1、礦井底板水的防治礦井底板水的防治牛建立 博士、研究員煤炭科學研究總院西安研究院2019年9月一、底板突水因素分析、預測及帶壓開采一、底板突水因素分析、預測及帶壓開采安全度評價安全度評價二、底板水的疏水降壓二、底板水的疏水降壓三、隔水層薄弱帶的注漿加固三、隔水層薄弱帶的注漿加固四、利用隔水層帶壓開采四、利用隔水層帶壓開采五、工程實例五、工程實例 一、底板突水因素分析、預測及帶壓一、底板突水因素分析、預測及帶壓開采安全度評價開采安全度評價 ( (二二) )底板突水因素分析底板突水因素分析( (三三) )易發生突水的地段易發生突水的地段( (四四) )底板突水預測方法底板突水預測方法( (五五) )

2、帶壓開采安全度評價帶壓開采安全度評價( (一一) )采動條件下底板破壞的規律采動條件下底板破壞的規律（一采動條件下底板破壞的規律（一采動條件下底板破壞的規律(c)工作面周圍支承壓力分布特征采動空間內應力重新分布示意圖采動空間內應力重新分布示意圖(b)工作面底板剪切帶分布特征(a)隨工作面推進底板受力特征下三帶的發育1.1.“下三帶發育特征下三帶發育特征2. 2. “下三帶的確定下三帶的確定)(312hhhh 底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖（二底板突水因素分析（二底板突水因素分析含水層富水性及水壓含水層富水性及水壓破裂構造破裂構造礦壓破壞深度礦壓破壞深度

3、隔水層厚度、巖性組合隔水層厚度、巖性組合山東礦業學院特殊開采所經驗公式山東礦業學院特殊開采所經驗公式(2019(2019年年) )：式中式中 Cp Cp采動對底板的破壞深度，采動對底板的破壞深度，m m； L L工作面斜長，工作面斜長，m m； H H 采深，采深，m m； a a 煤層傾角，煤層傾角，； f f 底板巖層堅固性系數底板巖層堅固性系數 24ln9291. 73113. 00448. 000911. 0LfaHCp前往前往 采煤工作面底板受力、剪切帶分布圖采煤工作面底板受力、剪切帶分布圖（三易發生突水的地段（三易發生突水的地段斷層交叉或匯合處斷層交叉或匯合處背斜傾伏端一帶背斜傾伏

4、端一帶褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶斷層尖滅或消失端一帶斷層尖滅或消失端一帶兩條大斷層相互對扭地帶兩條大斷層相互對扭地帶(即張扭性破碎帶即張扭性破碎帶)與導水或富水大斷裂成與導水或富水大斷裂成“入字形連接的小斷裂帶入字形連接的小斷裂帶復合部位小斷層與次級小褶曲軸在地層傾向急劇轉折帶上的復合部復合部位小斷層與次級小褶曲軸在地層傾向急劇轉折帶上的復合部位，或小褶曲軸與底層傾向轉折帶的復合部位位，或小褶曲軸與底層傾向轉折帶的復合部位壓性斷裂下盤、張性斷裂上盤因富水性強。壓性斷裂下盤、張性斷裂上盤因富水性強。不同力學性質的斷裂組成的斷裂帶，富水性最強，易于發生突水。不

5、同力學性質的斷裂組成的斷裂帶，富水性最強，易于發生突水。前往前往實例實例1 1前往前往 某礦井田構造圖某礦井田構造圖（四底板突水預測方法（四底板突水預測方法1 1、采掘前的突水預測、采掘前的突水預測 2 2、采掘過程中的突水預測、采掘過程中的突水預測1 1、采掘前的突水預測、采掘前的突水預測 (1)水文地質方法水文地質方法 (2)突水系數分析法突水系數分析法 突水系數突水系數指單位隔水層厚度所承受的水壓，又稱水壓比，其表達式為：指單位隔水層厚度所承受的水壓，又稱水壓比，其表達式為： 式中式中 Ts突水系數，突水系數，MPa/m； P作用于隔水層底板的水壓力，作用于隔水層底板的水壓力，MP Mi

6、底板隔水巖中某一性質巖石的厚度，底板隔水巖中某一性質巖石的厚度，m； i底板隔水巖中底板隔水巖中i層巖石等值隔水系數層巖石等值隔水系數(泥巖為泥巖為1，砂頁巖為，砂頁巖為0.7，頁巖為，頁巖為0.5，斷層，斷層破碎帶巖石為破碎帶巖石為0.35) Cp采動對底板的破壞深度，采動對底板的破壞深度，m； n隔水層層數。隔水層層數。 psCMpTniiiMM1底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖前往前往 底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖2 2、采掘過程中的突水預測、采掘過程中的突水預測(1)(1)鉆探方法鉆探方法探測高水壓區探

7、測高水壓區( (若其值遠遠低于奧灰水壓若其值遠遠低于奧灰水壓(CHA 0.4(CHA 0.41.0MPa1.0MPa以上以上) )則不突水。則不突水。) )探測底板水的導升高度探測底板水的導升高度( (當導升高度上界進入或達到礦當導升高度上界進入或達到礦壓破壞區時，往往發生突水壓破壞區時，往往發生突水 ) )(2)(2)物探方法物探方法(3)(3)突水征兆的監測突水征兆的監測前往前往（五帶壓開采安全度評價（五帶壓開采安全度評價1 1、掘進巷道底板隔水層安全隔水厚度、掘進巷道底板隔水層安全隔水厚度2 2、回采工作面底板隔水層突水系數、回采工作面底板隔水層突水系數3 3、安全水頭值、安全水頭值1

8、1、掘進巷道底板隔水層安全隔水厚度、掘進巷道底板隔水層安全隔水厚度計算公式：計算公式：式中：式中：t安全隔水厚度安全隔水厚度(m)； L巷道底板寬度巷道底板寬度(m)； 底板隔水層的平均容重底板隔水層的平均容重(t/m3)； Kp底板隔水層的平均抗張強度底板隔水層的平均抗張強度(10-2MPa)； H底板隔水層承受的水頭壓力底板隔水層承受的水頭壓力 (10-2MPa)。如底板隔水層實際厚度小于計算值時，就是不安全的如底板隔水層實際厚度小于計算值時，就是不安全的 pKLKpHLLt4)8(22前往前往2 2、回采工作面底板隔水層突水系數、回采工作面底板隔水層突水系數底板受構造破壞塊段突水系數一般

9、不大于底板受構造破壞塊段突水系數一般不大于0.06 MPa/m就可認為是安全的，就可認為是安全的，正常塊段正常塊段(隔水層完整無斷裂構造破壞隔水層完整無斷裂構造破壞)不大于不大于0.1 MPa/m就可認為是安全就可認為是安全的。的。安全區：是指當煤層底板位于奧灰水位以下，此區不存在突水危險性；安全區：是指當煤層底板位于奧灰水位以下，此區不存在突水危險性；較安全區：是指突水系數小于較安全區：是指突水系數小于0.06MPa/m，存在底板突水的可能性，需，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，進行帶壓開采；采取防治水措施，進行帶壓開采；危險區：是指突水系數介于危險區：是指突水系數介于0.06-0.

10、1 MPa/m，突水的危險性較大，在巖，突水的危險性較大，在巖層完整構造簡單地帶采取安全措施的情況下可進行帶壓開采；層完整構造簡單地帶采取安全措施的情況下可進行帶壓開采；最危險區：是指突水系數大于最危險區：是指突水系數大于0.1MPa/m，是底板突水的最危險地段。，是底板突水的最危險地段。 niiisMMMMPT1前往前往3 3、安全水頭值、安全水頭值(1)掘進巷道安全水頭值掘進巷道安全水頭值 式中式中 H底板隔水層能夠承受的安全水壓底板隔水層能夠承受的安全水壓(10-2MPa)； t底板隔水層厚度底板隔水層厚度(m)； L巷道寬度巷道寬度(m)； 底板隔水層的平均容重底板隔水層的平均容重(t

11、/m3)； Kp底板隔水層的平均抗張強度底板隔水層的平均抗張強度(10-2MPa) 當掘進巷道工作區段的水壓值大于所計算出的安全水壓值時，巷道有底板突水的危險；反之，可以安全掘進。當掘進巷道工作區段的水壓值大于所計算出的安全水壓值時，巷道有底板突水的危險；反之，可以安全掘進。(2)回采工作面安全水頭值回采工作面安全水頭值 式中式中 P底板隔水層能夠承受的安全水壓底板隔水層能夠承受的安全水壓(MPa)； M底板隔水層厚度底板隔水層厚度(m)； Ts突水系數突水系數(MPa/m) 當回采工作面隔水底板的實際水頭值大于安全水頭值，則有底板突水的危險；反之，可以安全回采。當回采工作面隔水底板的實際水頭

12、值大于安全水頭值，則有底板突水的危險；反之，可以安全回采。tLtKHp222MTPs返回模塊四返回模塊四v底板水的防治應遵循十六個字方針：底板水的防治應遵循十六個字方針：v整體研究，逐塊分析，因地制宜，先易后難。整體研究，逐塊分析，因地制宜，先易后難。二、底板水的疏水降壓二、底板水的疏水降壓( (一一) )地表疏水降壓地表疏水降壓( (二二) )井下疏水降壓井下疏水降壓( (三三) )井上下聯合疏水降壓井上下聯合疏水降壓（一地表疏水降壓（一地表疏水降壓地表疏降模式地表疏降模式地表疏降鉆孔地表疏降鉆孔( (井井) )平面布置方式平面布置方式前往前往地表疏降鉆孔地表疏降鉆孔( (井井) )平面布置

13、方式平面布置方式（二井下疏水降壓（二井下疏水降壓 下行式井下疏水降壓鉆孔下行式井下疏水降壓鉆孔留意留意! !當下伏含水層的水頭壓力過高大于當下伏含水層的水頭壓力過高大于4 45MPa5MPa時，井下放水鉆孔施工時，井下放水鉆孔施工就很困難，此時此法不宜采用就很困難，此時此法不宜采用 (a) (a) 底板疏水降壓孔平面布置示意圖底板疏水降壓孔平面布置示意圖 (b)(b)底板疏水降壓孔剖面示意圖底板疏水降壓孔剖面示意圖前往前往（三井上下聯合疏水降壓（三井上下聯合疏水降壓壓力傳遞式井下疏降鉆孔壓力傳遞式井下疏降鉆孔井上下聯合疏水降壓井上下聯合疏水降壓當地面或井下單一疏降方式效果不好或不夠經濟合理時，

14、可當地面或井下單一疏降方式效果不好或不夠經濟合理時，可采用井上下聯合疏水，或采用供疏結合的聯合疏水。當礦區一方采用井上下聯合疏水，或采用供疏結合的聯合疏水。當礦區一方面地面供水面地面供水( (工業、農業、居民飲用工業、農業、居民飲用) )緊張，另一方面井下水害嚴緊張，另一方面井下水害嚴重，礦區供水與礦井排水之間嚴重矛盾時，可利用礦區供水水源重，礦區供水與礦井排水之間嚴重矛盾時，可利用礦區供水水源地直接作為礦井疏放水系統，或者將礦井疏水系統直接用作礦區地直接作為礦井疏放水系統，或者將礦井疏水系統直接用作礦區供水水源地，實現疏供水結合。供水水源地，實現疏供水結合。壓力傳遞式井下疏水孔壓力傳遞式井下

15、疏水孔返回模塊四返回模塊四三、隔水層薄弱帶的注漿加固三、隔水層薄弱帶的注漿加固注漿防治礦井水害技術優點：注漿防治礦井水害技術優點：減少礦井生產過程中的排水電費，降低噸煤生產成本。減少礦井生產過程中的排水電費，降低噸煤生產成本。有利于在礦產資源開發過程中有效地保護礦區地下水資源。有利于在礦產資源開發過程中有效地保護礦區地下水資源。有利用在礦產資源開發過程中有效地防止地下水系統環境擾動而有利用在礦產資源開發過程中有效地防止地下水系統環境擾動而誘發的生態環境惡化和其他相關的地質災害發生。誘發的生態環境惡化和其他相關的地質災害發生。改善井下采掘工作環境和勞動條件。改善井下采掘工作環境和勞動條件?？焖倩?/p>

16、復被淹礦井或采掘工作面快速恢復被淹礦井或采掘工作面具體防治方法具體防治方法( (一一) )改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度( (二二) )提高隔水層的阻水性提高隔水層的阻水性( (三三) )其它防治方法其它防治方法（一改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度（一改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度前往前往底板含水層注漿改造技術示意圖底板含水層注漿改造技術示意圖（二）（二） 提高隔水層的阻水性提高隔水層的阻水性前往前往 煤層底板隔水層破碎帶注漿加固示意圖煤層底板隔水層破碎帶注漿加固示意圖地面防滲堵漏：在煤層底板下伏奧灰含水層的露頭部地面防滲堵漏：在煤層底板下伏奧灰含水

17、層的露頭部位，如有地面水流河流、水渠通過時，地面水往位，如有地面水流河流、水渠通過時，地面水往往大量漏失而補給含水層。如河流水量很大，但漏失往大量漏失而補給含水層。如河流水量很大，但漏失段不很長時，可在地面進行河床防滲堵漏工作，往往段不很長時，可在地面進行河床防滲堵漏工作，往往能使礦井突水危險性或礦井涌水量顯著減小。能使礦井突水危險性或礦井涌水量顯著減小。改變采煤方法：對于隔水底板厚度較薄，突水威脅嚴改變采煤方法：對于隔水底板厚度較薄，突水威脅嚴重，而又無其他有效防治辦法的礦井或采區，如改用重，而又無其他有效防治辦法的礦井或采區，如改用適當的采煤方法，往往能化險為夷。例如短壁開采，適當的采煤方

18、法，往往能化險為夷。例如短壁開采，房柱式開采、砌充填帶以至充填法采礦，都能減小礦房柱式開采、砌充填帶以至充填法采礦，都能減小礦壓和提高隔水底板抵抗水壓的能力；快速回采、人工壓和提高隔水底板抵抗水壓的能力；快速回采、人工放頂，則能縮短懸頂時間，避免或減少底板巖體因蠕放頂，則能縮短懸頂時間，避免或減少底板巖體因蠕變而降低其力學強度的危險。但短壁開采、房柱式開變而降低其力學強度的危險。但短壁開采、房柱式開采，會降低采煤效率，損失煤炭資源；充填法采礦會采，會降低采煤效率，損失煤炭資源；充填法采礦會增加采煤成本，一般不宜采用。增加采煤成本，一般不宜采用。（三其它防治方法（三其它防治方法返回模塊四返回模塊四四、利用隔水層帶壓開采四、利用隔水層帶壓開采( (一一) )劃分突水性分區劃分突水性分區( (二二) )帶壓開采的措施帶壓開采的措施（一劃分突水性分區（一劃分突水性分區- -編制突水系數圖編制突水系數圖編制突水系數圖編制突水系數圖突水系數的應用是通過突水系數圖來體現的。有兩種突水系數的應用是通過突水系數圖來體現的。有兩種突水系數圖，一種是礦區或井田突水系數圖突水系數圖，一種是礦區或井田突水系數圖( (比例尺比例尺1:50001:500010000)10000)，第二種是采區突水系數圖，第二種是采區突水系數圖( (比例尺比例尺1:10001:10002000200