带压开采应注意的问题

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1、带压开采应注意的问题 2008-02-28 14:20 带压开采主要是针对底板存在较强承压充水含水层的煤层。由于煤层与底板强岩 溶承压充水含水层之间往往沉积一定厚度的隔水岩体，故对于底板存在充水含水 层的煤层，无需进行疏干开采，只要使煤层底板承压充水含水层的水头压力疏降 至安全开采高度，即可进行安全带压回采。为在复杂矿井水文地质条件下进行带 (水)压开采，并获得经济效益，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也应了 解清楚，对充水含水层组的补、径、排条件和不同充水含水层组问的水力联系程 度以

2、及保护层的防隔水性能等均应予以研究，以便更好地选择合理的防治水方法 和制定出具体的带(水)压开采的措施。二、编制突水系数图 所谓突水系数就是指煤层底板每米厚度隔水层可以承受的临界地下水水压 值(MPa/ m),它可以作为确定带压开采的临界安全水头的依据之一。突水系数的 应用是通过突水系数图来体现的。一般包括两种突水系数图，一种是矿区或井田 的突水系数图，比例尺常为1： 5 0001： 10 000；另一种是大比例尺的采区突 水系数图，比例尺一般为 1： 1 000 1： 2 000，甚至更大些。采区突水系数图的 编制方法如下：(1) 以采煤底板等高线图为底图，将已知断层和开采上部煤层新发现的断

3、层 以及有用的矿井水文地质资料(如口突水点)标于图上。(2) 根据水位资料编制等水位线图。(3) 根据以上两种资料绘制底板等水压线图，等水压线是编制突水系数图的 基础资料。(4) 编制有效隔水层厚度等值线图。根据勘探、生产和补充勘探等资料，确 定一些点从煤层底板至底板充水含水层之间的总隔水层厚度，并从中减去煤层开 采过程诱发的矿压破坏带和底板充水含水层的原始导升厚度，即得到这些点的有 效隔水层厚度；然后把各点数据相应地标在相应比例尺的井田平面图上，用内插 法绘制成图。这张图同样是绘制突水系数图的基础图件。(5) 根据煤层底板充水含水层等水压线图和有效隔水层厚度等值线图，即可 绘制出突水系数等值

4、线图。三、编制带压开采地质、水文地质条件说明书 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 该地区的地质、水文地质条件说明书，作为上述设计的依据。说明书的编制，除 按一般规程要求的内容外，还应注意以下几个问题：(1) 说明书的研究范围应按开采范围所在的水文地质单元或以构造为边界的 地质块段来圈定，这有利于分析充水含水层的补给、径流和排泄条件以及充水含 水层之间的水力联系，更便于水文地质勘探和疏水降压钻孔的设计。(2) 说明书除应具备底板等高线图、剖面图等图件外，还应编制 1： 1 000、 1： 2 000或更大比例尺的有关带压开采的专门水文地质图，如等水压线图、煤 层

5、底板隔水层等厚线图以及突水系数等值线图。根据等值线图，按突水临界值划 分采区内具体的带压开采范围和降压开采范围及降压值，并根据降压范围结合巷 道布 置排水系统，设计放水降压钻孔和观测孔。在设计放水钻孔时，要根据降压漏斗 的延展规律，布置在可获得最大效益的位置，以求以最少的钻孔数、最小的排水 量来获得最大的经济效益。（3） 对开采区内的所有断层进行分析。根据断层造成局部隔水层厚度变薄的 情况，核实突水系数，对造成局部不符合安全开采条件的断层，要提出具体处理 意见和措施，如留设防水煤柱、断层两盘预注浆、加强断层带支护或局部疏水降 压等。根据沿断层方向的充水含水层层位错动及接触关系，分析回采时断层的

6、受 力情况，尽可能杜绝沿断层走向掘进运料和回风道。如必须沿断层送巷时，要采 取相应措施减少矿山压力，以预防由于剪切力高度集中而引起断层面重新滑动， 避免造成突水或淹井事故。（4） 要对开采区所在地质块段或水文地质单元的主要充水含水层进行水文地 质条件分析。在断层多且错动复杂的地段，要编制以充水含水层为主体的断层接 触关系图，通过此图分析充水含水层的补给、排泄、水力联系等情况，确定水文 地质边界和充水通道。必要时对重要充水含水层还要进行水文地质勘探和试验， 以查明充水含水层的厚度、岩溶发育情况、含水层间在断层接触段的联通情况， 还要组织放水试验，确定充水含水层的动储量、影响半径及地下水的传导和渗

7、透 性能等，预测降压放水的涌水量、发生意外突水时的最大涌水量和稳定涌水量 等。四、建立强有力的排水设施 排水设施主要包括水泵、排水管路、适当容量的水仓和保险电源。位于奥陶 系灰岩充水含水层富水带且又临近排泄带的矿井，其排水基地的建立更为重要。 如我国的大水矿井焦作演马庄矿 1977年南区一 50m 水平发生突水，突水量 达 100 m3 min 以上，矿井累计涌水量高达 220 m3 rain 。幸运的是由于该矿 的排水能力较大，才幸免发生淹井事故。又如四川红岩矿，1974 年曾发生突水， 突水量达152 m3 / rain，由于排水设施得力，大大减轻了突水损失。各大水矿井排水设施的增量可以当

8、地或条件相似矿井的突水水量作为依据， 并结合其他措施，如水闸门、各矿间排水基地的相互串通等，合理确定增量，采 用直通式排水设施效果最佳。为了实现带压开采综合治水，峰峰二矿、四矿和邯 郸王凤矿已建立起排水能力为120 m3 / rain的排水基地，大大增强了矿井御水 防患的能力。五、险区备灾问题（一）建立防水线保护排水基地大水矿井强有力的排水基地建成后，要有良好的维护制度以保持其额定的排 水能力。排水基地与其他防水设施（如水闸门）结合使用更为有力。大水矿井在掘 进通往水患煤层的巷道时，均应建立防水闸门，在发生超过排水基地排水能力的 突水时，可关闭水闸门，保住基地，防_止发生恶性水患事故。（二）建

9、立警报系统 开采受水患威胁煤层的矿井，特别是在大于突水临界值的采区作业时，采掘工作面要设专职水情监视员。水情监视员应具有很强的责任心和一定的防水经 验。采掘面还应建立水情记录，设置专用的电话和警报器。一旦发现恶性突水征 兆，能及时发出信号，组织撤离。报警制度和细则应使全体人员熟知。（ 三 ） 标明应急撤退路线在大水矿井开采水患煤层，特别是在险区作业，应确定并及时修订井下人员 遭遇水险的撤退路线。路线应标在采矿防险撤退路线图上，沿线特别是分岔点应 设有明显标记，使井下作业人员对此熟知。六、留设断层防水煤柱实际资料表明，大水矿井大多数突水通道均系断层，因此在导水或易于突水 的断层带留设防水煤柱是常

10、用的防水方法，也是带压开采综合防治水方法中重要 的防水措施之一。匈牙利利用隔水系数经验公式，计算留设煤柱，收到了较好的 效果，我们用自己的突水系数经验公式在突水系数临界值之内留设煤柱，通过实 际验证也是可行的。七、隔水层薄弱带的加固 由于沉积变薄或构造破坏都会降低隔水层的防隔水作用，以致成为发生突水 的条件，因此隔水层的薄弱带需要加固。峰峰、焦作、龙山等矿进行的巷道穿过 隔水层薄弱带的加固实践，收到了良好的效果。带（水）压开采安全评价技术及其发展方向作者：靳德武董书宁刘其声摘要：随着煤矿开采深度的不断增加，将面临高承压水的严重威胁，带压开 采已成为深部煤炭资源开发的主要开采方式，与此相适应，带

11、压开采安全评价工 作显得尤为重要。面对深部煤炭资源开采中带压开采评价技术的挑战，应该在完 善双系数（突水系数和带压系数）评价体系的基础上，在带压安全开采可靠性分 析、三维地质建模技术及其可视化、数据仓库及数据挖掘技术与突水规则的知识 获取等方面发展带压开采安全评价技术，以期实现在奥灰高承压水威胁下安全采 煤和避免淹井事故发生的目标。关键词：带压开采;承压水;安全评价;可靠性分析;可视化;数据挖掘;知识获 取煤炭是我国今后相当长一段时期内主要的、不可替代的能源，大力发展煤炭 工业，实施科技兴煤战略是煤炭工业可持续发展的根本所在。目前，煤矿安全严 重地制约着能源工业的发展，成为其发展的“瓶颈”问题

12、。当务之急，做好煤矿 安全评价工作、基本杜绝恶性灾害性事故成为煤矿安全生产中的一项首要任务。安全评价就是从系统工程的观点出发，对煤矿生产中潜在的危险进行预先识 别、分析和评估，为制定基本的防灾、减灾措施提供科学依据。近年来，随着以 人为本管理理念的建立，逐渐确立了安全评价在生产中的重要地位，从而促进了 安全技术的发展和完善。中国社会对于安全工作的重视程度达到了前所未有的高 度，主要体现在以下方面：国家安全生产监督管理局升格为国家安全生产监督 管理总局;成立中国安全生产科学研究院（简称“安科院”）；开办中国安全网专 业网站;从2005年6月1日开始受理注册安全工程师执业资格的注册申请;中 国矿业

13、大学（北京）开办资源与安全工程学院，下设安全工程系，计划将在不远的 将来形成安全技术学科群;直接以安全为主题的刊物多达3种，如煤矿安全 矿业安全与环保、矿山压力与顶板管理，其它矿业工程刊物上与各类安 全工程相链接的文章更是不胜枚举。1带压开采及其安全评价带（水）压开采（简称“带压开采”）技术，是指当煤层底板隔水层承受较高 水压时，在不进行或很少降低含水层水头压力的情况下，确定能否安全采煤的技 术1。它是承压水体上安全采煤的一项实用性技术，与深降强排技术相比，具 有减少吨煤排水费用和保护水资源的双重功效。通过与国内外同类技术对比后发 现，带压开采属安全技术范畴，带压开采评价技术从一开始就引起人们

14、的极大兴 趣，这从对于其定量化分析的不断创新中已经得到了印证。自20世纪70年代后 期以来，在淄博、焦作、井陉、峰峰等煤矿应用带压开采技术在解放受水害威胁 的煤炭资源方面发挥了重要的作用。我国大多数矿区，尤其是华北型煤田东部各 煤矿区，在面临浅部资源枯竭的条件下，为了实现各个能源基地的可持续发展， 深部煤炭资源开发已经提到重要的议事日程上来，煤炭工业的发展和煤炭资源开 发进入新的历史发展阶段。与此相适应，作为煤矿水害防治技术重要发展方向和 深部煤炭资源技术支撑的带压开采评价技术面临新的发展机遇和严峻挑战。目前，随着开采深度的不断增加和开采层位的逐渐下移，对带压开采安全评 价问题没有统一和明确的

15、规定，其原因是问题相对复杂，以前遇到的带压开采安 全问题并不十分突出，在实际操作中，常常由水文地质工程师或采矿工程师在分 析具体条件的基础上，参考类似矿区的经验，依照矿井水文地质规程所给定 的临界突水系数做出判断。工程实践中，对新设计采区或工作面进行带压开采安 全评价常常采用的方法是：整体安全评价采用突水系数法，工作面回采时，采用 带压系数进行复核验证。随着对于煤层底板突水机理认识的逐渐深入、地质分析 工作的不断深化以及物探技术方法的长足发展，可以给出需要加固处理的重点部 位，从而建立起了目前为止较为完备的带压开采技术方法体系和工作思路，东庞 煤矿9103工作面安全回采提供了这样一个成功的范例

16、。然而，由于众所周知的原因，依照突水系数法所得出的评价结果只能得出一 个整体安全度，带压系数测试方法本身的缺陷，使得在审查其评价结果时，经常 引来较大的争议，需要借助突水监测系统弥补评价方法上的某种不足。因此，带 压开采的突水危险也就不言而喻地来自于这种安全评价的技术风险，在迫切需要 解放受水害威胁的深部煤炭资源并且日益重视安全评价工作的今天，有必要探讨 带压开采安全评价技术及其相关问题。带压开采技术措施及其安全评价技术是带压开采技术密不可分的两个组成 部分，二者的关系如图1所示。q轴刑支术-Jfiff愉工f画删诲图1带压开米及其评价技术实际上，带压开采安全评价技术（有时简称带压开采评价技术）贯穿于煤炭资 源开采的各个阶段，随着对水情、水害认识和研究程度的不断深入，将逐渐修正 前一阶段的评价成果，从而使评价工作逐步趋于完善。可以看出，对应不同的工