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1、第五章 煤矿主要防治水技术,2,2,主要防治水的依据和方法,3,3,主要防治水的依据和方法,4,主要防治水的依据和方法,4,主要防治水措施,探、防、堵、排、截、隔、测,探水：地下水的钻探 放水：地下水的探放 排水：预先排水疏干 隔水：留防水隔离煤柱 堵水：注浆封堵 截水：防水闸门截流 测水： 水害预测,5,5,防水煤柱：凡是煤层与含水层或含水带的接触地段，预留一定宽度的煤层不采，使工作面与地下水源或通道保持一定距离，以防止地下水流入工作面，留下不采的煤柱，称为防水隔离煤柱。,井下防水煤(沿)柱留设,6,6,不同水文地质条件 留设煤柱类型不同！,井下防水煤(沿)柱留设,A-防止砂层或地表水煤柱；
2、 B-被强含水层掩盖的煤柱； C-与强含水层直接接触的煤柱； D-与强含水层接触，局部为强含水层所掩盖的煤层； E-接触底部含水层的煤柱； F-巷道接近断层的煤柱。 H-距地表垂高； L-煤柱距含水岩层垂直距离； M-防水煤柱 -塌陷角,7,7,煤柱应该留多宽呢？,各个矿区大多凭经验和设计规范要求，科研空间较大！,（1）当煤层露头直接被疏松含水层掩盖时，一般大于30m,如图 a所示； （2）煤层受断层切割直接与充水强含水层接触时，安全防水煤柱宽度应不小于 20 米,如图 吧b所示； （3）当煤层因受逆断层切割而被强含水层掩盖时，留设煤柱应考虑煤层开采后的塌陷裂隙，最好不要波及到上部的强含水层，
3、如掩盖宽度为 L 米，其断层下盘防水煤柱的宽度要大于 L 米，如图c所示； （4）当巷道接近导水断层时，应留设 3040 米防水煤柱，如图d所示。,8,井下探放水,8,接近水淹或可能积水的井巷、老空、老窑或相邻煤矿时。 接近或通过含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时。 打开隔离煤柱放水时。 接近有出（突）水可能的钻孔时。,需要探水的情况：,9,井下探放水,9,接近有水或稀泥的灌浆区时。 采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时。 接近水文地质条件复杂的地段，采掘工作有突（出）水征兆或情况不明时。 采掘工程接近其他可能出（突）水地段时。,需
4、要探水的情况：,10,10,小窑的探放,井下探放水,11,11,积水线:是老窑、小窑采空区预定边界。 探水线:是根据积水范围的可靠程度、积水量、煤层厚度及其强度大小沿积水线外推60150 m距离的一条线。当巷道到达此线时就应开始探水。 警戒线:是沿探水线再平行外推60150 m的一条线，当巷道进入此线时就应警惕积水的威胁，注意迎头的变化，当出现有透水征兆时，就应提前探水。,“三线”的定义,井下探放水,12,12,探、放水钻孔布置 布置原则：其布置应以确保不漏古巷道，保证生产安全，而探水工作量又以最小为原则。上山巷道布置成扇形，煤平巷布置成半扇形。 几个概念: 允许掘进距离：经探水后证明无水害威
5、胁，可以安全掘进的长度，允许掘进距离的终点处，钻孔间距3m。 超前距：允许掘进终点到中心眼终点间的距离，一般为20m。 帮距：中心眼与外斜眼终点的距离，一般等于超前距。,井下探放水,13,探水钻孔布置：,1)探水掘进探水 2)各探水孔之间的距离不得大于3 m。 3)中眼与外斜眼终端的距离即为帮距，通常采用12 m左右； 4)巷道前进终止点与中眼终点之间的距离即为超前距，一般采用20 m左右为宜。,14,探水作业：,加强顶板支护，双巷掘进，加强通风，防止冒顶和片帮。 加强探水迎头的通风和瓦斯检查。 安排避灾线路，作业人员熟悉避灾线路。 设置警铃信号及通信联络设备。 安装安全套管。 若发现钻孔内显
6、著变软及沿钻杆向外流水等透水征兆时，应立即停止钻进并旋紧安全阀上的钻杆卡。待检查工作完成后，再慢慢地将积水放出。 严格检查放水效果。,15,2）探水孔布置方式 （1）扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段，要进行搜索性探放老空积水，其探水钻孔多按扇形布置，如图所示.,扇形探水钻孔,16,（2）半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区，其探水钻孔可按半扇形布置，如图所示。,半扇形探水钻孔,17,3探水与掘进之间的配合 井下受水威胁的地段，探水必须与巷道掘进施工管理密切配合，才能取得良好的防治效果，主要配合方式有：,（1）双巷配合掘进交叉探水。如图所示。,上山巷道探水掘进施工方式,18,（2
7、）双巷掘进单巷超前探水。,（3）平巷与上山配合探水。如图所示,平巷与上山互相配合探水,19,（4）隔离式探水。如图所示。,利用石门探水和墙外探水 a 一石门探水， b 一墙外探水,20,断层水及其他可疑水源的探放 探断层水与探断层相结合，探明断层的位置、产状要素、断层带的宽度。 着重查明断层带的充水情况、与含水层的接触关系和水力连通情况、静水压力及涌水量大小。 断层水探明后，应根据水的来源、水压和水量采取不同措施： （1）若断层水是来自强含水层，则要注意封闭钻孔，按规定留设煤柱，已进入煤柱的巷道要加以填充或封闭； （2）若断层含水性不强，可考虑放水疏干。,21,21,其他常用的探测及放水方法
8、1红外遥感技术； 2电测技术 3放水及其注意事项,颐和园红外遥感图,井下探放水,22,疏干开采是指对煤层顶板或煤层含水层的疏干；而疏水降压是指对煤层底板含水层而言，其目的是使煤层底板含水层水压降低至采煤安全水压。 矿井疏干的目的是预防地下水突然涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率，消除地下水静水压力造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主要措施。对于大水矿区，为了减少矿井涌水量，应采取截流、浅排和排、供、生态环保三位一体结合等辅助措施，与疏干工作统筹考虑，进行综合防治。,疏干降压开采,23,（一） 疏干程序 矿井疏干过程可分为疏干勘探、试验疏干和经常疏干三个逐渐过渡程序，应与矿井
9、的开发工作密切配合。 1.疏干勘探 疏干勘探是以疏干为目的的补充水文地质勘探。其目的是进一步查明矿区疏干所需要的水文地质资料；确定疏干的可能性，提出疏干方案。,疏干降压开采,24,2.试验性疏干 试验性疏干方案的正确制定表现在矿井开采初期能降低水位，并能经过612个月，尤其是雨季的考验。要尽可能利用疏干勘探工程，并补充疏干给水装置。通过试验，视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。 3.经常性疏干 经常性疏干是生产矿井日常性的疏干工作，随着开采范围的扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充，甚至重新制定疏干方案，以满足矿井生产的要求。,疏干降压开采,25,25,1地表疏干,2井下疏干,
10、疏放老空水,疏放含水层水,直接放水,先隔后放,先堵后放,先放后堵,疏干巷道放水,利用钻孔疏放水,巷道与钻孔相结合疏干,疏干降压开采,26,含水层水的疏排,1.利用巷道疏放水 （1）当煤层直接顶板为含水层时，将采区和工作面巷道提前准备出来，利用这些巷道预先疏放顶板含水层水。,（2）当煤层底板为含水层时，将开拓准备巷道布置在底板含水层中，直接疏放含水层水。,2.利用放水钻孔 当煤层上部含水层远离煤层，回采准备巷道收不到疏放效果时，可在巷道中每隔一定的距离向含水层打放水钻孔进行预先疏放。,3.利用疏放降压钻孔 当煤层下部含水层水压很高，有突水危险时，在计划疏降地段的巷 道中每隔一定距离 向底部含水层
11、打钻 放水。,4. 利用吸水钻孔 吸水钻孔是将煤层上部含水层中的水放入煤层下部含水层中的钻孔。 吸水钻孔只有在特定条件下才能实施，即煤层下部含水层的水位低于煤层底板，或煤层下部含水层干燥无水，或煤层下部含水层的吸水量大于上部含水层的泄水量。,30,为在复杂水文地质条件下进行带（水）压开采，并获得效益，以下技术问题应予以重视并付诸实施。 （一）查清带压开采的矿井或采区的地质、水文地质条件 除应对区域水文地质条件有所认识外，对井田或采区的水文地质条件更应了解清楚，对充水含水层的补、径、排条件和不同充水含水层间的水力联系状况以及保护层的隔水性能均应予以研究。以便选择具体防治水方法和制定带（水）压开采
12、的措施。,带压开采,31,（二） 编制突水系数图 前面已经提到，突水系数的应用是通过突水系数图来体现的。有两种突水系数图，一种是矿区或井田的突水系数图，比例尺常为1：50001：10000；第二种是采区的突水系数图，比例尺一般是1：10001：2000，甚至更大些。 （三） 编制带压开采地质、水文地质说明书 开采受水害威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书，以作为设计的依据。 （四）应用“脆弱性指数法”评价预测,其技术思路是：,带压开采,32,（1）首先建立控制煤层底板复杂突水机理和演变过程的底板 突水的主控因素体系。,33,（2）建立“脆弱性指数
13、法”的预测评价模型,（3 ）工程应用实例 下面以邢台章村矿三井为例，进行实例分析。,图2.2 构造密度专题层图 图2.3 隔水层等效厚度专题层图 图2.4 充水含水层水压专题层图,图2.5 奥灰古风化壳厚度专题层图 图2.6 含水层富水性专题层图 图2.7 断层断距专题层图,图2.8 矿压破坏带以下脆性岩厚度专题层图 图2.9 本溪灰岩厚度专题层图,+,+,+,+,+,+,底板突水脆弱性分区图（2）,奥灰水压专题图,构造密度专题图,奥灰含水层富水性专题图,奥灰上部古风化壳厚度量化专题图,断层断距专题图,矿压破坏带以下脆性岩厚度量化专题图,隔水层等效厚度量化专题图,36,含水层改造与隔水层加固,
14、这项技术是八十年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。当煤层底板充水含水层富水性强且水头压力高，或煤层隔水底板存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，需采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理时，采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法实属上策。,37,含水层改造与隔水层加固,山东肥城矿区是应用这项技术较为成功的一个地区，该矿区从1986年到现在已经局部注浆或整体注浆改造九层煤、 采煤工作面23个，安全采出原煤152032万t，取得了十分可观的经济和社会效益。 该技术主要针对煤层底板水害的防治，它利用采煤工作面已掘出的上通风巷道和下运输巷道，应用地球物理勘探或钻探
15、等手段，探查工作面范围煤层底板岩层的富水性及其裂隙发育状况，确定裂隙发育的富水段，采用注浆措施改造含水层或加固隔水层，使它们变为相对隔水层或进一步提高共隔水强度，根据多年现场实践。这项防治水技术具有十分广阔的推广应用前景，是防治底板水害较为有效的实质性措施之一。,38,38,水闸墙 1截槽；2水压表；3放水管； 4保护栅栏；5细管,水闸墙的构造如下图所示,水闸墙（防水墙） 水闸墙分为临时性和永久性的两种；主要形式为楔形和圆柱形两种。,防水闸门与水闸墙,39,39,在水压很大时，则采用多段水闸墙，如图所示。,多段水闸墙,防水闸门与水闸墙,40,40,建筑水闸墙时要注意以下事项： （1）筑墙地点的
16、岩石应坚固，没有裂缝，必要时必须将风化松软或有裂隙的岩石除去，然后筑墙。 （2）要有足够的强度，能承受涌水压力。为此，应有足够的厚度，选用耐腐蚀的材料。 （3）不透水、不变形、不位移。为此，墙基与围岩要紧密结合。 （4）平面形水闸墙在水压的反面可能产生拉力，而料石墙是不可能承拉的，故料石平面水闸墙之厚一般不得小于巷道宽度之半。,防水闸门与水闸墙,41,41,3防水闸门 （1）防水闸门位置的选择 防水闸门的位置选择适当与否，是水闸门能否起到应有作用的关键，一般应考虑以下几方面问题： 防水闸门应设置在对水害具有控制作用的部位和井下重要设施部位（如井底车场出入口处），能使水害控制在尽可能小的范围内，并考虑即使水害发生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。 防水闸门应设置在不受邻近采动影响的地点，以免破坏防水闸门的结构和修筑地点围岩的隔水性和稳定性，防止水闸门关闭后高压水通过裂缝外泄。 尽量避免在
