1、煤礦水害現狀及防治水對策1 一、我國煤礦水害事故情況 二、我國煤礦水害現狀 三、煤礦水害防治水技術研究現狀 四、水害防治對策 2 我國是世界上煤炭資源及原煤產量最大的國家之一，煤炭資源豐富，2000m深度以上約5.57萬億噸；1000m深度以上2.8萬億噸。也是煤礦災害最為嚴重的國家，作為煤礦五大災害之一的煤礦水害事故頻頻發生。 據不完全統計，在過去的20年里，有220多個礦井被水淹沒，死亡8000多人，經濟損失高達300多億元人民幣。下表反映1996年2004年煤礦水害事故情況。一、我國煤礦水害事故情況3年份 969798990001020304事故總數 150120124123104109

2、162137119死亡人數 488450507468351432516551393重大事故 1310106599145死亡人數 193146159148651681302311074 2005年發生水害事故104起，死亡593人，同比增加18起，多死亡93人，分別上升20.9%和18.6%。水害事故死亡人數占全國煤礦總死亡人數的9.9%。 由此可以看出，近年來我國煤礦水害事故發生的頻率、人員傷亡、經濟損失都呈現出明顯的上升趨勢，特別是進入05年7月以來，又先后發生了江西上栗縣永勝煤礦“7.7” 水害事故、廣東省梅州興寧市羅崗鎮福勝煤礦“7.14”特大水害事故和廣東省梅州興寧市黃槐鎮大興煤礦“8

3、.7”特別重大突水事故。造成了嚴重的人員傷亡和經濟損失。 通過對以上突水事故的初步分析，發現我國煤礦水害事故具有以下特點：5水害死亡率上升。盡管煤礦死亡事故總體上在逐年下降，但煤礦水災死亡事故卻在逐年上升，單次水害死亡率也有上升的趨勢。老空透水事故多發。2004年43起重特大水害事故中，有40起屬老空透水事故，占重特大水害事故的93.0。2005年16月份23起重特大水害事故中，有21起屬老空透水事故，占重特大水害事故的91.3。鄉鎮小煤礦水害事故多發。2004年發生重特大水害事故43起、死亡286人，其中鄉鎮小煤礦發生37起、死亡231人，占重特大水害事故的86.1和80.8。2005年16

4、月份發生重特大水害23起、死亡162人，其中鄉鎮小煤礦發生19起、死亡138人，占重特大水害事故的82.6和85.2。 6雨季水害多發。我國南方部分礦區地面塌陷比較嚴重，在雨季井下涌水量與降雨量相關性非常強，強雨之后的幾個小時井下水量就顯著增大。據調查統計，自2000年以來，湖南、江西、貴州、云南、四川、重慶等地區重特大水害事故有70發生在雨季。國有大礦淹井損失較大。國有大礦井巷工程和機電設備較多，一旦發生突水淹井，大部分設備將全部報廢，礦井排水恢復后，井巷維修任務也非常重，造成的經濟損失也比較大。如2004年9月21日，河北省邯鄲市峰峰礦區永順煤礦違法越層越界開采9號煤，在掘進過程中發生底板

5、奧灰突水，井下水量通過采空區潰入峰峰集團牛兒莊礦，造成全井被淹。這次事故雖然沒有人員傷亡，但造成了直接經濟損失達2.37億元。間接經濟損失達1.45億元。7 煤礦開采多為地下作業，在井巷開拓和煤層的回采過程中，不可避免地要接近、揭露或破壞某些含水層，從而形成水害。我國煤礦水害主要有以下幾個方面：2.1 地表水體及大氣降水造成的水害 地表水體通過礦區含水層露頭、塌陷區、古井潰入礦井造成的水害事故，特別是暴雨、洪水潰入礦井造成的淹井災害及泥石流、滑坡造成的淹埋礦井及工業廣場的災害，其面廣量大。我國受地表水威脅的有江西、湖南、貴州、二、我國煤礦水害現狀8 河南、河北、山東、山西、陜西、甘肅、遼寧、黑

6、龍江、吉林等省。其共同特點是：煤層埋藏較淺，第四系覆蓋層較薄，礦區含水層淺部巖溶發育，容易接受地表水的補給，或礦區地表徑流、匯水面積大。近幾年，因洪水發生地表水潰入礦井及泥石流、滑坡造成的水害事故有增無減，損失巨大大。如1994年雨季，全國17個省份63個礦務局168對礦井遭受暴雨襲擊，沖走煤炭300余萬噸，影響產量700余萬噸，死亡245人，直接經濟損失20.4億元。9 1995年由于降雨極不均衡部分地區遭受百年不遇的洪澇災害，有18個省區57個礦務局145對礦井遭受水災，礦井被淹，沖毀淹沒巷道37.52萬m，居民住房36.50萬m2，設備7300臺件，沖走煤炭883萬噸，影響產量339.3

7、萬噸，經濟損失達15.33億元。鄉鎮煤礦雨季受災更加嚴重，如山東臨沂地區龍山鎮煤礦，1993年一次淹井死亡59人，山東棗莊市黃貝礦1993年11月29日發生特大突水事故，造成礦井淹沒，29人遇難。 此類水害往往來得突然迅猛，井下作業人員無法撤出，造成重大損失和人身傷亡。因此此類水害的防治，必須防水重于排水，防重 10 于治。加強對河流、水庫、塌陷積水區等地表水因素的分析、觀測、減少和防止水體向礦井滲漏和潰入。具體措施是：截斷補給水源、疏堵漏水段、輔砌和改造河流、填排塌陷區積水。2.2 沖積層水害 沖積層中富水性強的含水層，如流砂、砂石層水在煤礦開采過程中潰入礦井而造成的災害。受此類水害威脅比較

8、嚴重的有淮南、淮北、徐州、大屯、鶴崗、遼源等局。該類水害威脅的煤炭儲量約50億噸。造成此類水害事故的主要原因：一是受強含水沖積層威脅的煤層開采過程中，防水煤柱留設不足，冒落帶直接進入松散強含水層造成潰水甚至潰泥砂 11 事故，或導水裂隙帶進入沖積層造成潰水事故，其中有些急傾斜煤層開采過程中，更易發生潰水事故；二是在斷層破碎帶、裂隙發育段冒落高度特大，造成潰泥砂、潰水事故。如徐州義安礦704工作面在推進290m時，上方開了“天窗”，發生了沖積層底部礫石層水潰入井下突水事故，最大突水量453.6m3/h，水夾礫石、矸石、煤塊等雜物共1600m3涌入井下。2.3 老窯水造成的水害 老窯水可分為兩種類

9、型：古窯老區積水和采空區積水。限于當前開采技術，古窯老區水一般都在煤層淺部，開采情況難以掌握。 12 積水中含有有害氣體，一旦透水，易造成工作面停產和人身傷亡事故。 如震驚國內外的2005年“8.7”大興礦難就是水淹區下采煤發生的。大興煤礦埋深約700m，地層傾角在45-70之間。160-260m標高的范圍為水淹的采空區，蓄水量為15002000萬立方米；礦井的生產區為230m440m。防水煤柱高度為70110m。2005年8月7日發生淹井后，人員傷亡達126人，造成事故的原因: 1. 急傾斜煤層不適宜留設防水煤柱， 2. 可能是井下偷采了防水煤柱。 3. 可能是早期煤柱本身就不完整。雖然出水

10、后采用多種物探手段，但效果不理想，未能查明煤柱厚度。132.4 巖溶含水層突水水害 礦區地層中因煤層開采影響到頂底板及厚層灰巖含水層造成的水害。這一類水害是我國分布面積最廣，危害最嚴重的水害，主要存在于華北型和南方晚二疊世的煤礦中。在我國960萬Km2的面積中，就有200多萬Km2出露灰巖，華北型和南方型煤田大都分布在這些巖溶地區，因而60%的煤礦受巖溶水威脅。 如北方有開灤、峰峰、邯鄲、邢臺、井陘、焦作、鶴壁、鄭州、淮北、徐州、肥城、淄博、臨沂、南票、通化、韓城、澄合等局；南方有南桐、豐城、萍鄉、樂平、漣邵、華鎣山等局。隨著礦井的延深和開采范圍的不斷擴大，受巖溶水威脅的各大水礦區 14 頻繁

11、地發生突水災害，水害與生產的矛盾日益尖銳。特別是1984年6月，開灤礦務局范各莊礦2171工作面發生的巖溶陷落柱突水，最大水量達12.32104m3/h，居世界第一，使范各莊、呂家坨兩個現代化礦井相繼被淹，林西礦停產，11人喪生，煤礦產量減少850萬噸，直接經濟損失5億元。2.5 小煤窯造成的水害 近年來，鄉鎮煤礦發展很快，鄉鎮煤礦開采增加了煤炭產量。但由于多數鄉鎮煤礦開采的是淺部煤層，與地表水和老窯積水關系密切，另有一些鄉鎮煤礦開采的是水文地質條件復雜、受水威脅相對嚴重的邊角難采地段15 加之管理工作薄弱，濫采亂掘現象嚴重，破壞了有關防水煤柱。據近年來統計，未經批準濫采亂掘各類煤柱的2863

12、處；直接影響大礦生產的1359處；小窯與國有重點煤礦掘通的4552處，造成嚴重透水事故605次，造成了嚴重的經濟損失和人員傷亡。此外，與國有煤礦無關的6萬多個小煤窯，每年突水傷亡人數也達500人以上，經濟損失更加嚴重。2.6 廢棄礦井地下水的威脅 由于資源或經濟原因，今后將有相當多的礦井報廢、關閉或停產。這些關閉的礦井正常排水條件的改變，使得原有礦區地下水運動發生變化，威脅相鄰礦井的安全采煤。 16 我國東北、西北、華北的近百對礦井都將這個問題提到了重要的議事日程。 總之，由于我國煤田水文地質條件復雜，煤炭開發遭受水害威脅十分嚴重具有水害發生面廣、頻率高、種類多、損失大等特點，形勢日益嚴重必須

13、引起各級領導的高度重視。三、煤礦水害防治技術研究現狀 通過長期工作經驗的積累和認識的深化，人們逐漸探索出了一些不同條件下不同水害類型的探測、預防和治理的行之有效的方法；在這些實踐和認識的基礎上，隨著相關科學的發展和新方法、新手段的應用，礦山防治 17 水技術水平也得到了不斷提高,從簡單的單純排水發展到復雜的預先人工降低地下水位的疏干；從簡單的堵漏發展到現代的注漿和構筑防滲墻技術,已使許多過去因水害而不能開發的礦床得以安全開采。 煤礦防治水技術工作早在上世紀50年代就已引起人們的重視，但由于受歷史條件的限制，整體水平一直處于初期的探索階段。后來雖經6070年代的發展，仍然滿足不了生產的需要，遏制

14、不住水害肆虐的勢頭。80年代初、中期以來，由于較大水害事故頻繁發生，嚴酷的現實使人們清醒認識到，加強防治水的研究力度并盡快拿出行之有效的技術方法已是迫在眉睫的任務。在這種共識下， 18 隨著人力、物力、財力的投入，許多新思想、新理論、新技術方法應運而生，這一時期人們實踐和認識的增強大大提高了我國防治水的整體技術水平，取得了顯著的經濟、社會和環境效益。但由于水患問題的隱伏性、隨機性及復雜性，決定了它的“老大難”性質，也決定了人們對于水患特征、類型及其規律的認識，必然只能是不斷積累、不斷深化的過程，而距徹底征服水害，仍然有相當長的路程。 礦井防治水技術泛指對底、頂板水在內的一切可能或已經造成水害的

15、水體水的賦存介質、補、徑、排規律的探查、預測預報及治理技術，以及在高水頭壓力上采煤技術及19 對礦井排（涌）水的處理和應用技術。為了敘述方便，對我國目前煤礦防治水技術根據其階段性和目的、任務，大致劃分為：水文地質條件探查技術；底、頂板突、潰水預報技術；水患治理技術；地下水供排結合及水處理技術；以及由于礦井水害及排水引起的多種環境負效應，例如地面沉降、土地沙化、水環境污染的預測及治理技術等。3.1 水文地質條件探查技術 水文地質條件探查是包括礦床水文地質在內的一切水文地質工作的重要基礎。常規的水文地質條件探查工作是在相應的普查、初步勘探、詳細勘探階段或普查、詳查及精查20 階段進行的。自80年代

16、中期以來，隨著生產發展的需要，煤礦礦床水文地質條件探查工作較以往不同是出現了兩個較大的轉變：一是研究對象從大到小，即從區域、礦區到采區、工作面的轉變；另一是研究工作從地面到井下的轉變。與這些轉變隨之而來的是探查內容的變化和相應的技術方法的變化。這些轉變和變化的重要性在于：一是探查工作從“宏觀”到“微觀”，即從面區段點上的變化使人們能更精確、更深的水平和層次去研究認識問題；二是從井上到井下的轉變使得探查工作更具專門目的和實用性，可以直接服務于煤礦井下生產，從某種意義上來說21 這是一次“質”的飛躍。到目前為止，煤礦防治水工作者在水文地質條件探測方面已積累了一定的經驗，形成了一些成熟的探查技術方法

17、。這些方法可分別或配套使用于不同類型水文地質體的探查工作中。3.2 底板突水預測預報技術 底板突水預測預報一直是煤礦防治水工作的重點之一。我國60年代就開始研究底板突水問題。30多年來，研究工作基本集中于兩個方面：一是對底板突水機理的試驗與理論研究；二是研制和開發用于底板突水的預測預報技術，包括用于信息獲取，信息處理及信息解譯的儀器、設備及計算機軟硬件技術。22 根據目前國內外學者的研究，一般都認為含水層的水壓和保護層強度是確定是否突水的主要原因，因此研究重點放在礦壓、水壓的變化及在它們聯合作用下斷層、裂隙等的力學性質及變形方面，即采動應力場和滲流場耦合分析。“巖水應力關系說”、“遞進導升說”

18、就是這些研究中形成的兩種典型理論。“巖水應力關系說”認為底板突水是采動礦壓和底板隨水壓共同作用的結果，當底板隔水巖體的最小主應力小于承壓水水壓時，便產生壓裂擴容，發生突水；“遞進導水說”是指煤層底板下伏含水層底板破壞深度，而該處又處于張應力應變狀態時，便發生突水。23 這些方法在進行數據處理和數值模擬時，應用了巖體液體兩相介質的二、三維耦合模型及其它巖體水力學理論，擴展和充實了各自的理論體系。該兩種方法已形成了各自的突水預測預報系統，并已應用于實際生產，取得了良好的效果。 “突水系數法”是上世紀60年代就提出的一種突水預測方法。70、80年代考慮到礦壓、巖性組合及導升高度等因素的影響，對突水系

19、數進行了兩次修改；1984年5月出版的礦井水文地質規程附錄五明確了“安全隔水厚度”和“突水系數”計算公式。90年代初期又提出了“安全系數”的概念，形成了“雙系數”法，使這種預測方法仍具有較強的生命力。24 此外，由于信息論、系統論、數量化理論等的引入，一些新的突水預測預報方法已經或正在形成并投入使用，例如突水災害信息分析法、數量化、預測化、仿真技術及神經網絡預測法等。用于突水災害預測預報的專家系統業已開發成功并投入使用，顯示出了其廣闊的應用前景。3.3 頂板潰水潰沙預測預報技術 頂板潰水潰沙是與底板突水不同的另一類水害類型。它主要是指沿一些強導水通道，或因采礦擾動而使地表、第四紀水、沙或充填于

20、巖溶洞穴等中的水、沙同時潰入礦坑而造成災害事故。目前對這一問題的研究主要 25 集中于對第四紀底部含水介質性質、采煤過程中頂板三帶發展及分布規律、巖溶塌陷條件及機理、水沙多相流流動形式及產生條件等方面。對頂板三帶及分布規律的研究已取得了由經驗公式、解析計算向彈塑性力學、應力應變、大變形理論及水巖相互作用于一體的定量化動態模擬轉化的飛躍。對于巖溶塌陷條件及機理的研究提出了“潛蝕理論”、“真空吸蝕理論”及“潛蝕真空吸蝕耦合”理論。隨著理論研究的深入，一些配套的治理措施，如“抽放法”、“封堵法”、“固結法”等技術正在因地制宜地使用或配套使用。3.4 “疏水降壓”和“注漿堵水”技術26 “疏水降壓”和

21、“注漿堵水”是煤礦水害防治的兩大工程措施。水害治理技術方法的選擇依賴于對水文地質條件的認識，也可應用突水預測預報給出的信息。 帶水壓安全開采技術簡稱帶壓開采技術。它是指當煤層底板隔水層承受較高水壓時，在不進行或很少進行降低水壓的情況下確定能否安全采煤的技術。如果不能開采，則有相應措施與之配合，使其變為安全。從一定意義上來說，帶壓開采技術的實質或主要內涵是對能否在水壓力下安全采煤（即是否可發生突水）進行評價，因此該系列技術也是一類底板突水預測預報技術。27 對于一些災害性突水事故，為了搶險救災，大多采用注漿堵水的方法。突水水源與徑流通道的探測以及突水類型的確定，是注漿堵水具體方式、方法選擇及工程

22、設計、實施的重要基礎與依據。在“水文地質條件探測技術”中介紹的方法多數已應用于這方面的探測中。此外，在突水水源識別與判別中，多元（變量）統計分析方法、模糊聚類分析方法、灰色系統理論等已經投入使用，并取得良好的效果。在對突水水源及通道探測中，鉆孔雷達業已開始應用，其可實施單孔或兩孔孔間測量，確定斷層、裂隙、溶洞的大小、形態、空間展布以及探測地下水害水28 區（帶）等，即可獲得直接應用于工程設計和實踐的信息。控制疏干技術 該技術是指控制礦坑內水位降落漏斗現狀,在保證井巷開拓及采礦工程安全進行的前提下,盡量少排、晚排地下水,達到預防突水淹井、減少排水費用、保護地下水資源及控制地面塌陷等目的,它主要是

23、通過降壓疏干、注漿堵水及物理探測等手段來實現,是傳統疏干技術的發展。長沙礦山研究院采用該技術已解決了多個大水礦山的防治水難題。如廣西南丹高峰錫礦,礦體賦存于強含水的生物礁灰巖中,在斜井下掘過程中,多次發生突水淹井,致使29 工程停工,經采取工作面雙頻激電儀、紅外測溫儀探測工作面前方含水構造,再進行分階段放水降壓輔以工作面預注漿堵水,使斜井順利下掘到位。 拋碴注漿治理淹井技術 該技術是指先向被淹井巷(豎井、斜井、平巷)內投放石塊,再進行注漿封底,達到隔離突水水源,恢復被淹井巷的目的。對于平巷突水淹井,可在上部中段或地表鉆孔(或爆破)透通突水巷道,然后采取孔底清泥、孔內投碴、速凝間歇注漿及注漿加固

24、等手段封堵突水源,如王家山煤礦、711礦均采用該法成功封堵了動透水； 30 對于斜巷突水淹井,可采取風筒拋碴、單管自溜灌漿、間歇注漿等辦法隔絕水源,如高峰錫礦通風斜井突水淹井,即用該法得以恢復。 深井高壓涌水注漿技術 深井高壓涌水治理因其技術難度大、風險高,一直是礦山防治水領域非常重視的一個課題,長沙礦山研究院在處理國內最深的冬瓜山礦主井工作面高壓(8)涌水時,自主開發了多項新工藝,成功使被淹井筒恢復并下掘至1000余米,主要新工藝有: a. 泄壓誘導注漿法。 b. 高壓防噴裝置。c. 地面投料注漿系統。d. 高壓涌水孔套管止水工藝。 e. 高壓止漿塞。f. 超細水泥注漿。31 帷幕注漿截流技

25、術 礦區帷幕注漿是由我國防治水工作者20世紀60年代以后提出并推廣實施,目前已有二十多個工程實例,解決或緩解了許多大水礦山的難題,但也暴露出了工程投資高、堵水率有限、布孔針對性不強、截流能力衰減、注漿效果檢測手段落后及注漿施工自動化程度低等弱點,限制了該項技術的全面推廣。 井下頂板帷幕注漿技術 該技術是地面帷幕注漿技術的發展,具有節約排水費用、保護地下水資源、保護地質環境及不浪費礦產資源等顯著優點,其適用條件是:礦體相對集中、緊接強含水層,如疏干排水,易引發嚴重的環境地質問題,甚至使資源失去開采價值。32 水害的防治是一項系統工程，既要有強有力的領導、完善的制度；又要有先進的技術及嚴格的措施保

26、證。同時還要求全員重視，協同防范。 4.1 加強領導 完善制度 應強化“三個體系”，嚴格“六項制度”。 “三個體系”一是健全以主要負責人為首的領導體系。成立以主要負責人為組長的防治水工作管理領導小組保證防治水資金到位及防治水 四、水害防治對策33 工程的落實，地測科具體負責日常水文地質工作，制定了相應的管理制度及崗位責任制。二、健全以總工程師為首的技術管理體系。配備分管防治水工作的副總工程師及防治水工程技術人員，組織不同形式的技術培訓，加強防治水基礎業務的培訓和知識更新，努力提高防治水專業人員的業務素質。三、健全防治水保障體系。提高全員對防治水重要性的認識，當井下發生出水及存在透水征兆時，及時

27、反映到有關部門。防治水專業人員應迅速查明出水水源，分析出水通道，采取相應的措施。 34“六項制度”一是公司及各礦均應比照煤礦安全規程、礦井水文地質規程、煤礦防治水工作條列，建立防治水工作實施細則，嚴格按照細則開展防治水工作，做到責任到人，任務明確。二、進行隱患排查制度。每月底對所有采掘頭面的水情水害進行全面排查、科學分析，編制水患排查報表，由集團公司召開隱患排查會，組織有關人員分析論證后，對確實存在水患的頭面編制隱患排查通知書，并及時下達到生產單位。月底根據生產現場實際情況進行客觀總結，把礦井受水患威脅的苗頭消滅在萌芽狀態。35三、嚴格水情預報制度。每年底對下一年采掘范圍內的水害隱患詳細分析，

28、列出計劃，提出總體防治措施，并列入礦井年度消災規劃中；每季度初編制礦井水害水情季度預報，對本季度內的防治水工作做統一安排部署；月初根據隱患排查結果逐頭逐面下達水文地質預報書；對事先未預料到的水情，及時下達臨時預報。水文地質預報工作做到年有年報，季有季報，月有月報，平時有臨時報，真正做到了防患于未然，大大增強了防治水工作的針對性和實效性；四、會審審批制度。每項防治水工程開工前均要編制詳細的施工設計和相關的安全技術措施，會同相關單位工程技術人員一起認真 36 審閱核查，最后經集團公司審批，做到層層把關，層層落實，確保防治水工程高效安全地實施 ； 五、采前驗收評價制度。 對存在水患的工作面，回采前由

29、集團公司組織有關專家和工程技術人員對各項防治水工程作統一驗收，根據各項防治水工程實施結果，對工作面回采時的安全性作綜合評價，對仍不能安全回采的工作面找出癥結，重新治理，直至安全回采；六、嚴格獎懲制度。建立礦井水害防治專項獎勵基金，用于獎勵在礦井水害防治中有功人員及單位。對于在礦井水害防治中不負責 37 任或玩忽職守，造成防治水工程延期或水害事故的，必須依情節輕重給予經濟及行政政策處罰； 4.2 推廣應用新技術 做到水害超前治理 長期以來，礦山防治水主要著眼于煤礦生產的安全，常常帶有被動性，這是狹義上的防治水。從煤炭工業發展需要而言，從總結防治水工作經驗的角度，今后防治水工作將不僅僅是防治水害，

30、而應該是為了保障礦山安全，保護和改善環境，提高效益而進行的綜合性地質工作。保障礦山安全則首先要求防止礦山水害以及與地下水、地表水活動有關的地質災害的發生，一旦發生災害則應該38 將災害損失降到最小，用最有效、最經濟的辦法去治理。其工作基礎之一是水文地質和相關的地質工作，故充分地研究礦區水文地質條件，才能增強防治水工作的主動性和前瞻性。4.2.1 編制礦區及礦井防治水規劃 依據生產發展規劃，對防治水的一些重大課題和新技術手段的研究試驗以及重大防治水工程項目，編制切實可行的規劃，組織力量，投入資金，重點落實。編制好防治水科研與防治水工程規劃，使防治水工作有序地、科學合理地進行，克服盲目性，增加預3

31、9 見性，以最佳的方法，最少的投入獲得最大的煤炭經濟效益。4.2.2建立、完善井上下水文動態監測系統。施工不同含水層的長觀孔，做到定期觀測，及時掌握各含水層的水位動態。4.2.3建立礦區水化學判識系統。根據礦區不同的水化學場，找出特征離子或元素，做到及時判別出水水源。4.2.4開展井上下綜合立體探查。包括鉆探、物探及化探探查。 鉆探 鉆探探查主要有地面鉆探及井下鉆探。地面鉆探用于水文地質條件的探查及地面物探異常的驗證,有條件的地點應進行水文地質補勘 40 井下鉆探主要用于巷道超前探、煤層頂底板水的探查及疏放、井上下物探異常的驗證，必要時進行注漿加固。物探 物探探查技術日新月異，方法手段較多，主

32、要有以下方面： 全息高分辯率三維地震勘探； 槽波地震探測技術； 坑透及層析成像探測，即計算機斷層掃描； 瑞利波勘探技術； 高分辯自動電阻率探測系統；41 無源地電測量； 多參數前兆監測儀。多參數巡回監測儀； 巖體原位應力探測； 高靈敏度脈沖干擾技術； 鉆桿試驗技術； 探地雷達與鉆孔雷達； 物探手段的選擇應根據地區的物性條件區別對待，中國礦業大學對皖北煤電集團公司下屬各礦近十年來各種物探方法分析后認為，適合皖北礦區的物探方法主要有以下幾種：42 a.地震探查。隨著數據處理技術的提高，自90年代以來高分別率三維地震勘探新技術發展迅速。這種方法不僅能夠查清斷距大于5m的小斷層，還可以探查典型陷落柱。

33、地震方法在煤礦防治水應用的另一種形式就是井下槽波地震探查。槽波地震法是利用彈性波在不同密度的地層界面上產生的并沿該界面傳播的全反射波進行地質異常探測。它可以準確地圈定工作面或采區范圍內的陷落柱邊界，對煤礦防治水工程部署具有重要意義。b. 電法探測。 電法探測的新技術主要有礦井音頻電透視和瞬變電磁技術。音頻電透視技術是上世紀 43 90年代末開發并應用于煤礦工作面頂底板富水性異常體探查的新方法，它以巖層的導電性差異為基礎探測含水構造。音頻電透視法采用的多頻點音頻技術既可探查水文地質異常的平面位置，又能確定其立體形態，最終以CT成像法方式顯示出來。 瞬變電磁法（TEM）是利用不接地回線或接地線源向

34、地下發送一次電磁場，在一次脈沖場間歇期間，使用不接地線圈或接地電極觀測二次渦流場的方法。其物理基礎為電磁感應原理，即導電介質在跳躍變化的激勵磁場的激發下產生渦流場的問題。由于感應二次場的衰變規律與地下地質體的導電性有關，通過研究二次場的衰減規律可以探測到地下44 地質異常體。該技術過去主要應用于地面勘探，近幾年開始應用于礦井下，應用較為廣泛。c.無線電波透視 由重慶煤科分院生產的WKT-D型無線電波透視儀，在實際生產應用中效果明顯，對工作面內斷層、煤層變薄、隱伏含水構造等均有顯示，能夠有效的指導采前防治水工作。d. 原位應力探測 原位應力探測是根據套筒致裂原理測量煤層底板采動前后的靜態、動態原

35、位地應力、巖體的破壞強度和底板破壞深度的方法。這一方法為采前模擬計算，評價工作面底板的45的水情提供了數據。化探 化探主要是水化學分析、微量元素及同位素分析、示蹤試驗等，目的是尋找特征離子及元素，及時判別出水水源。4.2.5 提升礦井防災、抗災能力。 應根據礦井的水文地質條件，進行礦井擴排，提高礦井排水能力。有條件的礦井應建立水閘墻 ，實現分區隔離。4.2.6依靠科學進步，進一步搞好防治水技術攻關。46 積極與科研院校合作，開展防治水技術攻關，重點解決防治水重點、難點問題。開展水患發生機理的試驗與理論研究 在突水機理研究上，室內模擬試驗，包括物理模擬與數值模擬應進一步重視與加強。相似材料模擬將

36、實現集參數及有關信息采集及存貯、處理為一體的系統化技術，并將與數值模擬聯合使用。在模擬條件及要素上，將具有更強的仿真性。由于模擬是將實際情況按一定要求縮小，因此結果具有實用性、可信性和直觀性，它將對現有突水機理的有關理論進行檢驗，并有可能提出新的認識與見解。47計算機信息技術新的開發與應用 目前已開發成功并投入使用的計算機信息化技術主要有：“水文地質信息集成化處理系統”、“礦區水文地質數據庫與圖庫系統”、“水患診斷專家系統”、“突水災害預測預報專家系統”、“礦坑突水預測信息分析系統”等，預計在不太長的時間內，各礦區將相繼建立自己的防治水綜合信息庫及診斷系統，并將最終形成區域和全國聯網，從而形成

37、全國規模的水患災害數據庫及處理系統，達到信息互通、資料共享，為防治水工作帶來極大的方便。礦井突水的可視化適時預測、預警系統開48 發研究。 主要利用高靈敏度多參數檢測技術、計算機及信號處理技術、水文地質及工程地質理論對采礦活動全過程圍巖水文地質、工程地質性質及其變化進行適時監測、適時分析、適時決策，并在地面適時可視化監測采礦活動全過程圍巖水文地質、工程地質性質及其變化，進而對礦井突水進行可視化適時預測、預警。4.3 皖北礦區主要水害的防治案例 皖北礦區水文地質條件復雜，水害威脅較為嚴重，如任樓煤礦存在的奧灰巖溶導水陷落柱，祁東礦區厚松散層底含強含水層，恒源公司、劉橋一礦的49 的開采煤層底板灰

38、巖水，百善礦提高上限開采時的松散層底含水。對此，我們采用地面井下物探、鉆探、化探及放水試驗等相結合綜合探查手段予以查明。4.3.1 陷落柱的超前治理 任樓礦區已于1996年3月4日發生隱伏導水陷落柱突水淹井，最大突水量達34570m3/h。由于陷落柱規模小，水壓大，導水性強，對該導水體的超前探查難度相當大，我們采用地面三維地震、地面電法與井下物探、鉆探、化探等超前綜合探查技術。探測出任樓煤礦2導水陷落柱并進行了快速處理。50案例一 任樓煤礦隱伏導水陷落柱的綜合防治技術與實踐煤礦水害現狀及防治對策皖北礦區隱伏導水陷落柱.ppt514.3.2 沖積層水害的防治 祁東礦于2001年11月發生了松散層

39、底含透水淹井，最大透水量達1520 m3/h。礦井發生透水后，我們采取了強排追水，邊治理，邊生產的方法，使礦井得到快速恢復生產。在生產中采取的措施是：一是降限開采，增加防水煤柱的高度，確保生產安全；二是采用井上下物探、鉆探相結合，查清底含的水文地質條件。三是建立健全井上下水文動態監測系統，研究底含的突水機理。四是利用先進的注漿堵水技術，徹底封堵透水通道。52案例二 綜合注漿法根治3222工作面突水災害 祁東煤礦所屬井田為第四系巨厚松散含水層覆蓋下的隱伏煤田，煤系地層屬石炭二疊系，礦井的直接充水含水層為煤層頂，底板砂巖裂隙含水層，補給水源為第四系底部的第四含水層（以下簡稱“四含”）和太原群灰巖含

40、水層（簡稱“太灰”）。1. 3222工作面突水經過及治水方案 3222工作面位于一水平二采區，起止標高-420-540m，“四含”防水煤柱60m，32煤平均厚2.5m，傾角13，該面于2001年11月5日開始試采，11月24日4：30，工作面推進 53 至42m時頂板周期來壓，機頭處底出現少量滲水，11月25日增至1520m3/h，由于礦井排水能力不足，-600泵房被淹。 經分析，突水水源來自“四含”，突水與覆巖的采后冒裂破壞及采面的周期來壓有關。但“四含”水的來水通道和突水具體位置不清。根據對當時井下水情及其發展趨勢的分析、判斷，決定采取先強排復礦、搶建隔離水閘，然后再進行注漿根治的治水復礦

41、技術思路。為了確保復礦后的安全生產和給“根治”工程創造一個靜水注漿的條件，在強排到底恢復泵房后，建成3222機風巷高壓封水隔離 54閘墻。2. 3222工作面注漿根治工程 由于“四含”水的來水通道和突水水源尚未封堵，關閉在水閘墻內的高壓水是“四含”水延伸至采區內的一個“定時炸彈”，它不僅將通過“滲透”長期增加相鄰采區、工作面的涌水量，而且在相鄰地區的開采中隨時都有通過無法預見的某些薄弱環節再次發生突水災害的危險。為此，上述水害隱患必須予以徹底根治。 2.1 技術途徑和目的要求 根治的最終目的是要把“四含”水進入煤系地層和采面的主要導水通道予以徹底封堵，消除隱患，保障安全生產。 55為了提高封水

42、效果，有利于被淹沒的綜采設備的回收，避免后期巖移下沉對“固結體”的破壞和盡可能降低堵水工程成本，決定對采空區和冒裂帶的充填注漿采用就地取材的粘土水泥漿，對采空區冒裂帶以上至“四含”這一段基巖內較發育的隱伏導水通道，采用特種水泥漿注漿的方法予以封堵以確保注漿質量。2.2 主要技術難點如何準確分析判斷突水通道的隱伏部位并通過少量鉆孔進行有效、有控制的注漿封堵。56如何準確確定冒裂帶的上部邊界和通過少量鉆孔實現對采空區和冒裂帶充分的充填灌注，并使固結體的硬度達到最適宜的程度（既有一定的抗壓、支撐能力，又不會把綜采設備“固死”）。如何盡可能擴大本次注漿的有效充填范圍，并使各孔之間的“注入體”實現有效的

43、連接，和盡可能防止漿液的無效擴散。如何通過漿液配比的調控，使早期注入的漿體、中期注入的漿體、以及晚期注入的漿體，通過加壓脫水大體上達到同期凝結的目的，并使注漿壓力和單位時間注入量等達到可隨機調整、控制，使每一次注漿的有效性和合理性得到提高。57如何依據現有的技術方法和觀測手段，全過程跟蹤分析，掌握地下巖層中變化著的水情和導水裂隙的封堵情況。根據本次注漿的特點和專門要求，在注漿的配套設備和工藝、技術方面必須克服和解決以下難點，即：粘土水泥漿的日造漿、注漿能力不小于300m3/日，純高稠度水泥漿的造漿能力不小于25m3/h，單孔最大注漿能力不小于900L/min，最小注入量不大于80L/min整個

44、造漿系統具有連續配制漿液和能高壓（1020MPa）壓注比重高達1.9的高稠度漿的能力。58理中所創建的一個新的不同于常規的治水技術思路和一套具有創新意義的配套技術。它成功地創出了在井深600多m的大型礦井突水淹井后僅兩個月零五天，快速恢復安全生產，當年產煤110萬噸的新水平；在水流量320507m3/h的全煤上山巷道內設計建成高壓封水隔離閘墻，創出了邊生產邊根治水患的新模式，取得以少量鉆孔成功封堵隱伏來水通道，徹底消除水害隱患，堵水率100的高效治水成果。在注漿全過程中成功地保護水淹區的綜采設備免遭損壞和為最后安全撤出這些設備創造了極好的條件。其要點如下： 59根據突水水樣中的特征元素含量，快

45、速判定突水的主要水源及其介入比例的分析、計算方法。強排過程中，全程跟蹤監測、計算突水點水量變化的分析、計算方法。強排設計的計算方法和有關參數的取值。在斷面面積12m2，流量320507m3/h的全煤上山巷道內設計建造高壓封水閘墻的技術和在高承壓條件下的局部補強技術（關閘后長期承壓4.5MPa以上，后期還承受10.0MPa以上的綜合注漿壓力）。60針對本次注漿根治的目標和存在的特殊困難，研究創造了“多種注漿材料，多種漿液配方，分層次、分階段，有控、變量、選擇性綜合注漿法”。a.把整個注漿空間由下而上劃分成三個不同的“層段”，即：以巷道和采后冒落帶為代表的“底部層段”；以采動導水裂隙帶為代表的“中

46、部層段”；和隱伏有“四含”來水通道的上部基巖段。b.針對各層段的特點及其應起到的作用，規定了不同的要求。其中：“底部層段”以充填為主，使其對上部各層段起到“底托”、“阻漿”、61 “消壓”的作用；中部層段仍以充填為主，但應能把原有的采動導水裂隙帶改造成為阻水裂隙，并把各孔注漿的有效擴散范圍互相連成一體；上部基巖段的構造裂隙及其與采動導水裂隙的結合部位，是消除突水隱患的關鍵所在，必須徹底加以封堵，使其成為可靠的隔水巖體。c. 對不同的“層段”采用不同的注漿材料、漿液配比和不同的注漿工藝，進行選擇性注漿。“底部層段”以孔口自流灌注的方式，灌注強度較低，具有一定可塑性的以粘土為主的高濃度粘土水泥漿，

47、要求快速對閘墻以里的巷道空間達到基本充填，以增強閘墻的綜合抗壓能力；62 “中部層段”以限壓灌注增強型高濃度粘土、水泥漿為主，多次復注，并根據孔內水位、壓力、進量和孔間竄漿等的全程監測分析，逐步“增壓”、“減量”；“上部基巖段”采用特種配方的高濃度、速凝、增強型水泥漿，“限壓”、“有控”，反復注漿，既要把來水通道一個不留的全部牢固地封堵好，又要控制漿液，不向上進入“四含”而大量流失和向下竄入“底部層段”封固、損壞綜采設備，根據通道進漿阻力的積累和增長，逐步“增壓”、“減量”。63 d.改進常規的注漿模式和“ 單一性”指標，對不同“層段”和不同的注漿階段規定了不同的注漿材料、配比和限壓變化區間，

48、采用單孔注漿，多孔輪流注漿、多孔或多泵聯合注漿、定量間歇注漿和大小泵量交叉注漿等多種形式來調控壓力和進量。整個注漿進程以底部充填注漿為基礎；中部限壓注漿為鋪墊，及上部控壓、加壓封水注漿為目標，并在封水注漿之后,對整個注漿段進行最終的高壓脫水注漿，從而體現和實現“有控”、“變量”、“選擇性”綜合注漿的要求。2.5 注漿根治工程取得的經濟效益 由于采用新的“綜合注漿法”徹底封堵了隱伏在上部基巖中的“四含”來水通道，重新再造了被 64 采動破壞的防水煤巖柱。經實地檢驗，堵水率100%，不僅消除了原突水區的長期涌水量（320-507m3/h）,每年節省排水費560萬元；而且還為安全撤出突水工作面價值為

49、2115.02萬元的全套綜采設備，創造了極好的必要條件。截止到2003年6月，該套設備已全部安全撤出。 由于采用了特制的粘土水泥漿，減少水泥用量10000噸以上，減少工程造價約300萬元。比常規的治水方案，可以在突水區周邊減少防水煤柱約15萬噸，可為企業增收1200萬元。654.3.3 底板灰巖水害的防治 2001年以前，恒源公司、劉橋一礦已多次發生工作面突水，出水量達300400 m3/h，隨著開采深度的增加，底板承受太灰水壓達34Mpa，而底隔厚度僅4056m，突水危險性增加。采取措施一是進行疏水降壓，(兩個礦的疏放水量均為400500 m3/h)，降低開采水頭值。二是采用井下綜合物探、放

50、水試驗及地面打鉆注漿加固改造底板。三是研究區內水文地質條件及構造薄弱易發生突水地段預測突水量。四是做好工作面回采期間的疏排水工作。66案例三 恒源公司614工作面底板灰巖水的防治1 工作面水文地質條件 614工作面位于北翼六煤層-400m以下水平首采工作面，為一不等長工作面，里段斜長130m，外段斜長190m。頂底板砂巖裂隙水豐富，是掘進及回采過程中的主要直接充水水源，掘進中總水量為24m3/h，以頂板淋水為主。 區內六煤層至一灰間距為41.454.5m，平均為47.57m，一灰上覆海相泥巖厚9.725.1m，平均厚18.5m。工作面承受的灰巖水壓為67 2.762.97MPa，估算回采中破壞

51、深度為14.9m，底板灰巖水的平均突水系數為0.0850.091MPa/m，大于臨界突水系數。根據相鄰礦井開采突水情況，正常區段經適當疏放可以安全回采，在構造區段或裂隙發育段及灰巖導升較高地段，易引起底板灰巖突水，應采取注漿加固措施。2 底板太灰水突水危險性評價2.1 底板有效隔水層厚度的確定2.1.1 底板采動導水裂隙帶深度(h1)的確定68 （1）數值模擬計算 根據對底板采動破壞帶進行的數值模擬，得出底板最大破壞帶深度h1：斜長130m時為12.76m；斜長190m時機巷端破壞深度為19.76m。（2）經驗公式計算 工作面里段：斜長L=130m h1=13.64m。 工作面外段：斜長L=1

52、90m h1=20.12m。（3）理論計算法 根據理論公式計算結果，該面底板最大破壞深度為14.25m。69（4）井下震波CT探測結果為14.9m。 綜合以上結果，除經驗公式法計算結果偏大外，其它幾種方法所得結果基本相近，故以實測值為準，最終取底板破壞深度為14.9m；斷層帶或構造異常區底板采動破壞深度比正常巖層中增大0.51.0倍，取25m，作為評價依據。2.1.2 承壓水導高帶高度（h3）的確定 原始導高，系指在未受采動影響之前（即在原始應力作用下），煤層底板承壓含水層中的承壓水沿著底板隔水層導水裂隙上升的高度。 70 太灰水原始導高對底板突水起著積極的作用，使隔水層的阻水能力減弱。據研究

53、，原始導高與巖性有關，一般在脆性巖層中比塑性巖層中發育好，砂巖比泥巖中發育好。蒙脫石泥巖中一般不發育原始導高，這與泥巖遇水膨脹密實裂隙有關。 根據鉆孔資料分析，該面六煤底板隔水巖層底部普遍發育一層泥（頁）巖，厚度9.7025.1m，在正常地質條件下，原始導高存在的可能性較小。但在構造影響地帶存在原始導高也是可能的。根據臨近淮北楊莊煤礦經險，一般導升高度為210m。同時，承壓水在采動礦壓作用下可進一步向上導升，使有效隔 71 水層厚度減小。本次評價正常地帶取零，構造異常帶取5m。具體評價時以工作面鉆探、物探資料為準。2.1.3 有效隔水層厚度（h2）的確定 有效隔水層厚度（h2）為底板隔水層總厚度（h）減去采動底板破壞帶深度（h1）與承壓水導升帶高度（h3）之和，即：h2= h（h1+ h3）。 工作面底板平均厚度：里段取41.40m，外段取53.25m，據此則該工作面有效隔水層厚度分別為：里段：在完整區段為26.6m，構造區段為 7211.4m，外段：在完整區段為