矿井水害防治理论与实践培训教程课件

矿井水害防治理论及实践

内容安排矿井水害形势分析1我国防治水现状及发展趋势2矿井水害形势3近期针对性工作及措施4案例分析内容安排矿井水害防治的理论体系及技术装备1水文地质补充勘探2矿井水害的预防与治理3矿井突（涌）水应急及治理4实例：陷落柱5矿井突水的监测预报技术矿井水害形势分析全国分区水灾严重程度分类以上不突水以下突水煤层相对隔水层灰岩含水层煤层底板下伏含水层水位地表突水水源采掘方式岩体结构突出形式突水量奥灰水掘进巷道突水断层（破碎带）突水爆发型突水特大型突水薄层灰岩水大巷突水陷落柱突水跳跃型突水大型突水冲积层水掘进工作面突水裂隙岩体突水缓冲型突水中型突水地表水回采工作面突水完整结构岩体突水滞后型突水小型突水老窑水井筒突水矿井突水系统分类表

中国煤炭工业的成绩和问题引发了国内外的高度关注----国家

领导人深入矿井温总理指出：煤炭是我国能源的主体，煤炭工人从事的工作事关国家经济建设，十分光荣，应该得到全社会的关注，得到全社会的尊重，得到全社会的爱护04年国家出台能源发展战略和方针二要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略五要依靠科技进步和创新。无论是能源开发还是能源节约，都必须重视科技理论创新，广泛采用先进技术，淘汰落后设备、技术和工艺，强化科学管理六要切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响05年6月国务院颁发了“关于促进煤炭工业健康发展的若干意见”

从2005年起3～5年间，煤炭工业要建立规范的煤炭资源开发秩序，大型煤炭基地建设初见成效，形成若干个亿吨级生产能力的大型煤炭企业和企业集团煤矿安全基础条件有较大改善，煤矿瓦斯得到有效治理，重特大事故多发的势头得到有效遏制，煤矿安全生产形势明显好转矿区生态环境恶化的趋势初步得到控制煤炭法规政策体系逐步完善

下一个5年形成以保护、节约为前提的资源监管体系以大型煤炭基地和大型煤炭企业为主体的煤炭供应体系以先进技术为支撑的煤矿安全生产体系以煤炭加工转化、资源综合利用和环境治理为核心的循环经济体系以《煤炭法》和《矿产资源法》为基础的法规政策调控体系7月国务院召开了全国煤炭工作会议9月又出台“特别规定”煤炭企业结构大调整逐步以现代化大矿淘汰技术落后、安全条件差的小煤矿科学、合理规划大矿产量，杜绝超能力生产，严格回收率标准科学结合13个能源基地布局建设若干跨地区特大型煤炭企业集团，增强行业的调控能力和导向能力生产安全技术结构大调整煤炭资源勘探开发技术煤矿安全生产技术煤矿建设技术煤矿生产技术煤炭洁净利用与环境保护《湖南煤矿“老窑水”事故频发有待治理》（国内动态清样第261期）的领导批示1月30日温家宝批示：请毅中、铁锤同志阅。2月7日李毅中批示：透水是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害，今年应列为重点防范隐患。湖南局的意见很好，请铁锤同志考虑组织专门小组研究制定有效措施，尽快落实到各省局和煤矿。对文中所述今年1月11日株州堂市矿透水事故请查。2月8日赵铁锤批示：请树鹤同志落实毅中同志关于贯彻总理指示的批示:①组织专门小组；②提出工作方案；③把水患治理作为今年工作重点；④落实株洲县堂市煤矿事故的核查。2月10日王树鹤同志批示：请调查司登莹同志阅，提出工作方案并落实。2月14日商登莹同志批示：请苏启按要求落实方案的事项，抓紧落实。2月6日赵铁锤批示：请建华、树鹤、建勋同志认真贯彻落实总理批示精神，并告湖南煤矿安监局对防治“老窑水”的问题加强监察，并上报结果；湖南省各级地方政府要明确煤矿防治水害的监管责任，加强监管。同时请树鹤同志根据湖南省上报的结果和去年全国水害造成的事故情况下发紧急通知，提出明确要求，坚决遏制水害事故的发生，促进全国煤矿安全生产形势的稳定好转。2月7日王树鹤批示：请登莹同志组织对湖南防治水害情况调研，分析去年全国煤矿水害事故，提出防治煤矿水害的要求，下发通知。2月8日商登莹批示：请苏启同志速将领导的批示传至湖南局，并要求核报材料。同时组织人员进行调研活动，分析去年水害情况，提出针对性措施，制定防治意见下发。全国煤矿水害防治工作座谈会在京召开

优先发展领域煤矿安全地质基础和技术研究研究瓦斯、地下水赋存的地质规律；煤和瓦斯突出、爆炸和煤矿水害突发机理；瓦斯地面、井下联合抽排技术和装备研究；资源勘探阶段的瓦斯勘探评价技术和装备研究。

煤矿区地下水系统研究和环境地质、灾害地质评价

研究煤矿区地下水系统和赋存规律及水资源评价大水煤矿区矿井水运移规律和防治技术；煤矿区环境调查及监测；煤炭资源开发与矿区环境相互关系的多学科综合性研究北方煤层自燃调查和监测国家大型煤炭基地分布示意图东北基地云贵基地神东基地宁东基地陕北基地黄陇基地晋北基地晋东基地晋中基地冀中基地豫西基地鲁西南基地两淮基地《我国煤炭国家规划区、对国民经济具有重要价值矿区和稀缺特殊煤种矿区划分研究》等课题研究工作，国土资源部国家发改委等部门根据研究成果已经公布了首批煤炭国家规划区国家规划区具有重要经济价值矿区

继完成《全国煤层气资源评价》之后，组织开展了《控制煤层气潜能的水文地质特征研究》运用气水双相流理论，全面总结了控制煤层气的水文地质特征。项目通过鉴定并达到国际先进水平。国家973项目《低渗透率煤层煤层气开发技术》取得重要成果。

煤炭地质勘查信息化及“3S”技术取得显著进展遥感技术广泛运用于煤炭资源、水资源调查、煤层气资源评价以及煤矿区环境评价，水害防治和监测等领域，已经形成了煤炭遥感技术体系。

水害分区气候大区年降水量及其覆盖面积的百分数矿井水对生产危害程度附注编号名称1华北石炭二叠系岩溶-裂隙水害区亚湿润—亚干旱气候区600~1000mm约占70%200~600mm约占20%出水、突水较频繁，涌水量大或特大（1000~123180m3/h）。常常影响生产或淹井，或负担巨大排水费用，采煤和矿井安全都受到严重威胁，区内中深部下组煤有几百亿吨不能开采煤田为分布范围大、可采煤层多、储量大、煤种齐全的焦煤和主焦煤重要产地，对国民经济影响重大2华南晚二叠统岩溶水水害区湿润气候区1200~2000mm约占95%以上出水、突水很频繁，经常影响生产或淹井，突水量大（2700~27000m3/h），矿井正常涌水量亦大（3000~8000m3/h）。负担巨额排水电费（400~1500万元/a）；地面塌陷严重，井下黄泥突出堵塞井巷。矿井安全受到严重威胁雨季更危险由于地面塌陷，每年矿区付出上百万元赔偿费。由于主巷布设在强含水层内，故突水、出水频繁，主要为底板茅口灰岩水，江西是顶板长兴灰岩水3东北侏罗系裂隙水水害区湿润-亚湿润气候区400~600mm约占60%600~800mm占25%一般不影响生产，部分矿区受地表水和第四系松散层水的危害较重，有时造成淹井事故局部为亚干旱区（15%）4西北侏罗系裂隙水水害区干旱气候区25~75mm占80%75~100mm占80%100~400mm占20%本区严重缺水，存在供水问题，仅少部分地区有地表水和老空水，造成的煤矿水害局部为亚干旱区5西藏-滇西中生界裂隙水水害区湿润-亚湿润气候区300~600mm约占55%800~1000mm约占35%1000~2000mm约占10%西藏-滇西和台湾中、新生代煤田煤炭储量仅占全国储量0.1%，水文地质条件比较简单，水害也不严重一小部分为亚干旱区6台湾第三系裂隙-孔隙水水害区湿润气候区1800~4000mm约占95%以上2005年8月19日发生在吉林舒兰矿业集团五井，死亡16人的特大水害事故就是由于地表水通过已关闭但封闭不好的邻矿主井导入矿坑而酿成的。发生在贵州水城汪家寨矿、内蒙古平庄古山矿等透水事故均属地表水水害类型；2004年3月7日发生在新疆哈密煤业集团井采公司二井的透水事故是由于顶板裂隙带导通第四系松散层孔隙水，使第四系水、砂、第三系岩石溃入矿坑，24人被困，虽经全力抢救也有9人丧生。发生在淮南孔集矿、徐州新河矿的透水事故均属孔隙水害类型；2005年10月3日发生在四川广能龙滩煤矿的透水事故是由于该矿在挖掘巷道时打通溶洞，造成28人死亡。2003年4月12日发生在邢台东庞矿2903工作面的特大型突水事故，淄博北大井、开滦范各庄，还有峰峰二矿、焦作演马庄等许多突水事故均属此类型；2005年8月7日发生在广东兴宁大兴矿的建国以来最大的煤矿水害事故（从人员伤亡角度）是由于采矿引起煤层严重抽冒，继而破坏防水煤柱，致使老窑水溃入矿坑酿成121人死亡的惨痛灾难。同年4月24日发生在吉林蛟河腾达煤矿、山西陵川关岭山煤矿、徐州旗山矿及最近发生在山西大同左云县张家场乡新井煤矿的水害事故均属老空水害类型；2005年5月21日发生在淮北矿业集团海孜矿745工作面透水灾害属于工作面顶板砂岩裂隙水突出事故，致5人死亡。曾发生在徐州大黄山、韩桥煤矿等水害事故均属此类。开滦范各庄等几对矿井也都存在较严重的裂隙水害。奥陶系岩溶裂隙含水层

石炭系太原组岩溶裂隙含水层L1—L8

二叠系下统山西组及以上碎屑岩裂隙含水层

基岩风化壳裂隙含水层

新生界松散岩类孔隙含水层黄淮海平原

地表水河水水库

华北石炭二叠系岩溶-裂隙水害区

已发生历次大型断层突水统计表

发生地点最大突水量m3•min-1突水时间损失程度经济损失突水构造突水水源峰峰梧桐庄主-副井联络巷340001995.12.3淹井484.5淄博北大井6481935.5.13淹井肥城国庄-210m北大巷5501993.1.15淹井断层O2澄合2矿335焦作演马庄二一轨道下山车场3201985.5.17淹井肥城陶阳9507工作面2991985.8.6淹井向斜O2肥城国庄煤矿8101工作面275.72002.12.27淹水平断层O2焦作演马庄二一轨道下山2401979.3.9韩城马沟渠2001967淹井峰峰一矿1532野青工作面1501960.6.4淹井断层O2峰峰孙庄矿1501996.11.24淹井22400断层O2郑州芦沟1281997.5.3全井淹没滑动构造L1-3、O2焦作中马村1051965.8.25淹井肥城杨庄9101回风巷881985.5.27淹井五灰、O2峰峰牛儿庄862004.9.26淹井38275小煤窑O2郑州米村75.21972.1.21全井淹井岩溶裂隙L7—8、O2井陉一矿68平顶山八矿53.3发生地点最大突水量/m3•min-1突水时间损失程度经济损失开滦范各庄2171工作面20531984.6.2淹4井，邢台东庞矿2903工作面11672003.4.12淹井，3亿元皖北任楼矿7222工作面5761996.3.4淹井，3.5亿元肥城国家庄-210m北大巷5501993.1.5淹井徐州张集矿-300水平轨下山4021997.2.18淹井焦作李封矿东181201967.3.29淹井辉县吴村矿32031工作面401999.11.25淹采区安阳铜冶矿103工作面下顺槽231965.8.25淹井已发生历次大型岩溶陷落柱突水统计表

国有煤矿一次死亡10人以上事故

事故类别起数死亡人数直接经济损失/万元平均每起事故直接经济损失/万元·起－1平均每死亡1人直接经济损失/万元·人－1顶板1452454.832.498.75瓦斯445204810.158109.329.25水灾121172188.85182.4018.71火灾31573.6224.5414.72机电2869.2434.628.66运输1106060.006.00其它312123.541.1710.29合计797347780.16898.4810.60重特大事故直接经济损失按类别统计

重特大水害事故的涌水来源分析

矿井水害防治的理论体系及技术装备水文监测网放水试验水文地质条件分析导水构造探查矿井涌水量评价顶底板条件探查顶板砂岩水害防治底板灰岩水害防治地表水老窑水害防治水文地质保障系统水害应急救援预案水源快速判别注浆堵水及复矿排水矿井排水工程补充预防应急1.水文地质补充勘探水文地质观测网水文地质试验控水构造规律研究及导水构造探查

主采煤层顶板砂岩、薄层灰岩和奥灰的富水性探查矿井涌水量评价

主采煤层顶底板水文地质及工程地质条件的探查与评价1.1水文地质动态监测矿井受水害威胁区水文地质动态变化情况矿井所在地区降水量、矿井不同区域涌水量及其变化情况矿井各含水层和积水区水位水压变化情况主要仪器设备包括水位水压遥测系统、水位水压自记仪和水量监测仪（电磁流量仪）1.2水文地质试验水文地质测绘水文地质钻探水文地质试验，抽水实验，连通实验水文地质物探水文地质化探水文地质遥感1.3控水构造规律研究及导水构造探查较成功多种探查手段的综合应用模式是以地震法查构造、以电磁法查富水性异常、以化探查含水层间或不同水体之间的水力联系，以钻探进行验证和确认。以定向钻进技术为代表的高精度钻孔成孔技术：对于导水通道和突水点封堵具有十分重要的应用意义。基于现代高精度分析仪器的水力联系判别：如电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP）可在3min内测72项指标。快速钻进技术

美国T685WS型钻机比较适合堵水的钻探施工，使用塔式钻具组合，风动潜孔锤钻进，高速气流循环携带岩粉或无固相、低固相泥浆钻进，配套的定点旋喷固孔、孔口灌浆、水泥造孔等技术以及采用电子单点照相测斜仪测斜，24小时监测孔斜情况，保证钻孔快速准确打中把区。

美国T685WS型钻机直流电法、音频电穿透技术、瞬变电磁探测技术（TEM法，加拿大设备）、EMS－1多波工程地震仪（主机＋6个智能三分量检波器），坑道透视法、SYT物性探测仪、TS1型地下水探测系统、地震CT、井下电法、氡气测定法、三维地震技术、瑞雷波勘探技术、电磁法勘探技术、地质雷达探测技术、钻孔窥视技术以及原位应力测试等物探仪器及装备技术II号陷落柱在时间剖图上的连续显示

地面直流电测深法探测N(36,D36)(1400N,0E)(36,D43)(1400N,560E)(20,D36)(760N,0E)(20,D43)(760N,560E)中心点(1080N,280E)(1320N,80E)(840N,80E)(840E,400E)(1320N,400E)3738394041560m640m36距离（m）局部流体金属体干扰断能的体可层流通或道深度（m)电阻率（欧姆·米）发射/接收方向及位置72m3/h5m3/h推测的地下含水层CollapsedPost1.4矿井突水量评价预测矿井广义三重介质的应力场～渗流场耦合模型经验公式法、比拟法、Q-S曲线外推法

水均衡法

原岩应力场流固耦合地应力场与渗流场的宏观耦合中尺度地应力场富水性阻水性

三重介质微观尺度耦合条件分析地质水文地质条件薄隔水层阻水性能水压致裂应力测试采动应力场流固耦合全应力应变与渗透率顶底板应力应变规律数值模拟地应力对导水裂隙带的控制带压开采分区开采下限煤层安全开采技术σ1σ1σ2（σ3）σ2（σ3）b印支期南北方向的水平挤压应力场,没有发现该期构造

燕山期NWW—SEE方向近水平挤压应力,NE-NNE向构造和NEE向褶皱构造喜山期NNE—SSW向挤压应力场,少量NW向正断层和近EW向的褶曲σ1σ1σ2（σ3）σ2（σ3）a7.211.25.217.87.28.037.17.28N唐山滦县宁河区内剪应力较大，岩石抗张强度普遍偏低，反映出煤层底板岩层变形破碎，地应力场作用导致岩层变形破碎，岩层富水性强弱与岩层变形破碎程度相吻合是本区岩层水平方向渗透性强的内在原因隔水层厚度较大且完整的煤层底板原岩应力越大，对阻止底板突水越有利

底板隔水层较薄原岩应力又成为有利于突水的附加因素

隔水层厚板水压致裂破坏隔水层薄板整体破坏

原岩应力与富水性

三重介质的几何形状1气泵或平流泵

2传感器

3岩芯

4夹持器

5液压泵

6流量计

7计算机实验流程图12煤K3断层陷落柱1.5隔水层阻水性能

底板岩层阻水性能及残余水压分布规律实验研究底板隔水层阻水能力现场试验与量化研究隔水材料渗透性能对沿程水头损耗的影响规律高压水经底板隔水层导升过程中，在初始水头压力相同的情况下渗透性越差的地层其削减水头压力的能力就越强，水头衰减也就越大，实际值曲线偏离理论值曲线的速率越快。不同材料配比条件下，含水层水压力与水压衰减速率关系图初始水头压力和水头损耗呈近似线性关系含水层初始水压力愈大，其导升过程中水头损耗也就愈大渗透系数与水头损耗率关系曲线图

2矿井水害的预防与治理

顶板砂岩水害的防治底板灰岩水害的防治老窑水、地表水、冲积层水的防治

水文地质保障与管理系统日常水文地质水文地质器械和设备

2.1顶板防治水实际观测模拟冒落带确定预防治理措施

计算最大冒落导水裂隙带高度一般公式a,b取决于岩性的系数，M煤层厚度，c均方差；n煤分层层数；一般顶板裂隙水害防治技术

留设防水煤、岩柱

改变采煤方法超前疏干开凿专门疏干平巷，采煤准备巷道超前疏干注浆堵水地面防治水

全盘规划，综合治理

2.2底板水防治导水裂隙带规律压水试验探查采动应力应变规律治理措施矿区最大导升高度（m）突水几率最大的导升高度（m）依据开滦范各庄煤矿237巷道底板突水淄博黑山煤矿63.3214～33，49～60巷道底板突水淄博洪山煤矿4224～37巷道底板突水肥城陶阳煤矿408.5～20，28～37工作面底板突水肥城相庄煤矿544～8，18～27工作面底板突水焦作韩王煤矿2.5615～18巷道底板突水焦作李封煤矿26.75～11巷道底板突水峰峰和孙盆地120巷道底板突水峰峰岭东矿区76工作面底板突水邢台西庞煤矿45工作面底板突水太原东山矿区56巷道底板突水韩城马沟渠煤矿56巷道底板突水淮北宿南矿区174工作面底板突水淮北闸河矿区176工作面底板突水皖北肖西矿区178工作面底板突水永城车集煤矿176工作面底板突水登封告成煤矿135工作面底板突水禹州梁北煤矿75工作面底板突水全应力—应变过程渗透性试验MTS815.03电液压伺服控制刚性三轴压缩试验机，配备轴压围压和孔隙水压三套独立的闭环伺服控制系统，温度、压力、水压同时试验砂岩

砂质泥岩

采面推进过程中应力集中值P与应力集中系数C和采长L的关系曲线

63m15m80m①②留20m（①）和40m（②）煤柱推进80m底板位移2cm深度对比示意图

-3

160m

①

②

0

-1

-2

1

2

煤柱陷落柱煤柱40m

40m

20m

20m

采空区采空区煤层煤层ΔSzz

推进方向留20m（①）和40m（②）煤柱推进160m应力增量ΔSzz

一般底板灰岩水害防治技术

利用底板隔水层带压开采加厚和加固隔水底板

利用构造切割，分而治之用注浆帷幕封堵缺口留设防水煤柱

局部注浆止水设置防水闸门

改变采煤方法

建立强有力的排水设施采煤准备巷道中打可控式底板放水钻孔

留设断层防水煤柱示意图

3矿井突（涌）水应急及治理

水害应急救援预案

矿井突水源快速判别矿井注浆堵水及复矿工程矿井排水工程4.实例：陷落柱规律形成机理数值模拟突水机理预测探查治理措施防治水工程及预算岩溶陷落柱突水模式研究

陷落柱特征及受控机制

陷落柱突水模式

外部形态和内部物质结构

发育基本条件，分布发育规律

水文地质特征

影响因素及分类

现有薄板理论厚宽比大于1/5～1/7

内外力作用

形态：圆、椭圆、矩形或不规则椭圆形的柱体或截锥体

补充厚壁筒模型

厚宽比小于1/5～1/7数值模拟

力学实验

物理模拟实验

声发射监测

做出合理力学解释

陷落柱成因

根据特征分析成因力学机制

分析突水机理给出突水判据

岩溶地下水运移规律突水模式力学模型突水机理突水与否判别突（涌）水量预测突水探查与预警突水控制岩溶陷落柱突水为例（下图1）广义三重介质的应力场—渗流场耦合Darcy渗流与非Darcy渗流的耦合下图2顶底板破坏规律、带压开采水害控制、供水、环保三位一体矿井水灾治理理论与方法发生地点最大突水量/m3•min-1突水时间损失程度经济损失开滦范各庄20531984.6.2淹4井，邢台东庞矿11672003.4.12淹井，3亿元皖北任楼矿5761996.3.4淹井，3.5亿元肥城国家庄5501993.1.5淹井徐州张集矿4021997.2.18淹井焦作李封矿1201967.3.29淹井辉县吴村矿401999.11.25淹采区安阳铜冶矿231965.8.25淹井陷落柱断层断层上部含水水位i压性裂隙奥灰水位关键层垂向裂隙面倒楔形张性裂隙真空负压溶洞腔奥灰关键层垂向裂隙面正楔形压性裂隙张性裂隙隧道留20m煤柱情况

留40m煤柱情况

塑性变形带陷落柱水压Ｐ关键层采空区采动破坏区⑴⑵薄板理论子模式及破断形状塑性变形带陷落柱水压Ｐ关键层采空区采动破坏区岩层剪切破坏子模式塑性变形陷落柱Ｐ水压岩层采空区采空区⑴⑵ｒａｒｂｐ（1）水平横剖面图（2）铅垂纵剖面图

厚壁筒突水子模式σ２σ１采空区

压裂突水子模式水平截面图Pc=3σ2-σ1+T-P0岩溶陷落柱及导水性探测方法

在陷落柱的防治水实践中，逐渐形成了多元信息预测、化探辨识水源、物探确定异常、放水试验确定导水通道及补径排、钻探验证的综合探查方法。即，根据陷落柱的特征、分布规律等，利用地质、构造、采矿、钻探、排水、地下水系统的补径排条件等多元信息，综合分析预测陷落柱的区域或位置；利用常规水化学分析、井液和水温测定、水电阻率测定、水同位素测定等化探手段分析水动力场、水温水电阻率场和水化学场，辨别突水水源，奥灰水、薄层灰岩水、底板砂岩水注浆治理技术随机钻进技术射流搅拌技术旋喷注浆技术返流注浆技术‘止水塞’技术引流注浆技术试验排水与复矿追排水技术钻孔正压表阀门负压表清水骨料投放密闭防喷注料系统图

供水系统射流混合器孔口密闭防喷系统受注体自动上料系统注骨料工艺系统图

散装水泥仓螺旋输送机气动下灰系统清水池射流泵射流一次搅拌器浆液密度计贮浆二次搅拌添加剂注浆泵波流量声仪钻孔水泥浆注浆工艺系统图

散装水泥仓螺旋输送机射流一次拌器浆液密度计二次搅拌贮浆池注浆泵声波流量计清水池射流泵水玻璃贮存池水玻璃输送泵水玻璃配料池水玻璃输送泵声波流量计混合器钻孔水泥、水玻璃双液浆注浆工艺系统图

粘土料场装载机皮带输送机供水井蓄水池供水泵高位水箱粘土研磨机粘土浆蓄浆池泥浆泵粘土浆配比监测散装水泥仓射流搅拌器一次搅拌池二次搅拌池高压注浆泵钻孔改性剂添加箱压力监测粘土水泥浆配比监测粘土水泥浆工艺流程图

任楼矿区于1996年3月4日发生隐伏导水陷落柱突水淹井，最大突水量达34570m3/h，由于陷落柱规模小，导水性强，水压大，一旦突水极易造成淹井。因此，为了超前预防、及时治理陷落柱，采用地面三维地震、地面电法与井下物探、钻探等相结合的手段予以查明，利用井上下联合钻探注浆予以封堵。成功地超前治理了7218隐伏导水陷落柱。突水水源及通道的判识1999年10月12日，任楼煤矿7218机巷掘进到87m时，迎头出现淋水，水量初始为5-6m3/h，随后逐渐增大到9m3/h，水温由31℃逐渐升至34℃。由水量的逐渐增加可以推测存在水源补给，而本区煤系地层砂岩水出水后往往迅速衰减乃至疏干。出水水温逐渐升高，本处正常地温应为31.1℃，水温达34℃推算补给水源来自深部。水质化验后，运用水源判别模型判别为奥灰水。因此从水量、水温、水质综合分析，出水水源应为奥灰水。而由于出水点附近未揭露较大的构造，煤层距奥灰达260m，且本次出水与7222工作面突水存在许多相似之处，因此推测巷道前方存在导水陷落柱。隐伏导水陷落柱的探查煤矿突水通道探查的理念是“物探先行，钻探验证”，导水陷落柱的探查也采用了这一思路。物探先行可供探查隐伏导水陷落柱的方法很多，由于井下物探方法探查起点距异常体近，得到的探测信号强，探测效果较地面物探方法好。电法探查与地震探查相比，电法对水的反应比较敏感，在探查水文异常体或导水通道时，以采用井下电法为多。续本次7218出水后及时采用井下无线电波透视、井下瞬变电磁、井下电透视进行探测，由图可见，上述三种物及探方法圈定的异常体位置部分重叠，说明探查成果经交叉验证，效果较好。根据物探成果综合分析，陷落柱位置大体如探查工程平面布置图,在7218机巷上帮约10m，Ⅱ1下山向北45m，可作为布孔依据。钻探验证为了进一步验证物探成果的可靠性和控制陷落柱的平面位置，在7215轨道石门布置了4个探查钻孔，对每个钻孔均安装了孔口套管，并经注浆加固和耐压试验(各钻孔处奥灰水压的1.5倍)，合格后方能继续钻进。钻探情况1号探查孔钻进到58m时出水，初始水量为1.5m3/h，水压3.2Mpa;到62m时，水量增至36m3/h，水压2.8Mpa；终孔深度为192.2m，水量稳定为40m3/h。一周后，钻孔水量突增至350m3/h，水压达5.25Mpa，水温43℃，具明显的滞后出水特征，说明钻孔已打穿陷落柱体。2号孔在7、8煤间钻进，终孔205.16m，全孔均无破碎带及出水现象，说明陷落柱未穿过8煤。3、4号孔均设计穿8煤层，分别在孔深68m及74m处出水顶钻，无法继续施工，说明3、4号孔均已揭露陷落柱。钻探情况分析通过物探、钻探综合探查，已经控制了陷落柱的东西边界，确定了陷落柱的发育高度位于8煤以下，且根据1号孔出水为滞后出水性质可推断柱内物质充填较为密实。隐伏导水陷落柱的治理治理的基本思路采用井上下相结合的注浆封堵方案，具体分两步进行。首先由地面打钻探查注浆，在查明陷落柱形态的基础上，在其顶部建立“止水帽”。其后采用井上下相结合，井下探查，地面加固，以确保封堵质量。注浆堵水段层位和长度的确定应用计算机数值模拟技术，通过FLAC程序模拟计算，根据塑性条件、破坏准则、位移及应力判别，可确定底板破坏深度和陷落柱内导水裂隙带原始导高。因此，由计算机数值模拟计算可求得安全岩柱高度。注浆层位根据经验公式，受奥灰承压水威胁的煤层开采时，其安全煤岩柱高度由底板矿压破坏带、中部完整岩层带和下部承压水导升带三部分组成，即H=H1+H2+H3=15+20.6+24=59.6(m)综上所述，取陷落柱加固高度为60m，注浆层位考虑井田内最下一个煤层82煤的安全开采，选择在8煤底板下10～70m的山西组砂岩、砂质泥岩互层段。治理方案实施①为了预防井下钻探对陷落柱的扰动，导致导水通道活化，使7218突水点水量增大，首先对7218机巷进行封堵，封堵长度达52m。里段采用袋装水泥码放，外段用毛石充填，随后进行充填注浆，共注入水泥544.7t，注浆终压达8Mpa，使机巷出水量由注浆封堵前的10.5m3/h以上减至7m3/h。方案②为了克服在柱体内建立“止水塞”钻注难度大、材料消耗多的缺点，本次治理创造了建立“止水帽”的技术与方法。即充分利用陷落柱顶部类似于“三带”的特征，通过地面打钻注浆，改造沉降带、充填裂隙带、加固冒落带，使“三带”形成统一的阻水体，有效地阻断奥灰水与煤层间的水力联系。方案③本着节约高效原则，在地面施工了6个探注孔，利用人工受控定向导斜技术，根据探注孔进入陷落柱的具体情况，在不同深度施工了4个分支孔，总工程量4863m，注入水泥6496.2t。探注孔确定的陷落柱平面图和探注孔及分支孔布置见图2。探注孔查明的陷落柱NW-SE向剖面图见图3。方案④针对陷落柱内岩石已严重泥化水解，可注性较差的特点，本次注浆采用了劈裂注浆技术，其技术参数为:浆液比重1.25-1.38g/cm3，泵量100-200L/min，注浆压力2-6MPa。治理效果检查地面探注孔的压水试验地面探注孔的注浆终压标准达5.0～6.0Mpa，均达设计要求。压水试验单位吸水量为1.3×10-5～5.7×10-5L/m·m·s，说明“止水帽”已成为隔水层。井下钻探检查注浆结束后，在井下施工检查孔4个(检探5、6、7、8等)，延伸原检查孔2个，分别对陷落柱内部、顶部及南北部进行了检查，钻孔只有1～2m3/h的少量出水，无压自流且有减小的趋势，柱内充填密实，局部见水泥块。井下涌水点及地面钻孔水位变化7218工作面涌水量减至0，地面钻孔水位由+12m左右降至-474m以下，井下观测孔的压力由5.25Mpa降至0。以上结果均说明注浆形成的“止水帽”阻水效果良好，堵水率达100%。结论初步总结出一套适合于任楼煤矿乃至皖北矿区探查及治理隐伏导水陷落柱的技术方法，即由水文地质、水量、水温、水质综合分析快速判识突水水源(定性)，井下物探钻探相结合综合探查陷落柱位置和范围(定位)，封堵出水巷道，防止陷落柱活化和控制突水点水量(预防)，地面注浆建造“止水帽”彻底封堵突水通道(超前治理)。

防治水工程实施计划及概预算

防治水工程进度安排防治水工程概预算年

度项

目数量工程量（m）资金（万元）20051.地下水观测系统：1．1井下观测孔W1，W2，W3，W5，W6，Y22，Y23，Y24，Y25，Y26；D1，D2。121470117.601．2地面观测孔：O2，O32孔110088.00

1．3水位（水压）自记仪12台60.001．4钻窝12个18.001．5野青灰岩放水孔和观测孔10个60048.002．疏水降压工程252.002．1野青灰岩疏水石门/野青灰岩疏干巷道**1个100/150030.00/450.002．2野青石门放水孔**8孔4000320.002．3水闸门**1个100.002．4排水费**1000m3/h1200.003．地球物理勘探（直流电法和音频电透视）3个面60.004．水化学快速判别系统（软件）1套8.005．地测信息系统（软件）1套15.006．煤矿防治水专项技术研究

6.1构造控水规律及其对策研究15.00

6.2水害预警系统研究50.00

6.3地震资料再处理解译20.007．注浆站及输浆孔工程*140.008．工作面底板改造工程*3个面1000.009．井下钻机1套200.0010．野青放水试验和奥陶简易放水试验各1次80.0011．同位素研究20.00小计：

2350.00（石门疏干）/2550.00（巷道疏干）/1940.00(底板改造)20061．地下水观测系统1．1井下观测孔：D3、D5、S1、S2、S4、W4、W9、W39、W469孔85068.001．2地面观测孔O4、O5、O6、O74孔3270262.002．水位水压自记仪13个65.003．钻窝9个13.004．野青含水层脉冲干扰试验1次25.005．地球物理勘探：井下直流电法和音频电透视3个面75.006.地应力测试30.007．煤矿防治水专项技术研究

7．1构造控水规律及其对策研究15.00

7．2水害预警系统研究40.00

7．3梧桐庄矿地热的成因及其开发的可行性研究15.008．工作面底板改造工程*3个面1200.009．排水费**1000m3/h1200.0010．长距离钻机1台200.0011．疏干石门/疏干巷道**1个100/60030.00/180.0012．疏水钻孔8个4000320.0013．水闸门1个100.00小计：

2158（石门疏干）/2118（巷道疏干）/1808（底板改造）20071．井下探水工程60.002．地面测试钻孔O8、O9、O1032450196.003．疏干石门/疏干巷道**1100/100032.00/300.004．水闸门1个100.005．奥灰含水层放水试验1次60.006．地下水示踪试验1次20.007．煤矿防治水专项技术研究7．1水害预警系统研究50.007．2地下热水成因及其综合利用的可行性评价15.008．同位素研究1次20.009．地球物理勘探（直流电法和音频电透视）75.0010．工作面底板改造工程*3个面1200.0011．排水费**1000m3/h1200.00小计：

1728（石门疏干）/2096（巷道疏干）/1696.00（底板改造）20081．地球物理勘探（直流电法和音频电透视）3个面80.001．1地震资料动态解译30.002．煤矿防治水专项技术研究50.003．工作面底板改造工程*3个面1200.004．钻窝6个9.005．观测孔和放水孔6孔60048.006．疏干钻孔8个4000320.007．野青放水试验

1次60.008．排水费**1000m3/h1200.00小计：

1777（采石门或巷道疏干）/1477（不采用石门或巷道疏干）合计8030（石门疏干）/8541（巷道疏干）/6921（底板改造）序号项目名称数量工程量（m）资金（万元）近期远期1地下水观测系统

1.1野青含水层7孔35028.00

1.2山伏青含水层2孔16012.80

1.3大青含水层4孔48038.40

1.4奥灰含水层15孔8220657.602疏水降压工程

2.1野青疏水巷道2条3100930.00

2.2野青石门3个30090.00

2.3野青疏干孔24孔12000960.00

2.4水闸门3个300.00

2.5排水沟2条175052.50

2.6钻窝37个55.503井下放水试验

3.1野青含水层放水试验2次120.00

3.2奥灰含水层简易和正规放水试验各1次80.00

3.3地下水示踪试验1次20.004野青含水层脉冲干扰试验1次25.005水文地球化学研究2次40.006地球物理勘探

6.1井下直流电法15个面195.00

6.2音频电透视15个面195.00

6.3地震资料动态解译250.007矿井防突水保障信息系统

7.1地测信息系统（软件）1套15.00

7.2水化学快速判别系统（软件）1套8.008煤矿防治水专项技术研究

8.1构造控水规律及其对策研究60.00

8.2高压强含水层水上开采底板水害防治技术研究120.00

8.3梧桐庄矿地下热水成因及其综合利用的可行性评价30.009工作面底板改造工程***17个面3400.0010注浆站及输浆孔工程***140.0011仪器设备

11.1水位（压）自记议25台125.00

11.2

井下大钻机1台200.0012不可预见费13石门*3个300m90.0014疏干巷道**3条3100930.0015疏干钻孔*24个12000920.0016水闸门**3个300.00合计8030（石门疏干）/8541（巷道疏干）/6921（底板改造））5矿井突水的监测预报技术突水机理

突水预警系统的基本原理流程通讯及工程布置

预报判别及软件开发

突水机理突水模式影响因素突水机理影响因素1、地质构造2、底板岩层岩性及其组合特征3、含水层的富水性4、含水层水头压力5、矿山压力6、地应力1、地质构造地质构造尤其是断层是造成煤层底板突水的主要原因之一。地质构造使底板岩层的完整性得到破坏，使底板隔水性能大大降低，比正常地段增加了出水的可能性。85年以来发生的21次底板突水中，其中由于断层原因导致突水有11次，占52%，因此断层突水是矿区底板主要突水类型。

2、底板岩层岩性及其组合特征在隔水层厚度相同的情况下，不同岩性组合的抵抗水压能力不同。隔水层岩性组合对突水起相当的制约作用。3、含水层的富水性岩溶含水层的富水条件是底板突水的基本因素。奥陶系石灰岩在新汶和莱芜两个煤田的南部地表广泛出露，直接接受大气降水补给，为影响矿区后组煤开采的主要含水层，其岩溶发育的总体规律是随着深度的增加逐渐减弱。但由于岩溶发育不均衡，造成奥灰在横向和纵向上富水性差异较大。4、含水层水头压力足够的水头压力是引起突水的一个重要条件。在煤层底板地质条件基本相似的情况下，承压水压越高，越容易突水。5、矿山压力不同的开采条件下造成的矿山压力也不同，其中以工作面斜长、采深和回采面积影响的效果较大。（1）工作面斜长一般工作面斜长越短，其抗水压能力越强。随着工作面斜长的增加，抗水压能力逐渐趋于定值。

（2）采深随着开采深度的增加，当覆岩发生断裂将要跨落时刻，煤层底板受着巨大的支承压力，会对底板岩体造成严重的破坏。（3）回采面积

随着回采面积不断增大，应力集中区也在增大，当增到某范围时，应力集中到足以使底板岩体发生破坏时，底板岩层的隔水性能就会降低，有利于底板承压水的突入。6、地应力地应力是是岩层自重、构造应力、采动矿压、承压水水压等综合作用的结果。在应力集中区，地应力加剧了煤层底板变形和破坏，成为导致煤层底板突水的附加力源。目前新汶矿区平均开采深度已达到900米以上，其中孙村、华丰、协庄、潘西矿已达1200米，是全国最深的矿区之一。由于开采深度大，在目前开采深度条件下底板破坏规律较矿井浅部发生了巨大的变化，奥灰岩溶水对煤层开采的威胁更大。I模型图II—I—II型II—I—I型II—II—II型II—II—I型II—III—I型II—III—II型应力、应变、水压、水温、特征离子、声发射矿井突水形成的必要条件：突水水源和导水通道影响因素：地质构造、开采条件、岩层结构、富水性突水机理总结及监测要素系统的工作流程确定监测指标和最佳位置→安装传感器→监测煤层底板特定位置的温度、水压、特征例子、应力、应变（对于底板突水预警）或断面位移、渗透压力、特征例子（对于陷落柱和老塘水害预警）→根据所监测到应力或位移反求参数→模拟开采→计算底板应力场和渗流场→预测、预报水情→联网（远程监测）→启动防灾紧急预案。煤层底板突水预警系统的基本工作流程原位探测底板应力状态→物探确定煤层底板水文地质异常区→在工作面煤层底板薄弱的部位施工若干钻孔→在预定的位置、按照特定的工艺埋设传感器→连接传感器与数据采集发射器→连接地面测控中心→实时监测、数据处理、水情预警→远程网络中心监测。陷落柱突水和老塘突水预警系统的基本工艺流程在预定的位置布置监测断面或按照特定的工艺埋设传感器→连接传感器与数据采集发射器→连接地面测控中心→实时监测、数据处理、水情预警→远程网络中心监测。预测预警系统硬件系统软件系统传感器采集器显示器数据处理仿真模拟专家系统监测网络体系矿山重大突水灾害预警及联合监控技术

多通道数据采集分站多通道数据采集分站甲工作面配置分站乙工作面配置分站接传感器接传感器地面监测中心站多通道数据采集分站多通道数据采集分站通信总线计算机通信适配器网络设备网关传感器输入端CANBUS数据通信控制系统系统监控光电隔离通信收发数据采集处理系统多道A/D转换LED现场显示1.注意力持续时间短2.遗忘速度快3.目的性强4.自我意识强

成人学习的特点：如何上好一堂培训课自愿参加非自愿参加合作、主动学习、意识强不合作、被动学习、意识弱注意：非自愿者可能是麻烦的制造者课堂的表现了解学员非自愿参加不合作、被动学习、意识弱注意：非自愿者可能是麻烦的制造者对于非自愿参加学员，培训师应该增加授课的趣味性，多让他们发表自己的见解，增强与他们的沟通。了解学员双方熟识采取提高注意力的多种形式双方陌生采取破冰游戏、搭建沟通氛围熟悉程度了解学员培训前的准备课程设计场地布置物料准备设备检查自我准备培训前---课程设计把要说的写下来：资料搜集动笔写作演示文稿最后修改资料搜集：互联网研讨会、演讲图书馆企业内部资料同事、亲友报纸、杂志音像制品培训前---课程设计动笔写作：发散性思维法撰写提纲制定时间表培训前---课程设计发散性思维法：所谓发散性思维法，就是从同一来源的材料中探求不同答案，从不同的方面寻求答案的思维过程。他能让人通过联想，拓展思路，从不同的角度寻求解决问题的各种可能途径。

答案一问题答案二答案……培训前---课程设计撰写提纲—列提纲的好处：为授课提供清晰的思路为资料的取舍提供依据时间分配的依据选择培训方法、辅助工具的依据培训前---课程设计撰写提纲—如何撰写提纲：方法一：利用发散性思维服务培训个人层面团队层面企业层面标准理念……培训前---课程设计撰写提纲—如何撰写提纲：方法一：利用发散性思维培训主题论点一论点二论点三分论点一分论点二……培训前---课程设计撰写提纲—如何撰写提纲：方法二：利用5W1H

WHO 谁

WHERE 哪里

WHY 为什么

WHAT 什么

WHEN 何时

HOW 怎样培训前---课程设计提纲的通用模式：一、引言（1）开场白（2）说明你的主题和目的（3）概括培训的内容二、第一个要点（1）论点

A论据B论据（2）论点三、第二个要点（1）论点（2）论点四、第三个要点

……五、总结（1）重复你的要点（2）结束语培训前---课程设计制定时间表：越缺乏讲课经验，你的时间表越要订的详细！培训前---课程设计课题描述几个部分：课题名称课题的宗旨课题目标培训对象培训人数培训持续时间与日程设施要求培训教师要求制定课程大纲——编排课程内容授课计划：目标内容提纲教学方法时间分配必须的培训资源练习项目布置作业评价或考核方法制定课程大纲——编排课程内容内容提纲编写程序：确定达到目标所必须的知识确定每项目标的表现内容或技能确定实现目标的态度要素依据知识技能态度三要素编排成合理顺序制定课程大纲——编排课程内容制定课程大纲——选择培训方法与技巧培训方法种类：讲授与讲演小组讨论演示阅读练习案例分析角色扮演现场参观与学习考察选择培训方法的影响因素：培训目标（知识、技能、态度）培训内容培训讲师（经验、能力）学员（数量、经验、能力水平）培训环境与资源限制（时间、经费）制定课程大纲——选择培训方法与技巧选用合适培训方法的程序：陈述培训目标决定