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1、矿井水害防治技术现状及展望n n矿井水害是指在煤矿基建和生产过程中地下水涌入采掘空间，由于排水能力相对不足而造成淹没巷道、工作面、采区、矿井(不同水平乃至整个矿井)的现象，它轻则影响生产，重则造成人员伤亡的恶性事故，是煤炭资源开发过程中一种突发性的地质灾害。n n矿井水害是地下水非正常涌入井巷和工作面的现象，这里，一方面要强调它的突发性，另一方面要强调它的灾害性。矿井水害的防治思想n n矿井水害是可以防治的，只要搞清矿井的充水特征，并采取适当的工程措施，不仅可以安全采出受水威胁的煤炭资源，而且能够提高矿井防治水技术水平，从而为矿床水文地质学的发展做出积极的贡献。n n一般地，矿井水的防治应当从
2、水文地质条件的分析着手，即从区域到水文地质条件研究开始，确定井田在水文地质单元中所处的位置，重点分析地下水的补给、径流和排泄条件。水文地质条件的分析最好以水文地质单元为分析对象，通过对地下水流场、水化学场的分析建立水文地质概念模型。n n对于井田而言，应重点分析矿井充水条件，对于井田而言，应重点分析矿井充水条件，确定充水水源和导水通道，对水害类型做确定充水水源和导水通道，对水害类型做出划分，同时，对水害威胁程度做出评价。出划分，同时，对水害威胁程度做出评价。n n矿井水害防治的工作重点是对水患做出诊断，同时，应提出具体的防治水措施。事实上，水患诊断、评价、防治水措施三者缺一不可，三要素共同构成
3、防灾、减灾的目标路线。n n在在长长期期与与煤煤矿矿水水害害斗斗争争的的过过程程中中，积积累累了了大大量量宝宝贵贵的的经经验验，使使得得人人们们对对矿矿井井水水害害类类型型的的认认识识水水平平日日益益提提高高。目目前前，对对矿矿井井水水害类型的划分基本形成如下观点：害类型的划分基本形成如下观点：矿井水害类型n n按水源类型划分：按水源类型划分：n n顶板水顶板水n n底板水底板水n n老空水老空水 n n按导水通道划分按导水通道划分 n n断层突水断层突水n n陷落柱突水陷落柱突水n n裂隙岩体突水裂隙岩体突水n n封闭不良钻孔突水封闭不良钻孔突水n n煤煤( (岩岩) )柱突水柱突水n n按
4、水源含水介质类型划分：按水源含水介质类型划分： n n孔隙水孔隙水n n裂隙水裂隙水n n岩溶水岩溶水n n科学分类体现了人们对事物认识高度和认识水平，也是学科发展水平的标志。 n n（1）老空水的定义及特点n n为了保证正常生产，煤炭开采过程中，需要对涌入井下的地下水排出地面，这时排水费用作为煤炭开采成本的一部分计入其销售成本之中，采掘作业完成后，留下大量的废弃巷道和采煤空间，对涌入的地下水一般不再排放，这时，采空区内聚集着大量的地下水，称为老空水。 第2讲 老空水预防n有有些些煤煤矿矿地地下下水水占占据据采采空空区区的的一一部部分分，如如干干旱旱和和半半干干旱旱的的北北方方地地区区，而而有
5、有些些煤煤矿矿，如如雨雨量量充充沛沛的的南南方方，地地下下水水几几乎乎占占据据了了采采空区的全部空间。空区的全部空间。n n对对同同一一矿矿井井而而言言，老老空空水水分分为为同同层层老老空空水水和邻层老空水；和邻层老空水；n n对对相相邻邻矿矿井井而而言言，老老空空水水分分为为本本矿矿老老空空水水和邻矿老空水；和邻矿老空水；老老空空水水对对采采煤煤的的威威胁胁主主要要表表现现在在同同层层老老空空水水上上水水平平对对下下水水平平的的威威胁胁，邻邻层层老老空空水水浅浅部部对对深深部部的威胁，邻矿老空水对本矿的威胁。的威胁，邻矿老空水对本矿的威胁。由由于于老老空空水水往往往往积积水水体体积积大大，隔
6、隔水水煤煤岩岩柱柱不不足足以以抵抵抗抗静静水水压压力力的的情情况况下下容容易易发发生生透透水水事事故故，而且来势凶猛，经常形成群死群伤的恶性事故。而且来势凶猛，经常形成群死群伤的恶性事故。 n n老老空空水水对对采采煤煤的的威威胁胁主主要要表表现现在在同同层层老老空空水水上上水水平平对对下下水水平平的的威威胁胁，邻邻层层老老空空水水浅浅部部对对深深部部的的威威胁胁，邻邻矿矿老老空空水水对对本本矿矿的的威威胁。胁。由由于于老老空空水水往往往往积积水水体体积积大大，隔隔水水煤煤岩岩柱柱不不足足以以抵抵抗抗静静水水压压力力的的情情况况下下容容易易发发生生透透水水事事故故，而而且且来来势势凶凶猛猛，经
7、经常常形形成成群群死死群群伤的恶性事故。伤的恶性事故。n n近年来，采空水造成的透水事故时有发生，近年来，采空水造成的透水事故时有发生，在所有煤矿水害事故中占据主要位置，媒在所有煤矿水害事故中占据主要位置，媒体多有报道，产生十分恶劣的社会甚至是体多有报道，产生十分恶劣的社会甚至是政治影响。为此，党和政府及社会各界十政治影响。为此，党和政府及社会各界十分关注这一影响安全生产大局的煤矿水害分关注这一影响安全生产大局的煤矿水害问题，在国家煤矿安全生产监察局多次组问题，在国家煤矿安全生产监察局多次组织的水害防治技术研讨会上均将老空水防织的水害防治技术研讨会上均将老空水防治列为扭转安全生产大局的主要目标
8、。治列为扭转安全生产大局的主要目标。n n面面对对老老空空水水防防治治的的严严峻峻形形势势，科科技技部部将将“十十一一五五”攻攻关关的的主主题题确确定定为为“矿矿井井老老空空区区探探测测与与水水害害防防治治关关键键技技术术及及装装备备”，这这些些行行动动足足以以看看出出国国家家对对预预防防和和治治理理由由老老空空水水诱发的恶性透水事故的力度。诱发的恶性透水事故的力度。 n n（2 2）老空水的探查）老空水的探查n n对对于于老老空空水水的的防防范范，关关键键是是确确定定积积水水范范围围和和积积水水水水量量，可可以以采采取取两两条条途途径径：一一是是煤煤矿矿开开采采有有着着准准确确的的井井上上下
9、下对对照照图图，采采空空区区范范围围往往往往比比较较可可靠靠；二二是是采采空空区区积积水水范范围围往往往往没没有有精精确确的的测测绘绘资资料料，只只能能靠靠探探查查手手段来解决问题了。段来解决问题了。 n n前前者者对对于于国国有有大大中中型型煤煤矿矿来来说说很很容容易易做做到到，对对于于地地方方小小煤煤矿矿来来说说，问问题题就就不不那那么么简简单单了了，就就需需要要通通过过钻钻探探和和物物探探相相结结合合的的方方法法解解决决老老空空水水探探查查问问题题。实实际际工工作作中中，必必须须以以钻钻探探为为主主，物物探探配配合合，物物探探资资料料必必须须慎慎重验证鉴定，确保其可靠性。重验证鉴定，确保
10、其可靠性。n n下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：n n某矿开采浅部的某矿开采浅部的10#10#煤，大片的老空水已煤，大片的老空水已经被探放出来，进入老空区回收残留煤阶段，经被探放出来，进入老空区回收残留煤阶段，遇一块遇一块30m30m见方的煤柱，从四周老洞观察无见方的煤柱，从四周老洞观察无积水，上距积水，上距20m20m的的9#9#煤也已证明无积水，但煤也已证明无积水，但是煤柱的一侧却有发潮现象。是煤柱的一侧却有发潮现象。 n n当时普遍认为，该煤层距地表仅当
11、时普遍认为，该煤层距地表仅60m60m，地面，地面又是排水沟，是排水沟的水沿风化及采动裂又是排水沟，是排水沟的水沿风化及采动裂隙下渗造成煤壁发潮的，周围的煤壁也比较隙下渗造成煤壁发潮的，周围的煤壁也比较潮湿就是例证，潮湿就是例证，30m30m见方的煤柱内绝对不会见方的煤柱内绝对不会有老空水。有老空水。 n n当当时时探探与与不不探探的的争争论论很很大大，由由于于分分管管探探水水工工作作的的领领导导思思想想坚坚定定，决决定定打打钻钻探探水水，结结果果放放出出水水量量200200多多吨吨，事事后后发发现现煤煤柱柱内内残残留留一一口口60m60m的的古古井井，有有约约0.3MPa0.3MPa的的水水
12、压压，如如有有人人员员在附近作业，必然会发生伤亡事故。在附近作业，必然会发生伤亡事故。n n某某矿矿欲欲从从9#9#煤煤施施工工一一反反上上山山石石门门穿穿透透7#7#煤煤，据据调调查查资资料料，石石门门透透煤煤点点100m100m外外有有老老空空积积水水，两两煤煤层层间间距距33m33m， 反反上上山山石石门门倾倾角角2323，斜斜长长85m,85m,设设计计上上山山掘掘进进60m60m，距距7#7#煤煤10m10m左左右右的的位位置超前打钻探水。置超前打钻探水。 n n但但上上山山掘掘进进到到50m50m时时，发发现现顶顶板板砂砂岩岩淋淋水水，是是否否探探水水，争争论论很很大大，普普遍遍认
13、认为为：迎迎头头层层位位正正常常，正正是是7#7#煤煤底底板板以以下下1313 14m14m的的砂砂岩岩底底面面，砂砂岩岩裂裂隙隙有有点点淋淋水水属属正正常常现现象象，应应该该按按照照原原设设计计在在60m60m位位置置安安钻钻探探水水，而而积积水水范范围围在在预预定定透透煤煤点点以以外外还还有有100m100m，现现在在就就开开始始探探水水工工程程量量大大，边边探探边边掘掘，既既影影响响正正常常生生产产，又又无无实际必要。实际必要。 n n根根据据当当时时定定下下的的没没有有把把握握就就探探的的原原则则提提前前施施工工探探放放水水钻钻孔孔，结结果果第第1 1个个钻钻孔孔钻钻进进至至10.6m
14、10.6m即即透透老老空空，放放出出积积水水6200062000余余吨吨。事事后后查查明明该该迎迎头头前前面面4m4m多多有有一一落落差差9m9m多多的的正正断断层层，上上盘盘7#7#煤煤已已下下降降至至迎迎头头附附近近，积积水水区区与与迎迎头头垂垂距距仅仅2m2m（图图1 1），一一次次难难以以估估量量损损失失的的重重大大透水事故就此避免了。透水事故就此避免了。n n（3 3）老空水疏放）老空水疏放n n探探水水“三三线线”的的确确定定：探探水水 “三三线线”是是指指: :积水线、放水线、警戒线。积水线、放水线、警戒线。 n n积积水水线线: :积积水水区区外外缘缘标标高高等等高高线线，确确
15、定定积积水水水水面面标标高高后后，可可直直接接在在采采掘掘工工程程平平面面图图上上按按等等高线标定。高线标定。n n放放水水线线: :矿矿井井水水文文地地质质规规程程规规定定掘掘进进工工作作面面在在距距积积水水实实际际边边界界20m20m处处停停止止掘掘进进，进进行行打钻放水。积水线外推打钻放水。积水线外推20m20m即为放水线。即为放水线。n n警警戒戒线线: :积积水水线线外外推推60m60m即即为为警警戒戒线线。掘掘进进工工作面进入警戒线后，必须超前探放水。作面进入警戒线后，必须超前探放水。n n探探水水“三三线线”必必须须在在采采掘掘工工程程平平面面图图上上明明确确标出。标出。 n n
16、（4 4）老空水防治注意事项）老空水防治注意事项n n老老空空积积水水图图应应根根据据采采掘掘工工程程和和探探放放水水工工作以及新发现的情况每年补充修改一次。作以及新发现的情况每年补充修改一次。 n n熟熟悉悉并并掌掌握握井井田田周周边边采采煤煤历历史史，做做好好询询访访调调查查工工作作，要要对对探探放放水水资资料料进进行行动动态态分分析析，根根据据已已经经掌掌握握的的情情况况给给出出有有事事实实根根据据和和说说服服力力的结论。的结论。 n n禁禁止止使使用用煤煤电电钻钻探探放放老老空空水水。由由于于煤煤电电钻钻没没有有安安全全的的超超前前距距和和帮帮距距，而而且且不不能能使使用用套套管管、水
17、门等安全防水装置。水门等安全防水装置。第3讲 顶板水防治n n（1 1）顶板水害分类）顶板水害分类n n地表水体（河、湖、海）地表水体（河、湖、海）全国各地均有，尤以东部居多全国各地均有，尤以东部居多n n海海下下具具有有代代表表性性的的是是山山东东黄黄县县早早第第三三纪纪褐褐煤煤田田，位于渤海以下，煤层露头直接与海底接触；位于渤海以下，煤层露头直接与海底接触；n n湖下湖下鲁西南、苏西北微山湖、昭阳湖；鲁西南、苏西北微山湖、昭阳湖；n n河河下下内内蒙蒙元元宝宝山山煤煤矿矿在在英英金金河河和和老老哈哈河河下下采采煤煤等等n n（1 1）顶板水害分类）顶板水害分类n n巨厚松散含水层巨厚松散含
18、水层我我国国东东部部分分布布较较广广，如如两两淮淮（淮淮南南、淮淮北北）煤煤 田田 ， 石石 炭炭 二二 叠叠 系系 煤煤 系系 隐隐 伏伏 于于 厚厚 度度 约约100100 800m800m的的新新生生界界（第第三三系系及及第第四四系系）松松散散层之下，煤层露头直接与新生界底部接触。层之下，煤层露头直接与新生界底部接触。 n n煤系顶板砂岩含水层煤系顶板砂岩含水层淮淮北北芦芦岭岭矿矿、海海孜孜矿矿、哈哈密密矿矿、黄黄陵陵煤煤矿矿，煤煤层层顶顶板板赋赋存存一一定定厚厚度度的的砂砂岩岩裂裂隙隙水水，煤煤层层顶顶板板岩岩体体导导通通含含水水层层水水体体，往往往往发发生生顶顶板板水水害事故。害事故
19、。n n煤系顶板灰岩含水层煤系顶板灰岩含水层赣赣中中丰丰城城矿矿区区龙龙潭潭煤煤系系的的C C煤煤组组煤煤层层顶顶板板上上距距长长兴兴灰灰岩岩3 3 5m,5m,云云庄庄矿矿试试采采C C煤煤组组时时，顶顶板板涌涌水量高达水量高达19000m19000m3 3/h/h，试采井被淹。，试采井被淹。n n（2）典型顶板水害事故）典型顶板水害事故n n祁东煤矿四含突水淹井祁东煤矿四含突水淹井20012001年年1111月月2424日日，皖皖北北矿矿务务局局祁祁东东煤煤矿矿东东翼翼-420-420水水平平3 32 22222倾倾斜斜长长壁壁工工作作面面，发发生生了了第第四四系系第第四四含含水水层层特特
20、大大突突水水淹淹井井灾灾害害，最最大大涌涌水水量量达达1670m1670m3 3/h/h，其其突突水水量量之之大大，在在全全国第四系突水事例中也较为少见。国第四系突水事例中也较为少见。 n n致致使使刚刚刚刚建建成成，年年生生产产能能力力150150万万吨吨，准准备备于于1212月月2626日日正正式式投投产产祁祁东东矿矿整整个个矿矿井井被被淹淹。出出水水后后对对水水质质、水水温温、“四四含含”长长观观孔孔资资料料进进行行了了分分析析对对比比，分分析析突突水水水水源源应应为为“四四含含”水水。导导水水通通道道可可能能是是隐隐伏伏垂垂向导水裂缝带和古河床切割深沟。向导水裂缝带和古河床切割深沟。n
21、（3 3）顶板水防治方法）顶板水防治方法（）顶板水防治方法（）顶板水防治方法（）顶板水防治方法（）顶板水防治方法n n安全开采深度的确定安全开采深度的确定安全开采深度的确定安全开采深度的确定n n安全开采上限安全开采上限安全开采上限安全开采上限, , , ,一般是指在某一最小深度下开采时一般是指在某一最小深度下开采时一般是指在某一最小深度下开采时一般是指在某一最小深度下开采时, , , ,覆岩破坏所形成的冒落带或导水裂隙带不波及到覆岩破坏所形成的冒落带或导水裂隙带不波及到覆岩破坏所形成的冒落带或导水裂隙带不波及到覆岩破坏所形成的冒落带或导水裂隙带不波及到富含水层或地表水体富含水层或地表水体富含
22、水层或地表水体富含水层或地表水体, , , ,井下不发生突水或涌水量增井下不发生突水或涌水量增井下不发生突水或涌水量增井下不发生突水或涌水量增加不大加不大加不大加不大, , , ,能保证安全开采的这个深度。其实质就是能保证安全开采的这个深度。其实质就是能保证安全开采的这个深度。其实质就是能保证安全开采的这个深度。其实质就是安全开采的上限问题。安全开采的上限问题。安全开采的上限问题。安全开采的上限问题。n n安全开采深度的确定安全开采深度的确定n n从水体底部或富含水层底板往下算起，煤从水体底部或富含水层底板往下算起，煤岩柱的下边界线，即为安全开采上限。岩柱的下边界线，即为安全开采上限。n n安
23、全开采深度的确定，都是在确定覆岩冒安全开采深度的确定，都是在确定覆岩冒落带和裂隙带的最大高度的基础上，再加落带和裂隙带的最大高度的基础上，再加上一定厚度的保护层，这个数值作为需要上一定厚度的保护层，这个数值作为需要留设的煤岩柱的高度。留设的煤岩柱的高度。 顶板三带划分示意图 1-不规则冒落；2-规则冒落；3-严重开裂；4-一般开裂；5-微小开裂；6-冒落带；7-导水裂隙带；8-整体移动带；9-破坏性影响区；10-非破坏性影响区采空区顶板破坏及其分带示意图(10)(9)(6)(7)(8)(5)(4)(3)(2)(1)n n覆岩破坏高度（冒落带和裂隙带）的确定，通常采用：覆岩破坏高度（冒落带和裂隙
24、带）的确定，通常采用：覆岩破坏高度（冒落带和裂隙带）的确定，通常采用：覆岩破坏高度（冒落带和裂隙带）的确定，通常采用：n n实测法：如冲洗液消耗法、孔间透视法等；实测法：如冲洗液消耗法、孔间透视法等；实测法：如冲洗液消耗法、孔间透视法等；实测法：如冲洗液消耗法、孔间透视法等；n n经验经值换算法：冒落带和裂隙带的高度与总采厚的经验经值换算法：冒落带和裂隙带的高度与总采厚的经验经值换算法：冒落带和裂隙带的高度与总采厚的经验经值换算法：冒落带和裂隙带的高度与总采厚的比值；比值；比值；比值；n n经验公式计算法：斯列萨列夫公式、理论经验公式；经验公式计算法：斯列萨列夫公式、理论经验公式；经验公式计算
25、法：斯列萨列夫公式、理论经验公式；经验公式计算法：斯列萨列夫公式、理论经验公式；n n不同矿区根据对实际观测资料的分析推导出不同矿区根据对实际观测资料的分析推导出不同矿区根据对实际观测资料的分析推导出不同矿区根据对实际观测资料的分析推导出经验公式；经验公式；经验公式；经验公式；n n弹塑性数值模拟。弹塑性数值模拟。弹塑性数值模拟。弹塑性数值模拟。n n 超前预疏干超前预疏干 n n地面井群疏干地面井群疏干: :适用于含水层埋藏较浅的情适用于含水层埋藏较浅的情形。常用于露天疏干以及矿井局部地段的形。常用于露天疏干以及矿井局部地段的疏干。其特点是疏干井排必须随着采煤工疏干。其特点是疏干井排必须随着
26、采煤工作面的前进而不断向前推进，其疏干效果作面的前进而不断向前推进，其疏干效果取决于疏干范围内含水层水位的有效降深取决于疏干范围内含水层水位的有效降深能否达到或接近含水层的底板，其残余水能否达到或接近含水层的底板，其残余水头能否给采煤造成危害。头能否给采煤造成危害。 n n开开凿凿专专门门疏疏干干巷巷道道：此此法法适适用用于于某某一一固固定定部部位位（如如露露天天矿矿的的非非工工作作帮帮）的的疏疏干干或或断断面面截截流流。如如疏疏干干对对象象是是松松散散砂砂层层，则则巷巷道道应应开开在在砂砂层层底底板板基基岩岩中中，然然后后用用直直通通式式过过滤滤器器或或打打入入式式过过滤滤器器疏疏干干巷巷道
27、道顶顶部部的的含含水水砂砂层层。如如疏疏干干对对象象是是基基岩岩含含水水层层（例例如如石石灰灰岩岩），则则疏疏干干巷巷道道可可直直接接开开凿凿在在基基岩岩含含水层中。水层中。n n在条件允许时还可以利用运输巷道或通风在条件允许时还可以利用运输巷道或通风巷道兼作疏干巷道。这种疏干方法的优点巷道兼作疏干巷道。这种疏干方法的优点在于水位降低大、疏干效果好、管理费用在于水位降低大、疏干效果好、管理费用低，一次建成后长期有效，且不受含水层低，一次建成后长期有效，且不受含水层埋藏深度的限制。缺点是一次性投资较大，埋藏深度的限制。缺点是一次性投资较大，且不能随着采煤工作面的推进而移动。且不能随着采煤工作面的
28、推进而移动。n n 利用采煤准备巷道超前疏干：此法适用于利用采煤准备巷道超前疏干：此法适用于采区工作面的疏干。根据超前疏干时间的采区工作面的疏干。根据超前疏干时间的需要，提前掘进采煤准备巷道，在工作面需要，提前掘进采煤准备巷道，在工作面前方巷道中打顶板放水钻孔群，先疏干顶前方巷道中打顶板放水钻孔群，先疏干顶板含水层、后进行采煤。随着工作面的推板含水层、后进行采煤。随着工作面的推进，疏干巷道和放水钻孔群亦不断超前延进，疏干巷道和放水钻孔群亦不断超前延伸。这种方法简单易行、效果可靠，费用伸。这种方法简单易行、效果可靠，费用也较低，故广泛应用于采区顶板含水层及也较低，故广泛应用于采区顶板含水层及顶板
29、流砂层的疏干。顶板流砂层的疏干。 n n多井联合疏干：如顶板含水层分布范多井联合疏干：如顶板含水层分布范围较广，补给水量较大，一井疏干难围较广，补给水量较大，一井疏干难以奏效，且水量过大难以承受时，可以奏效，且水量过大难以承受时，可同时开拓几个矿井，进行联合疏干。同时开拓几个矿井，进行联合疏干。既可以取得满意的疏干效果，每个井既可以取得满意的疏干效果，每个井的排水量又不至于过大。湖南的煤炭的排水量又不至于过大。湖南的煤炭坝就是用这种方法来疏干煤层顶板长坝就是用这种方法来疏干煤层顶板长兴灰岩，达到安全开采的。兴灰岩，达到安全开采的。 n n虽然造成突水的原因是多方面的，但大多数突水都与断层有关。
30、第4讲 断层水防治n1 1、断层突水特征n断层是底板突水的主要通道：以肥城煤矿区为例，自开采下组煤以来，已发生底板突水200多次，其中断层突水占78%。统计资料表明，突水量大于30m3/h的有122次，其中因断层突水94次，占77%。与断层有关的突水峰峰矿区占76%,焦作矿区占55%,淄博矿区70%。n断层的交汇处或尖灭端易突水：断层的交汇处和尖灭端是应力集中的地段，由于应力集中，导致裂隙发育，联通性好，易于突水。如白庄煤矿9603工作面推采至停采线附近，有一条与工作面夹角450的正断层，落差由1.2m减小到0.2m，当工作面推采到落差0.2 m时，发生底板突水，水量120m3/h，造成工作面
31、停采搬面。 n断层滞后突水：这种类型的突水在掘进巷道和回采工作面都经常见到。因为断层不是任何部位都导水，巷道或工作面揭露断层后，也不是立即突水，而是在长时间的矿压作用下，断层带可能活化及相对移动，断层带加宽，裂隙加深，与含水层导水裂隙沟通，造成滞后突水。n如杨庄煤矿如杨庄煤矿91019101进风巷，揭露断层进风巷，揭露断层3 3个月个月以后才出水，水量达以后才出水，水量达4409m4409m3 3/h/h，将矿井淹没。将矿井淹没。查庄煤矿查庄煤矿75097509轨道巷，穿过落差轨道巷，穿过落差7m7m的断层后的断层后过了两个多月，掘进巷道过了两个多月，掘进巷道200200多多m m后，在断层后
32、，在断层处发生底鼓突水，水量处发生底鼓突水，水量50 m50 m3 3/h/h，被迫停掘。被迫停掘。n n2、断层突水机理n n（1）使充水含水层与开采煤层接近或直接对接；n n（2）破坏了煤层顶底板的连续性；n n（3）降低了顶底板岩石的力学强度；n n（4）矿山压力作用使断层活化，在水压力作用下水沿断层面上升发生突水。对断层带进行注浆加固对断层带进行注浆加固n n 巷道过断层可采用包络式或半包络式注浆，巷道过断层可采用包络式或半包络式注浆，也可采用管棚技术安全通过断层破碎带也可采用管棚技术安全通过断层破碎带降低矿山压力，减少对断层的扰动n人工强制放顶控制悬顶距，减小矿压；n沿矿压显现最小的
33、方向布置工作面；n合理确定工作面斜长。留设防水煤柱n n应按照矿井水文地质规程的要求，参照煤矿安全手册（矿井防治水）留设防水煤柱。按照矿井水文地质规程和煤矿安全手册，断层带防水煤柱的留设应参照临界水压力公式由临界水头压力公式对应于实际水头压力导由临界水头压力公式对应于实际水头压力导出的煤柱宽度为临界煤柱宽度出的煤柱宽度为临界煤柱宽度（即最小煤柱即最小煤柱宽度宽度） 式中： Lc 煤柱留设的宽度(m)(m) K安全系数（一般取（一般取2525） M煤层厚度或采高（m m） P水头压力（MPaMPa） Kp煤的抗张强度（ MPa MPa ）加强对隐伏小构造的探查加强对隐伏小构造的探查常用的物探方法
34、常用的物探方法n直流电法直流电法n音频电透视法音频电透视法处置方法处置方法n留设防水煤柱留设防水煤柱n重点地段注浆加固重点地段注浆加固3、预防措施、预防措施隐伏小构造导致突水的案例隐伏小构造导致突水的案例n国家庄煤矿国家庄煤矿81018101工作面由一条落差工作面由一条落差1.8m 1.8m 的隐伏小断层造成工作面底板突水；的隐伏小断层造成工作面底板突水；开滦范各庄煤矿2171工作面陷落柱突水案例11.范各庄矿陷落柱突水简介 n n范各庄矿位于河北省唐山市开平煤田的东南翼，矿井年生产原煤能力310万t。当时开采水平490m，井下充水水源主要来自煤系砂岩裂隙水，正常涌水量38.5m3/min。n
35、 n中奥陶统灰岩距山西组可采煤层5号煤268273m,距太原组下组煤177m，正常地质条件下奥灰岩溶水对5煤开采无影响。 n n 1984年6月2日，范各庄矿2171综采工作面因陷落柱发生罕见的透水事故，高峰期平均涌水量2053 m3/min, 20h55min淹没了范各庄矿。井下水位上升到156.17m时，与其相邻的吕家沱矿也通过范吕边界煤柱而突水， n n最大过水量388. 8 m3/min, 6月30日吕家沱矿425m水平以上巷道被淹。当吕家沱矿井淹没水位上升到207. 47m时，与其相邻的林西矿井下八水平以下发现边界煤柱渗水，最大渗水量17. 66m3 /min，随着吕矿淹没水位继续上
36、升， n n渗水量增加，林西矿受到严重威胁而被迫停产与其相邻的唐家庄矿、赵各庄矿也由于矿井之间没有完整的隔离煤柱，同样处于水害威胁之中，而被迫处于半停产的警戒状态。这次水害事故造成五个矿煤炭减产1141.7万t，治水直接损失4. 95亿元和11名职工遇难。（一）矿井地质、水文地质概况（一）矿井地质、水文地质概况n n 1.地质构造n n 范各庄矿井位于开平向斜的东南翼，井田内次一级褶皱和断裂较多。北部为范沱向斜，南部为毕各庄向斜，中间为单斜构造。煤系地层内陷落柱构造发育，到目前为止，井田内已发现9个陷落柱，陷落柱多为不规则的椭圆形、圆锥状，发育深度下至中奥陶统灰岩内，上至A层矾土或5煤顶板砂岩
37、，有的已经达到基岩面与冲积层接触。n n 本井田开采的是石炭二叠系含煤岩系，其中山西组有可采煤层三层，即3号、5号、7号煤层;太原组有可采煤层两层，即12号、14号煤层。本次突水是在7号煤层内的陷落柱。 2.水文地质特征水文地质特征n n范各庄矿、吕家沱矿、林西矿、唐家庄矿以及钱家营矿分布在开平向斜东南翼岩溶水系统内。系统北部边界为巍峰山，西北部以石炭二叠系为界，东部以寒武系为界，南部以宁河一昌黎大断裂为界。 n n根据中奥陶统的富水程度，可将本区分为北部强富水区和南部弱富水区，五矿位于北部强富水区内。北部强富水区除局部第四系较薄外，绝大部分被沙河冲积扇覆盖，中奥陶统灰岩接受冲积层水补给，径流
38、条件好，富水性强。n n井田内主要含水层有第四系孔隙水含水层、煤系中顶底板砂岩裂隙水含水层、中奥陶统灰岩岩溶水含水层。正常条件下，矿井涌水以煤层顶底板砂岩裂隙水为主，占总涌水量的80%90%。 n n1954年，林西矿4水平23南石门断层突水，突水量43. 26 m3/min,稳定水量35 m3/min; 1972年赵各庄矿9水平东石门区断层带突水，最大突水量52.7 m3/min,稳定水量1015 m3/min;1978年范各庄矿2水平204掘进工作面构造裂隙发育带突水，最大突水量59. 7 m3/min。( (二二) )突水过程和突水原因分析突水过程和突水原因分析n n1 1、217121
39、71工作面概况工作面概况n n21712171工作面位于范各庄矿二水平南翼一石门工作面位于范各庄矿二水平南翼一石门7 7煤第一工作面（综采）。走向煤第一工作面（综采）。走向N22EN22E，走向长，走向长1400m1400m，倾向，倾向SWSW，倾向宽，倾向宽145 m,145 m,煤层倾角煤层倾角12121515，平均煤厚，平均煤厚4m,4m,上风道标高上风道标高311. 8m311. 8m，下，下运输道标高运输道标高344. 8m344. 8m，承受奥灰水水压，承受奥灰水水压3. 3. 13MPa13MPa，副井地面标高，副井地面标高+29. 345m+29. 345m。n n突水前，工作
40、面内未发现大断层，仅见落差1m左右的小断裂13条，煤层顶板裂隙发育，局部有滴水和淋水现象，掘进回采期间工作面总涌水量不大，仅为1824m3/h.2.突水过程突水过程 1984年3月21日，在上回风道距中间运料眼200m处施工注水防尘钻孔风煤1号孔，钻至79. 23m时见水并有压力，钻至82m终孔，未拔出钻杆，出水量0. 203m3/min, 3月24日拔出钻杆后，出水量增大到0. 621 m3/min。 n n为了探清异常出水的水源，决定在上回风道打钻探水，探水孔的布置如图13-1-12所示。相继施工11个探水钻孔，其中沿7煤层的探水钻孔有煤-1-5孔;在7号煤层顶板岩层中的探水孔有岩-1-6
41、孔。各钻孔的尺寸参数及出水量见表13-1-1.n n5月12日，发现在煤5孔以北6m处下帮煤层顶板喷水，以南13. 5m风道范围内底板往上涌水和煤壁裂隙出水，正准备清理煤一5孔等工作时，风道煤壁失稳。于6月2日10时25分，在2171工作面上风道170m处发生突水，巨大的水柱从下帮煤壁喷出，十几分钟后下运输道被淹没。6月3日4时45分，突水点发生第二次大突水，到7时15分，313m水平泵房被淹。n n当6月6日15时30分范各庄矿淹井水位上升至156. 17m标高时，相邻的吕家沱矿东翼425m两矿矿间煤柱处发现透水，随之，吕家沱矿于6月6日18时15分水淹600m水平，6日18时30分水淹42
42、5m水平，透水量达350303m3/min.n n吕家沱矿淹井水位上升至210. 86m标高时，与其相邻的林西矿也于6月25日开始漏水，6月25日9时测得漏入林西矿水量为6m3 /min, 8月14日最高达14.2m3/min.吕家沱矿处于被淹井极危险的境界。 开滦范各庄煤矿2171工作面陷落柱突水案例23.灾害原因分析n n 1)范各庄矿2171工作面突水原因n n水源判断：水质分析为奥灰水。n n通道判断：没有断层，底板没有裂隙渗水；导通268273m以下奥灰含水层的只能是陷落柱。出水过程和突水量特征也证明突水通道为陷落柱。n n7煤以上的3煤已经采完，没有发现陷落柱，因此陷落柱为位于3以
43、下的隐伏陷落柱。n n位置判断:根据钻孔和巷道的出水情况可以粗略的判断陷落柱位于工作面内以煤5孔为中轴的区域,见图10112。n n后来通过大量钻探、物探及水文地质试验等资料证明，2171工作面突水水源通道是隐伏在采煤工作面内导水性极强的奥灰岩溶陷落柱，如图13110。 n n陷落柱总体积为86. 1万m3，其中在相当7煤层位置以上有高832m的大空洞，空洞体积为3. 9万m3,陷落柱破坏了自奥陶系石灰岩至5号煤层顶板约280m厚地层的完整性，并构成了良好的导水通道，将奥灰高压岩溶水沟通到5煤层顶板砂岩含水层。n n当井下探水钻孔接近陷落柱边缘时将柱内高压水引出，使水压作用于煤壁，从而人为地加
44、剧了煤壁的破坏，煤5孔的坍塌使探水钻孔堵塞后，在高压水作用下，煤壁进一步遭到破坏。此外，采煤工作面的超前压力等人为因素对煤壁抗水压强度的影响等综合因素促成了煤壁溃决奥灰突水。n n 2)吕家沱矿的透水淹井原因n n 吕、范两矿边界处，原留设的矿间煤柱各20m，总计40m，后因边界的调整，扩大了吕家沱矿的采区范围，使落各庄矿已完成的北四石门7煤层的5个盲硐处于新划定的边界煤柱之内。其与吕家沱矿北翼采空区的距离为号盲硐仅7m;号盲硐14. 5m;号盲硐15. 5m;号盲硐13 m;号盲硐20m(图13-1-14)。n n 当范各庄矿水位上升到156. 17m时，本来已遭开采破坏且间距极小的煤柱，便
45、立即被水压突破，特别是号盲硐232m处仅7m煤柱，突破的可能性最大 n n 3)林西矿的漏水原因n n林西矿是吕家沱矿北侧的相邻矿井，造成林西矿漏水的主要原因: n n(1)吕家沱矿水力采煤未控制住开采边界，曾深入至吕、林边界矿间煤柱内，以致矿间煤柱遭到破坏，个别地段仅有16m(图13-1-15).n n (2)吕、林两矿在其矿井隔离煤柱两侧开采煤层后，其采动破坏裂隙带在矿井隔离煤柱上方相交，裂隙发育，并有连通性。n n 当吕家沱矿淹井水位达到210. 88m时，吕家沱矿的水通过其裂隙带漏入林西矿，最大水量达到17. 66m3/min。广东省梅州市大兴煤矿 “8.7”特别重大透水案例分析（1）
46、 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析 2005年8月7日13时13分，广东省梅州市大兴煤矿发生特别重大透水事故，造成死亡123人，受伤1人，直接经济损失4725万元。 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析n n建于1993年 n n位于梅州市的兴宁市黄槐镇，在兴宁市和平远县交界处，南距兴宁市44km，北距平远县22km，东南距梅县64km。 n n许可证标明该矿设计能力为3万t/a，2004年实际生产原煤15万t。 一、矿井基本情况一、矿井基本情况大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析矿井基本情况矿井基本情况n n二迭系上统龙潭组含煤
47、地层 n n走向东西，倾向南，倾角55-75，平均65，属急倾斜煤层n n井田范围东以F16断层为界，西以F1断层为界 n n开采深度-290m至-500m水平 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析矿井基本情况矿井基本情况n n6个相对含水层组和4个相对隔水层组，导水裂隙不发育，含水性较差，矿井本身水文地质条件较简单。n n上部四望嶂矿区水淹区估算积水约15002000万m3，对现有矿井开采形成威胁 n n五个煤层，自下而上7煤、6煤、5煤、4煤、3煤，其中7煤和4煤为全井田可采，3煤为局部可采，6煤和5煤不可采。 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析矿
48、井基本情况矿井基本情况n n7煤厚度01.79m，平均0.91m，靠近F16断层附近煤层厚度变大，上距四煤平均距离为36.27mn n4煤平均厚度为0.287.28m，平均厚度为3.54m，中间夹两层火成岩侵入体，厚0.30.6 m，上距三煤平均间距28.42m n n三煤厚度为0.044.02m，平均厚度为1.11m 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析矿井基本情况矿井基本情况n n斜井开拓 n n主、副井和风井三条明斜井与暗斜井分三级延深至-480m水平 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析矿井基本情况矿井基本情况n n主斜井由地面+282m至-55
49、m水平，第一级暗斜井由-55m水平至-290m水平，第二级暗斜井由-290m水平至-480m水平 n n副斜井由地面+356m至+42m水平，第一级暗斜井由+42m水平至-290m水平，第二级暗斜井从-290m水平至-480m水平 n n风井由地面+282m至+75m水平；第一级暗斜井+75m水平至-55m水平，第二级暗斜井-55m水平至-290m水平大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析矿井基本情况矿井基本情况n n斜坡短壁采煤法，采用打眼放炮落煤工艺，自然垮落管理顶板 n n深部设计正常涌水量150 m3/h，最大涌水量200m3/h。矿井分三级排水。-480 m水平的水
50、先排到-290m水平，-290m水平分别排到-55m水平和+42m水平，再分别通过主、副斜井排至地面 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析水淹区的形成水淹区的形成 n n1999年11月，原四望嶂矿务局井田由于小煤窑开采破坏，降水量大，矿井排水能力不足，造成各矿生产采区被淹，井下巷道大量积水 n n为了保证正常生产，各矿均在-180m水平以上各水平构筑了井下堵水闸墙，六对矿井共构筑29处堵水闸墙，使-180m水平以上老空区逐步充满矿井水，从+262m平硐溢出，形成水淹区。大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析水淹区下部开采的形成水淹区下部开采的形成 n n
51、2000年5月大兴煤矿（原永丰煤矿）委托北京煤炭设计研究院编制完成了永丰煤矿延深方案设计和防水闸墙施工计算咨询，2001年2月26日由广东省经贸委审查通过该设计。该矿从-180m水平至-290m水平留设垂高110m防水安全煤柱，延深开采水淹区下深部煤炭资源。 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析事故发生经过事故发生经过事故发生经过事故发生经过 n n 之前发生一起煤矿透水事故后，包括大兴煤矿所在的四望嶂矿区所有煤矿均处于停产整顿状态，有关部门请权威专家对这些煤矿能否安全生产进行论证。专家组于月日至日进行了勘查和论证，并形成了这份论证意见。 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤
52、矿特别重大透水案例分析事故发生经过事故发生经过事故发生经过事故发生经过n n2005年8月7日13时15分，大兴煤矿主井突然停电，考虑上部水淹区防水安全煤柱-290m水平以下高压线路和电气设备较多，再加上透水速度迅猛，推断透水时间应在8月7日13时13分左右，透水发生后，主、副井井筒均有雾气冒出，出现反风现象。 大兴煤矿特别重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析事故发生经过事故发生经过事故发生经过事故发生经过n n13时30分，副井调度室接到-290m水平西三暗斜井绞车房（-281m）电话说：“水很大，我跑不出去了，”，但话未说完电话就断了，说明此时水已涨至-281m绞车房 大兴煤矿特别
53、重大透水案例分析大兴煤矿特别重大透水案例分析事故发生经过事故发生经过事故发生经过事故发生经过n n14时，水已涨至离主井口斜长80m，此时水位为+245m。透水后原四望嶂一矿明斜井水位从+262m降至+255.5m，下降6.5m。n n经专家估算，矿井总透水量约为25万m3。单位涌水量为333,333m3/h。问题：分析水害的成因：n n1事故类别n n2事故性质n n3技术上分析事故的直接原因n n4管理上分析事故原因n n5. 专家意见与矿难的关系天安公司东沟煤业郊南煤矿天安公司东沟煤业郊南煤矿“.”透水事故透水事故事故经过事故经过n n年月上旬，该矿为了增加采煤工作面，决定打开临近采空区
54、东翼密闭，布置巷道。针对已临近采空区易发水害隐患，制定了探水m，允许掘进m的探放水制度。但实际生产作业中并未执行此制度，而是用风煤钻代替探水钻，采取探m，允许掘进m的方式进行掘进作业。n n月日左右，李某、宋某在巷道右侧首次采用探水钻探到m时，探到了老空区，未拨出钻杆，一天以后，张某带班时把钻杆拔出，仍采用风煤钻探m掘m的方式进行生产。n n月日零点班，当班名工人入井，其中在三三采区运输下山的掘进一队名工人，联络巷（）掘进二队名工人，三三采区回风上山掘进三队名工人，西翼回采一队人，回采二队人，回采一队人。另外辅助工作面人，当班矿领导人，安全员人，瓦检员人。n n凌晨时许，工人正架第三架棚的时候，看见顶部往下掉煤，并看到右侧的煤层在抖动，心想要透水了，就边跑边喊叫告诉大家，跑了大约m时，听到身后有水流的声音，其快速从天眼处跳下，顺着巷道跑了出来，透水事故发生后，共有名矿工被困井下。
