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1、防治水讲课材料防治水讲课材料平顶山天安煤业股份有限公司十三矿位于平顶山市东北 17 公里处，距襄城县 9 公里，辖区属许昌市襄城县紫云镇。十三矿于 1993 年 12 月开工建设，1998 年 7 月试生产，2002年 5 月核定年生产能力 180 万吨。2005 年实际原煤产量 180.0 万吨，2006 年实际原煤产量166.0 万吨。井田内布置有主、副井，东、西回风井和东进风井共五个立井，矿井开拓方式采用一对立井、两个水平分区开拓，一水平上、下山开采，二水平下山开采。主采煤层为己组煤，平均厚度 5.85m,工业储量 3.25 亿吨,设计服务年限 74.6 年，其中一水平服务年限 45.7
2、年。开采方法为走向长壁采煤法，顶板管理为全部陷落法。现有己一、己二、己三、己四 4个生产采区，计划增加己二辅助采区和己二下部采区，现有采面 4 个(综采面 3 个、普通炮采面 1 个)，采煤工艺以综合机械化采煤为主、炮采为辅。在副井西侧设有中央排水泵房，安设有 PJ200-978 型水泵 9 台，单台额定流量 420m3/h，实际达到 500m3/h；配用 4 趟426mm 的排水管路；设有三条水仓，总有效容积 10817m3。综合排水能力 3570m3/h，能满足当前防治水需要。平顶山煤田分布在汝河和沙河之间的分水岭地带，在构造形态上为一地垒型的复向斜构造，其四周受接近南北和接近东西向两组张
3、性断裂的控制，形成一个多边形的地垒型断块。褶曲以李口集向斜为主体，向斜西部倾向状张寨；东部翘起收敛，轴向为北西东南方向。十三矿井田处在李口集向斜的东北翼，襄郏一号正断层以南。襄郏一号边界断层阻隔了区域基岩地下水向井田的侧向补给，使十三矿成为一相对独立的水文地质单元。顶板直接充水含水层为二叠系大占砂岩和香炭砂岩，厚度 23m，含裂隙水但富水性弱，以滴水和淋水方式进入矿井，对矿井充水意义不大，对采掘工程的影响较差。己煤底板分布有石炭系薄层灰岩和寒武系灰岩，裂隙岩溶发育，富含岩溶承压水，采煤过程中时常发生突水事故。石炭系太原组上段灰岩（L6）是己组煤底板直接充水含水层，厚 1.225.1m，岩溶普遍
4、发育。14 个钻孔揭露溶隙溶洞，溶洞最大高度 3.1lm，其中 11 孔漏水。根据地质勘探及井下揭露，岩溶和富水性空间分布不均，局部富水性很强。3235 线浅部为富水区，22 线以西和 35 线以东浅部为较富水区。在垂向上，随着埋深增大岩溶发育强度有所减弱，其中标高-110 米以上富水性最强，-300 米水平以深岩溶发育微弱，富水性差。己组煤底板至 6 灰顶面 1030m，其间地层由砂岩、砂质泥岩和和薄层泥灰岩组成，层位不稳定，厚度变化大，裂隙发育，隔水作用有限。太原群下段灰岩（L14）是己组煤底板间接充水含水层，厚 5-15m，岩溶较发育，钻孔揭露溶洞最大高度 0.58m。寒武系灰岩厚度 3
5、00m，是己组煤底板间接充水含水层，是区域最富水的强含水层，上距煤层底板 60m，裂隙岩溶发育，富水性强，补给较充沛。十三矿断层发育，矿井自投产以来，钻探和采掘工程直接揭露大小断层 26 条，这些断层破坏了二1煤顶、底板隔水层的完整性，断层及断层带岩溶裂隙发育，垂向导水使太原组簿层灰岩岩溶水与寒武系岩溶水有密切水力联系，也是矿井充水的主要通道。己组煤在井田北部、东北部有露头，而区域内的汝河就流经矿区中部迂回流过，当在矿井在开采己组煤时，河水通过第四系进入煤系地层，再通过煤层顶板砂岩向矿井内充水，这样地表水也成为了矿井的直接充水水源。一般情况下地表水进入矿坑的途径主要是通过采动裂隙带、封闭不良的
6、钻孔和岩层破碎带或裂隙发育带。矿井虽然建井时间不长，但自投产以来，发生 12 次突水，其中突水量大于 200m3/h 的 2 次，几次大的突水事故突水水源均来自底板灰岩水。1999 年 12 月 27 日在己 15、1712010 切眼外推 10m 时，采面中下部逆断层附近处煤层底板突然出水，最大涌水量达 240m3/h 左右。2002 年 11 月 15 日，己 11090 切眼外推 110m 时，采面中下部煤层底板多处突水，最大突水量达 435m3/h。突水直接水源为煤层底板石炭系薄层灰岩岩溶水，大中型突水往往有寒灰水的间接补给。矿井多年平均涌水量 208m3/h，最大涌水量314.6m3
7、/h（2003 年） ，现正常涌水量 232.4m3/h。目前，综合排水能力 3570m3/h。十三矿属于水文地质条件相对复杂型矿井，煤层开采既受到地表汝河和第四系孔隙地下水的影响，同时由于己一、己二采区老空区面积的增加，积水的增多，老空水的影响也不容忽视。随着下部己三采区的投产和己四采区的建设，煤层底板下伏石炭系灰岩承压水和寒武系灰岩承压水将是今后的主要威胁性水源。底板灰岩水属于高承压水，而老空水来势迅猛，一旦发生突水，都势必造成灾难性后果。水文地质条件复杂，矿井防治水技术难度大，开展防治水技术技术研究是非常有必要的。（2 2）十三矿矿井防治水技术研究）十三矿矿井防治水技术研究全国各煤矿水害
8、防治防治实践证实，疏水降压和注浆堵水相结合是防治煤层底板岩溶水水害的有效方法。十三矿地质和水文地质条件复杂，断层发育，煤层底板岩溶含水层岩溶发育和富水性具有分区性和分段性，针对各层和各区岩溶水水害的防治，应采取不同的防治方法和措施。为达到研究目的，拟采取以下方法开展本项内容的研究：工作面底板和巷道底板岩溶水富水性探测技术研究。平煤 13 矿煤层底板含水层富水性空间分布不均，各区防治水方法有所不同。不论是疏水降压、带压开采还是底板加固，都需要以物探、钻探等手段超前探测为基础。本项目拟配合不同区域采掘工作面和巷道掘进工程的防治水工作，开展底板岩溶含水层富水性探测工作，在底板岩溶水水压疏降较彻底的己
9、一采区 11071 工作面，开展井下瞬变电磁勘探；在底板承受水压较大的己三采区 13081 工作面开展井下瞬变电磁勘探，对己三下延采区东翼 3.0km2的面积开展地面瞬变电磁勘探；对底板岩溶水承压很高的己四采区东大巷底板进行瞬变电磁勘探，在此基础上，施工 8 个放水孔，进行放水试验。太原组灰岩岩溶水的疏水降压技术条件研究。十三矿己组煤距离石炭系下部含水层约37m，距离上部含水层距离只有 10m 左右，上部直接位于采动底板破坏带内，灰岩水通过采动裂隙进入回采空间，增大工作面的涌水量，在个别富水区段还可能引起涌水量过大而影响生产，因此，对太原组岩溶水进行超前疏水降压，减少其对工作面回采的影响是重要
10、的防治水方法。由于灰岩裂隙的不均一性，采用一种方法进行疏降效果较差，因此采用多种方法对太灰水进行疏降是十分有必要的，根据矿井的水文地质情况，研究疏水钻孔、疏水巷道疏水降压的方法。寒武系灰岩岩溶水的带压开采技术研究。己组煤距离寒灰距离较远，应充分利用相对隔水层的阻水性能，实现对寒武系灰岩的带压开采。充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层，在不采取或在经济、技术条件许可情况下，采取某些技术措施后，实现安全采掘的一种综合性防治水技术。针对不同分区，选择防治水技术。本项目将开展带压开采技术条件评价，划分安全带压开采区和非安全带压开采区。煤层底板注浆加固改造技术研究。寒武系灰岩与石炭系下部灰岩之间的隔水层
11、存在变薄带或构造薄弱带，使得寒灰水大量补给太灰，造成太灰水的疏降困难或寒灰水位区域性下降等不利局面，就要考虑注浆加固改造或截流的防治水方案，以达到安全回采。研究实现疏水降压、工作面底板加固有机结合的技术途径。十三矿石炭系薄层灰岩岩溶发育不均，存在强发育区，注浆时可导致浆液扩散距离远，扩散到泄水孔附近导致泄水孔不能泄水，而疏水降压是十三矿治理煤层底板岩溶水水害的有效方法。因此，注浆加固与疏放工程必须有机地结合起来。5.15.1 历年水害状况及规律历年水害状况及规律5.1.15.1.1 历年突水状况历年突水状况十三矿地处李口集向斜的北东翼，地下水的天然水位大体上是浅部高，深部低，西北高， 东南低，
12、地下水总体流向是自北西向南东迳流。主采煤层顶板分布有砂岩裂隙水含水层，底 板分布有石炭系太原组薄层灰岩岩溶水含水层和厚层寒武系灰岩岩溶水含水层，汝河自西北 向东南迂回穿越井田，与第四系浅层孔隙水有直接水力联系，也是各含水层地下水的补给来 源。在靠近汝河采煤时，当煤层顶板“三带”特别是裂隙带和冒落带发育高度与第四系松散 含水层甚至河水沟通时，孔隙水和河水存在溃入矿井的危险。十三矿在开采受汝河水和浅部 冲积层孔隙水威胁的已组煤层时，严格按武汉设计院划定的防水煤柱线以下开采，该煤柱线 98 年经过了煤科总院刘天泉院士的可行性论证，并实现了安全采煤。因此，矿井充水水源主 要是煤层顶底板各含水层地下水，
13、顶板直接充水水源为砂岩裂隙水；底板直接充水水源为太 灰上段（L2）岩溶水，间接充水水源为太灰下段（L4-7）和寒武系灰岩岩溶水。实际矿井正常 涌水量为 240m3/h，最大涌水量为 630m3/h。 多年的开采实践证实，十三矿属于水文地质条件和地质构造条件中等复杂矿井。随着矿 井开采深度的增加，矿井涌水量亦有所增大，煤层底板岩溶水承压水头高，突水危险性大。 矿井自 1998 年建成投产以来，发生了 10 余次突水，其中突水量大于 200 m3/h 的仅 2 次。典 型突水事故简述如下： 1、1999 年 12 月 27 日，己15-17-12010 工作面自切眼外推 10m 时，采面中下部逆断
14、层附 近处煤层底板 L2灰岩突水，5 个小时后最大涌水量达 240 m3/h 左右，造成采面停产 2 个月， 直接经济损失 200 余万元。 2、2001 年 11 月 16 日在己15-17-12090 工作面采面里段煤层底板 L2灰岩突水，2 个小时 后最大涌水量达 40m3/h 左右，造成采面停产半个多月，直接经济损失 40 余万元。 3、2002 年 11 月 15 日，己15-17-11090 工作面切眼外推 110m 时，采面中下部煤层底板 L2-5灰岩突水，突水点多达 7 个，最初涌水量 30 m3/h，7 个小时后最大涌水量达 435 m3/h 左右。这次突水造成采面被淹停产一
15、年，直接经济损失 400 余万元。 4、2003 年 6 月 12 日，己15-17-12090 采面外推 160m 时，机巷上帮底板突然出水，突水 层位为底板 L2灰岩，出水点有 4 处，最大涌水量 35 m3/h 左右。 5、2006 年 5 月 1 日，13041 机巷采面回采到 G7 点附近，G7 到 G7 前 27m 范围内有 6 处 出水，水量稳定于 30m3/h。 6、2007 年 4 月，13081 机巷二灰水从采空区出水，涌水量 30m3/h。5.1.25.1.2 突水规律突水规律1、突水水源主要是煤层底板 L2灰岩或 L2-5灰岩水，最大突水量大于 100 m3/h 的两次
16、突水其直接水源均为太灰岩溶水，但不排除有寒灰水的间接补给，煤层顶板砂岩水和地表水对 矿井生产影响较小。 2、突水地点主要为回采工作面，掘进工作面很少。突水发生的时间多位于回采工作面 初次放顶以后，距离切眼的位置较近，这说明突水与矿压的关系密切。 3、断层等构造对突水的影响比较大，当掘进或回采工作面在接近这些构造时，往往引 起突水。 4、突水原因主要是：回采工作面和掘进工作面相比较，更容易引起突水，则主要是由 于在回采工作面，尤其在采面第一次放顶以后，顶板大面积垮落，在矿压作用下，底板导水 裂隙带向下发展，使底板有效隔水层厚度变薄，在下部太灰承压含水层的水压的顶托力作用 下使底板破坏，沟通太灰含水层发生突水。突水量一般大于 30m3/h。掘进工作面遇见断裂构 造或通过岩溶发育含水层时，如果裂隙导通含水层也往往发生突水。5.1.35.1.3 透水预兆透水预兆采掘工作面透水前一般都有预兆，井下工作人员熟悉这些预兆，对于及时采取对策，保 证人员安全撤离有着重要意义，透水预兆有： 1）巷道壁或煤壁“挂汗”这是由于积水透过微孔隙而凝聚于岩石或
