第1讲煤矿防治水概论.ppt

1、第1讲 矿井防治水概论煤 炭 科 学 研 究 总 院 西 安 分 院主讲人：靳德武,（1）矿井水害的定义及一般特点,矿井水害是指在煤矿基建和生产过程中地下水涌入采掘空间，由于排水能力相对不足而造成淹没巷道、工作面、采区、矿井(不同水平乃至整个矿井)的现象，它轻则影响生产，重则造成人员伤亡的恶性事故，是煤炭资源开发过程中一种突发性的地质灾害。,矿井水害是地下水非正常涌入井巷和工作面的现象，这里，一方面要强调它的突发性，另一方面要强调它的灾害性。,（2）矿井水害的防治思想,矿井水害是可以防治的，只要搞清矿井的充水特征，并采取适当的工程措施，不仅可以安全采出受水威胁的煤炭资源，而且能够提高矿井防治水

2、技术水平，从而为矿床水文地质学的发展做出积极的贡献。,一般地，矿井水的防治应当从水文地质条件的分析着手，即从区域到水文地质条件研究开始，确定井田在水文地质单元中所处的位置，重点分析地下水的补给、径流和排泄条件。水文地质条件的分析最好以水文地质单元为分析对象，通过对地下水流场、水化学场的分析建立水文地质概念模型。,对于井田而言，应重点分析矿井充水条件，确定充水水源和导水通道，对水害类型做出划分，同时，对水害威胁程度做出评价。,矿井水害防治的工作重点是对水患做出诊断，同时，应提出具体的防治水措施。事实上，水患诊断、评价、防治水措施三者缺一不可，三要素共同构成防灾、减灾的目标路线。,（3）矿井水害类

3、型,在长期与煤矿水害斗争的过程中，积累了大量宝贵的经验，使得人们对矿井水害类型的认识水平日益提高。目前，对矿井水害类型的划分基本形成如下观点：,按水源类型划分： 顶板水 底板水 老空水,按导水通道划分 断层突水 陷落柱突水 裂隙岩体突水 封闭不良钻孔突水 煤(岩)柱突水,按水源含水介质类型划分： 孔隙水 裂隙水 岩溶水,科学分类体现了人们对事物认识高度和认识水平，也是学科发展水平的标志，希望各位经常运用科学分类手段对各自矿井水害类型做出分类并加以细化。,(4)解决煤矿水害问题的切入点,煤矿水害,A.充水水源,B.充水途径,C.充水水量,A、 充水水源是否存在，回答有没有水的问题？ B、 充水途

4、径是否存在，回答水从哪里来的问题？ C、 充水强度大小，回答有多少水来的问题？,矿坑充水水源（按空间位置）,顶板水,底板水,老空水,预疏放探查条件,放水试验查找条件,确定采空区面积及积水范围,矿井充水水源及其勘探途径,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,顶板三带,底板三带,防水煤岩柱,不良钻孔,点状通道,线状通道,面状通道,充水途径,以不同的通道作为研究对象,形成了不同的勘探和分析评价方法,充水途径的勘探评价方法,陷落柱:煤-岩-水-气综合分析法、中间指示层放水试验法、三维地震、高密度电法、瞬变电磁法、氡射气,导水断层：块段放水试验、示踪试验,上、下三带：顶

5、、底板原位测试、有限元数值模拟、基于统计学的经验公式的应用,正常涌水量,最大涌水量,灾害突水量,涌水量计算类型,矿井涌水量计算,类比法,解析法,数值法,涌水量计算方法,矿井涌水量计算,统计学方法,简 单,中 等,复 杂,矿井水文地质类型,矿井水文地质类型划分 防治水工作基础,极 复 杂,突水次数和突水强度呈现上升趋势,废弃矿井与小窑诱发突水明显上升,对基本水文地质条件认识不清导致的突水事故占有较大比例,煤矿水害的特点,煤矿水害事故多发原因分析,相对落后的水害防治技术不能满足生产条件要求,隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足,对人类活动诱发的突水事故防范措施不到位,缺乏专门的防治水队伍和规范化

6、的水害监管体系,现有防治水技术手段利用不够，防治水工作规范化程度低,煤矿水害多发的技术原因分析,深矿井开发突水机理及煤层抽冒诱发的采空区透水机理有待于研究,高水压条件下层状岩体防突(水)效应研究,突水条件实时监控与预警技术研究,矿井水文地质条件的动态预测方法研究,煤矿水害防治技术面临的热点研究问题,矿区(井)水文地质条件综合勘探技术研究,矿井水文地质条件探查和分析技术要能够满足高产高效矿井建设与生产在时间与空间上的要求,矿井突水条件的监测与预警要具有实时性,目前矿井生产对水害防治技术的迫切要求,（5）水文地质条件的探查方法 主要包括: 物探 钻探 化探 试验,物探方法主要依据介质的电性、弹性波

7、、磁场强度、重力场的差异对不同介质及其界面进行判识，从而满足矿井防治水中对异常地质体的探测要求。,地震主要探测断层、陷落柱，目前主要发展二维地震和三维地震； 电法含、导水异常的探查，目前主要发展瞬变电磁法、直流电法、音频电透视、电测井；,物探方法具有大范围、大尺度探查的特点，但其局限性在于难以克服多解性的缺陷，往往需要通过钻探等其它手段来验证,钻探方法是通过钻探工程了解地层的结构特点、含隔水层的空间特征。钻探方法是各种试验方法赖以实施的基础，如抽水试验、放水试验、连通试验等需要钻孔形成以后才能组织实施。,钻探手段往往施工周期长，揭露的水文地质信息有限，常常给人“一孔之见”之感。,化探水化学分析

8、方法的简称。地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征，按照各种特征离子的含量、矿化度、水质类型等，可以对不同含水层地下水做出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。,试验任何学科的发展都离不开试验，矿床水文地质学也不例外。有关水文地质学中的试验方法，如抽水试验往往在煤田勘探阶段就开始应用，在煤矿生产中作为一种补充勘探手段，也会经常使用。,矿床水文地质工作中经常使用的试验手段当然要算是放水试验了，它具有节约工程费用和直接了解矿井充水性的优点，放水试验成果的权威性也正体现于此。,（6）矿井水文地质条件评价,矿井水文地质条件主要包括如下5个方面： （1）含水层、隔水层的结构及空间展布规律； （2）

9、地下水的补给、径流及排泄条件； （3）不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区特征； （4）地下水动态及均衡特征； （5）矿井涌水量大小。,矿井水文地质条件有着丰富的内涵，是做好矿井水文地质工作的基础。为了加深对矿井水文地质条件的理解，特别提出如下两点作为对上述基本水文地质条件的一点补充,建立水文地质概念模型：它是矿井充水条件的立体模型，它主要回答什么地方有水？水怎么来？可能来多少水？,第一，需要搞清边界断层及井田内主要断层的控水作用；第二，通过放水试验搞清主要充水含水层的富水性分区特征，最好能给出富水性分区图；第三，含隔水层厚度及其空间结构能够通过数字立面图来展示，地下水实现体视化，建立

10、水害数字平台。,使用好矿井充水性图：矿井充水性图是日常矿井井水文地质工作的基础性图件，是矿井水情水害分析和信息交流的平台，为了充分反映矿井的充水特点，要求对新揭露的涌水点要及时填绘在图上，并配有分析性说明文字。,同时，尽可能将不同采区、不同煤层揭露的地下水信息相互对比分析研究，提出在信息显示上能够得到相互验证的矿井充水立体数字模型。,（7）矿井开采安全技术条件评价（防治水部分） 在矿井水文地质条件研究的基础上，指出矿井开采的主要水害问题，划分矿井水文地质类型（简单、中等、复杂、极复杂），阐明水害要素（水源、通道）随着开采深度增加、采场面积扩大有利和不利的转化方向及变化趋势。,在条件具备的情况下

11、，对水害威胁程度或水文地质条件复杂程度做进一步分区，在条件暂不具备的情况下，指出水文地质补充勘探的方向。以上述分区为基础，对不同分区还应投入哪些勘探工程以进一步查清条件做出说明。,（8）防治水技术措施 水患诊断结论明确以后，接下来的工作就是采取有针对性的防治水措施了，以水害类型划分的防治水技术措施如下：,以断层作为防范对象预注浆通过断层、留设防水煤岩柱；,以陷落柱作为防范对象封堵陷落柱，留设一定的防水煤柱后，解放其周边煤炭资源；,以裂隙岩体整体作为防范对象对含导水异常区进行注浆加固。,以封闭不良钻孔作为防范对象采用工程措施，重新进行封孔处理。,以老空水作为防范对象在经济技术条件允许的条件下疏放

12、老空水，彻底消除透水隐患；对于采空区积水体积太大，全面疏放不合理，不具备解放受水威胁煤炭资源的条件，从安全角度考虑，不应动用这部分煤炭资源。,大面积煤炭开发存在安全隐患的井田，采取如下措施： 帷幕截流技术； 底板改造技术； 全面疏降含水层水压的技术。,(9)防治水技术,在长期预防和治理矿井水害的实践中，各科研院所、高等院校与各大水矿区密切合作，通过科研攻关项目、工业性试验项目等的实施研究和开发了如下防治水技术及装备，在推动行业技术进步中做出了积极的贡献。在这里，我们将其中的部分成果介绍给大家,国家“六.五”科技攻关项目华北型煤矿水上开采（防治水）技术研究； 国家大型工业性试验项目华北型煤田奥灰

13、岩溶水综合防治工业性试验（一、二期，历时10年）； 国家“七.五”科技攻关项目疏供结合防治水安全试验； 国家“七.五”重点项目改革采煤方法和开采工艺预防突水灾害的研究； 国家“八.五”重点项目煤矿突水预测预报综合研究； 联合国UNDP资助项目Preventing Hazards Groundwater Inflows in Coal Mines,典型研究项目,矿区水文地质条件综合勘探,为矿井设计提供基础水文地质信息,技术之一：,矿山及地下坑道涌水量计算及预测,提供矿井的最大涌水量、正常涌水量及来源、组成和变化规律，为矿井防排水系统设计提供依据。,技术之二：,采区及工作面精细水文地质 勘探与水害预测预报,为回采工作面设计、开采方法优化、防治水技术手段和配套措施的完善提供依据,技术之三：,矿井、采区、工作面防治水规划 水文地质安全保障体系建立,提供不同阶段防治水工作思路； 构筑适合矿井特点的水害防范技术体系； 建立适合矿井特点的水害防范安全规程和规范。,技术之四：,废弃矿井环境预测与评价,废弃矿井诱发的水害预测 废弃矿井水环境预测与评价