1、 煤礦探放水工指導培訓課件第六章 礦井水源及常見的水害基本知識 礦井水災及其對生產的影響(1）由于礦井水在采掘工作面可出現淋水，使空氣濕度明顯增加，頂板破碎，對勞動條件及生產效率影響很大。 (2）由于礦井水的存在，在生產中必須進行排水，水量越大，排水費用越高，勢必增加煤炭生產成本。(3）礦井水對各種金屬沒備、鋼軌和金屬支架等，均有腐蝕作用，這就縮短了生產設備的使用壽命。 (4）當井下突然涌水或其水量超過礦井排水能力時，則會給生產帶來嚴重影響，輕者可造成礦井局部停產，重者則可造成全礦被淹。第一節 礦井水源及常見礦井水害一、礦井水水源造成礦井水害的水源主要有大氣降水、地表水、地下水（含水層水、巖溶

2、陷落柱水、斷層水、以及舊巷或老空區積水等）。如圖6-1 所示。1、大氣降水。從天空降到地面的雨和雪、冰、雹等溶化的水，稱為大氣降水。大氣降水，一部分再蒸發上升到天空；一部分留在地面，即為地表水；另一部分流入地下，即形成地下水。大氣降水、地表水、地下水，實為互相補充，互為來源，形成自然界中水的循環（圖6-2）。 2、地表水。地球表面江、湖、河、海、水池、水庫等處的水均為地表水，它的主要來源是大氣降水，也有的來自地下水。煤礦在開采淺部煤層時，地表水經過有關通道會進入煤礦井下，形成水患，給生產和建設帶來災害。圖61 煤礦常見的水源圖6-2自然界中水的循環圖6-3潛水1潛水面；2潛水層；3第一隔水層；

3、0-0基準面（測量高程水準面）3、潛水。埋藏在地表以下第一個隔水層以上的地下水（圖6-3 ）稱為潛水。潛水一般分布在地下淺部第四紀松散沉積層的孔隙和出露地表的巖石裂隙中,主要由大氣降水和地表水補給。潛水不承受壓力，只能在重力作用下由高處往低處流動。但潛水進入井下，也可能形成水患。4、承壓水。處于兩個隔水層中間的地水，稱為承壓水（或稱自流水），如圖6-4所示。圖6-4 承壓水1含水層；2隔水層；3地下水流向；4自流井；5噴泉；6斷層；a補給區；b承壓區（分布區）；c排泄區；0-0基準面（測量水準面）；H靜止水位；P承壓水頭5、老空積水。已經采掘過的采空區和廢棄的舊巷道或溶洞，由于長期停止排水而積

4、存的地下水，稱為老空積水。它很像一個“地下的水庫”，一旦巷道或采煤工作面接近或溝通了積水老空區，則會發生水災。（6）斷層水。處于斷層帶中的水，稱為斷層水。斷層帶往往是許多含水層的通道，因此，斷層水往往水源充足，對礦井的威脅極大。如圖6-5所示斷層涌水示意圖和圖6-6所示斷層破碎帶引起涌水示意圖 圖6-5 斷層涌水示意圖 1含水層 2煤層圖6-6 斷層破碎帶引起涌水示意圖 1含水層 2煤層二、常見礦井水害1、地表水水害2、沖積層水水害3、老空水水害4、斷層水水水害5、煤層頂板水水害6、煤層底板水水害7、鉆孔水水害第二節 煤礦水害的基本特點 及發生原因一、新時期我國煤礦突水事故具有如下特點：1.突

5、水發生的頻率呈現上升的趨勢，突水災害的突發性強，人身傷亡較大。2.災難性突水主要來源于兩個途徑，即隱伏導水陷落柱造成的底板高壓水突入和廢棄關閉的小煤礦導通老空水或地表水潰入。3.突水發生的礦井與其防治水措施及管理水平有著密切的關系。據初步分析，在近期發生的突水事故中，鄉鎮煤礦占到70%以上，地方煤礦占到20%以上，而國有重點煤礦占不到10%。由此可見是否加強和重視防治水工作對于有效控制水害事故具有重要意義。4.突水事故的高發期往往出現于煤炭工業的快速發展期，也就是在高產高效的同時，如何保高安全成為我們值得重視的問題。二、礦井水害發生的基本條件： 發生礦井水害的基本條件有3個：水源、通路和失控。

6、1、水源系：指流經或積存于礦區范圍內的地表水與地下水。地表水包括：降雨、降雪、河流、湖泊及山洪水等；地下水包括：含水層水、斷層水、古窯與老空水等。2、透水的通路：（1）煤礦的井筒。地表水直接流入井筒，造成淹井事故。（2）斷層裂隙。（3）采后塌陷坑。（4）石灰巖溶洞陷落柱（5）古井老塘及封堵不嚴的鉆孔。3、失控：主要是對水源和通路掌握不清，防水工程做得不充分、防水措施不得力、隔水煤（巖）柱尺寸不夠或遭到破壞，沒有嚴格執行探放水制度等 三、礦井水災的影響因素1、自然因素（1） 地形。盆形洼地，降水不易流走，大多滲入井下，補給地下水，容易成災。（2）圍巖性質。圍巖為松散的砂、礫層及裂隙、溶洞發育的硬

7、質砂巖、灰巖等組成時，可賦存大量水，這種巖層屬強含水層或強透水層，對礦井威脅大；圍巖為孔隙小、裂隙不發育的粘土層、頁巖、致密堅硬的砂巖等，則是弱含水層或稱隔水層，對礦井威脅小。當粘土厚度達5m以上時，大氣降水和地表水幾乎不能透過。 （3）地質構造。地質構造主要是褶曲和斷層。褶曲可影響地下水的儲存和補給條件，若地形和構造一致，一般是背斜構造處水小，向斜構造處水大；斷層破碎帶本身可以含水，而更重要的是斷層作為透水通路往往可以溝通多個含水層或地表水，它是導致透水事故的主要原因之一。（4） 充水巖層的出露條件和接受補給條件。充水巖層的出露條件，直接影響礦區水量補給的大小。充水巖層的出露條件包括它的出露

8、面積和出露的地形條件。2、人為因素（1）頂板塌陷及裂隙。煤層開采后形成的塌陷裂縫是地表水進入礦井的良好通道。如淮南某礦由于地表塌陷區的積水突然涌入礦井，使涌水量達13443853 m3晝夜。（2）老空積水。廢棄的古井和采空區常有大量積水。 （3）未封閉或封閉不嚴的勘探鉆孔。地質勘探工作完畢后，若鉆孔不加封閉或封閉不好，這些鉆孔便可能溝通含水層，造成水災。四、造成礦井水災的主要原因(1)地面防洪、防水措施不當或管理不善，地表水大量灌入井下，造成水災； (2)水文地質情況不清，井巷接近老空積水區、充水斷層、陷落柱、強含水層以及打開隔離煤柱，未執行探放水制度，盲目施工，或者雖然進行了探水,但措施不當

9、； (3)井巷位置設計不當。如將井巷置于不良地質條件中或過分接近強含水層等水源，導致施工后因地壓和水壓共同作用而發生頂、底板透水；(4)施工質量低劣，致使礦井井巷嚴重塌落、冒頂、跑砂，導致透水；(5)亂采亂掘，破壞防水煤、巖柱造成突水；(6)測量錯誤，導致巷道穿透積水區； (7)無防水閘門或雖有而管理、組織不當，造成透水時無作用而淹井；(8)排水設備能力不足或機電事故造成；（9）排水設施平時維護不當。如水倉不按時清挖，突水時煤、巖塊堵塞水井，致使排水設備失去效用而淹井等。第三節 礦井防治水“十六字原則”和“五項”措施防治水工作應當堅持“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則，采取“防、

10、堵、疏、排、截”的綜合治理措施。一、礦井防治水“十六字原則” ：預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采 防治水十六字原則科學地概括了水害防治工作的基本程序。“預測預報”是水害防治的基礎，是指在查清礦井水文地質條件基礎上，運用先進的水害預測預報理論和方法，對礦井水害做出科學分析判斷和評價；“有疑必探”是指根據水害預測預報評價結論，對可能構成水害威脅的區域，采用物探、鉆探和化探等綜合探測技術手段，查明或排除水害；“先探后掘”是指先綜合探查，確定巷道掘進沒有水害威脅后再掘進施工；“先治后采”是指根據查明的水害情況，采取有針對性的治理措施排除水害隱患后，再安排采掘工程，如井下巷道穿越導水斷層時必須預先

11、注漿加固方可掘進施工，防止突水造成災害。 二、礦井防治水“五項”措施：防、堵、疏、排、截 五項治理措施是水害治理的基本技術方法。“防”主要指合理留設各類防隔水煤（巖）柱和修建各類防水閘門或防水墻等，防隔水煤（巖）柱一旦確定后，不得隨意開采破壞；“堵”主要指注漿封堵具有突水威脅的含水層或導水斷層、裂隙和陷落柱等導水通道；“疏”主要指探放老空水和對承壓含水層（如華北地區奧灰水）進行疏水降壓；“排”主要指完善礦井排水系統，排水管路、水泵、水倉和供電系統等必須配套；“截”主要指加強地表水（河流、水庫、洪水等）的截流治理。三、認真落實防治水各項措施1、做好防治水工作，重點要落實防治水各項措施。（1）相鄰

12、礦井的分界處，應當留設防隔水煤（巖）柱。礦井以斷層分界的，應當在斷層兩側留有防隔水煤（巖）柱。礦井防隔水煤（巖）柱一經確定，不得隨意變動。嚴禁在各類防隔水煤（巖）柱中進行采掘活動，嚴禁超層越界或超深開采。（2）礦井應當配備與礦井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配電設備和水倉等，確保礦井能夠正常排水。不得將礦井水在井下向老空區排放。每年全礦井要進行一次聯合排水試驗，檢修設備，清挖水倉，確保雨季正常排水。（3）水文地質條件復雜和極復雜的礦井，應當在井底車場周圍設置防水閘門，或者在正常排水系統基礎上安裝配備排水能力不小于最大涌水量的潛水電泵排水系統。（4）井下需要構筑水閘墻的，要按照設計進行施工，并按

13、照規定進行竣工驗收后，方可投入使用。報廢巷道封閉時，在報廢的暗井和傾斜巷道下口的密閉水閘墻應當留泄水孔，每月定期進行觀測，雨季加密觀測。（5）煤層（組）頂板導水裂縫帶范圍內分布有富水性強的含水層，應當進行疏干開采。當開采煤層底板高承壓含水層時（如華北地區奧灰水），應當進行疏水降壓到安全開采或注漿加固，以防突水淹井。（6）嚴格控制水體下采煤。在水體下采煤，其防隔水煤（巖）柱的留設，應當根據礦井水文地質及工程地質條件、開采方法、開采高度和頂板控制方法等，按照建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程中有關水體下開采的規定，由具有乙級及以上資質的煤炭設計單位編制可行性方案和開采設計，報省級煤

14、炭行業管理部門審查批準后實施。采煤過程中，應當嚴格按照批準的設計要求，控制開采范圍、開采高度和防隔水煤（巖）柱尺寸。嚴禁在水體下開采急傾斜煤層。2、防范暴雨洪水引發煤礦事故災難 近幾年，極端天氣頻繁發生，暴雨洪水引發多起煤礦事故災難，為此，要突出抓好以下工作。（1）煤礦企業要主動與氣象、水利、防汛等部門聯系，建立災害性天氣預警和預防機制。掌握可能危及煤礦安全生產的暴雨洪水災害信息，密切關注災害性天氣的預報預警信息；及時掌握汛情水情，主動采取措施。并與周邊相鄰礦井溝通信息，當礦井出現異常情況時，立即向周邊相鄰礦井進行預警。（2）煤礦企業要安排專人負責對本井田范圍內及可能波及的周邊廢棄老窯、地面塌

15、陷坑、采動裂隙及可能影響礦井安全生產的水庫、湖泊、河流、涵閘、堤防工程等重點部位進行巡視檢查，特別是接到暴雨災害預警信息和警報后，要實施24小時不間斷巡查。（3）煤礦企業要建立暴雨洪水可能引發淹井等事故災害緊急情況下及時撤出井下人員的制度，明確啟動標準、撤人的指揮部門和人員及撤人程序等;發現暴雨洪水災害嚴重、可能引發淹井時，必須立即撤人，只有在確認隱患已徹底消除后方可恢復生產。（4）所有煤礦企業在雨季前要開展一次隱患排查治理行動。 隱患排查治理的重點是：位于地表河流、湖泊、水庫、山洪部位等附近礦井的防洪設施和防范措施是否到位；與礦井連通的采煤塌陷坑是否填平壓實；井口標高低于當地歷年最高洪水位的

16、礦井是否采取防范措施；違法違規開采防水保護煤柱的礦井是否采取了加固和阻隔工程措施；井田范圍內及周邊已關閉的廢棄煤礦是否填實封堵；礦井防排水系統是否完善等。對排查出的隱患，要落實責任，限定在汛期前完成水患治理。 第四節 礦井水害事故的防治方法一、礦井地表水的防治（一）地表水防治的綜合措施 返回(1) 慎重選擇井筒位置。井口（平硐口）和工業廣場內主要建筑物的標高應在當地歷年最高洪水位以上。(2)河流改道。在礦井范圍內有常年性河流流過且與礦井充水含水層直接相連,或河水滲漏是礦井的主要充水水源時，可在河流進入礦區的上游地段筑水壩，將河流截斷，用人工另修河道使河水遠離礦區。(3)鋪整河底。礦區內有流水沿

17、河床或溝底裂縫滲入井下時，則可在滲漏地段用粘土、料石或水泥鋪墊河底，防止或減少滲漏。(4)填堵通道。礦區范圍內，因采掘活動引起地面沉降、開裂、塌陷而形成的礦井進水通道，應用粘土、水泥或凝膠予以填堵。(5)挖溝排（截）洪。地處山麓或山前平原區的礦井，因山洪或潛水流滲入井下構成水害隱患或增大礦井排水量，可在井田上方垂直來水方向布置排洪溝、渠，攔截、引流洪水，使其繞過礦區。(6)排除積水。有些礦區開采后引起地表沉降與塌陷，長年積水，且隨開采面積增大，塌陷區范圍越廣，積水越多。此時可將積水排掉，造地復田，消除水害隱患。(7)加強雨季前的防汛工作。做好雨季防汛準備和檢查工作是減少礦井水災的重要措施。1、

18、山區礦井地表水的綜合防治措施 地表水向井下嚴重滲漏，汛期威脅礦井安去時，應在漏水段進行河床鋪底或修建人工河床，也可采用河流改道的辦法。 在高原山地有典型巖溶的礦區，為減少暴雨時的井下高峰涌水量，保證礦井安全，可利用地勢，開鑿截水平硐，截疏灌向巖溶暗河的河水(洪水)。 當河谷下煤層頂底板堅硬，采后形成塌陷溝(坑)，無條件充填或修人工河床時，應在塌陷溝的上游外圍挖截水溝，在溝谷處修建渡槽。地形有利時，溝河可以改道。 治理小窯、采空區的塌陷坑或巖溶塌陷坑。可根據情況，分別采用圍、堵、截流、疏導、填土夯實及設泵站排水等措施。 有泥石流災害的礦區，應治山治坡，植樹種草。工業場區和生活區要避開泥石流，必要

19、時應修建欄洪壩和疏導工程。在易發生滑坡和塌方處的上游，應修建排水截流設施，下部修建檔土墻。2、平原區礦井地表水的綜合防治措施 受河流泛濫威脅的礦井，當無條件提高河流防洪標準或進行河流改道時，須在礦井井口、工業場地周圍修筑堤壩。 受內澇威脅的礦區，應按河網化方式，開挖防洪排澇渠道系統，修建防洪排澇泵站，排出內澇積水。對有向井下潰水危險的塌陷坑(洞)，應用塊石(或片石)、砂和粘土填實或設泵排水。 對不符合在地表水體下采煤的地段，必須先排除地表積水，后采煤，或者采取其它有效的措施。 當河流或其它地表水體實礦井充水的直接或間接充水水源，對礦井安全有嚴重影響時，可是具體條件，在滲漏段或滲漏點分別采取鋪底

20、、改道、或截流截源等防滲措施，排除積水并應填土夯實。返回 塌陷坑堵填方法示意圖 渡洪槽示意圖（二）地表防滲工程及措施1、封堵地面塌陷裂隙通道的措施 返回模塊二 封堵塌陷坑和裂隙 圍截隔離塌陷裂隙區 將洪水引出塌陷裂隙區 人工河床襯砌斷面示意圖2、漏水河床(沖溝)鋪底措施漏水河床(沖溝)鋪底的原則(1)不應過多縮小原河床斷面，人工鋪設河床斷面尺寸的確定應進行水力計算。(2)鋪設人工河床的材料應盡量就地取材。(3)鋪砌方式必須同時滿足防滲、防潛蝕、防沖刷。(4)砂卵石等易變形的河床，一般不宜用剛性材料襯砌。(5)在基巖上澆注混凝土時應進行清基處理。(6)剛性襯砌應留有伸縮和不均勻沉降縫，縫間用瀝青

21、止水。(7)漏水的河床岸坡，也應進行襯砌處理 人工河床的襯砌 整鋪河床示意圖襯砌進出口段的要求(1)護砌段的上下游均應超出滲漏段一定距離。(2)進出口段應保持水流順暢，或做成“八”字墻。(3)護砌結構的始末應設截滲墻，以免沖毀護砌結構，同時可防止水流由護砌的兩端潛入滲漏段。截滲墻應嵌入不透水層或基石中 工程實例：返回模塊二 整鋪河床示意圖1-灰巖；2-頁巖；3-整鋪后的人工河床3、河流改道或截彎取直措施(1)河流改道的原則 (1)河流改道一般工程量大，投資多，一般不宜輕易采用，應通過技術經濟比較后再行設計施工。 (2)要考慮礦區發展遠景和工農業布局，既要避免二次改道，又不要因改道而影響礦區的工

22、農業和生活用水。(2)河流改道設計 (1)人工河道路線選擇應盡量走洼地，工程地質條件好，線路短。 (2)人工河道起點和終點應順應河勢。河道坡度要合理，不宜過大或過小，以免沖刷或淤塞；河道的斷面應能保證通過最大洪水量。 (3)在人工河道起點處，須在原河道上設置攔河壩，將水流引入新河道。壩址及人工河道應選擇在隔水巖層上，必要時還應對局部河段進行防滲處理。 (4)攔河壩距人工河道銜接部位應有一定距離，以免攔河壩被水流沖潰。 (5)人工河道終點河下段河道相接處交角不宜過大，以防沖刷對岸。 (6)廢棄河道應妥善處理，如進行廢河還田、矸石填平等。 河流改道示意圖 河流改道示意圖 河流改道及截彎取直示意圖返

23、回模塊二 排(截)洪渠布置示意圖 在塌陷區上方修排洪溝示意圖（1）排洪渠的布置返回4、修筑排洪渠、防洪堤的措施 排洪渠進出口布置示意圖（2）排洪渠的布置原則渠線走向的布置原則 進出口的布置原則返回 （3）排洪渠的布置構造要求返回 跌水布置示意圖 復式斷面排洪明渠示意圖（4）防洪堤 在無法布置排洪渠的地段，也可布設防洪堤以阻擋洪水進入礦區。防洪堤布設的一般原則：(1)應盡量選用當地材料。(2)堤腳應離開岸邊一定距離。(3)堤軸線應和洪水流向平行。(4)在易沖刷段應進行護砌，必要時應在迎水面上砌石或水泥抹面 返回模塊二5、地面帷幕注漿截流措施 （當礦區內的地表河流對礦井的開采造成影響，而其它防治方

24、法又不宜采用時，可采用注漿帷幕截流的方法，切斷河水對礦坑的滲漏與倒灌。）帷幕截流背景1(b)某礦各灰巖含水層與第四系含水層接觸關系示意圖帷幕截流背景2(a)某礦煤系被小汶河覆蓋狀況示意圖帷幕的設計與施工返回模塊二 某礦灌漿帷幕位置及各段長度示意圖(為施工順序)1、采動條件下覆巖破壞的規律返回覆巖破壞分帶示意圖二、礦井頂板水的防治（一）煤層頂板涌水因素分析及預測2、影響覆巖破壞的因素覆巖性質及組合特征 1）堅硬-堅硬型 2）軟弱-軟弱型 4）堅硬-軟弱型 3）軟弱-堅硬型煤層賦存及開采因素 1）采厚 2）分層數及回采垂高 3）開采面積 4）地質構造 5）采煤方法及頂板管理 6）覆巖破壞的延續時間

25、 返回3、礦層頂板導水裂隙帶的發育高度的確定（1）導水裂隙帶發育高度的計算返回模塊三 冒落帶、裂隙帶波及地表水體造成突水示意圖1、基巖裸露區防水煤(巖)柱的留設基巖風化裂隙較發育時，防水煤(巖)柱的留設防水煤(巖)柱的總厚度應滿足下式要求： 返回煤系地層無松散層覆蓋時防水煤柱的留設（二）防水煤(巖)柱的留設措施基巖風化裂隙不發育時，防水煤(巖)柱的留設 根據上式計算的防水煤(巖)柱高度，不得小于20m。 煤層露頭部位被松散含水砂層、砂礫層覆蓋時2、煤層露頭或淺部被松散含水層覆蓋時，防水煤(巖)柱的留設返回在水淹區、采空積水區下掘進時防水煤(巖)柱的留設3、在水淹區、采空積水區下掘進時，防水煤(

26、巖)柱的留設返回4、上、下兩層煤之間防水煤(巖)柱的留設返回 多煤層邊界防水煤柱之一 多煤層邊界防水煤柱之二1、疏干類型地表井群疏干 據部分礦區實踐經驗，滲透系數大于3m/d的潛水含水層和大于的承壓含水層均可取得良好的疏干效果。巷道疏干 適用于某一固定部位（如露天礦的非工作幫）的疏干或斷面截流 。采準巷道疏干 廣泛應用于采區頂板含水層及頂板流砂層的疏干。 多井聯合疏干 頂板含水層分布范圍較廣，補給水量較大 。返回（三）頂板水的超前疏干（1）地表疏干下 頁地表疏降模式圖2、常見的疏干方式地表疏降鉆孔(井)平面布置方式地表疏降鉆孔(井)平面布置方式（2）巷道疏干11)石門疏水下 頁石門多含水層疏水

27、 利用煤層采準巷道疏放頂板水2)采準”巷道疏水（3）井下鉆孔疏水直通式井下疏水孔下 頁直通式疏水鉆孔頂板上行式疏水孔下 頁上行式井下疏水孔井下水平或近水平疏水孔水平(近水平)式井下疏水孔采動放水通過探查，證實煤層直接充水含水層與強含水層或其它水體未發生水力聯系，且采區有足夠排水能力時，可在采區最低部位首先回采，實行采動放水疏干，保證后期回采安全。（4）吸水鉆孔疏水 吸水鉆孔示意圖（5）井上下聯合疏水1)地表井下聯合疏干在同一礦井(區內)，同時采用地表疏水和井下疏水兩種方式。地表井下聯合疏水一般是在礦井水文地質條件復雜，單一疏干方式效果不好或不夠經濟合理時采用。2)供疏結合的聯合疏水在地面供水緊

28、張，而井下水害又嚴重的大水礦區，為了解決礦區供水與礦井排水之間的矛盾，可利用礦區疏水系統直接用作礦區供水水源地，實現供疏結合。返回模塊三（四） 注漿截流露天礦坑剝離含水層建造截流帷幕墻下 頁露天礦坑剝離含水層建造截流帷幕墻煤層直接頂板含水層帷幕截流注漿煤層直接頂板含水層帷幕截流注漿返回模塊三注漿封堵頂板水 注漿封堵頂板水（五） 改變采煤方法充填式開采法1) 當頂板含水層距煤層頂板普遍接近時2) 當煤層露頭部位及淺部被地表水體或新生界強含水所覆蓋時3)在逆掩斷層含水推覆體下或積水老窯下采煤時膏體充填綠色開采技術 “三下一上（三下地表水下、建筑物下和鐵路下，一上承壓水上）”地區一種具有發展前景的開

29、采技術， 間歇開采法及分區隔離開采法1）厚煤層還可采用分層間歇開采法2）急傾斜煤層，則可采用長走向小階段間歇開采分區隔離開采法: 先遠后近、先深后淺、先簡單后復雜、先探后采的試探性開采方法條帶式開采法 返回模塊三1、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(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三、礦井底板水的防治（一）底板突水因素分析、預測及帶壓開采安全度評價下三帶的發育1.“下三帶”發育特征2. “下三帶”的確定 底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖2、底板突水因素分析含水層富水性及水壓破裂構造礦壓破壞深度隔水層厚度、巖性組合山東礦業學院特殊開采所經驗公

30、式(2002年)：式中 Cp采動對底板的破壞深度，m； L工作面斜長，m； H 采深，m； a 煤層傾角，； f 底板巖層堅固性系數 返回 采煤工作面底板受力、剪切帶分布圖3、易發生突水的地段斷層交叉或匯合處背斜傾伏端一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兩條大斷層相互對扭地帶(即張扭性破碎帶)與導水或富水大斷裂成“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。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。返回實例1返回 某礦井田構造圖（1）采掘前的突水

31、預測 (1)水文地質方法 (2)突水系數分析法 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： 式中 Ts突水系數，MPa/m； P作用于隔水層底板的水壓力，MP Mi底板隔水巖中某一性質巖石的厚度，m； i底板隔水巖中i層巖石等值隔水系數(泥巖為1，砂頁巖為，頁巖為，斷層破碎帶巖石為0.35) Cp采動對底板的破壞深度，m； n隔水層層數。 4、底板突水預測方法底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖返回 底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖（2）采掘過程中的突水預測(1)鉆探方法探測高水壓區(若其值遠遠低于奧灰水壓以上)則不突水。)探測底板水的導升高度(當導升高度上界進入或達到

32、礦壓破壞區時，往往發生突水 )(2)物探方法(3)突水征兆的監測返回（1）掘進巷道底板隔水層安全隔水厚度計算公式：式中：t安全隔水厚度(m)； L巷道底板寬度(m)； 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(10-2MPa)； H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 返回5、帶壓開采安全度評價（2）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不大于0.06 MPa/m就可認為是安全的，正常塊段(隔水層完整無斷裂構造破壞)不大于0.1 MPa/m就可認為是安全的。安全區：是指當煤層底板位于奧灰水位以

33、下，此區不存在突水危險性；較安全區：是指突水系數小于，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，進行帶壓開采；危險區：是指突水系數介于0.06-0.1 MPa/m，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；最危險區：是指突水系數大于，是底板突水的最危險地段。 返回（3）安全水頭值A、掘進巷道安全水頭值式中 H底板隔水層能夠承受的安全水壓(10-2MPa)； t底板隔水層厚度(m)； L巷道寬度(m)； 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(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

34、之，可以安全掘進。返回模塊四B、回采工作面安全水頭值 式中 P底板隔水層能夠承受的安全水壓(MPa)； M底板隔水層厚度(m)； s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。地表疏降模式（二）底板水的疏水降壓底板水的防治應遵循十六個字方針：整體研究，逐塊分析，因地制宜，先易后難。1、地表疏水降壓地表疏降鉆孔(井)平面布置方式返回地表疏降鉆孔(井)平面布置方式2、井下疏水降壓 下行式井下疏水降壓鉆孔注意!當下伏含水層的水頭壓力過高（大于45MPa）時，井下放水鉆孔施工就很困難，此時此法不宜采用 (a) 底板疏水降壓孔平面布置示

35、意圖 (b)底板疏水降壓孔剖面示意圖返回3、井上下聯合疏水降壓壓力傳遞式井下疏降鉆孔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，可采用井上下聯合疏水，或采用供疏結合的聯合疏水。當礦區一方面地面供水(工業、農業、居民飲用)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。壓力傳遞式井下疏水孔返回模塊四(三)隔水層薄弱帶的注漿加固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。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

36、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。改善井下采掘工作環境和勞動條件。快速恢復被淹礦井或采掘工作面具體防治方法1、改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度返回底板含水層注漿改造技術示意圖2、 提高隔水層的阻水性返回 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。 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

37、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，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。3、其它防治方法返回模塊四（四）利用隔水層帶壓開采1、劃分突水性分區1）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。有兩種突水系數圖，一種是礦區或井田突水系數圖(比例尺1:500010000)，第二種是采區突水系數圖(比例尺1:10002000或更大)。（1）以煤層底

38、板等高線圖為底圖某礦1718采區底板等高線圖（2）根據水位資料編制等水位線圖 某礦1718采區底板含水層放水等水位線圖（4）編制有效保護層厚度等值線圖 某礦1718采區有效隔水層等厚線圖（5）根據底板等水壓線圖和有效保護層厚度等值線圖，繪出突水系數等值線圖 返回 某礦1718采區底板放水突水系數圖2）編制帶壓開采地質、水文地質說明書開采受水威脅地區的煤層，在編制開拓、掘進與回采設計之前，必須編制該范圍的地質、水文地質說明書，以作為設計的依據。返回2、帶壓開采的措施1）短壁式開采2）帶壓分段后退式開采分段后退式開采方法示意圖1、老空水的定義及特點 為了保證正常生產，煤炭開采過程中，需要對涌入井下

39、的地下水排出地面，這時排水費用作為煤炭開采成本的一部分計入其銷售成本之中，采掘作業完成后，留下大量的廢棄巷道和采煤空間，對涌入的地下水一般不再排放，這時，采空區內聚集著大量的地下水，稱為老空水。有些煤礦地下水占據采空區的一部分，如干旱和半干旱的北方地區，而有些煤礦，如雨量充沛的南方，地下水幾乎占據了采空區的全部空間。四、老空水的防治 對同一礦井而言，老空水分為同層老空水和鄰層老空水；對相鄰礦井而言，老空水分為本礦老空水和鄰礦老空水；老空水對采煤的威脅主要表現在同層老空水上水平對下水平的威脅，鄰層老空水淺部對深部的威脅，鄰礦老空水對本礦的威脅。 由于老空水往往積水體積大，隔水煤巖柱不足以抵抗靜水

40、壓力的情況下容易發生透水事故，而且來勢兇猛，經常形成群死群傷的惡性事故 近年來，采空水造成的透水事故時有發生，在所有煤礦水害事故中占據主要位置，媒體多有報道，產生十分惡劣的社會甚至是政治影響。為此，黨和政府及社會各界十分關注這一影響安全生產大局的煤礦水害問題，在國家煤礦安全生產監察局多次組織的水害防治技術研討會上均將老空水防治列為扭轉安全生產大局的主要目標。2、老空水的探查 對于老空水的防范，關鍵是確定積水范圍和積水水量，可以采取兩條途徑：一是煤礦開采有著準確的井上下對照圖，采空區范圍往往比較可靠；二是采空區積水范圍往往沒有精確的測繪資料，只能靠探查手段來解決問題了。 前者對于國有大中型煤礦來

41、說很容易做到，對于地方小煤礦來說，問題就不那么簡單了，就需要通過鉆探和物探相結合的方法解決老空水探查問題。實際工作中，必須以鉆探為主，物探配合，物探資料必須慎重驗證鑒定，確保其可靠性。某礦開采淺部的10#煤，大片的老空水已經被探放出來，進入老空區回收殘留煤階段，遇一塊30m見方的煤柱，從四周老洞觀察無積水，上距20m的9#煤也已證明無積水，但是煤柱的一側卻有發潮現象。 當時普遍認為，該煤層距地表僅60m，地面又是排水溝，是排水溝的水沿風化及采動裂隙下滲造成煤壁發潮的，周圍的煤壁也比較潮濕就是例證，30m見方的煤柱內絕對不會有老空水。 當時探與不探的爭論很大，由于分管探水工作的領導思想堅定，決定

42、打鉆探水，結果放出水量200多噸，事后發現煤柱內殘留一口60m的古井，有約的水壓，如有人員在附近作業，必然會發生傷亡事故。下面舉例說明老空水探查中的部分經驗及教訓：某礦欲從9#煤施工一反上山石門穿透7#煤，據調查資料，石門透煤點100m外有老空積水，兩煤層間距33m， 反上山石門傾角23，斜長85m,設計上山掘進60m，距7#煤10m左右的位置超前打鉆探水。 但上山掘進到50m時，發現頂板砂巖淋水，是否探水，爭論很大，普遍認為：迎頭層位正常，正是7#煤底板以下1314m的砂巖底面，砂巖裂隙有點淋水屬正常現象，應該按照原設計在60m位置安鉆探水，而積水范圍在預定透煤點以外還有100m，現在就開始

43、探水工程量大，邊探邊掘，既影響正常生產，又無實際必要。 根據當時定下的沒有把握就探的原則提前施工探放水鉆孔，結果第1個鉆孔鉆進至即透老空，放出積水62000余噸。事后查明該迎頭前面4m多有一落差9m多的正斷層，上盤7#煤已下降至迎頭附近，積水區與迎頭垂距僅2m（圖1），一次難以估量損失的重大透水事故就此避免了3、老空水疏放探水“三線”的確定：探水 “三線”是指:積水線、放水線、警戒線。 積水線:積水區外緣標高等高線，確定積水水面標高后，可直接在采掘工程平面圖上按等高線標定。放水線:礦井水文地質規程規定掘進工作面在距積水實際邊界20m處停止掘進，進行打鉆放水。積水線外推20m即為放水線。 警戒線

44、:積水線外推60m即為警戒線。掘進工作面進入警戒線后，必須超前探放水。探水“三線”必須在采掘工程平面圖上明確標出。4、老空水防治注意事項老空積水圖應根據采掘工程和探放水工作以及新發現的情況每年補充修改一次。 熟悉并掌握井田周邊采煤歷史，做好詢訪調查工作，要對探放水資料進行動態分析，根據已經掌握的情況給出有事實根據和說服力的結論。 禁止使用釬子探放老空水。由于風鉆和電鉆釬子只能探34m,掘12m，沒有安全的超前距和幫距，而且不能使用套管、水門等安全防水裝置。五、斷層水的防治（一）斷裂帶充水規律1、斷裂帶的劃分斷裂內帶斷裂外帶斷裂中帶 斷裂構造影響范圍分帶示意圖2、斷裂帶充水特征3、斷裂兩盤含水層

45、和煤層的對接關系類型4、斷層的“活化”突發性涌水(突水)形成示意圖斷層突水分析實例 實例1 某煤礦9101上工作面回風巷突水分析(a)9101工作面突水點平面圖(b)9101工作面突水點剖面圖實例2 某煤礦巷道突水分析7006改材料巷突水點平面位置示意圖7512巷道突水點平面位置示意圖1）探放斷層水的原則凡遇下列情況必須探水： (1)采掘工作面前方或附近有含（導）水斷層存在，但具體位置不清或控制不夠嚴密時。 (2)采掘工作面前方或附近預測有斷層存在，但其位置和含( 導）水性不清，可能突水時。 (3)采掘工作面底板隔水層厚度與實際承受的水壓都處于臨界狀態（即等于安全隔水層厚度和安全水壓的臨界值）

46、，在掘進工作面前方和采面影響范圍內，是否有斷層情況不清，一旦遭遇很可能發生突水時。 （二）斷層水的探放1、探放斷層水的原則及探查內容(4)斷層已為巷道揭露或穿過，暫時沒有出水跡象，但由于隔水層厚度和實際水壓已接近臨界狀態，在采動影響下，有可能引起突水，需要探明其深部是否已和強含水層連通，或有底板水的導升高度時。(5)井巷工程接近或計劃穿過的斷層淺部不含（導）水，但在深部有可能突水時。(6)根據井巷工程和自設斷層防水煤柱等的特殊要求，必須探明斷層時。(7)采掘工作面距已知含水斷層60m時。(8)采掘工作面接近推斷含水斷層100m時。(9)采區內小斷層使煤層與強含水層的距離縮短時。(10)采區內構

47、造不明，含水層水壓又大于23MPa時2）探放斷層水的探查內容斷層的位置、產狀要素、斷層帶寬度(包括內、中、外三帶)及伴生(或派生)構造和其導水性、富水性等。斷層帶的充填物及充填程度、膠結物及膠結程度，斷層兩盤外帶裂隙、巖溶發育情況及其富水性。斷層兩盤對接部位的巖性及其富水性，煤層與強含水層的實際間距(即隔水層的厚度)。斷層與其它含(導)水斷層、陷落柱或其它水體交切部位及其富水性。查明并記錄探斷層水鉆孔在不同深度的水壓、水量或沖洗液漏失量，并確定或判斷底板水在隔水層中的導升高度。探明以上內容，應先提供斷層面等高線圖及兩盤主要煤層、含水層交切關系圖，探測斷層預想剖面圖。斷層面等高線及上、下盤煤層、

48、含水層交線圖 斷層面等高線及上、下盤煤層、含水層交線圖A-A剖面圖 A-A剖面圖 B-B剖面圖 B-B剖面圖2、探放斷層水的方法(1)工作面前方已知或預想有含(導)水斷層的探查工作面前方已知或預想有含(導)水斷層的探查2、探放斷層水的方法(2)隔水巖柱厚度處于臨界狀態時，掘進工作面前方有無斷層突水危險的探查掘進工作面前方有無斷層突水危險的探查2、探放斷層水的方法(3)巷道實見斷層，在采動影響后有無突水危險性的探查采動影響后有無突水危險性的探查3、探放斷層水的安全注意事項水壓2MPa的斷層，一般不宜沿煤層探放斷層水。開孔層位必須在較堅硬的巖層中，孔口管(即止水套管)的長度，超前距離、探斷層的起始

49、點距離應符合要求。必須使鉆孔在一定的安全深度揭露斷層，由孔口至斷層之間的巖壁厚度能在關閉孔口閥門時足以抗衡水壓的破壞。 水壓2MPa時，應選用鉆深200300m的井下大、中型鉆機，水泵應能單獨起動，水泵壓力應大于實際水壓的倍，以便停鉆時可以不停泵；一旦高壓水大量噴出，須立即注漿封孔，確保安全。揭露斷層帶或含水層時，孔徑應小于60mm，同時采用肋骨鉆頭，以控制孔內涌水量和防止高壓水時鉆桿射出。 孔口安全裝置要求與探老空水時相同。在噴高壓水的條件下繼續鉆進時，斜孔可使用孔口防噴逆止閥，鉆具可使用防噴接頭，上下鉆可使用孔口反壓裝置。 嚴格執行交接班制度，力爭做到交接班時不停鉆，以防止發生孔內事故。

50、鉆孔終孔后，孔內有水應進行放水試驗。 鉆孔完成各項探測任務后，應立即全孔注漿封閉。4、斷層水的預防與處理（三）斷層防水煤柱的留設1、煤層位于導水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設(1) 煤層位于導水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設可用下面的經驗公式計算順層防水煤柱的寬度： 式中 L順層防水煤柱寬度(m)； A安全系數(一般取25)； M煤層厚度或采高(m)； P隔水層所承受的水壓(MPa)； Kp煤的抗張強度（MPa）。 201、煤層位于導水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設(2)1、煤層位于導水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設(3)當煤層傾角較大時，可用下式計算水平防水煤柱寬度：式中 Lp水平防水煤柱寬度(m)； L順層防水煤柱寬度(m)； 煤層傾角()。1、煤層位于導水斷層