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1、煤矿水害探查与治理技术及发展趋势 董书宁 研究员 博士生导师 中煤科工集团西安研究院有限公司 1 1 1 2 3 我国煤矿水害特点 煤矿水害隐患探查技术 煤矿水害治理技术 汇报提纲 2 4煤矿水害探查与治理技术发展趋势 1我国煤矿水害特点 3 西北侏罗纪煤田 裂隙水水害区 华北石炭二叠 纪煤田岩溶裂 隙水水害区 东北侏罗纪 煤田裂隙水 水害区 华南晚二叠 世煤田岩溶 水水害区 台湾古近纪煤 田裂隙孔隙水 水害区 西藏滇西中生 代煤田裂隙水 水害区 1 我国煤矿水害特点 4 水害分区主要充水水源水害特点 华北 底板岩溶水 老空水 涌 突水频繁 常影响生产或淹井 深部下组煤受奥灰 水严重威胁 华南
2、 顶 底板岩溶水 老空水 涌 突水频繁 常影响生产或淹井 雨季突水频率高 突水常伴有泥沙 东北 顶板松散层孔隙水及砂 岩裂隙水 老空水 部分矿井受地表水 松散层水威胁较重 有时造成淹井 事故 西北 顶板砂岩裂隙水 老空水 总体缺水 少部分矿井受地表水 老空水威胁较大 西藏滇西及 台湾 煤炭储量占比较小 水文地质条件较简单 富水性弱 总体水害不严重 1 我国煤矿水害特点 近年来 煤矿重大水害事故数量及死亡人数总体呈下降趋 势 但仍造成重大的经济损失和人员伤亡 1 煤矿水害的特点 6 6 2000 2015年全国煤矿水害事故起数与死亡人数统计图 据统计 近五年发生的16起重大水害事故中 老空水 害
3、事故14起 占87 5 7 2011 2015年重大水害事故类型统计柱形图 1 煤矿重大水害的特点 7 2 煤矿水害隐患探查技术 8 2 煤矿水害隐患探查技术 9 9 老空水探查技术及方法 1010 2 1 老空水物探探查技术 2 煤矿水害隐患探查技术 1111 2 1 老空水物探探查技术 2 煤矿水害隐患探查技术 1212 2 1 老空水物探探查技术 2 煤矿水害隐患探查技术 1313 2 1 老空水物探探查技术 2 煤矿水害隐患探查技术 1414 2 1 老空水物探探查技术 掘进工作面直流 电法超前探测 2 煤矿水害隐患探查技术 1515 2 1 老空水物探探查技术 2 煤矿水害隐患探查技
4、术 1616 2 1 老空水物探探查技术 2 煤矿水害隐患探查技术 2 煤矿水害隐患探查技术 2 2 底板水 导水通道 地面高密度全数字地震勘探 高密度全数字三维维地震常规规三维维地震 1818 2 煤矿水害隐患探查技术 2 2 底板水 导水通道 地面高密度全数字地震勘探 1919 2 2 采煤工作面构造探测 槽波地震勘探 2 煤矿水害隐患探查技术 2 2 煤层底板下富水异常区探测 音频电透视 治 理 前 治 理 后 2 煤矿水害隐患探查技术 黄陵 一号 煤矿 402工 作面 富水 性探 测 2 煤矿水害隐患探查技术 2 3 煤层顶板水探查 井下直流电法 陕西铜川照金煤矿4 25突水溃沙事故
5、2016年4月25 日 陕西铜川 照金煤矿202 工作面回采过 程中发生突水 溃沙事故 造 成11人死亡 2 煤矿水害隐患探查技术 XZ平面 地面检波器孔 中 检 波 器 井下检波器 2 3 煤层顶板两带微震监测 2 煤矿水害隐患探查技术 3 煤矿水害治理技术 24 2010年3月28日 华晋 焦煤有限责任公司王家岭 煤矿在20101回风巷掘进时 因老空区积水情况未探 明 防水煤柱失效导致老 空区透水事故 造成38人 死亡 115人受伤 造成38 人死亡 老空透水案例 1 老空水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 老空水害特点 u 多数是由矿井周边小窑遗留下来的 u 数量 位置
6、 分布范围 积水情况不清楚 u 探测难度大 u 难以疏放彻底 26 1 老空水害超前疏放 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 1 老空水害超前疏放 井下探放老空水示意图 老空水超前探放 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 u 探放老空水前 应当首先分析 查明老空水体的空间位置 积 水量和水位 压 u 探放水孔应当钻入老空水体 并监视放水全过程 核对放水 量 直到老空水放完为止 u 超前探放距离不得小于30m u 止水套管长度不得小于10m 老空水探放要求 探水钻孔的超前距 帮距和允许掘进距离示意图 u 当钻孔接近老空时 预计可能发生瓦 斯或者其它有害气体涌出的 应当设 有瓦斯检查员或者
7、矿山救护队员在现 场值班 随时检查空气成分 1 老空水害超前疏放 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 n 平朔矿区东坡矿913工作面掘进巷道按 照 一查一震两电一钻 的工作流程 在掘进前方68m处探测出积水巷道 打钻放出20万m 积水 避免了一次透水 淹井事故 直流电法超前探测成果图 总放水量20万m3 积 水 老 空 巷 道 913工作面掘进巷道 积水老空巷道 异常区 66 70m 913工作面 8 m 68 m 掘进面 1 老空水害超前疏放 工程实例 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 30 u1984年6月2日 开滦范各庄矿2171工作面第一次发生了煤层底板奥陶纪 灰岩岩溶陷落柱
8、突水灾害 突水高峰期平均涌水量为2053m3 min 造成 重大损失 u2003年4月12日 河北金牛能源东庞矿在2903工作面掘进过程中发生了2 煤层奥灰陷落柱突水灾害 u2014年7月27日峰峰集团梧桐庄矿底板隐伏陷落柱突水灾害等 底板突水案例 2 底板岩溶水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 底板岩溶水害特点 煤层底板灰岩含水层地下水在矿井采掘过程中通过天然 断层 陷落柱 或人为扰动 采掘扰动裂隙 的导水通道进入矿井并造 成灾害 u 突水水源 主要为煤层底板灰 岩 薄层灰岩 厚层奥灰 含 水层 u 突水通道 断层 陷落柱 采 掘扰动裂隙等 u 高水压 大流量 补给充沛 3
9、1 2 底板岩溶水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 n 以穿层钻孔方式施工 有效孔段短 盲区范围大 n 可靠性差 不能有效预防岩溶水害事故 常规注浆改造示意图 有效段 穿层钻孔 陷落柱 陷落柱盲区 a 剖面图 b 平面图 常规钻进及注浆改造底板含水层 2 底板岩溶水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 井下定向钻进及注浆改造 加固 底板含 隔 水层 33 特点 u无效孔段短 盲区小 应用 u焦作赵固一矿 韩城 桑树坪矿等 2 底板水害超前治理 3 煤矿水害治理技术与装备 3 1 超前治理 u 定向钻孔最大孔深 687m u 注浆量总计 17275m3 u 岩石普
10、氏硬度 平均 6 56 u 13个注浆效果检查孔涌水量 0 2 3m3 h 平均 1 6m3 h 工程实例 赵固一矿定向钻进煤层底板加固 34 2 底板岩溶水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 工程实例 韩城桑树坪矿奥灰顶部定向钻进注浆改造 砂岩 灰岩 35 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 地面超前区域注浆改造底板灰岩含水层 特点 u地面施工定向分支钻孔 一主孔 多分支 u地面注浆 实现超前 区 域治理水患 u可适用于硬度大 水压高 的灰岩地层钻进 应用 u峰峰九龙矿 淮北朱庄矿 2 底板岩溶水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 朱庄矿 采区多个工作面发
11、生200 400m3 h涌水 严重影响 安全生产 采用地面超前区域治理技术后 工作面最大涌水量 5m3 h 实现了安全回采 朱庄矿 采区区域改造钻孔布置图 改造前富水区 蓝色 区域改造前后物探探查成果图 改造后富水区消失 工程实例 朱庄矿地面区域治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 地面径向射流造孔注浆改造灰岩含水层 径向射流造孔速度快 灰岩中100m仅需 要10多分钟 与注浆工程衔接良好 在冀中能源集团邢台矿开展示范工程 38 引进美国技术装备 原用于石油部门 2 底板岩溶水害超前治理 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 39 邢煤西井地面区域治理工程布置 序号推进日期 平均推进
12、距 离 m 突水前涌水 量 m3 h 最大突水 量 m3 h 稳定涌水 量 m3 h 持续时间 h 12009 11 0346 515212135150 22009 11 215613518171203 32010 03 03112 59079310870 42010 03 25186108300017840 红柳1121工作面离层透水过程 离层水探放钻孔平面图 离层水探放钻孔剖面图 3 煤矿水害治理技术 3 1 超前治理 3 顶板离层水害治理技术 n携袋钻进 n双液注浆 n孔底混合 n袋内固结 n抛袋分离 n在水量较大 水流较快 时 这种方法不但可以 快速封堵巷道 而且可 以节省大量的浆液
13、动水大通道突水钻孔控制注浆封堵技术 41 1 快速复矿 封堵巷道 3 2 灾后治理 3 煤矿水害治理技术与装备 n 过水通道底部淤积现象 n 高压射流注浆 劈裂 分割 置换淤积层 n 结石体 生根 消除 溃坝 风险 大断面过水通道 一步法 淤积层置换技术 42 3 2 灾后治理 3 煤矿水害治理技术与装备 1 快速复矿 封堵巷道 n 陷落柱柱顶垂直钻孔 注粗颗粒骨料 n 定向钻孔注水泥浆液 n 骨料和水泥浆液在陷 落柱体内相向混合固 结 导水陷落柱水泥 骨料反过滤快速封堵技术 43 2 根治水患 封堵水源通道 3 2 灾后治理 3 煤矿水害治理技术与装备 n 骆驼山煤矿发生岩溶水突水淹井事故
14、突水量65000m h n 应用地面快速抢险封堵过水通道技术 仅用31天成功封堵巷 道 并有效封堵陷落柱 瞬变电磁法陷落柱探测成果图 导水陷落柱 突水点 工程实例 骆驼山煤矿水害事故抢险工程示意图 3 2 灾后治理 3 煤矿水害治理技术与装备 4 煤矿水害探查与治理技术发展趋势 45 底板水底板水 u深部煤炭资源开采突水机理及突水危险性评价技术 u煤层底板灰岩超前区域改造技术与工艺优化 顶板水顶板水 u综放条件下覆岩破坏机理 u顶板离层水透水机理及防控技术体系研究 u矿井涌水量动态预测技术 老空水老空水 u综合探测技术以及孔中物探技术 u探放点准确定位与探放效果评价 u 全国煤矿防治水技术网络服务平台建设 u 矿井水 防 治 用 环 综合技术体系建设 u 大数据技术在煤矿水害防治中的应用 u 关闭 休眠矿井水治理 利用及环境保护技术研究 4 煤矿水害防治技术发展趋势 敬请批评指正 47
