煤矿防治水理论与实践

煤矿防治水理论与实践中煤科工集团西安研究院有限公司王新研究员一、近年水害事故概况二、煤矿防治水基本概念与理论三、矿井水害因素探查方法四、水害防治方法五、煤矿防治水技术体系与思想体系2024/1/5一、近年水害事故概况2024/1/52024/1/5事故特点及原因：1、较大以上事故比例较大：危害大，影响大。

3≤死亡人数＜102、老空水、灰岩水和地表水为主要水害水源。反映对老空水探查、治理技术手段不能满足安全要求；反映地下水赋存条件的复杂。2024/1/53、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和水害事故之间的关系。2024/1/54、掘进工作面为主要的透水地点近5年70起较大透水事故发生地点对比图2008~2012年较大透水事故发生地点对比图反映超前探技术和隐伏构造探查技术落后；越层越界开采严重。2024/1/5案例基安达煤业有限公司“8.1”透水事故2012年8月1日凌晨3时许，位于山西省洪洞县境内的山西陆合集团基安达煤业有限公司1002综采工作面发生透水事故，造成8人遇难。透水点透水水源是下覆11号煤层的采（古）空区积水，透水总量约为21000m3

，透水后2h巷道内水位基本稳定，因此本次透水事故平均透水强度为10500m3/h。经调查分析认定，这是一起由于11号煤层采（古）空积水突破10号煤层底板而发生的透水事故。1、10号煤层未达到勘探程度，不具备开采条件；2、10、11号煤层采空区及采空区积水情况不清；3、未落实“预测预报、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的防治水原则。4、防治水机构不健全，没有防治水专业技术人员，防治水工作不到位。主要原因：二、基本概念与基本理论2024/1/5煤矿防治水特定含义煤矿水防治2024/1/51煤矿：不同于其他矿产开发。水：作为一种灾害对待。（非资源）防治：事前预防和事后治理。煤矿水害事故带给我们的教训是非常惨痛的。严重威胁煤矿工人的生命安全。2024/1/5煤矿防治水的范围与任务：1、煤矿开发前、开采过程中以及开采结束后的全部过程。2、发现水害隐患，认识水害规律，预防水害，治理水害。《煤矿防治水规定》指出了10种水害类型：地表水，孔隙水，裂隙水，岩溶水，老空水，断裂构造水，陷落柱水，钻孔水，顶板水，底板水。地表水，老空水，顶板水，底板水2024/1/5煤矿防治水是一项系统工程规划、设计、勘探、施工、装备、论证与评价技术研究与开发、人才培养等。针对我国煤矿水文地质复杂和煤矿水害事故频发的实际情况，国家煤矿安全监察局在认真总结各方面教训、归纳提炼各地成功经验、组织专家广泛论证基础上，提出了煤矿水害防治“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的十六字原则和“防、堵、疏、排、截”五项综合治理措施。2024/1/5含水层：含水层是指储有地下水的透水层。

属性有补给、径流、排泄。隔水层：隔水层就是不能透过并不能给水或只能透过或给出极少量水的岩层。《矿区水文地质工程地质勘探规程》规定：一般将钻孔单位涌水量小于0.001L/s.m的岩层视为隔水层。2024/1/52含水层与隔水层含水层的时空变化隔水层与岩性的关系岩层之间的接触关系含隔水层的厚度2024/1/5含水层的划分勘探过程中如何划分含水层？岩石孔隙裂隙发育提供较多的储水空间，空隙、溶隙、孔洞、张开结构面等。岩层的储水空间在开采之前是天然的，开采过程或开采之后有人为的因素，比如采矿引起的导水裂隙带，水文地质补充勘探就将面临这种问题。勘探过程中如何发现这些储水空间呢？主要通过钻探充洗液的消耗来判定。测井、流量测井等方法也能从岩层的物理性质和岩层水流动状况反映岩层是否为含水层。钻孔单位涌水量＜0.001L/s.m的岩层为隔水层2024/1/5延安组直罗组J2Z2隔水层风化裂隙带J2Z1含水层开采煤层80mQ第四系松散层相对隔水层有地层缺失，下伏地层遭受风化侵蚀，形成风化裂隙带若隔水层缺失，下伏含水层遭受风化侵蚀，裂隙发育，富水条件好2024/1/5水文地质条件：是指地下水埋藏、分布，补给、径流和排泄条件，水质和水量及其形成地质条件的总称。开采水文地质条件：开采因素影响下的水

文地质条件。（围岩破坏带、顶底板破坏带、采空区等）是防治水重点研究的对象。前者是原始的，煤层开采前的条件，煤矿地质勘探期反映的就是这样的条件，表明了煤层所处的水文地质环境。后者则是受开采影响的变化后的水文地质条件，改变了原始的径流、排泄条件，改变了含隔水层的分布，改变了水质等条件。2024/1/53开采水文地质与一般水文地质的区别从灾害防范与控制的角度开展研究工作。从资源开发与利用的角度开展研究工作。只研究含水体及其影响因素。必须研究含水体与采矿活动之间内在关系。只研究含水层。必须研究隔水层。随开采条件而变化。相对稳定。2024/1/5矿井充水条件与矿井水害研究矿井充水条件是矿井防治水的核心内容矿坑充水特点、水量大小及动态取于充水条件只有查明矿井充水条件，才能正确预测矿坑涌水量矿井充水条件包括三个方面：充水水源充水途径涌水量2024/1/54矿井水害：矿井水害是指矿井在建设开发过程中，不同形式、不同水源的水通过不同的途径进入矿井，并给矿井建设或生产带来影响或灾害的过程与结果。煤矿水害是煤矿五大灾害（瓦斯、水害、火灾、煤尘与顶板事故）之一，是仅次于瓦斯的煤矿重大危险源。水害三要素：水源、通道、水量。2024/1/5煤矿水害充水水源充水通道充水水量A、充水水源是否存在，如果存在，有何特征？B、充水途径是否存在，如果存在，属何类型？C、充水强度如何，一旦出水有何后果？矿井水害三因素充水条件充水因素2024/1/5常见的矿坑充水水源间接充水水源直接充水水源自身充水水源间接顶板水间接底板水直接顶板水直接底板水工作面位于含水层之中常见的矿井充水水源2024/1/5常见的充水途径天然通道人工通道导水裂隙导水断层陷落柱岩溶塌洞上三带下三带防水煤岩柱不良钻孔常见矿井充水途径2024/1/5正常水量最大水量灾害水量常见的水量类型矿井充水因素的不同组合会形成不同类型的矿井水文地质条件和矿井水害类型常见的矿井涌水量类型2024/1/5涌水量：正常涌水量，最大涌水量。《煤矿安全规程》：矿井正常涌水量：矿井开采期间，单位时间内流入矿井的水量。最大涌水量：矿井开采期间，正常情况下矿井涌水量的高峰值。主要和人为条件和降雨量有关。虎维岳：指在单位时间内，某种水源的水通过非人工受控但可以明确预计到的过水通道，自然而又无法人为控制地流入矿井采掘空间的水量总和。2024/1/55排水量矿井涌水量突（透）水量疏放水量井下用水量钻孔泄水量可以预测的水量2024/1/52024/1/5探放水概念：《煤矿防治水手册》探水和放水总称。探水—采矿过程中用超前勘探的方法，查明采掘工作面顶板底板、侧帮和前方等水体的具体空间位置、状况等情况，目的是为有效地防治矿井水害做好必要的准备。放水—为了预防水害事故发生，在探明情况后采用钻孔等安全方式将水放出，是防治水手段之一。6查明水情，消除水患。2024/1/51、探的方法：只要能够达到探明水情的目的，任何方法都可以。（当然，方法应满足实际条件的需求。）物探、钻探，化探，巷探，测试等。2、探水的结果：不是简单的有水无水、水大水小，而是要查明水的补给来源、岩层富水性、构造影响等条件。3、放水是消除水害隐患的，所以放水后的安全评价非常重要。探放水设计程序内容设计内容设计审批布孔要求超前距和止水套管复杂探放水设计安全措施探放水钻孔的问题勘探类型划分：（依据矿床主要含水层的储水空间特征）三类第一类：孔隙充水矿床第二类：裂隙充水矿床第三类：岩溶充水矿床三型第一型：水文地质条件简单矿床第二型：水文地质条件中等矿床第三型：水文地质条件复杂矿床水文地质勘探类型和矿井水文地质类型2024/1/57水文地质勘探类型：划分的目的是为不同类型矿床的勘探工程设定不同工程量、勘探程度以及矿井涌水量计算等技术要求。比如：孔隙充水简单型矿床在勘查阶段的水文地质剖面要求至少一条，但在复杂型矿床要求至少4条剖面，各剖面上不少于3个水文孔；水文地质条件简单的矿区，可计算全矿区的正常和最大涌水量。立足与勘探，围绕如何将勘探工作做好，与开采安全关系不大。矿井水文地质类型：划分的目的是保证矿井安全生产，按照不同类型水文地质条件，对煤矿安全进行安全监管。比如：水文地质条件复杂的矿井要求设立专门的防治水机构，装备必要的防治水抢险救灾设备，探放水应当坚持“有掘必探”原则。2024/1/5煤层开采后，采空区上方根据岩层变形和破坏情况，通常可分为“三带”，即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。弯曲下沉带裂隙带冒落带煤层开采上三带理论：2024/1/58影响导水裂隙带的因素：1、岩层岩性、倾角和强度；2、采高；3、厚煤层分层数；4、采空面积；5、时间；6、采煤方法和顶板管理法。覆岩岩性单向抗压强度(MPa)

主要岩石名称坚硬岩石中硬岩石软弱岩石极软岩石

40~80

20~4010~20

<10石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩砂岩、泥质灰岩、砂石页岩、页岩泥岩、泥质砂岩铝土岩、风化泥岩、粘土、砂质粘土2024/1/5坚硬中硬软弱极软垮落带高度

根据岩石的强度，其垮落带计算公式如下：2024/1/5导水裂缝带高度计算公式：式中：—煤层累计采厚，m；单层采厚不超过3m，累计采厚不超过15m。2024/1/5

综放开采导水裂缝带高度计算据测定厚煤层综放开采覆岩破坏的高度与“三下”采煤规程中通过厚煤层分层开采，且单煤层采厚不超过3m的计算公式得出的结果相比较，前者要大。

导水裂缝带高度与开采方法关系曲线1-薄煤层或中厚及厚煤层顶分层开采；2-中厚及厚煤层分层开采；3-中厚及厚煤层综放开采。2024/1/5冒落带：

导水裂隙带：

2024/1/5《煤矿防治水手册》，综放开采两带高度经验公式：软弱岩层中硬岩层确定导水裂隙带发育高度方法：1、水文地质实测法；2、物探法；3、室内模拟法；4、经验公式法。2024/1/5离层水理论：2024/1/59离层发育位置

形成离层水的离层空间不能发育于采场冒裂带中，而应分布于整体移动带中，且不能与下部的裂隙带相导通（即在离层空间下部分布有一定厚度、较为完整的相对隔水层），即可积水离层的位置应满足：

否则进入离层空间内的水体将直接下渗至下部采场，无法积水而形成离层水积水。2024/1/52024/1/5QL离层水涌水量特征2024/1/5直罗组-延安组不整合接触开采水文地质示意图J2ZJ2y风化裂隙带冒落带导水裂隙带2024/1/51、直罗组不整合于延安组之上，延安组顶部风化裂隙带可成为直罗组含水层一部分；2、直罗组含水层富水性不均，有天窗补给、辨状河分布等地段，富水性较强；3、导水裂隙带沟通延安组风化裂隙带，意味着沟通上覆直罗组含水层；4、当存在冲刷带、河流侵蚀面较深，接近或沟通冒落带时，易形成突水溃沙隐蔽致灾因素；5、一般情况下，辨状河分布地段，虽富水性较其他地段强，但补给有限，总体仍以静储量为主，具有较强的可疏性。不整合接触理论102024/1/5防治水原则预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采。三、水害因素探查与评价2024/1/51、矿井水文地质条件探查方法与手段任务：查明含水层补径排条件、岩性、厚度、分布、流场特征、水动力特征、水化学特征、富水性等；含水层之间的水力联系；主要隔水层岩性、厚度、分布、隔水性等；构造类型与发育程度，采空区分布，积水区积水范围等。方法：矿井水文地质勘探2024/1/5煤矿防治水规定第二十九条：矿井有下列情形之一的，应当进行水文地质补充勘探工作：1、矿井主要勘探目的层未开展过水文地质勘探工作的；2、矿井原勘探工程量不足，水文地质条件尚未查清的；3、矿井经采掘揭露煤岩层后，水文地质条件比原勘探报告复杂的；4、矿井经长期开采，水文地质条件已发生较大变化，原勘探报告不能满足生产要求的；5、矿井开拓延伸、开采新煤系（组）或者扩大井田范围设计需要的；6、特殊地质条件部位或者深部煤层下伏强含水层，煤层底板带压，专门防治水工程提出特殊要求的；7、各种井巷工程穿越强富水性含水层时，施工需要的。2024/1/5煤矿安全规程282条：新建矿井揭露的水文地质条件比地质报告复杂的，应当进行水文地质补充勘探，及时查明水害隐患，采取可靠的安全防范措施。2024/1/5矿井水文地质勘探方法与手段水文地质测绘水文地质钻探物探化探水文地质试验水文地质测试矿井涌水量计算计算机模拟勘探新技术常用技术2024/1/5水文地质钻探它所完成的任务内容包括以下几个方面：（1）完善并建立含水层水动态观测系统；（2）形成矿井水文地质试验系统；（3）为岩石力学性能测试取样、测试提供条件；（4）探查目的含水层岩性、厚度和富水性；（5）探查开采煤层底板至含水层间隔水层岩性、厚度及隔水性；2024/1/5水化学快速检测技术透（突）水水源快速识（判）别技术示踪试验水化学分析方法主要通过水质化验、示踪试验等实验方法，利用不同时间、不同含水层的水质差异，确定突水水源，研究各含水层的水文地质条件，确定含水层之间的水力联系。2024/1/5抽水试验对地下水进行定量研究的重要手段。回答:1、钻孔涌水量与水位下降关系2、获取含水层参数，渗透系数、导水系数和储水系数等3、求得含水层影响半径、降落漏斗形状等资料4、含水层之间联系；5、含水层边界条件及隔水层参数等。放水试验2024/1/5矿井水文地质条件勘探分阶段，分地段，分程度进行。2024/1/5天窗黄陵一号井天窗型水害地质剖面2024/1/5物探、钻探、化探等井下探放水成果：风化裂隙带15米2024/1/52、矿井水害致灾因素探查导水裂隙带发育高度探查开采形成的导水裂隙带是沟通含水层、采空区等水体的最主要通道，因而也是矿井水害致灾的主要因素。2024/1/5鄂尔多斯侏罗纪煤田开采水文地质条件探查探查方法：钻孔漏失液测试法1）钻液漏失量观测；2）水文测井；3）钻孔电视窥视。采前测试孔采后测试孔井下仰孔分段注水观测2024/1/5钻孔双端封堵测漏装置2024/1/5603605605回风巷1号孔2号孔3号孔1000m、1500m剖面2024/1/5第二剖面成果漏失量lLmin垂距(m)27.5764.346.01#孔成果图（采前）42孔深垂距28.36143.109265.12#孔成果图孔深垂距0387210823.444.366.50漏失量＜6.0漏失量6.8～17.2漏失量20～26.8漏失量＜6.0漏失量6.2～18.4漏失量20～26.43#孔成果图(六盘区605面进风巷1000m)2024/1/5观测剖面孔号裂隙带最大发育高度（m）裂采比裂隙带最发育段高度（m）第一观测剖面1-2#62.223.5冒落带～39.61-3#64.024.2冒落带～41.8第二观测剖面2-2#65.124.6冒落带～43.12-3#66.525.2冒落带～44.3综合66.525.2冒落带～42.2六盘区603工作面覆岩破坏特征采煤方法：综合机械化采煤；顶板管理：自然垮落；工作面宽：200米；面间煤柱：30米。2024/1/52024/1/5开采水文地质条件探查比一般水文地质补充勘探技术要求更细，精度更高。方法：1、水文地质试验：抽水，放水，压水等；2、测井；3、岩相分析；4、水化学分析；5、井下探放水。2024/1/5直罗组-延安组不整合接触开采水文地质示意图J2ZJ2y风化裂隙带冒落带导水裂隙带2024/1/5孔号3-1煤与2-1煤间中粗砂岩2-1煤顶板中粗砂岩直罗组下段中粗砂岩与3-1煤顶板间距（m）层厚（m）与3-1煤顶板间距（m）层厚（m）与3-1煤顶板间距（m）层厚（m）NL3216.217.9283.1713.22109.417.92MD207.9112.5849.8820.0877.3851.32NL434.8714.2848.688.6179.7117.71MD2712.7718.5165.3917.7104.3815.92NL5014.0528.9656.9317.7499.4724.1纳林河二矿1-131101工作面顶板中粗砂岩含水层统计表与煤层顶距离77.38～109.4：高差31米，厚度15.92～51.32：相差35.4米。且与煤层顶板距离大的地段，含水层厚度较小，反之，亦然。3、水害因素分析与评价煤矿安全规定、规程、规范的要求。一、基础性分析与评价：1、矿井防治水规划；2、矿井水文地质类型划分报告；3、矿井水文地质勘探报告；4、各类地质报告；（地质报告，建井地质报告，生产地质报告等）二、专项分析与评价：1、矿井水文地质条件评价报告；2、带压开采评价报告；3、导水裂隙带探查报告；4、老空区探查报告；5、探放水成果报告；6、各类水文物探探查报告等。不断掌握、梳理、完善随生产变化的水文地质条件，把握水害隐患转化为水灾的条件，变被动为主动。2024/1/5除了上述客观存在的自然因素外，还应评价人为的因素，包括：1、排水系统：能力，方式；2、防水设施：防水密闭墙，地表排洪沟；3、开采工艺：采厚、工作面布置和尺寸、顶板管理、煤柱留设；4、封闭不良钻孔。2024/1/5评价内容主要有：煤层开采水文地质条件评价导水裂隙带发育规律与评价水害隐患及水害威胁程度评价排水系统能力评价防治水措施与方法评价内容：2024/1/5黄陵一号井水害隐患与控制要素水害隐患：（1）煤层顶板“天窗”的存在，顶板含水层水沿导水冒裂带和风化裂隙带涌入矿井；（2）采空区积水；（3）地表水，或地表水补给含水层；（3）封闭不良钻孔导水。控制要素是：（1）

含水层富水性及补给条件；（地质与水文地质条件）（2）导水裂隙带和风化裂隙带高度，采空区分布；（开采条件）（3）排水系统能力与排水方式，防水设施。（防排水条件）2024/1/5四、水害防治方法2024/1/5水害防治十六字原则与五项措施的涵义防治水十六字原则科学地概括了水害防治工作的基本程序。“预测预报”是指在查清矿井水文地质条件基础上，运用防治水理论，对矿井水害做出科学分析判断和评价；“有疑必探”是指根据水害预测预报和评价结论，对可能构成水害威胁的区域，采用物探、钻探和化探等综合探测技术手段，查明水害因素；“先探后掘”是指先综合探查，确定巷道掘进没有水害威胁后再掘进施工；“先治后采”是指根据查明的水害情况，采取有针对性的治理措施排除水害隐患后，再安排采掘工程，如井下巷道穿越导水断层时必须预先注浆加固方可掘进施工，防止突水造成灾害。《煤矿防治水规定》规定：防治水工作应当坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。2024/1/5五项治理措施是水害治理的基本技术方法：“防”主要指合理留设各类防隔水煤（岩）柱和修建各类防水闸门或防水墙等，防隔水煤（岩）柱一旦确定后，不得随意开采破坏；“堵”主要指注浆封堵具有突水威胁的含水层或导水断层、裂隙和陷落柱等导水通道；“疏”主要指探放老空水和对承压含水层进行疏水降压；“排”主要指完善矿井排水系统，排水管路、水泵、水仓和供电系统等必须配套；“截”主要指加强地表水的截流治理。2024/1/5山西霍州煤电集团探放水原则：有掘必探，物探先行，钻探跟进，物钻并举，不探不掘，不治不采。晋北公司：有掘必探，有疑必钻。神东公司：逢掘必探，不探不掘。探放水：三专：人，队伍，设备。疏1、老空水探放；2、构造水探放；3、含水层探放；内容1、探查含水层富水性；2、有控制放水；3、疏降水，安全开采。2024/1/5上述“三专”先后七次出现在规程中，反映了如下意义：1、矿井探放水要以钻探为主，其他方法为辅；2、探放水成果以钻探成果为主；3、特别强调“三专”概念。

《煤矿安全规程》：2024/1/5排工作面排水系统采区排水系统中央排水系统地面1、复杂、极复杂矿井，主泵房应预留泵位；2、有突水淹井危险的矿井，应另建抗灾强排系统。2024/1/5

煤矿安全规程第273条：“水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基