7、第四系 覆盖不厚，一般05m，有 的可达250300m 陕 西 省 45000 铜川、蒲城、自 水、澄城、合阳、 韩城、黄陵、神府、 彬长、子长等县 东部的蒲城、白 水，澄城、合阳、 神府、彬长主要 为侏罗系，其它 为石炭二叠系 大部分为黄土覆盖，覆盖 厚度0250m，仅韩城为低 山区、局部平原 特点3: 探查干扰因素多 12 噪声噪声干扰因素干扰因素干扰干扰结果结果 地质噪声 地表地表附近的局部不均匀体局部不均匀体产生静位移畸变 地势起伏不平产生地形影响 测区构造异常复杂构造异常复杂,很难找到与 此构造相适应的资料处理分析 和解释方法 用近似方法与简化模型代替而 必然导致的误差 人文噪声 电

8、力传输系统，如高压线路 噪声信号能量可以是正常信号 的数倍甚至几个数量级,直接影 响测量结果 工业用电、有线广播 只集中在少数几个频率或某个 有限频带 电器设备与电信工程中的电磁电磁 信号及辐射现象信号及辐射现象 大地游散电流直接干扰直流电 法、瞬变电磁法探测结果 车辆运行、风临时、随机干扰等 天然噪声 天然电磁场,如大气放电、磁暴随机干扰等 老空水的老空水的特征特征：以水体形式存在，其赋存空间为人为因素以水体形式存在，其赋存空间为人为因素 造成，水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体，径造成，水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体，径 流不畅，水交替活动弱，水质受煤层化学成分

9、影响较大，多为酸流不畅，水交替活动弱，水质受煤层化学成分影响较大，多为酸 性水性水，有较强的腐蚀性有较强的腐蚀性，含有大量硫化氢气体。由于开采历史久含有大量硫化氢气体。由于开采历史久 远，无序开采，滥采滥掘，资料不清，远，无序开采，滥采滥掘，资料不清，探查探查技术手段相对落后，技术手段相对落后， 目前对采空积水区的范围、积水量等还难以查明。目前对采空积水区的范围、积水量等还难以查明。 13 煤矿老空水害特点：煤矿老空水害特点： 水量以静储量为主，持续时间短，来势水量以静储量为主，持续时间短，来势 凶猛，瞬时破坏力强，常伴有硫化氢等凶猛，瞬时破坏力强，常伴有硫化氢等 有害气体涌出。有害气体涌出。

10、 14 危害性大、隐蔽性强 成因成因 特点特点 灾害事故灾害事故 严重性严重性 多害性多害性 煤矿开采煤矿开采遗留遗留的的采采 空区空区、煤炭资源整煤炭资源整 合及煤矿兼并重组合及煤矿兼并重组 遗留的采空区遗留的采空区 诱发诱发透水透水、有害气、有害气 体体中毒中毒、火灾火灾、 瓦斯爆炸及诱发其瓦斯爆炸及诱发其 它工程地质灾害它工程地质灾害 老窑采空区老窑采空区 15 中国煤矿突水中国煤矿突水伤亡统计伤亡统计 中国中国近近几几十年十年煤矿突水煤矿突水伤亡伤亡之最之最（不完全统计，（不完全统计，2010年）年） 排排序序日期日期煤矿名称煤矿名称死亡人数死亡人数出水原因出水原因备注备注 1 120

11、05.82005.87广东省广东省兴宁市兴宁市大兴大兴煤矿煤矿123 123 老窑透水老窑透水占占6666% % 2 21985.1985.四川广安李家沟矿四川广安李家沟矿6161岩溶突水岩溶突水岩溶水岩溶水 3 31990.1990.四川乐山东风矿四川乐山东风矿5757老空透水老空透水 4 42006.5.182006.5.18山西省大同山西省大同市新市新井煤矿井煤矿5656老空透水老空透水 5 51991.1991.四川自贡富顺中坝矿四川自贡富顺中坝矿4242老空透水老空透水 6 62005.2005. 12.2 12.2 河南新安县寺沟煤矿河南新安县寺沟煤矿4242老空透水老空透水 7

12、72001.5.162001.5.16四川宜宾青龙嘴矿四川宜宾青龙嘴矿3939老空透水老空透水 8 82010.3.282010.3.28山西华晋焦煤王家岭煤矿山西华晋焦煤王家岭煤矿3838老空透水老空透水 9 92008.7.212008.7.21广西百色市广西百色市右江那右江那读煤矿读煤矿3636老空透水老空透水 10102004.12.122004.12.12贵州省思南县贵州省思南县天池煤矿天池煤矿3636岩溶突水岩溶突水岩溶水岩溶水 111120032003.7.26山东省枣庄市木石煤矿山东省枣庄市木石煤矿3535顶板突水顶板突水地表水地表水 12122010.3.12010.3.1神

13、华集团骆驼山煤矿神华集团骆驼山煤矿3232陷落柱突水陷落柱突水岩溶水岩溶水 16 2005年年8月月7日震惊中外的广东梅州大兴煤矿发生特日震惊中外的广东梅州大兴煤矿发生特 大水害事故，该矿开采急倾斜煤层造成顶板抽冒，大水害事故，该矿开采急倾斜煤层造成顶板抽冒， 上部采空区积水涌入矿井，上部采空区积水涌入矿井，121人死亡。人死亡。 2010年年3月月28日，山西华晋焦煤王家岭矿日，山西华晋焦煤王家岭矿 20101工作面发生特大老空突水事故，工作面发生特大老空突水事故，152 名矿工被困，名矿工被困，38名工人遇难。名工人遇难。 17 采空区数量多、范围大 u据2013“国家煤矿安监局科技装备司

14、” 普查 报告，仅2005年以来，累计取缔非法生产煤 矿、非法采煤窝点5.4万处次，关闭各类小煤 矿1.6万余处。 u随着兼并重组力度的加大，遗留了大量未有 效处置的采空区。 18 三、老空水防治的技术途径与方法三、老空水防治的技术途径与方法 煤矿安全规程从制度、人员、装备以及防治水规划、煤矿安全规程从制度、人员、装备以及防治水规划、 矿井水文地质类型划分、水文地质条件勘探等方面做了具体的矿井水文地质类型划分、水文地质条件勘探等方面做了具体的 规定，明确提出了探放规定，明确提出了探放老空老空水的技术要求和技术方法。水的技术要求和技术方法。 煤矿防治水规定则在如何执行规程要求煤矿防治水规定则在如

15、何执行规程要求方面方面提出了详提出了详 细的规定。规程和规定是煤矿防治水工作的最基本要求，是指细的规定。规程和规定是煤矿防治水工作的最基本要求，是指 导防治水工作的导防治水工作的“红头文件红头文件”。（有法律效应，不可违反）。（有法律效应，不可违反） 19 对老空水而言，防与治的原则依然是：对老空水而言，防与治的原则依然是： 预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采。 防治老空水的途径：防治老空水的途径： 探查探查 治理治理 监测监测 20 老空水的探查老空水的探查 1、地质调查、地质调查 2、物探（地面、井下）、物探（地面、井下） 3、钻探、钻探 强调上述

16、探查方法的综合性。强调上述探查方法的综合性。 老空水的监测老空水的监测 多指对本矿或已知采空区积水水位、水量、水质以及径流的监测。多指对本矿或已知采空区积水水位、水量、水质以及径流的监测。 21 探测积水老空区的物探方法 22 方法方法基本原理基本原理主要适用条件主要适用条件 常规直流电法 传导类直流电法 1、接地条件良好、接地条件良好 2、地形平坦、地形平坦 高密度电阻率法 超高密度 激发极化法 直流超前探测 音频电穿透法 瞬变电磁法 感应类时间域、频率域 电磁法 1、无无较强的电磁干扰源较强的电磁干扰源 2、不需接地、不需接地 3、地形不能太、地形不能太陡陡 CSAMT 地质雷达 高频电磁

17、测深法EH-4 无线电波透视法 地震类 震波类 1、面积、面积状状采空区采空区效果效果好好 2、岩石界面平整、岩石界面平整 瞬态瑞利波 放射性 利用岩石放射性异常采空区有氡射气传播时采空区有氡射气传播时 微重力 利用重力异常深度浅、范围小的采空区深度浅、范围小的采空区H100m 老空水的治理老空水的治理 1、疏放、疏放（定向钻，疏干孔）（定向钻，疏干孔） 2、留设安全煤岩柱、留设安全煤岩柱 3、防水设施、防水设施（防水闸墙，排水系统等）（防水闸墙，排水系统等） 23 小煤窑或矿井采掘的废巷老窑积水，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常小煤窑或矿井采掘的废巷老窑积水，一旦采掘工作面接近或揭露它们时

18、，常 常造成人身伤亡事故，必须在采掘前预先探放。常造成人身伤亡事故，必须在采掘前预先探放。 一般一般 探放水工程设计内容包括：探放水工程设计内容包括： （1）查明老窑积水范围、积水量，确切的水头高度（水压），老窑与上、下采）查明老窑积水范围、积水量，确切的水头高度（水压），老窑与上、下采 空区、相邻积水区、地表河建筑物及断层构造的关系，以及积水区与其他充空区、相邻积水区、地表河建筑物及断层构造的关系，以及积水区与其他充 水含水层的水力联系程度等。水含水层的水力联系程度等。 （2）探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。）探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。 （3）探放水钻孔

19、组数、个数、方向、角度、深度和施工技术要求及采用的超前）探放水钻孔组数、个数、方向、角度、深度和施工技术要求及采用的超前 距与帮距。距与帮距。 24 探放老空水的技术途径与原则：探放老空水的技术途径与原则： 1 1查明老空区积水情况。查明老空区积水情况。 2 2探放老空积水。探放老空积水。 3 3、探放水施工与掘进工作的安全措施制定探放水施工与掘进工作的安全措施制定 4、防排水设施，如水闸门、水闸墙等的设计以及水仓、水泵、防排水设施，如水闸门、水闸墙等的设计以及水仓、水泵、 管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等。管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等。 5 5、制定应急预案。制定应急预案。

20、6 6、探放标注在采掘工程平面图上。、探放标注在采掘工程平面图上。 25 探放老窑水的原则：探放老窑水的原则： （1）积极探放）积极探放 （2）先隔离后探放）先隔离后探放 （3）先降压后探放）先降压后探放 （4）先堵后探放）先堵后探放 26 积水区积水区 探水线探水线 积水线积水线 30m 50m 警戒线警戒线 煤矿防治水手册煤矿防治水手册 27 四、黄陵矿业公司老空水防治案例四、黄陵矿业公司老空水防治案例 28 1999年年 3月月24日，仓村小煤矿老空区透水日，仓村小煤矿老空区透水 29 井下突水情况 30 出水点平面图出水点平面图 31 出水点平面图出水点平面图 32 突水位置：突水位置

21、：于于1999年年3月月24日，日，在一号煤矿三个主在一号煤矿三个主 平硐西侧入口附近发生老窑透水事故，峰值水量平硐西侧入口附近发生老窑透水事故，峰值水量 约约800m3/h。 危害：危害： 直接造成一号煤矿三个出入口主平硐淹没，被直接造成一号煤矿三个出入口主平硐淹没，被 迫全矿停产，威胁着整个一号矿井的安全。迫全矿停产，威胁着整个一号矿井的安全。 33 出水点附近的地表情况出水点附近的地表情况 34 探查难点探查难点 1、没有周边小煤窑采空区的地质资料；、没有周边小煤窑采空区的地质资料； 2、一号矿口位于沮水河北岸，其主巷道位于、一号矿口位于沮水河北岸，其主巷道位于2号煤层号煤层 顶板附近；

22、该沮水河两岸小煤窑遍布无数，且相互顶板附近；该沮水河两岸小煤窑遍布无数，且相互 连通。连通。半年前半年前其上游小煤窑连续被河水淹没，小煤其上游小煤窑连续被河水淹没，小煤 窑采空区中肯定大量积水，但水量未知；窑采空区中肯定大量积水，但水量未知； 3、出水点附近地形属于半原始森林，树木丛生，黄土、出水点附近地形属于半原始森林，树木丛生，黄土 沟壑高差约百米，勘探非常困难。沟壑高差约百米，勘探非常困难。 4、194勘探队曾经做过初步勘探，但拿不出物探结果勘探队曾经做过初步勘探，但拿不出物探结果。 35 采用综合物探方案，先探后堵采用综合物探方案，先探后堵 中煤科工集团西安研究院在没有已知地质资料的中

23、煤科工集团西安研究院在没有已知地质资料的 情况下，根据现有条件，研究采用情况下，根据现有条件，研究采用以高分辨电测以高分辨电测 深法为主、自动地电阻率法、瑞利波法、浅层地深法为主、自动地电阻率法、瑞利波法、浅层地 震法、明渠流量仪等为辅的综合物探手段震法、明渠流量仪等为辅的综合物探手段，对黄，对黄 陵一号井突水点附近陵一号井突水点附近100m100m宽的保安煤柱内进行综宽的保安煤柱内进行综 合物探。合物探。 36 瑞利波、电法剖面物探成果图瑞利波、电法剖面物探成果图 1201101009695908077706055545040282720101 01020304050607080901001

24、10120130140150160170180 020406080100120140160180 0 10 20 0 10 20 010 0020 0030 0035 0040 0045 0050 0055 0060 0065 0070 0075 0080 0085 0090 00 100 00110 00120 00 图图 例例 瑞 利 波 速 度 增 大 500 110 瑞 利 波 速 度 等 值 线瑞 利 波 测 点 煤煤 炭炭 科科 学学 研研 究究 总总 院院 西西 安安 分分 院院 0102 0 比 例 尺 ： (m ) 图 4.1 黄 陵 一 矿 皮 带 巷 侧 邦 瑞 利 波

25、速 度 成 像 图 0102030405060708090100110120130140150160170180190200210220 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 三极电剖面 AO=10.5m AO=19.5m 图 3 . 2 黄 陵 一 号 矿 主 巷 道 西 侧 帮 三 极 电 剖 面 曲 线 图 s （ M ） （ M ） 37 13579111315171921232527293133353739414345474951535557596163 5152535455565758595105115125135145155165175185

26、195205215 5 10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 1 2345 （ M ） （ M） 点 号 图 4 一 号 矿 主 巷 西 侧 帮 超 前 探 测 低 阻 异 常 图 01020 突 水 点 井下直流电法探测断面图井下直流电法探测断面图（西大巷侧帮透水点附近） 地面高分辨直流电法地面高分辨直流电法解释解释断面图断面图（第2测线） 已知充水巷道 未知巷道 未知巷道 未知巷道 未知巷道 未知巷道 断层 采空通道注 38 第一通道（宽度）第一通道（宽度）第二通道（宽度）第二通道（宽度）第三第三通道（宽度）通道（宽度） 物探结果物探结果钻探结果钻探结果物探结果物

27、探结果钻探结果钻探结果物探结果物探结果钻探结果钻探结果 30m28.5m10.5m10.5m25m23.5m 主要主要透透水通道水通道，物，物探结果与钻探验证对比探结果与钻探验证对比 为成功堵水提供了可靠的依据。为成功堵水提供了可靠的依据。 39 40 举例2：治理老治理老空水害的成功案例空水害的成功案例 20122012年年，一号矿，一号矿四号风井老窑积水治理四号风井老窑积水治理 41 四号风井老窑积水治理四号风井老窑积水治理 2012年，在四号风井建设 过程中，在四号风井排矸进场 公路西侧发现一个已关闭多年 的老窑。可能存有大量积水和 伴生有毒有害气体，一旦非预非预 期揭露期揭露，就可能造

28、成人员伤亡人员伤亡 或淹井事故或淹井事故，必须采取有效手 段对其进行探查和防治。 42 难点难点： 1 1、是重大矿井隐蔽致灾因素是重大矿井隐蔽致灾因素：老窑采空区位于一号煤 矿北一大巷开拓前方及四号风井底附近，严重影响严重影响四号 风井建设。 2 2、老窑采掘资料未知老窑采掘资料未知，年久积水，年久积水，老窑采空区积水范 围未知，防治难度大。所以需要所以需要考虑考虑多种多种勘察勘察手段的综手段的综 合合勘探勘探方式方式。 43 老窑与矿井对应位置示意图老窑与矿井对应位置示意图 小煤窑初步调查结果小煤窑初步调查结果 44 综合水害探测技术路线的确定综合水害探测技术路线的确定 由于各种探查手段均

29、存在局限性和优缺点，采用单一技术由于各种探查手段均存在局限性和优缺点，采用单一技术 手段难以探查清楚老窑采空区范围，决定手段难以探查清楚老窑采空区范围，决定采用采用综合探测技综合探测技 术术，以达到成功避开老窑采空区，顺利防治老窑积水的目，以达到成功避开老窑采空区，顺利防治老窑积水的目 的。的。 一是按照一是按照煤矿防治水规定要求，实施地面启封老窑煤矿防治水规定要求，实施地面启封老窑井井 筒探查，筒探查，二是二是采用采用地面高密度三维地震勘探技术对老窑采地面高密度三维地震勘探技术对老窑采 空区积水范围进行探查空区积水范围进行探查；三是井下采用；三是井下采用超前直流电法物探超前直流电法物探 手段

30、对其手段对其进行进一步精确探查；进行进一步精确探查；四是按照四是按照“预测预报、有疑预测预报、有疑 必探、先探后掘、先治后采必探、先探后掘、先治后采”的防治水的防治水方针方针，在井下实施定在井下实施定 向钻探进行钻探向钻探进行钻探验证验证。 综合探测技术综合探测技术 45 老窑井筒启封探查，查明积水水位老窑井筒启封探查，查明积水水位 在制定了严密的安保措施后，由矿区救护队 对老窑井筒进行启封探查，发现老窑外侧1# 井筒（靠近沟口，井口标高稍低）积水水面 距井口斜长46米，推算水面标高1110.5米。 平均积水标高1109.4米。该区煤层底板标高 890米，推断积水水头高度219.4米，水压大

31、于2Mp。 46 高密度三维地震勘探高密度三维地震勘探 该老窑采空区埋深为250m左右，因此，选择地面高密度三维地震勘探技术对其采空 区范围进行勘探。三维高密度地震勘探区位于一号煤矿的中东部，勘探区由四个拐 点组成，面积约为2.1km2，采用55CDP网格观测网，测点布置10m 80m间距，观 测采用0.5毫秒/次，通过提高时间、空间的采集密度，提高探查精度，确保结果精 确、可靠。 三维区地形鸟瞰图三维区地形鸟瞰图探测断面图探测断面图 47 地面瞬变电磁法探测结果 48 勘探结果圈定了一个采勘探结果圈定了一个采 空区域，面积约为空区域，面积约为0.150.15 平方公里平方公里。确定了沿北确定了沿北 一大巷东侧的小煤窑一大巷东侧的小煤窑采采 空区空区西侧边界西侧边界。 老窑采空区及异常区位置示意图 小煤窑采空区综合物探成果平面图 49 水质水质分析分析 对四号风井附近的沟流水、井水、老窑涌水和一号煤矿北一大巷渗水分 别进行了水质化验，通过化验结果对比分析，基本确定老窑井筒积水水基本确定老窑井筒积水水 源主要为第四纪黄土层河谷砂砾含水层源主要为第四纪黄土层河谷砂砾含水层，其次为直罗组砂岩含水层。 50 井下物探及钻探井下物探及钻探验证验证 采用采用井下超前直流电法物探