煤矿防治水课件

1、防 治 水 课 件2019年4月15日第五节 工作面底板注浆加固第四节 底板高承压含水层上安全开采第三节 煤层底板突水事故案例第二节 煤矿水害特点第一节 煤矿水害类型目录第一节 煤矿水害类型 按照造成矿井水害的水源类型分为地表水害（含大气降水、地表滑坡和井上下泥石流灾害）、地下水害、老窑水害。 其中地下水害按储水空隙特征又分为孔隙水害、裂隙水害和岩溶水害等，岩溶水害又按含水层的厚度分为薄层灰岩和厚层灰岩水害。1.按照水源类型 按照导水通道性质分为断裂破碎带水害、岩溶坍陷和“天窗”水害、陷落柱水害、钻孔水害、采动裂隙水害。 2.按照导水通道3.按照水源来向 按照水流方向与采掘工程的关系分为底板水

2、害、顶板水害、侧帮水害、前方水害、后方水害。第二节 煤矿水害特点 不同水源的水害其特点各不相同。 地表水害：水源是大气降水、地表水体（江河、湖泊、水库、坑塘、泥石流）。水源通过井口、采后冒裂带、岩溶塌陷坑、断层带及封闭不良钻孔充水或导水进入矿井。一旦发生将影响生产和淹井。 如2007.7.28.20:00至29.8:00，三门峡地区降雨量达115.2mm，导致陕县支建矿区铁炉沟河形成洪水，洪水冲破堤岸，汹涌地排向原中国铝业公司废弃的铝土矿坑内，铝土矿坑积水上涨，突然造成塌陷，通过矿井上部老巷溃入陕县支建煤矿井下风井底，冲垮三道密封，导致+260m水平巷道被淹。矿方立即组织井下人员撤离，当班下井

3、102 人，33 人升井，其余69 人被困。预计透水量4000m ，淹没巷道600 多米。幸运的是至8.1:12.54 分（76h ）井下被困的69 名矿工全部被救。 老窑水害：水源是老窑、小窑、废巷及采空区积水。当巷道接近或遇到老窑积水区时，往往在短时间内涌出大量老窑水，来势凶猛，具有很大的破坏性，常造成恶性事故。 2010年3月28日14 时30分左右，华晋公司王家岭矿（位于山西省临汾市乡宁县，为中煤集团与山西焦煤集团合作组建的华晋煤业公司所属）北翼盘区101 回风顺槽发生小窑老空水透水事故。事故造成153人被困。经全力抢险，115 人获救，另有38名矿工遇难。 孔隙水水害:水源是第四系或

4、新近系松散层中的孔隙水。当煤层被松散含水的流砂层、砂层、砂砾层、卵石层、粘土砂层覆盖时，由于开采前水文地质情况不清或者没有按规定留设安全煤岩柱，或者留设的煤岩柱受到破坏，回采后水、砂或泥溃入井下，淤塞巷道甚至造成淹井。 豫东平原4900k范围内、埋深800-2000m 之间，蕴含煤炭资源230亿吨，其中1500m以浅储量约为37亿吨。但是，豫东平原埋深800-1500m 煤层上覆有松散热储层，其富水性强、地温高、水化学成分复杂，因此采煤将面临涌水、涌砂、高温、腐蚀等多重灾害的复合影响。同时地热水也是豫东平原正在开发利用的宝贵资源，采煤将破坏地热流系统的结构并导致地热水自然循环规律的变异。 裂隙

5、水水害:水源为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水。煤层顶部有厚层砂岩和砾岩，当裂隙发育且与上覆第四系松散层和下伏奥陶系含水层有水力联系时，可导致危害极大的突水事故。在没有其他水源补给的情况下，其水量有限，基本不会对煤矿的安全生产形成很大的威胁。 义马跃进煤矿25080工作面顶板突水事故：2005.11.172008.10.31，总涌水量超过222万m，最大涌水量450m/h，造成工作面被淹。 薄层灰岩岩溶水害：水源主要是华北石炭二叠系煤田的太原组薄层灰岩岩溶水。 一般情况下，煤层顶底板的薄层灰岩含水层（组）是可以疏干的。 但当薄层灰岩含水层（组）与地表水体或与厚层灰岩含水层发生水力联系时，含水层（组）

6、的富水性便大大增加、补给能力增强，常发生较大灾害性事故。 厚层灰岩岩溶水水害：该类水害分为南方型和北方型。 南方型为二叠系茅口和栖霞厚层灰岩含水层，其补给主要是大气降水和地表水。正常情况下赋存于煤层底板之下，中间几乎没有隔水层，采掘该灰岩含水层附近煤层时常发生突水、突泥等，来势迅猛，破坏力极大。 北方型主要是奥陶系或寒武系厚层灰岩含水层，该含水层岩溶裂隙发育，富水性好，导水性强。正常情况下赋存于主采煤层之下，煤层与含水层间常有不同厚度的隔水层，水害的发生常与构造或采动有关。此类水害难于预测预防，一旦发生危害很大。第三节 煤层底板突水事故案例 事故概况： 2003年9月2日零时30分，洛阳市伊川

7、县奋进煤矿（地方国有）黄村井10111回采工作面发生一起底板突水事故。事故造成16人死亡，直接经济损失5600万元。1.洛阳市伊川县奋进煤矿（地方国有）黄村井 事故原因： 10111工作面位于黄村背斜轴部，煤层底板张性裂隙发育，寒武系灰岩中有溶洞存在，回采中该工作面下段留设的隔水煤柱，形成了顶板对底板的压力集中点，集中应力加剧了煤层底板破坏，产生导水裂隙。又因在隔水煤柱内开掘流水巷，巷道底板形成自由面，致使煤层底板在高达1.53MPa以上承压水的压力作用下被破坏，灰岩承压水冲破该流水巷底板猛然突出，造成事故。 事故概况： 河北省冀中能源峰峰集团有限责任公司梧桐庄矿7月26日， 182306工作

8、面采空侧底板发生出水事故，事故造成矿井停产。2、河北省冀中能源峰峰集团有限责任公司梧桐庄矿 事故经过： 7月25日早7时30分，工作面开始底板出水。早8时许，工作面涌水量达到55m/h。26日凌晨零时42分，涌水量达到100m/h。凌晨2时30分，达到200m/h。该矿立即启动应急预案，组织182306、182302两个工作面人员进行了安全撤离。26日下午3时20分，涌水量突增，瞬间进入采区泵房。下午3时26分，矿立即组织停产撤人，全部人员安全升井。27日早晨4点53分水已进入中央泵房。梧桐庄矿中央泵房将7台卧泵、11台潜水泵全部启动，但水位仍一直上涨，直至进入泵房。7月27日上午11时，指挥

9、部决定将井下剩余值守的7名人员全部安全升井，抢险工作告一段落。后转入打钻注浆、封堵出水点和抽排水阶段。整个抢险救灾过程没有任何人员伤亡，也没有发生任何次生灾害事故。 事故概况： 2010年3月1日，神华集团乌海能源有限责任公司骆驼山煤矿发生特别重大透水事故，造成32人死亡、7人受伤，直接经济损失4853万元。3、神华集团乌海能源骆驼山煤矿 事故经过： 据承建单位陕西煤建公司掘进队杨某回忆，7时30分，在9#煤工作面的杨某等16名工人下班走到停车场时，发现停车场水深约30公分，且不到一分钟时间水位就上涨到1米(后来估算本次事故涌水量起初时最大达7.2万m/h)。发现异常后，他们立即撤回作业面并向

10、调度室汇报了情况。 事故发生后，经过14天、2万多人次的救援，生还45人，死亡32人。本次救援累计施工钻孔20个，进尺5874m，排水144万m，对陷落柱进行注浆堵水共注入浆料8384m。 事故原因： 16#煤回风大巷掘进工作面遇煤层下方隐伏陷落柱，在承压水和采动应力作用下，承压水突破隔水带形成导水通道，导致奥灰水从煤层底板涌出，造成此次事故。 事故概况： 2005年10月19日新峰一矿东大巷水闸门以东967m处，扩修巷道时发生底板突水事故，最大突水量38056m/h，从开始突水到矿井被淹历时81分钟。4、平禹煤电新峰一矿“10.19”突水事故案例 事故原因： 魏庄断层是一区域性大断层，在出水

11、点一带受后期应力改造，从北西向转为北东向，并由此派生出关庄正断层、DF1断层等一系列支断层及张性裂隙，因此底板岩层裂隙十分发育，受地应力不断变化影响，地下水径流较快，寒灰小裂隙慢慢形成小溶隙，长年累月溶隙越来越大，引起上覆岩层跨落，且高度范围渐渐增大，形成隐伏垂隙发育。出水点正处于转折端的地应力集中区。此次巷道扩修后，巷宽由原2.5m扩修到4m，受地应力重新分布及爆破影响，底板抗剪强度降低，承压水导高使隔水层弱化，下部灰岩承压水通过垂向导水通道涌入东大巷的底板薄弱地段，静水压力造成20多米巷道底鼓，并最终突破薄弱隔水层导入巷内，突水后，距突水点3000多米的桐树张村供水井水位大幅度下降，表明寒

12、武系灰岩含水区域大，水力联系广。 事故概况： 2017年5月25日22时46分，淮南矿业(集团)有限责任公司潘二煤矿(以下简称潘二煤矿)西二A组煤采区12123工作面底板联络巷掘进工作面发生突水事故，最大突水量14520m/h，造成矿井被淹，事故直接经济损失2342万元，无人员伤亡。5、淮南矿业潘二煤矿“5.25”较大突水事故 事故原因： 潘二煤矿12123工作面底板联络巷掘进工作面底板存在隐伏陷落柱，在采动应力和承压水作用下，奥陶系灰岩水通过隐伏陷落柱从巷道底板突出。6、霍宝干河煤矿2-112综采工作面出水事故案例 事故原因： 1、2-112工作面带压大、周边构造复杂、顶板砂岩厚、构造导水性

13、强、裂隙发育、工作面总体处于向斜构造的轴部等情况下，做了巷探、钻探、物探等大量的工作，但是对2-112工作面与2-108工作面之间2-112正巷外部隐伏构造分析研究不够、探测不到位、特别是对断层的侧向补给缺乏研究，是造成本次出水事故的直接原因。 2、回采过程中当工作面推过5#水仓后，机头段排水能力不足，工作面排水能力不能实现适时达标，是造成机头段被淹的直接原因。一、 基本研究背景二、 总体研究思路三、 水文地质条件勘察四、 带压开采综合评价五、 防治技术与方法第四节 底板高承压含水层上安全开采一、 基本研究背景华北广泛发育奥陶系灰岩最大厚度800m 受奥灰影响的煤炭储量1000亿吨直接或间接导

14、致的矿井突水1000次底板高承压（或超高承压）水害问题焦作，7-8MPa兖州，8-10MPa徐州，7-8MPa淮北，5-7MPa豫中，6-10MPa义马，7-8MPa2002年10月26日，徐州三河尖矿21102工作面特大突水淹井事故P=8.32MPa，Qmax=2170m3/h水源：奥灰，通道：隐伏断层2013年2月3日，淮北桃园矿1035掘进工作面特大突水淹井事故P=5.0MPa， Qmax=29000m3/h水源：奥灰，通道：隐伏陷落柱二、 总体研究思路查明：含水层富水区域和富水性导水构造（断层，陷落柱）底板隔水层的结构与强度评价：带压开采可行性的综合评价防治：疏水降压注浆改造带压开采组

15、合关系富水区域富水程度水源及边界含水层结构抽（放）水试验与观测基于GIS的综合评价模型带压开采防治水技术疏水降压断裂构造地面及井下物探陷落柱采动破坏钻探导水通道类型隔水关键层隔水层结构 岩层强度岩层厚度含水层研究导水通道研究隔水层研究注浆改造灰岩隔水安全回采参数试验测定三、 水文地质条件的探查 1、 含水层富水区域和富水性的探查选择正确、适当的方法，查明底板主要含水层的富水区域及其富水性是底板带压开采的必要的基础！需要查明的内容：含水层的结构：空间位置及展布，介质特征，厚度，富水区域，原始导高含水层的富水性：单位涌水量，渗透系数，水位（压）含水层的边界条件：导水边界，封闭边界，主要径流方向常见

16、的问题：工作量不足没有足够的奥灰探查孔没有针对性的物探普查方法不当工程布置不当：地面孔与井下孔的关系抽水试验方法不当：小流量，小降深求参方法不当：用错误的公式或参数1、 含水层富水区域和富水性的探查富水区域探查：物探 + 钻探1、 含水层富水区域和富水性的探查富水区域探查：物探 + 钻探1、含水层富水区域和富水性的探查富水性探查：抽（放）水试验 + 长期动态观测1、含水层富水区域和富水性的探查富水性探查：抽（放）水试验 + 长期动态观测1、含水层富水区域和富水性的探查富水性探查：抽（放）水试验 + 长期动态观测 参数 观测孔T(m2/d)K(m/d)SGC112.500.583.0010-7G

17、C350.12.335.2410-6GC6190.408.863.2510-6GC9159.487.427.6110-61、含水层富水区域和富水性的探查富水性探查：抽（放）水试验 + 长期动态观测1、含水层富水区域和富水性的探查富水性探查：抽（放）水试验 + 长期动态观测2、 底板导水构造的探查与评价断层及陷落柱是主要的底板导水构造，构造较大的突水威胁，必须查明！建议方法：至少两种以上的物探普查：震法查界面，电法查导水性进行必要的钻探验证结合地质背景进行综合分析三、 水文地质条件的探查2、 底板导水构造的探查与评价导水断层及陷落柱：物探 + 钻探验证3、底板隔水层结构与强度的探查隔水层的综合阻

18、水能力是安全开采的保证，应查明复杂岩层组合结构，并进行综合评价需要查明的内容：多层多岩性组合结构厚度变化及其稳定性各分层的强度指标（物理力学参数）最好包括软岩矿物成分计算底板采动破坏深度三、 水文地质条件的探查3、 底板隔水层结构与强度的探查隔水层结构的探查：钻探3、 底板隔水层结构与强度的探查隔水层的强度：试验测定式样编号岩性重度(KN/m3)岩石抗压强度(MPa)岩石抗拉强度(MPa)弹性模量(103MPa)泊松比粘聚力（MPa）内摩擦角()试验平均S1-1砂质泥岩20.5829.72.102.108.640.207.0333.06S1-3灰岩23.4228.82.392.3932.410

19、.2312.9437.65S1-4.泥岩23.3218.73.783.584.730.267.5242.373.38S1-5砂质泥岩24.3018.23.983.987.750.289.2131.26S1-6灰岩24.7931.54.044.0434.920.2013.3847.54S1-7砂岩23.9132.42.743.9528.410.1718.2739.455.16S1-8砂质泥岩21.4615.12.603.6910.620.2910.0939.673、 底板隔水层结构与强度的探查隔水层的强度：试验测定3、 底板隔水层结构与强度的探查底板破坏深度：计算3、底板隔水层结构与强度的探查底

20、板破坏深度：实测3、底板隔水层结构与强度的探查底板破坏深度：数值模拟计算3、底板隔水层结构与强度的探查0904号孔地层柱状层厚(m)抗张强度Kp(Mpa)重度(KN/m3)二1煤细粒砂岩3.552.120.58泥岩3.53.5823.32硅质泥岩0.33.9824.3泥岩3.153.9824.3石灰岩7.254.0424.97泥岩2.63.6921.46细粒砂岩2.13.6921.46泥岩7.43.6921.46中粒砂岩1.788.1123.87石灰岩13.5213.2425.02砂质泥岩2.22.1523.7铝土岩（奥灰顶部）6.52.2923.1四、带压开采的综合评价带压开采的可行性评价安

21、全评价基于GIS的多因素信息融合方法五、 带压开采的技术与方法底板注浆改造技术 含水层疏水降压技术 利用灰岩隔水段带压开采高承压含水层上安全开采底板注浆改造 义煤集团新义矿为例底板注浆改造 义煤集团新义矿为例二1煤底板隔水层，平均11.93m太灰：直接充水含水层，具有注浆改造条件奥灰：间接充水含水层，距二1煤底界平均58m330-336m291-375m奥灰顶部隔水层，平均13.36m开采水平：-300m底板注浆改造 义煤集团新义矿为例方法： 在底板奥灰具有突水危险性的情况下，采取主动措施对底板可注层的注浆，将含导水层段转化为隔水层，从而提高底板搞水压及综合破坏能力，实现安全开采。应用条件：突

22、水系数超临界，具有底板突水威胁奥灰含水层富水性强，不具可疏降性底板具有可注层注浆后底板隔水层具有足够的抗破坏能力底板注浆改造 义煤集团新义矿为例底板注浆改造 义煤集团新义矿为例底板注浆改造 义煤集团新义矿为例疏水降压方法： 在底板奥灰含水层具有可疏降性的情况下，地面或井下专门的疏降工程，将奥灰水压降至隔水层可承受的安全水头以下，以实现安全开采。应用条件：突水系数超临界，具有底板突水威胁奥灰含水层富水性差，且为封闭边界通过流场模拟或计算，确定含水层具有可疏降性疏降后不致区域地下水环境产生重大变化奥灰疏水降压 天安集团星村矿为例奥灰疏水降压 天安集团星村矿为例E3206工作面下伏奥灰顶面水压为12

23、.33MPa。 工作面底界面奥灰水压最大可达10.795MPa，为复杂地质条件下超高承压含水层上开采。奥灰疏水降压 天安集团星村矿为例开采条件：奥灰下段含水并承压10.795MPa 突水系数T=0.090.06 T=0.115m2/h q=0.01864L/m.s 以2个孔疏放210d奥灰疏水降压 天安集团星村矿为例奥灰疏水降压 天安集团星村矿为例 在S2单独放水的情况下，210d后可以满足切眼到6号线区段的临界突水系数的要求. 在方案2情况下，也就是S2和S6同时放水20d后可以满足切眼到4号线区段的临界突水系数的要求。 方案2在放水150d后可以满足整个工作面的临界突水系数的要求。 利用奥灰顶部隔水作用带压开采理论基础