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1、任务3：矿井底板水的防治,一、底板突水因素分析、预测及带压开采 安全度评价,二、底板水的疏水降压,三、隔水层薄弱带的注浆加固,四、利用隔水层带压开采,五、工程实例,一、底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价,(二)底板突水因素分析,(三)易发生突水的地段,(四)底板突水预测方法,(五)带压开采安全度评价,(一)采动条件下底板破坏的规律,（一）采动条件下底板破坏的规律,(c)工作面周围支承压力分布特征,采动空间内应力重新分布示意图,(b)工作面底板剪切带分布特征,(a)随工作面推进底板受力特征,下三带的发育,1.“下三带”发育特征 2. “下三带”的确定,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图
2、,（二）底板突水因素分析,含水层富水性及水压 破裂构造 矿压破坏深度 隔水层厚度、岩性组合 山东矿业学院特殊开采所经验公式(2002年)： 式中 Cp采动对底板的破坏深度，m； L工作面斜长，m； H 采深，m； a 煤层倾角，； f 底板岩层坚固性系数,返回,采煤工作面底板受力、剪切带分布图,（三）易发生突水的地段,断层交叉或汇合处 背斜倾伏端一带 褶曲轴部裂隙密集带或小断裂密集带 断层尖灭或消失端一带 两条大断层相互对扭地带(即张扭性破碎带) 与导水或富水大断裂成“入”字形连接的小断裂带 复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急剧转折带上的复合部位，或小褶曲轴与底层倾向转折带的复合部位 压
3、性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强。 不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易于发生突水。,返回,实例1,返回,某矿井田构造图,（四）底板突水预测方法,1、采掘前的突水预测,2、采掘过程中的突水预测,1、采掘前的突水预测,(1)水文地质方法 (2)突水系数分析法 突水系数指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比，其表达式为： 式中 Ts突水系数，MPa/m； P作用于隔水层底板的水压力，MP Mi底板隔水岩中某一性质岩石的厚度，m； i底板隔水岩中i层岩石等值隔水系数(泥岩为1，砂页岩为0.7，页岩为0.5，断层破碎带岩石为0.35) Cp采动对底板的破坏深度，m； n隔水层层数。,底板
4、隔水层在开采条件下三带分布示意图,返回,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图,2、采掘过程中的突水预测,(1)钻探方法 探测高水压区(若其值远远低于奥灰水压(CHA 0.41.0MPa以上)则不突水。) 探测底板水的导升高度(当导升高度上界进入或达到矿压破坏区时，往往发生突水 ) (2)物探方法 (3)突水征兆的监测,返回,（五）带压开采安全度评价,1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度,2、回采工作面底板隔水层突水系数,3、安全水头值,1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度,计算公式： 式中：t安全隔水厚度(m)； L巷道底板宽度(m)； 底板隔水层的平均容重(t/m3)； Kp底板隔水层的平均抗张
5、强度(10-2MPa)； H底板隔水层承受的水头压力 (10-2MPa)。 如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的,返回,2、回采工作面底板隔水层突水系数,底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06 MPa/m就可认为是安全的，正常块段(隔水层完整无断裂构造破坏)不大于0.1 MPa/m就可认为是安全的。 安全区：是指当煤层底板位于奥灰水位以下，此区不存在突水危险性； 较安全区：是指突水系数小于0.06MPa/m，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，进行带压开采； 危险区：是指突水系数介于0.06-0.1 MPa/m，突水的危险性较大，在岩层完整构造简单地带采取安全措施的情况下可
6、进行带压开采； 最危险区：是指突水系数大于0.1MPa/m，是底板突水的最危险地段。,返回,3、安全水头值,(1)掘进巷道安全水头值 式中 H底板隔水层能够承受的安全水压(10-2MPa)； t底板隔水层厚度(m)； L巷道宽度(m)； 底板隔水层的平均容重(t/m3)； Kp底板隔水层的平均抗张强度(10-2MPa) 当掘进巷道工作区段的水压值大于所计算出的安全水压值时，巷道有底板突水的危险；反之，可以安全掘进。 (2)回采工作面安全水头值 式中 P底板隔水层能够承受的安全水压(MPa)； M底板隔水层厚度(m)； Ts突水系数(MPa/m) 当回采工作面隔水底板的实际水头值大于安全水头值，
7、则有底板突水的危险；反之，可以安全回采。,返回模块四,底板水的防治应遵循十六个字方针： 整体研究，逐块分析，因地制宜，先易后难。,二、底板水的疏水降压,(一)地表疏水降压,(二)井下疏水降压,(三)井上下联合疏水降压,（一）地表疏水降压,地表疏降模式,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,返回,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,（二）井下疏水降压,下行式井下疏水降压钻孔 注意!当下伏含水层的水头压力过高（大于45MPa）时，井下放水钻孔施工就很困难，此时此法不宜采用,(a) 底板疏水降压孔平面布置示意图 (b)底板疏水降压孔剖面示意图,返回,（三）井上下联合疏水降压,压力传递式井下疏降钻孔 井上下联合
8、疏水降压 当地面或井下单一疏降方式效果不好或不够经济合理时，可采用井上下联合疏水，或采用供疏结合的联合疏水。当矿区一方面地面供水(工业、农业、居民饮用)紧张，另一方面井下水害严重，矿区供水与矿井排水之间严重矛盾时，可利用矿区供水水源地直接作为矿井疏放水系统，或者将矿井疏水系统直接用作矿区供水水源地，实现疏供水结合。,压力传递式井下疏水孔,返回模块四,三、隔水层薄弱带的注浆加固,注浆防治矿井水害技术优点： 减少矿井生产过程中的排水电费，降低吨煤生产成本。 有利于在矿产资源开发过程中有效地保护矿区地下水资源。 有利用在矿产资源开发过程中有效地防止地下水系统环境扰动而诱发的生态环境恶化和其他相关的地
9、质灾害发生。 改善井下采掘工作环境和劳动条件。 快速恢复被淹矿井或采掘工作面 具体防治方法,(一)改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度,(二)提高隔水层的阻水性,(三)其它防治方法,（一）改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度,返回,底板含水层注浆改造技术示意图,（二） 提高隔水层的阻水性,返回,煤层底板隔水层破碎带注浆加固示意图,地面防渗堵漏：在煤层底板下伏奥灰含水层的露头部位，如有地面水流（河流、水渠）通过时，地面水往往大量漏失而补给含水层。如河流水量很大，但漏失段不很长时，可在地面进行河床防渗堵漏工作，往往能使矿井突水危险性或矿井涌水量显著减小。 改变采煤方法：对于隔水底板厚度较薄，突水威胁严
10、重，而又无其他有效防治办法的矿井或采区，如改用适当的采煤方法，往往能化险为夷。例如短壁开采，房柱式开采、砌充填带以至充填法采矿，都能减小矿压和提高隔水底板抵抗水压的能力；快速回采、人工放顶，则能缩短悬顶时间，避免或减少底板岩体因蠕变而降低其力学强度的危险。但短壁开采、房柱式开采，会降低采煤效率，损失煤炭资源；充填法采矿会增加采煤成本，一般不宜采用。,（三）其它防治方法,返回模块四,四、利用隔水层带压开采,(一)划分突水性分区,(二)带压开采的措施,（一）划分突水性分区 -编制突水系数图,编制突水系数图 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，一种是矿区或井田突水系数图(比例尺
11、1:500010000)，第二种是采区突水系数图(比例尺1:10002000或更大)。,1、以煤层底板等高线图为底图,某矿1718采区底板等高线图,2、根据水位资料编制等水位线图,某矿1718采区底板含水层放水等水位线图,3、根据以上两种资料绘制底板等水压线图,某矿1718采区放水等水压线图,4、编制有效保护层厚度等值线图,某矿1718采区有效隔水层等厚线图,5、根据底板等水压线图和有效保护层厚度等值线图，绘出突水系数等值线图,返回,某矿1718采区底板放水突水系数图,（一）划分突水性分区 -编制带压开采地质、水文地质说明书,开采受水威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之前，必须编制该范
12、围的地质、水文地质说明书，以作为设计的依据。,返回,（二）带压开采的措施,1.短壁式开采 2.带压分段后退式开采,分段后退式开采方法示意图,五、工程实例,实例1 某矿19号煤层底板突水因素分析 实例2 提高底板抗阻水能力的高压注浆加固技术 实例3 煤层底板多层含水层裂隙突水防治技术 实例4 底板突水事故的防范 实例5 单浆液快速封堵奥灰动水 实例6 煤层底板突水治理措施 实例7 下组煤开采防治水安全保障系统 实例8 引发煤层底板出水的地质构造分析及防治,典型工作任务,矿井底板水突水预测及防治方案 1.工作任务 (1)未来开采7、10+11号煤层时，煤层底板突水性进行分析预测。 (2)进行突水危险性分区。 (3)试提出开采9、10+11号煤层时，防治底板突水的初步防治措施、方案。 2.工作方法：分组讨论，独立完成。 3.背景资料 某矿井田内太原组可采的煤层有9、10+11号煤层，较稳定局部可采煤层有7号煤层，其余煤层均不可采。井田内10+11号煤层底板标高：440m860m；奥灰顶面距10+11号煤层底板隔水层平均厚度33.19m，岩性以砂岩、粉砂岩、砂质页岩、铝土泥岩为主。井田内奥灰水水位标高562.50m567.60m。 井田内太原组可采煤层特征见下表。 井田可采煤层特征表,返回,
