煤礦水害防治技術研究

xx教授級高工河南煤化焦煤集團副總工程師1謝謝觀賞2019-7-19煤礦水害防治技術研究

1謝謝觀賞2019-7-19

突水水源探查技術突水水源識別技術煤層底板含水層注漿改造技術突水點注漿封堵技術帷幕注漿截流技術防水煤巖柱留設技術水害隔離技術疏水強排技術斷層防水技術2謝謝觀賞2019-7-19突水水源探查技術2謝謝觀賞2019-7-19一、突水水源探查技術物探針對掘進巷道和回采工作面不同的物探條件，在井下分別利用瞬變電磁、音頻電透、直流電法、無線電波坑透、瑞雷波、地質雷達等先進物探儀器探測了可能的突水水源；同時在地面利用三維地震、瞬變電磁等進行區域水文地質條件勘查。3謝謝觀賞2019-7-19一、突水水源探查技術3謝謝觀賞2019-7-19鉆探

在物探基礎上，對低阻異常區打鉆驗證。物探是突水水源探查技術的輔助手段，而鉆探是突水水源探查技術的根本手段。4謝謝觀賞2019-7-194謝謝觀賞2019-7-19二、突水水源識別技術不同含水層由于其埋深、賦存條件的差異表現在水文地球化學特征上也有差異，這為判別水源提供了依據。水動力場法

突水發生后，突水含水層水位會發生相應的變化。水位的觀測方法有：傳統的人工觀測法、現代的遙測法及水位自動監測系統。水位下降的含水層即為突水含水層。特征組分分析法5謝謝觀賞2019-7-19二、突水水源識別技術水動力場法5謝謝觀賞2019-7-19模糊聚類法

以焦作礦區6個奧灰水樣、2個二灰水樣、14個八灰水樣的突水水質資料，建立的奧灰、二灰和八灰三類水源聚類模型：y1(x)=-93.9184＋3.6718*Ca+1.5059*Na-1.6225*SO4-0.3624*Cl(奧灰)y2(x)=-93.9184＋3.6718*Ca+1.5059*Na+1.6225*SO4-0.3624*Cl(二灰)y3(x)=-93.9184＋3.6718*Ca+1.5059*Na-1.6225*SO4-0.3624*Cl(八灰)6謝謝觀賞2019-7-19模糊聚類法y1(x)=-93.9184＋3.6718*特征曲線法

根據突水水質資料，選定礦化度、(Ca+Mg)/(K+Na)

、K+Na、Ca、Mg、Cl、SO4、HCO3等8個數據，給出了6

種突水水源的特征曲線如下：水質特征曲線7謝謝觀賞2019-7-19特征曲線法水質特征曲線7謝謝觀賞2019-7-19

分析放射性同位素氚（T）的含量可以看出：直接接受大氣降水補給且孔隙及溶隙發育的含水層其氚含量高，如第四系砂礫巖孔隙水和奧陶系巖溶水的氚值均在5T.U以上；間接接受大氣降水補給且裂隙或溶隙不甚發育的含水層其氚含量低，如頂板砂巖裂隙水和底板L8灰巖水的氚值均小于0.5T.U。這說明頂板砂巖裂隙水和底板L8灰巖水的運移速度較慢，地下水的補給來源主要為鄰近含水層，這與實際的水文地質條件是吻合的。各水源同位素測試結果同位素法8謝謝觀賞2019-7-19分析放射性同位素氚（T）的含量可以看出：直接接受大氣

煤層底板含水層注漿改造技術，是通過注漿鉆孔注漿來充填底板灰巖含水層的巖溶裂隙和導水裂隙，從而大大減弱含水層的富水性并切斷水源補給通道，使受注含水層被改造為不含水或弱含水層，實現工作面不突水開采。三、煤層底板含水層注漿改造技術九里山礦底板含水層注漿改造地面注漿站9謝謝觀賞2019-7-19煤層底板含水層注漿改造技術，是通過注漿鉆孔注漿來充填注漿材料及配比的研究

注漿材料：粘土、水泥、粉煤灰以及軟固料，斷層帶以水泥為主，其它地區以粘土水泥漿為主，水泥占固料的20-30%。注漿孔布置及成孔工藝研究

裂隙發育但互相不連通的含水層，鉆孔布置方向以垂直裂隙方向為主，孔隙水及X型裂隙發育的含水層以均勻布孔為宜，每個鉆場的鉆孔分三個序次布置。套管下入深度以不發生底鼓為宜，如果提前見水則增加套管的級數。10謝謝觀賞2019-7-19注漿材料及配比的研究10謝謝觀賞2019-7-19注漿深度的研究

H=P/1.0注漿擴散范圍探測技術研究

在漿液中添加食鹽，提高了受注含水層的物探靈敏度，注漿后利用物探技術探測其擴散范圍。高水壓含水層注漿終壓技術研究

傳統的注漿終壓為水壓的2.5到3倍，而現在注漿終壓以克服水壓的絕對值來評價，在條件允許的情況下盡可能提高注漿終壓。酸溶法擴大巖溶裂隙增加注漿量技術研究11謝謝觀賞2019-7-19注漿深度的研究11謝四、突水點注漿封堵技術

按突水點水流是否流動可分為：動水注漿堵水和靜水注漿堵水。按作業場所不同可分為：地面注漿堵水和井下注漿堵水。（一）地面注漿堵水地面注漿堵水按突水點是否流動可分為動水注漿堵水和靜水注漿堵水。12謝謝觀賞2019-7-19四、突水點注漿封堵技術按突水點水流是否流動可分為

注漿材料有兩類：一類是固料類，包括：砂子、石子、鋸末、粉煤灰、海帶和玉米芯等。另一類是液體類，包括：純水泥漿、粘土水泥漿、水玻璃水泥漿等。自55年以來，焦作礦區共進行地面注漿堵水84次，共封堵水量1745m3/min，其中最大一次封堵水量320m3/min。13謝謝觀賞2019-7-1913謝謝觀賞2019-7-19（二）、井下注漿堵水

煤礦突水點井下動水注漿封堵技術就是在井下對正在涌水的突水點進行注漿封堵。它具有比地面注漿堵水節省工程量、位置準確、施工工期短等優點，但井下突水點動水注漿具有水壓高、井下環境受限等缺點，給注漿堵水帶來困難，需要通過研究解決一些技術難題。煤礦井下突水點動水注漿堵水按堵水的方法進行分類可以分為：壁后注漿堵水、利用煤層底板含水層注漿改造系統注漿堵水、建水閘墻堵水或建水閘墻注漿堵水、打鉆注漿堵水和建止漿墊注漿堵水。14謝謝觀賞2019-7-19（二）、井下注漿堵水14謝謝觀賞2019-7-19420m3/h古漢山礦利用注漿改造系統封堵11071工作面突水點工程布置圖15謝謝觀賞2019-7-19420m3/h古漢山礦利用注漿改造系統封堵11071工作面突

壁后注漿堵水技術1．適用條件壁后注漿堵水主要應用于巷道或井筒淋水。2．施工步驟（1）收集資料，編寫施工設計和安全技術措施（2）施工前的準備工作（3）注漿孔施工（4）注漿堵水注漿鉆孔布置圖16謝謝觀賞2019-7-19壁后注漿堵水技術注漿鉆孔布置圖16謝謝觀賞2019-7-13．實例

朱村礦北區石門大巷，淋水巷道長250m，涌水量180m3/h,注漿后殘余水量8m3/h，堵水率達95％以上，效果良好。

利用煤層底板含水層注漿改造系統注漿堵水技術1．適用條件該堵水方法主要應用于實施煤層底板含水層注漿改造開采工作面附近的突水點或煤層底板含水層注漿改造系統輸漿管路所能達到的突水點。

17謝謝觀賞2019-7-193．實例17謝謝觀賞2019-7-192．施工步驟（1）收集突水點資料，編寫施工設計和安全技術措施（2）施工注漿孔（3）注漿堵水3．實例

九里山礦14041工作面煤層底板含水層注漿改造過程中，4-3注漿孔注漿時與14021工作面突水點聯通，該突水點水量4.5m3/min，水壓1.3Mpa，離4-3注漿孔終孔位置250m，因此，將4-3注漿孔改為堵水孔，先在該18謝謝觀賞2019-7-192．施工步驟18謝謝觀賞2019-7-19孔注入4m3直徑Ф2～5mm的石子，又注10m3直徑Ф1～2mm砂，后注5m3鋸沫，最后注入850m3粘土水泥漿將突水點封堵，堵水率100%。建水閘墻堵水或建水閘墻注漿堵水技術

1．適用條件

2．施工步驟

⑴收集有關資料，編制施工設計及安全技術措施19謝謝觀賞2019-7-19孔注入4m3直徑Ф2～5mm的石子，又注10m3直徑Ф1～2⑵水閘墻施工①選定水閘墻施工地點：②水閘墻施工：③關閉放水管1－突水點2－水閘墻3－放水管4－巷道建水閘墻堵水工程示意圖演馬莊礦二水平底板巷水閘墻堵水1080m3/h20謝謝觀賞2019-7-19⑵水閘墻施工1－突水點2－水閘墻演馬莊礦二水平底板巷3．建水閘墻注漿堵水

4．實例

演馬莊礦西大巷突水點于1966年發生突水，截至堵水前水量仍有18.5m3/min，水壓1.4Mpa，該段巷道已廢棄，因此，決定在西大巷突水點兩端建兩座水閘墻將突水點封堵，堵水率為100％。

打鉆動水注漿堵水技術

1．適用條件

煤礦井下一些突水點由于受種種條件限制，其他堵水方法施工困難或采用其他方法經濟上不合理時，可采用施工注漿孔方法對突水點進行封堵。

21謝謝觀賞2019-7-193．建水閘墻注漿堵水21謝謝觀賞2019-7-192．施工步驟

（1）收集突水點資料，編寫施工設計和安全技術措施。（2）施工注漿孔（3）注漿堵水3．實例

朱村礦東北區泵房口突水點，水量為4m3/min，水壓1.5Mpa，突水水源為L8灰巖巖溶水。在突水點附近施工了2個注

漿孔，注入Ф1～2mm砂子5m3，鋸沫10m3，雙液漿

150m3，將突水點全部封堵，堵水率為100％。22謝謝觀賞2019-7-192．施工步驟3．實例漿孔，注入Ф1～2mm打止漿墊注漿堵水技術

1．適用條件

該堵水方法主要用于封堵巷道離含水層較近或圍巖比較破碎的突水點。由于圍巖不能抵抗高水壓，因此需要打止漿墊以提高圍巖的抗壓強度。

2．施工步驟

（1）收集突水量資料，編寫施工設計和安全技術措施（2）導水（3）清理浮渣（4）打止漿墊（5）加固止漿墊和周邊圍巖 （6）關水、增壓、防滲漏實驗（7）注漿23謝謝觀賞2019-7-19打止漿墊注漿堵水技術23謝謝觀賞2019-7-19

3．實例

中馬村礦23皮帶巷突水點水量240m3/h，水壓1.40Mpa，巷道距突水含水層僅6.5m。突水點涌水由2根Ф150mm鋼管導出10m以外，止漿墊向巷道兩側巷幫各開挖0.5m，厚0.5m，長10m，待止漿墊凝固后，對圍巖注漿加固。關閉高壓閘閥，發現有圍巖滲水現象，打開閘閥放水，再進行圍巖

注漿加固，凝固之后，再關閉高壓閘閥，無滲水現象開始注漿，水泥漿注至壓力1.5Mpa，雙液漿注至終壓3.0Mpa。將突水點封堵，堵水率100%。

24謝謝觀賞2019-7-193．實例注漿加固，凝固之后，再關閉高壓閘閥，無滲五、帷幕注漿截流技術(一)含水層露頭帷幕注漿截流

淺部帷幕注漿截流就是在L8灰巖隱伏露頭附近對第四系底礫巖和L8灰巖隱伏露頭進行注漿，切斷L8灰巖與其它強含水層的水力聯系，使L8灰巖隱伏露頭帶由強補給邊界變為弱補給邊界，減少L8灰巖的補給量，降低L8灰巖的突水威脅及突水量。25謝謝觀賞2019-7-19五、帷幕注漿截流技術25謝謝觀賞2019-7-19

九里山礦多元水力聯通試驗圖

26謝謝觀賞2019-7-19九里山礦多元水力聯通試驗圖26謝謝觀賞2019-7-1九里山礦淺部截流工程平面圖

27謝謝觀賞2019-7-19九里山礦淺部截流工程平面圖27謝謝觀賞2019-7-19（二）奧灰垂向進水口截流

奧灰水通過斷層破碎帶或陷落柱等垂向補給煤層底板薄層灰巖，至使薄層灰巖富水性大增，接受補給十分充足，對礦井的安全生產構成巨大威脅，因此對奧灰垂向進水口進行截流是十分必要的。

28謝謝觀賞2019-7-19（二）奧灰垂向進水口截流28謝謝觀賞2019-7-19演馬莊礦西二F3斷層進水口截流工程布置圖29謝謝觀賞2019-7-19演馬莊礦西二F3斷層進水口截流工程布置圖29謝謝觀賞2019六、防水煤巖柱留設技術（一）沖積層防水煤柱留設技術趙固一礦設計留設55米，我們通過探測分析研究，留設30米保證了安全生產。（二）斷層防水煤柱留設技術朱村礦三號井斷層派生構造發育，設計留設180米防水煤柱，通過采取措施只留設了60米，提高了資源回收率。30謝謝觀賞2019-7-19六、防水煤巖柱留設技術（一）沖積層防水煤柱留設技術30謝謝觀

為了控制水害蔓延，根據不同的水害威脅情況，采用分翼、分采區建筑防水閘門進行水害隔離。在全國率先設計制造安裝了承壓最高的（5.5MPa）防水閘門。七、水害隔離技術31謝謝觀賞2019-7-19為了控制水害蔓延，根據不同的水害八、疏水強排技術

頂板水疏放：通過物探及水文地質條件分析，合理布置疏水鉆孔，對疏放的頂板水利用管路進行集中排放。底板水疏放：焦作礦區底板突水主要水源為L8灰巖水、L2灰巖水和O2