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1、煤矿井下防治水技术 文学宽 研究员 煤炭科学研究总院 2009年11月 一、矿井防水煤（岩）柱留设 1、防水煤（岩）柱的留设原则 矿井在有突水威胁但又不宜疏放的井下采掘区施工时，必须留设防水煤（岩） 柱。 矿井防水煤（岩）柱的设计必须在确保矿井安全生产的基础上把煤柱的宽度或 高度降低到最低限度，以提高资源利用率。 矿井留设的防水煤（岩）柱必须与区域、井田的地质构造、水文地质条件、煤 层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合 ，还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。 一个井田或一个水文地质单元的防水煤（岩）柱留设应该在矿井的总体开采设 计中确定，即矿井
2、开采方式和井巷布局必须与各种防水煤（岩）柱的留设相适 应，否则会给矿井在采掘过程中留设防水煤（岩）柱造成极大的困难，甚至无 法留设。 多煤层群采的矿井，矿井在各煤层之间及煤系地层上下的防水煤（岩）柱必须 统一设计留设，防止某一煤层的开采破坏另一煤层的防水煤（岩）柱，导致矿 井在此区域留设的整个防水煤（岩）柱失效。 矿井在同一地点有两种或两种以上情况必须留设煤（岩）柱时，留设的防水煤 （岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。 矿井对留设的防水煤（岩）柱的保护要特别严格，如果留设的防水煤（岩）柱 的任何一处被破坏，必将造成整个煤（岩）柱无效。 矿井留设防水煤（岩）柱所需要的数据参数必须在本矿区井
3、田、采区范围内获 得。邻近矿区、采区的数据参数只能参考，如果需要采用，必须适当加大安全 系数。 矿井留设防水煤（岩）柱时必须充分考虑煤系地层及周围围岩的厚度、性质特 征、黏土质隔水岩层的厚度、构造裂隙发育情况、岩层的含水性等，充分考虑 留设防水煤（岩）柱的隔水作用。 2、矿井防水煤（岩）柱类型 煤矿在水体下、含水层下、承压含水层上或在导水断层附近进行 采掘工程时，为了防止地表水或地下水突出、溃入工作地点，需要合 理留设一定宽度或高度的防水煤（岩）层不采动，这部分煤（岩）层 称为防隔水煤（岩）柱或防水煤（岩）柱。 断层防水煤（岩）柱 井田边界煤柱 上、下水平（或相邻采区）防水煤（岩）柱 水淹区防
4、水煤（岩）柱 地表水体防水煤（岩）柱 冲击层防水煤（岩）柱 松散层下留设防水煤岩柱示意图 二、井下探放水技术 1、探放水的目的、要求 矿井井下探放水系指矿井在采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘 工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水 老窑等水体的具体位置、产状等。为消除水害隐患，要求在采掘过程中 采用探放水方法，探明工作面前方的水情。在有水的情况下，根据水量 大小有控制地将水放出，而后再进行采掘工作，以保证安全生产。 3、探水线设计 煤矿井下存在各种积水区时，必须在采掘工程平面图上标出积水范围、外缘标高 和积水量，同时标出探水线位置，并符合以下规定。 探水线应根据积水区
5、的位置、范围、水文地质条件及其资料的可靠程度，以及采 空区，巷道受矿山压力的破坏情况等因素规定。 对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边界位置准确，水压不超过 1MPa，探水线至积水区的最小距离：在煤层中不得少于30m，在岩层中不得少于 20m。 对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水边界时，探水线至推断的积 水边界的最小距离不得少于60m。 对有图纸资料可查的老窑，探水线至老窑边界的最小距离不得少于60m。对没有图 纸资料可查的老窑，可根据本矿井已了解到的小窑开采最低水平，作为预测的可 疑区，必要时可先进行物探控制可疑区，再由可疑区向外推100m作为探水线。 对已知的断层、
6、陷落柱的探水线，由断层、陷落柱所留设的防水煤柱线至少向外 推20m作为探水线。 石门揭露含水层的探水线，探水线至含水层的水平最小距离不得小于20m。垂直距 离应根据水压和隔水层的岩性等资料综合分析确定其最小距离。 4、探放水范围 采掘工作面遇有下列情况之一，必须进行探放水： 接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时； 接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时； 接近水文地质条件复杂的区域，有突水预兆时； 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； 打开隔离煤柱放水时； 接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等连通的断裂构造带时； 接近有出水可能
7、的钻孔时； 接近有水的灌浆区时； 接近其他可能出水地区时。 5、探放水注意事项： 探水钻孔超前距和止水套管长度应符合以下要求： 探放小窑老空积水和本矿老空积水的超前距10m20m，其他可根据水压情况 规定超前距。 预计水压大于0.1MPa的地区，探水钻进前，必须先安好孔口管和控制闸阀， 进行耐压试验，达到设计承受的水压后，方准继续钻进。特别危险的地区， 应有躲避场所，并规定避灾路线。 施工水压大于1.5MPa的钻孔时，必须设置防喷和反压装置，并有防止孔 口管和煤岩壁突然鼓出的措施。 钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大， 以及有顶钻等异状时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆
8、，现场负责人应立 即向矿调度室报告，并派人监测水情。如果发现情况危急时，必须立即撤 出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。 煤层内原则上不得探高压水断层、含水层及陷落柱水。如确实需要，可 先建防水闸墙并在防水闸墙后向内探水，或按探高压水措施进行。 6、矿井井下探放老空水 （1）矿井探放老空水的原则 矿井探放老空水除了要遵循上述的探放水原则外，还应遵循下述 探放老空水的具体原则： 积极探放的原则 先隔离后探放的原则 先降压后探放的原则 先堵后探放的原则 （2）矿井探放老空水的安全措施 探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置、积水量和水压，老空 积水高于探放水点位置时，只准用钻
9、机探放水。 探放水时，必须撤出探放水点以下受水威胁区域内的所有人员。放水孔必须 打中老空水体，并监视放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止。 钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其他有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工 或矿山救护队员在现场值班，检查空气成分。如果瓦斯或其他有害气体浓度 超过规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室， 及时处理。 钻孔放水前，必须估计放水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水量 。 放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录 。若水量突然发生变化，必须及时处理，并立即报告调度室。 在探水地点应备用一定数量的坑木、麻袋、木塞、木板
10、、黄泥、棉线 、锯、斧等，以便探放水过程中意外出水或钻孔水压突然增大时及时 处理。 矿井井下探放水施工巷道现场发现有松动或破损的支架要及时修整或 更换，并仔细检查帮顶是否完好。矿井井下探放水施工现场的煤壁有 松软或膨胀等现象时，要及时处理，闭紧填实，必要时可打上木垛， 防止水流冲垮煤壁，造成事故。 矿井井下探放水施工现场及后路的巷道水沟中的浮煤、碎石等杂物， 应随时清理干净，若水沟被冒顶或片帮堵塞时，应立即修复。 矿井井下探放水施工过程中，设计的避灾路线内不许有煤炭、木料、 煤车等阻塞，要时刻保证畅通无阻。 7、探放断水层 （1）探放断水层的原则 矿井在采掘过程中，遇到下列情况必须进行探放断水
11、层： 采掘工作面的前方或附近有含（导）水断层存在，但具体位置不清或 控制不够严密时。 采掘工作面的前方或附近预测有断层存在，但其位置和含（导）水性 不清，矿井在采掘过程中断层可能使施工面突水时。 采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的含水层水压都处于临界状态 （即等于安全隔水层厚度和安全水压的临界值），在掘进工作面前方 和采煤工作面影响范围内的断层等构造存在与分布情况不清，矿井在 施工过程中很可能发生矿井突水时。 煤系地层中的断层已被矿井井下施工巷道揭露或穿过，断层暂时没有出水 迹象，但由于隔水层厚度和实际水压已接近临界状态，在采动影响下，有 可能引起突水，需要探明其深部是否已和强含水层连通，或
12、有底板水的导 升高度时。 井巷工程接近或设计穿过的断层，断层浅部不合（导）水，但在深部有可 能突水时。 根据煤矿井巷工程和留设断层防水煤柱等的特殊要求，必须探明断层时。 采掘工作面距探明含水断层60m时。 采掘工作面接近推断含水断层100m时。 采煤工作面内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时。 采区内构造不明，煤系断层含水层水压又大于23MPa时，矿井必须探放区 域内的导水断层，降低含水层水压。 （2）断层水探查的主要内容 需要探放水断层的位置、产状要素、断层带宽度（包括内、中和外三带） 及伴（或派）生构造、断层及伴生断层的导水性、富水性等。 需要探放水断层带的充填物、充填程度、胶结物及胶结程
13、度，断层两盘次 生的裂隙及裂隙带、断层带内外岩溶发育情况及其富水性。 需要探放水断层两盘对接煤系地层层位的岩性及其富水性，煤层与强含水 层的实际间距、有效隔水层的厚度。 矿井采掘工作面需要探放水的断层与其他已知断层、陷落柱、含水层、积 水体等的交切部位、水力联系、补给关系，这些构造、水体的富水性。 矿井采掘工作面需要探放水断层如为迭瓦式断层，应确定其综合断距。 矿井探放水过程中必须查明并记录探断层水钻孔在不同深度的水压、水量 或冲洗液漏失量，并确定、判断煤层底板水在隔水层中的导升高度。 矿井为探明探放水断层以上内容，必须具有段层面等高线图、断层两盘主 要煤层与含水层对接关系图、探测断层预想剖面
14、图。 8、探放陷落柱水 在探放陷落柱水钻孔的布置及施工中，应注意以下一些问题： 水压大于23MPa的陷落柱原则上不沿煤层布置探放水钻孔，钻孔而 应布置在煤系地层底板稳定的岩层中。若在煤层中布置钻孔，沿煤层 埋设的孔口安全止水套管，容易被陷落柱中的高压水突破，造成突水 灾害。 探放陷落柱水钻孔的孔口安全装置、施工安全注意事项与探放高压 断层水要求相同。 探放陷落柱水的钻孔要提高岩心采取率，及时进行岩心鉴定，做好 断层破碎带与陷落柱的分辨工作，编制好水文地质图表。 矿井在探放陷落柱水过程中，必须严格执行钻孔验收和允许工作 面施工的安全掘进距离的审批制度。 矿井在探放陷落柱水过程中，必须监测并记录钻
15、孔内水压、水量 和水质的变化，发现异常应加密或加深探放水钻孔，争取直接探 到陷落柱。 矿井在探放陷落柱水过程中，探到的陷落柱无水或水量很小时， 要用泵进行略大于区域静水压力的压水试验，检验陷落柱的导水 性；同时，要向陷落柱的深部布置钻孔，了解陷落柱深部的含（ 导）水性和煤系地层底板强含水层水的导升高度。 探放陷落柱水的钻孔探测后必须注浆封闭，并做好封孔记录，注 浆结束压力应大于区域静水压力的1.5倍。 9、探放钻孔水 探放不良钻孔的类型 预防不良钻孔的方法 探放钻孔水的步骤 绘制钻孔分布图 建立钻孔止水质量调查登记表及数据库 10、探放含水层水 探放含水层水机理、方法 冲积含水层探防水 煤层底
16、板含水层探防水 11、矿井井下施工面探放水 采掘工作面探防水 掘进、开拓下山探防水 走向长壁工作面探防水 三、疏水降压技术 1、疏水降压的意义、目的 意义： 指煤层顶板底板含水层或煤系地层含水层，通过疏干使煤层底板含水 层水压降低至采煤安全水压。 目的： 预防地下水突然涌入矿坑，避免突水事故，改善劳动条件，提高劳动 生产效率，消除地下水高水压造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主 要措施。 疏水降压与矿井一般的排水区别 疏水降压是借助于专门的工程及相应的排水设备，积极有计划有步骤 的疏干或局部疏干影响采掘安全的充水含水层； 矿井一般排水是消极被动地通过排水设备，将流入水仓的水直接排至 地表。 2、疏水降压方式及工程类
