1、煤礦水害探查與治理技術及發展趨勢董書寧 研究員、博士生導師 中煤科工集團西安研究院有限公司11123我國煤礦水害特點煤礦水害隱患探查技術煤礦水害治理技術匯報提綱24煤礦水害探查與治理技術發展趨勢1我國煤礦水害特點3西北侏羅紀煤田 裂隙水水害區華北石炭二疊紀煤田巖溶裂隙水水害區東北侏羅紀煤田裂隙水水害區華南晚二疊世煤田巖溶水水害區臺灣古近紀煤田裂隙孔隙水水害區西藏滇西中生代煤田裂隙水水害區1.我國煤礦水害特點4水害分區主要充水水源水害特點華北底板巖溶水老空水涌、突水頻繁，常影響生產或淹井，深部下組煤受奧灰水嚴重威脅華南頂、底板巖溶水老空水涌、突水頻繁，常影響生產或淹井，雨季突水頻率高，突水常伴有

2、泥沙東北頂板松散層孔隙水及砂巖裂隙水、老空水部分礦井受地表水、松散層水威脅較重，有時造成淹井事故西北頂板砂巖裂隙水老空水總體缺水，少部分礦井受地表水、老空水威脅較大西藏滇西及臺灣煤炭儲量占比較小，水文地質條件較簡單，富水性弱，總體水害不嚴重1.我國煤礦水害特點 近年來，煤礦重大水害事故數量及死亡人數總體呈下降趨勢，但仍造成重大的經濟損失和人員傷亡1.煤礦水害的特點6620002015年全國煤礦水害事故起數與死亡人數統計圖 據統計，近五年發生的16起重大水害事故中，老空水害事故14起，占87.5%。720112015年重大水害事故類型統計柱形圖1.煤礦重大水害的特點72煤礦水害隱患探查技術82.

3、煤礦水害隱患探查技術99房柱式采空區房柱式開采探測方法：物探先行、化探跟進、鉆探驗證、綜合探測探查思路：地面與井下相結合、物探與鉆探相結合探查目的：有無？范圍？充水？積水量？老空水探查技術及方法10102.1 老空水物探探查技術“一查”：地面調查“一震”：地面三維地震“兩電”：地面瞬變電磁法+井下直流電法“一鉆”：井下鉆探2.煤礦水害隱患探查技術11112.1 老空水物探探查技術“一查”地面調查2.煤礦水害隱患探查技術12122.1 老空水物探探查技術三維地震成果發現老窯越界開采范圍，為陜煤集團西固煤礦避免了潛在的老空透水事故的發生！大礦掘進巷道老窯越界范圍礦界“一震”地面三維地震2.煤礦水害

4、隱患探查技術13132.1 老空水物探探查技術“兩電”地面瞬變電磁法2.煤礦水害隱患探查技術14142.1 老空水物探探查技術“兩電”井下直流電法掘進工作面直流電法超前探測2.煤礦水害隱患探查技術15152.1 老空水物探探查技術“一鉆”井下鉆探2.煤礦水害隱患探查技術16162.1 老空水物探探查技術王家嶺3.28事故反思地面物探工作礦井物探成果井下鉆探驗證瑞利波探測直流電法探測實際揭露情況2.煤礦水害隱患探查技術2.煤礦水害隱患探查技術2.2 底板水（導水通道）地面高密度全數字地震勘探高密度全數字三維地震常規三維地震1818 2.煤礦水害隱患探查技術2.2 底板水（導水通道）地面高密度全數

5、字地震勘探1919蘭色-坑透、黑色-槽波、紅色-實際2.2 采煤工作面構造探測槽波地震勘探2.煤礦水害隱患探查技術2.2 煤層底板下富水異常區探測音頻電透視治理前治理后2.煤礦水害隱患探查技術黃陵一號煤礦402工作面富水性探測2.煤礦水害隱患探查技術2.3 煤層頂板水探查井下直流電法陜西銅川照金煤礦4.25突水潰沙事故2016年4月25日，陜西銅川照金煤礦202工作面回采過程中發生突水潰沙事故，造成11人死亡。2.煤礦水害隱患探查技術XZ平面地面檢波器孔中檢波器井下檢波器2.3 煤層頂板兩帶微震監測2.煤礦水害隱患探查技術3煤礦水害治理技術24 2010年3月28日，華晉焦煤有限責任公司王家嶺

6、煤礦在20101回風巷掘進時，因老空區積水情況未探明，防水煤柱失效導致老空區透水事故，造成38人死亡、115人受傷。造成38人死亡老空透水案例1）老空水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理老空水害特點 多數是由礦井周邊小窯遺留下來的； 數量、位置、分布范圍、積水情況不清楚； 探測難度大 難以疏放徹底261）老空水害超前疏放3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理1）老空水害超前疏放井下探放老空水示意圖老空水超前探放3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理探放老空水前，應當首先分析查明老空水體的空間位置、積水量和水位（壓）探放水孔應當鉆入老空水體，并監視放水全過程，核對放水量，直到老空水放完為

7、止超前探放距離不得小于30m止水套管長度不得小于10m老空水探放要求探水鉆孔的超前距、幫距和允許掘進距離示意圖當鉆孔接近老空時，預計可能發生瓦斯或者其它有害氣體涌出的，應當設有瓦斯檢查員或者礦山救護隊員在現場值班，隨時檢查空氣成分1）老空水害超前疏放3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理平朔礦區東坡礦913工作面掘進巷道按照“一查一震兩電一鉆”的工作流程，在掘進前方68m處探測出積水巷道，打鉆放出20萬m積水，避免了一次透水淹井事故直流電法超前探測成果圖總放水量20萬m3積水老空巷道913工作面掘進巷道積水老空巷道異常區（6670m）913工作面8 m68 m掘進面1）老空水害超前疏放工程實例3

8、.煤礦水害治理技術3.1 超前治理301984年6月2日,開灤范各莊礦2171工作面第一次發生了煤層底板奧陶紀灰巖巖溶陷落柱突水災害。突水高峰期平均涌水量為2053m3/min，造成重大損失；2003年4月12日，河北金牛能源東龐礦在2903工作面掘進過程中發生了2#煤層奧灰陷落柱突水災害；2014年7月27日峰峰集團梧桐莊礦底板隱伏陷落柱突水災害等底板突水案例2）底板巖溶水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理底板巖溶水害特點 煤層底板灰巖含水層地下水在礦井采掘過程中通過天然（斷層、陷落柱）或人為擾動（采掘擾動裂隙）的導水通道進入礦井并造成災害。突水水源：主要為煤層底板灰巖（薄層灰巖

9、、厚層奧灰）含水層突水通道：斷層、陷落柱、采掘擾動裂隙等高水壓、大流量、補給充沛312）底板巖溶水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理以穿層鉆孔方式施工，有效孔段短，盲區范圍大可靠性差，不能有效預防巖溶水害事故常規注漿改造示意圖有效段穿層鉆孔陷落柱陷落柱盲區 (a) 剖面圖(b)平面圖 常規鉆進及注漿改造底板含水層2）底板巖溶水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理井下定向鉆進及注漿改造（加固）底板含（隔）水層33特點：無效孔段短，盲區小應用：焦作趙固一礦、韓城桑樹坪礦等2）底板水害超前治理3.煤礦水害治理技術與裝備3.1 超前治理 定向鉆孔最大孔深：687m； 注漿量總計：

10、17275m3； 巖石普氏硬度: 平均: 6.56； 13個注漿效果檢查孔涌水量: 0.23m3/h，平均:1.6m3/h。工程實例趙固一礦定向鉆進煤層底板加固342）底板巖溶水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理工程實例韓城桑樹坪礦奧灰頂部定向鉆進注漿改造砂巖灰巖353.煤礦水害治理技術3.1 超前治理地面超前區域注漿改造底板灰巖含水層特點：地面施工定向分支鉆孔，一主孔，多分支地面注漿，實現超前、區域治理水患可適用于硬度大、水壓高的灰巖地層鉆進應用：峰峰九龍礦、淮北朱莊礦2）底板巖溶水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理 朱莊礦采區多個工作面發生200-400m3/h涌水

11、，嚴重影響安全生產。采用地面超前區域治理技術后，工作面最大涌水量5m3/h，實現了安全回采朱莊礦采區區域改造鉆孔布置圖改造前富水區（藍色）區域改造前后物探探查成果圖改造后富水區消失工程實例朱莊礦地面區域治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理地面徑向射流造孔注漿改造灰巖含水層 徑向射流造孔速度快（灰巖中100m僅需要10多分鐘），與注漿工程銜接良好。在冀中能源集團邢臺礦開展示范工程。38引進美國技術裝備，原用于石油部門2）底板巖溶水害超前治理3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理39邢煤西井地面區域治理工程布置序號推進日期平均推進距離（m）突水前涌水量 m3/h最大突水量m3/h穩定涌水量 m3

12、/h持續時間（h）12009.11.0346.51521213515022009.11.21561351817120332010.03.03112.5907931087042010.03.25186108300017840紅柳1121工作面離層透水過程離層水探放鉆孔平面圖離層水探放鉆孔剖面圖3.煤礦水害治理技術3.1 超前治理3)頂板離層水害治理技術攜袋鉆進雙液注漿孔底混合袋內固結拋袋分離在水量較大、水流較快時，這種方法不但可以快速封堵巷道，而且可以節省大量的漿液動水大通道突水鉆孔控制注漿封堵技術411）快速復礦（封堵巷道）3.2 災后治理3.煤礦水害治理技術與裝備過水通道底部淤積現象高壓射流

13、注漿， 劈裂、分割、置換淤積層結石體“生根”，消除“潰壩”風險大斷面過水通道“一步法”淤積層置換技術423.2 災后治理3.煤礦水害治理技術與裝備1）快速復礦（封堵巷道）陷落柱柱頂垂直鉆孔注粗顆粒骨料定向鉆孔注水泥漿液骨料和水泥漿液在陷落柱體內相向混合固結導水陷落柱水泥-骨料反過濾快速封堵技術432）根治水患（封堵水源通道）3.2 災后治理3.煤礦水害治理技術與裝備駱駝山煤礦發生巖溶水突水淹井事故，突水量65000m/h應用地面快速搶險封堵過水通道技術，僅用31天成功封堵巷道，并有效封堵陷落柱瞬變電磁法陷落柱探測成果圖導水陷落柱突水點工程實例駱駝山煤礦水害事故搶險工程示意圖3.2 災后治理3.煤礦水害治理技術與裝備4煤礦水害探查與治理技術發展趨勢45底板水深部煤炭資源開采突水機