煤礦水害防治方法(山東大學岩土與結構工程研究中心)ppt培訓課件

煤 礦水 害 防 治 方 法

潘光明 副教授

山東大學岩土與結構工程研究中心

主 要 內 容

1、我國煤礦水害的現狀

1.1 我國煤礦近幾年水害現狀：

據不完全統計，從20世紀80年代至今的20多年裏，我國有近250對礦井被水淹沒，死亡近9000人，經濟損失350多億元人民幣。1995年至2006年12年間共發生各類煤礦水害事故1424起，死亡5432人，其中10人以上水害事故111起，死亡2025人，經濟損失210餘億元。

1、我國煤礦水害的現狀

表1.1 近幾年我國煤礦較大以上水害事故統計表

1、我國煤礦水害的現狀

1.2 山東省煤礦水害事故：

1949～2004年共發生水害事故96起，死亡782人。其中老空水水害事故61起，死亡655人，占事故起數的63.5%，占死亡人數的83.8% ;地表水水害事故12起，死亡111人;承壓含水層水水害事故23起，死亡16人。

1、我國煤礦水害的現狀

山東省煤礦水害事故統計表

1、我國煤礦水害的現狀

2007年-2008年煤礦水害事故分析

2007年-2008年全國發生水害事故122起，死亡518人，占全國煤礦總死亡人數的7.4%。

發生重大以上(10人以上)水害事故11起，死亡190人，占全國重大以上事故的16.7%和14.8%。

1、我國煤礦水害的現狀

2007年、2008年煤礦透水(未遂)事故共計122起，較大以上水害事故56起。

1、我國煤礦水害的現狀

1、水害事故主要放生在鄉鎮煤礦。在122起水害事故中，鄉鎮煤礦(含非法煤礦)97起，占79.5%。56起較大以上水害事故中，鄉鎮煤礦45起，死亡285人，占80.4%和68.2%。

2、透水事故的主要水源為老空(窯)區積水及地表水。在56起較大以上水害事故中，屬於老空(窯)透水事故的51起，死亡384人，占91.1%和91.80%。由於地表河水、洪水倒灌礦井發生的事故5起，死亡34人，占8.9%和8.2%。

1、我國煤礦水害的現狀

3、掘進工作麵是發生透水事故的主要地點。在56起較大以上水害事故中，45起發生在掘進工作麵，占80.4%。

4、非法違法生產造成透水事故比例較高。在56起較大以上水害事故中，非法違法生產造成透水事故的23起，死亡172人，占較大以上事故的41%和41.1%。

5、國有煤礦發生4起重特大透水事故。

6、瞞報事故是有發生。

7、部分地區水害多發。

1、我國煤礦水害的現狀

1、企業主題責任不落實，一些企業對水害防治工作認識不到位，防範意識差，有的是水害防治製度不落實，責任不明確，水害體製機製弱化，專業人員不足。

2、水文地質資料不清。缺乏必要的基礎圖紙資料，有的采掘程平麵圖與實際誤差較大，有的井田邊界老空積水不清楚。

3、探放水措施不落實。

4、違章指揮。有的在有突水征兆的情況下，仍違規組織生產。

5、破壞防隔水煤岩柱。有的超限越界開采。

6、有的煤礦防治水工程質量差。

7、水害應急預案不健全。

8、一些企業在防範自然災害方麵存在薄弱環節。

1、我國煤礦水害的現狀

煤礦透水事故案例

華晉焦煤有限責任公司王家嶺煤礦透水事故

存在的主要問題

一是水文地質資料未查清，沒有嚴格執行先探後掘、有疑必探的規定，井田內老窯積水情況未查清，就進行回采工作麵巷道施工，沒有按要求配備探放水鑽機，未采取打鑽探水措施;

二是勞動組織管理混亂，為了搶工期、趕進度，井下安排15個掘進麵同時作業，當班作業人員過度集中，且領導幹部帶班製度不落實;

三是現場管理不到位，單純追究產值、速度，忽視安全生產;

四是施工安全措施不落實，工作麵出現透水征兆後，沒有按照規定采取停止作業、立即撤人等果斷有效措施;

五是隱患排查治理不力，特別是今年3月份以來20101工作麵回風巷多次發現巷道積水、頂板淋水，但一直未采取有效措施消除隱患;

六是施工組織不合理，違反施工組織程序，在礦井一、二期工程沒有全麵完成、主要排水係統沒有建成的情況下，就強行施工三期工程;

七是安全培訓不到位，未對職工進行全員安全培訓，新到職工未培訓就安排上崗作業，部分特殊工種無證上崗。

2008年8月17日山東省新泰市華源礦業公司因柴汶河河岸決口，引發潰水淹井，172人遇難，另一相鄰礦9人遇難，造成慘重損失

直接原因：①突降暴雨。16日4時至18日6時降雨量262.3mm，50年一遇;②山洪暴發。東、北、南三麵環山，降水易於彙集;③河水猛漲。柴紋河最大洪峰流量1840m3/s，行洪能力1089m3/s ，水位高出河岸高程0.85m;④河岸決口。長65m;水頭差5m;⑤洪水淹井。三個衝刷區總麵積4.4萬m3，第一個直徑約50m，深10m;第二個直徑80m，深6～8m;第三個長60m，寬30m，深10m。潰入井下水量1260萬m3，砂、石粉、粉煤灰約30萬m3。

主 要 內 容

2、礦井充水條件及水害類型劃分

湧水( water burst 、 inundation )

礦體圍岩空隙中的地下水(孔隙水水源、裂隙水水源、岩溶水水源)、地表水水源，在壓力作用下湧出，稱為湧水。

2、礦井充水條件及水害類型劃分

突水(water gushing-out)

量大、勢猛，突發的湧水，危害性極大，又稱災害性湧水。

2、礦井充水條件及水害類型劃分

2、礦井充水條件及水害類型劃分

透水事故(透水)( permeable; pervious to water)

是指礦井在建設和生產過程中，地麵水、地下水(老空水)通過裂隙、斷層、塌陷區等各種通道湧入礦井，當礦井湧水超過正常排水能力時，就造成礦井水災，通常也稱為透水。

2、礦井充水條件及水害類型劃分

重大突水事故：指突水量首次達到300m3/h以上或者造成死亡3人以上的突水事故。

空 隙：

是指鬆散岩石顆粒或顆粒集合體之間的空隙根據成因和後期所受應力作用程度分為孔隙。

裂隙(節理)：是指各種應力作用下岩石破裂產生的裂縫。裂隙按成因可分 為成岩裂隙、構造裂隙和風化裂隙。

成岩裂隙：是在成岩過程中由於冷凝收縮(岩漿岩)或固結幹縮(沉積岩) 而產生的。

構造裂隙：是岩石在構造變動中受力而產生的。這種裂隙具有方向性，大小懸殊(由隱蔽節理到大斷層)，分布不均一。

風化裂隙：是在風化應力作用下，岩石破壞產生的裂隙，主要分布在地表附近。

溶隙(岩溶、溶穴)：

可溶性岩石(如岩鹽、石膏、石灰岩和白雲岩等)，在地下水溶蝕下會產生空洞，這種空隙稱為溶隙(岩溶、溶穴)。

包氣帶水：是指地表麵與潛水麵之間的地帶稱包氣帶，處於其間的地下水為包氣帶水。它一般分為土壤水(結合水和毛細水)和上層滯水。降水入滲要通過包氣帶，才達到潛水麵，補給潛水。

上層滯水：是指埋藏在離地表不深的飽氣帶中局部隔水層上的重力水。

潛 水：是指埋藏在地表以下第一個穩定隔水層以上，且具有自由水麵的重力水。潛水麵的形狀可用等水位線圖來表示，等水位線圖即潛水麵的等高線圖。承壓水含水層的水麵特征.可用等水壓線圖來描述，承壓水等水壓線圖即承壓水測壓水位等高線圖。

斷層：

岩層受地應力作用後發生破裂，在力的繼續作用下沿破裂麵兩側岩塊發生顯著相對位移的斷裂構造。

斷層的組合形式

地塹：是指兩條以上走向大致平行，具有共同的下降盤的斷層組合方式。

地壘：是指兩條以上走向大致平行，具有共同的上升盤的斷層組合方式。

階梯狀構造：是指由數條產狀大致相同的正斷層組成，各個斷層的上盤向同一方向依次下降。

疊瓦狀構造：是指由數條產狀大致相同的逆斷層組成，各個斷層的上盤均向同一方向依次逆衝形成。。

陷落柱成因和機理

1、含煤岩係或下伏地層中含有可溶性岩層，特別是石膏層。

2、含煤區域內發育有斷裂構造等良好的地下水通道。

3、地下水豐富，且具有溶蝕性強的各種酸根。

4、有強徑流和流暢的排泄區，具有良好的地下水動力條件。

其中溶洞是陷落柱產生的先決條件。導致陷落柱塌 陷的機理主要有重力塌陷和真空吸蝕塌陷。

2、礦井充水條件及水害類型劃分

水源的類型和大小，滲透通道的位置、性質和強弱等都直接控製和影響著礦井的充水程度，這是形成礦井湧水的內在因素。

我國煤礦水害分布區域(六大水害區)：

華北石炭二疊紀煤田的岩溶—裂隙水水害區(河北、河南、山東、江蘇、兩淮);

華南晚二疊紀煤田的岩溶水害區(雲南、四川、重慶、廣東);

東北侏羅紀煤田的裂隙水水害區(東北三省);

西北侏羅紀煤田的裂隙水水害區(新疆、內蒙);

西藏—滇西中生帶煤田的裂隙水水害區;

台灣地區第三紀煤田的裂隙—孔隙水水害區;

⑴ 岩溶水害占92.3%;

⑵ 地表水害占4.9%;

⑶ 衝積層水害占1.4%;

⑷ 砂岩水害占1.4%;

2.3 礦井充水因素之-充水水源

地下水的化學分析

地下水的化學成分及其形成作用

地下水中所發現的化學元素有70餘種。通常它們呈離子狀態、化

合物分子狀態及遊離氣體狀態存在。

(1)地下水中分布最廣、含量較多的離子共有七種，即：氯離子(C1-)、硫酸根離子(SO42-)、重碳酸根離子(HCO3-)、鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)、鈣離子(Ca2+)及鎂離子(Mg2+)。

(2)地下水中常見的氣體成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等，尤以前三種為主。

地下水中以未離解的化合物構成的膠體，主要有Fe(OH)3、Al(OH)3 及H2SiO3等。

一般情況下，隨著地下水的含鹽量的變化，水中占主要地位的離子成分隨之發生變化：低含鹽量的地下水中以HCO3- 、Ca2+及Mg2+ 為主;高含鹽量的地下水中主要以CL- Na+為主;中等含鹽量的地下水中陰離子常以SO42-為主，主要陽離子可以是Na+，可以是Ca 2+

上述現象的原因：是水中鹽類的溶解度不同所致。氯鹽的溶解度最大，硫酸鹽次之，碳酸鹽最小;而鈣的硫酸鹽，特別是鈣鎂的碳酸鹽溶解度最小。因此，在水中，隨著含鹽量的增加，鈣鎂的碳酸鹽首先達到飽和並沉澱析出，含鹽量繼續增大時，鈣的硫酸鹽也飽和析出，因此含鹽量高的地下水中以以CL- 、Na+為主了。

幾種常見突水水體的水化學成分

大氣降水：靠近海洋處降水成份以Na+、CL_為主，而在內陸，成份與河水相似，主要以HCO3-和Ca2+為主。礦化度低，含鹽量以5mg/L～50 mg/L，PH值5.5～7.0。河水礦化度低，一般小於1g/L，陰離子為：HCO3->SO42->CL-。湖水：礦化度很高，可達35g/L。

埋藏於鬆散沉積層中的孔隙水

(1)洪積扇的上部逕流帶：礦化度底，一般小於1g/L，屬HCO3-型水。

(2)中部溢出帶：礦化度可達10-20g/L ，常為SO42--HCO3-或HCO3--SO42-型水。

(3)下部垂直交替帶：逕流條件差，排泄主要為蒸發作用，礦化度急劇增加(50g/L)，為CL--SO42-或SO42--CL-型水。

(4)河流上遊衝擊物中地下水

接受河水礦化度低，多為HCO3-型水，再往下遊依此為SO42-或CL-型水。

岩溶水： 主要決定於可岩溶的岩性和化學成分，石灰岩地下水多為低礦化度的HCO3--Ca2+ Mg2+型水,這種情況一般在近地表處大氣降水補給徑流條件好，氧化環境下才出現，而在徑流微弱地區，則可能出現SO42-型或CL--SO42-型水。

酸性礦坑水： 酸性礦坑水是煤礦區區常見的，與周圍地下水化學特征有明顯的區別，PH值較低，常在2～4之間。硫酸根離子含量高，常在數百數千mg/L之間。

阻水斷裂帶

充水特征

陷落柱

充填不好，膠結不好或周邊伴生張裂隙特別發育的裂隙，往往是構成強含水層的良好通道，為煤礦突水重大隱患

陷落柱出現前的征兆

1、煤岩層產狀發生變化，煤岩層產狀向陷落中心傾斜。

2、裂隙和小斷層增多。

3、煤出現風氧化現象

4、湧水量增大。

人為導水通道

礦井排水後因潛蝕，掏空產生的疏通裂隙和地表塌陷。

礦井長期排水，使岩溶通道疏通，增加連通性，引起大量湧水湧砂。並引起岩溶區地麵嚴重塌陷，大量地表水潰入井下

案例：

7月2日12時左右，廣西壯族自治區來賓市合山市河裏鄉合山煤業公司八礦樟村井發生采空區垮塌，泥漿潰入井下。經初步了解，事故當班井下有71人作業，事故發生後，49人安全升井。截止7日10時，有2名礦工獲救，已發現8人死亡，尚有12人被困井下下落不明。 目前，搶險救援工作正在進行。

主 要 內 容

1、受采掘破壞或影響的含水層及水體(其中包括含水層性質及補給條件和單位湧水量)，含水層主要指礦井充水的主要含水層，單位湧水量是反映含水層富水性的重要指標。

2、礦井及周邊老空水分布狀況。老空水包括古井、小窯、礦井采空區及廢老塘的積水等。老空水一般位置不清、水體幾何形狀不規則、空間分布無規律，積水位置難以分析判斷，突水來勢凶猛，破壞性強，老空水多為酸性水且具有腐蝕性，有的老空水含有硫化氫。老空水事故約占總水害事故的80%。

3、礦井湧水量及礦井突水量。

4、開采受水害威脅程度，主要從是否經常突水、突水量和突水頻率三個方麵考慮。

5、防治水工作難易程度：主要依據防治水工程量和經濟效益等考慮。

主 要 內 容

《煤礦防治水規定》頒布實施

《煤礦防治水規定》已經2009年8月17日國家安全生產監督管理總局局長辦公會議審議通過，現予公布，自2009年12月1日起施行。1984年5月15日原煤炭工業部頒發的《礦井水文地質規程》(試行)和1986年9月9日原煤炭工業部頒發的《煤礦防治水工作條例》(試行)同時廢止。 　 　 局長 駱琳 　　 二○○九年九月二十一日

《煤礦防治水規定》(國家安全生產監督管理總局令第28號)第3條規定：防治水工作應當堅持預測預報、有疑必探、先探後掘、先治後采的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施。

十六字原則是水害防治工作的基本程序

預測預報 是水害防治的基礎，就是指在查清礦井水文地質條件的基礎上，運用先進的預測預報理論和方法，對礦井水害做出科學的分析判斷和評價;

有疑必探就是指根據水害預測預報評價結論，對可能構成水害威脅的區域，采用物探、化探和鑽探綜合探測技術手段，查明或排除水害;

先探後掘:是指綜合探查，確定巷道掘進沒有威脅後再掘進施工。

先治後采：是指根據查明的水害情況，采取有針對性的治理措施排除水害隱患後，再安排采掘工程。

五項綜合治理措施

主 要 內 容

1、地表水的防治：

(1)查明礦區地麵水文情況，建立疏水、防水和排水係統，預防雨季洪水倒灌礦井。

疏水係統：在礦區內修築疏水渠道。

防水係統：礦井井口及工廣應建在不受洪水威脅的地點，矸石、爐灰及施工土方避開洪水和河流衝刷方向。修築防洪堤壩、挖防洪溝，封堵地麵塌陷裂縫和塌陷洞，加強對地麵封閉不良鑽孔的管理。

排水係統:用於洪水和河水倒灌時的排水。

(2)礦井井口與工業廣場內建築物標高要高於當地曆年最高洪水位。

(3)對正在使用的鑽孔安裝孔口蓋，孔口高出當地最高洪水位，對報廢的鑽孔，要及時封孔。

(4)對報廢的立井、塌陷坑要及時充填。

(5)建立災害性天氣預警和預報機製並嚴格執行。

地麵防水工程的類型及其方法

1、截水溝、水庫與防洪堤：位於山麓或山前平原的礦區，雨季常有山洪或潛流侵襲，淹沒露天坑、井口和工業廣場或沿采空塌陷、含水層露頭大量滲入造成礦井湧水。應在礦區上方垂直來水方向開挖大致沿地形等等高線布置的排洪溝;

2、河流改道：當礦區有河流通過並嚴重威脅露天礦或礦井生產時，可對河流進行改道。

3、整鋪河床：當河流(渠道、衝溝)通過礦區，並沿河床或溝底的裂隙滲入礦井時，可在漏失地段用黏土及料石或水泥鋪砌不透水的人工河床，以阻止或減少河水漏失。

4、堵塞通道：采礦活動引起的塌陷坑和裂隙，基岩露頭區的裂隙、溶洞及岩溶塌陷坑、廢棄鑽孔或老空等，經查明與井下構成水力聯係時，可用黏土、塊石、水泥、鋼筋混凝土等將其填塞。

案例1

1987年3月2日18時，新莊孜井田南翼C13槽煤露頭區的朱海甫個體小井，無證開采露頭煤造成在塌陷積水大塘邊掉塌陷漏鬥，使地表積水突然潰入小井和下方的C13煤層開采區，總水量達13.7m3，造成區內9對相互連通的小井全部吞沒，受水威脅的新莊孜礦停產，謝三礦、謝一礦部分停產，影響煤炭產量201萬t，淹沒致死人員12名。

老空水防治

⑴克服麻痹僥幸心理，避免疏忽大意;⑵認真分析老空(窯)積水的調查資料;⑶製定合理有效的防治措施;⑷嚴密組織探水措施;⑸特別注意近探近放和貫通積水巷道或積水區;⑹重視自采自掘采空區、廢巷積水的探放;⑺重視鑽探、物探相互結合。

《煤礦防治水規定》對老空水的防治在第五章井下探放水中(88～101條)：

一是要分析排查，把水文地質條件查清;物探、化探和鑽探方法

二是要製定探查治理措施(設計、鑽孔布置、鑽機的安裝及施工、終孔孔徑、止水套管的長度、出現透水征兆及措施、應急預案等);

三是如何確認探查治理的效果;

山東省煤炭工業局關於預防煤礦生產安全事故的特別規定(魯煤安管[2009]75號)：

第24條：受古空、老空、采空區積水威脅的礦井，必須定期對積水情況進行排查分析，將積水範圍、積水量、積水上下限標高及時準確地填繪在采掘工程平麵圖等有關圖紙上，表明積水線、探水線和警戒線。凡存在水害隱患或水文地質條件不清的區域，必須堅持“有疑必探、先探後掘、先治後采”的原則。

2006年5月18日大同左雲縣新井煤礦發生老空透水，死亡56人。

直接原因：靠近積水采空區生產，多處透水征兆明顯的情況下，開采破壞了煤岩柱。

管理原因：①違法超層越界開采;②職能部門及工作人員執法不力;③地方政府未履行職責。

2007年3月10日遼寧老虎台煤礦綜放工作麵發生老空透水，死亡29人。

直接原因：冒裂帶波及上覆老空積水潰入工作麵。

間接原因：①技術管理存在漏洞;②管理人員防治水患意識不強;③隱患排查流於形式;④安全培訓不到位，作業人員不掌握正確的水患逃生措施;⑤專業人員缺乏，水文地質工作力量薄弱。

2005年8月7日廣東梅州大興煤礦發生老空透水25萬m3，死亡121人; 。

直接原因：急傾斜煤層，超強度開采，破壞了上部留設的安全防隔水煤柱，使上部老空水潰入井下。

管理原因：①違規開采(無設計);②違法開采(在停產整頓期間);③“三超”(設計3萬噸/年，12個掘進麵和34個采煤麵生產);④安全管理混亂，技術管理不到位;⑤政府監管不到位。

濟源市馬莊煤礦10·29重大透水事故案例分析

2008年10月29日19時10分許，濟源市馬莊煤礦發生一起重大透水事故，造成18人死亡，3人下落不明，直接經濟損失590萬元

直接原因

突水點(一下山中部小溜子巷內的西拐巷正頭)西部以上存有大量的老空區，老空區內存有大量的承壓水，突水點處到老空區的防隔水煤柱寬度不夠，在承壓水長期的壓迫和浸透下，防隔水煤柱被突然衝垮，老空區內的水瞬間潰出，是造成這起透水事故發生的直接原因。

對孔隙水(鬆散層水)的防治

1、疏幹或封堵截源

2、留足防隔水煤岩柱，相鄰礦井的分界處應當留設隔水煤岩柱

(1)礦井以斷層為界的，應在斷層的兩側留有防隔水煤岩柱。

防隔水煤岩柱已經確定，不得隨意變動，嚴禁開采各類防隔水煤柱。

(2)開采水淹區下的廢棄防隔水煤岩柱時，應徹底疏放上部積水，嚴禁頂水作業。

(3)有突水曆史或帶壓開采的礦井，應分水平或分區隔離開采，分區前，要留著防隔水煤岩柱，建立防水閘門。

2、下列七種受水威脅的礦井應當留設防隔水煤岩柱

(1)煤層露頭風化帶。

(2)在地表水體、含水衝積層下和水淹區鄰近地帶。

(3)與富水性強的含水層存在水力聯係的斷層、裂隙帶或者強導水斷層接觸的煤層;

(4)有大量積水的老窯或采空區;

(5)導水充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河;

(6)分區隔離開采邊界;

(7)受保護的觀測孔、注漿孔和電纜孔等。

案例1：

2005年5月21日淮北海孜煤礦745工作麵潰水，瞬時潰水量3887m3，死亡5人。

直接原因：頂板聚集的離層水體瞬間潰入工作麵。煤層頂界麵以上50m為厚100m的岩漿岩，工作麵推采140m時，岩漿岩和下伏岩層產生了離層，形成大量空間。由於岩漿岩內有裂隙水在離層空間聚集，當采動影響到“離層空間”時，大量積水瞬間潰入工作麵。

案例2：

謝一礦-250m水平33采區3311A3采煤工作麵突水事故

1977年10月14日，謝一礦-250m水平33采區3311A3采煤工作麵，在標高-222.5m處發生突水，初始出水量數十立方米每小時，在很短的時間水量突增，瞬時最大出水量達1002m3/h，至10月30日實測水量772m3/h。突水造成-480、-425m階段大巷全部被淹。

事故原因：

1、工作麵開采底板灰岩水文地質條件沒有勘探，開采條件不清。

2、對工作麵底板直接充水含水層沒有進行疏水降壓，底板灰岩含水層水壓達 2.1MPa，其A3煤層與灰岩間的隔水層每米承受水壓達0.087MPa，是每米隔水層安全承受水壓值的1.7倍。

3、出水區發育3條斷層，斷層使煤層隔水層強度減弱，使石炭係與奧陶係灰岩含水層間產生密切水力聯係，奧陶係灰岩水通過斷層補給太灰，並進入工作麵。

底板注漿改造：

條件：富水性強、水壓大;存在薄弱帶、構造破碎帶、導水裂隙帶;疏降不經濟;

作用：改造含水層自身;充填導升裂隙;截斷補給通道;

機理：沿灰岩裂隙擴散、沉析、結實、充填、固結;

係統：地麵----井下(接力);

工藝：鑽孔布置、工藝參數、效果檢查、評價;

帷幕截流：

條件：邊界清楚、水源補給方向清楚、徑流帶的位置清楚、補給水量占受注層的絕大部分;

作用：充填含水層溶隙、截斷補給水源;

防治技術手段

⑴物探：瞬變電磁、直流電法、音頻電透、高密度三維等;

⑵鑽探：地麵抽水、注水;

⑶化探：示蹤試驗、水化學分析;

⑷放水試驗：確定補給量、通道、水源、水力聯係、預計湧水量等;

⑸調查與觀測：鄰區及周邊煤礦調查、水動態觀測;

排水係統 主要包括：水泵、排水管路、配電設施、水倉、水溝等。排水係統的設置應該依據礦井正常湧水量和最大湧水量來進行。 對排水係統的要求如下： 工作水泵的能力：能在20小時內排出礦井24小時的正常湧水量。 備用水泵的能力：不小於工作水泵能力的70%。 檢修水泵的能力：應不小於工作水泵能力的25%。 排水管路與其它設施能力：應該與相應的水泵相匹配。

水倉有效容積的要求

新建、改擴建礦井或者生產礦井的新水平，正常湧水量在1000m3/h時，主要

水倉的有效容積應能容納8h的正常湧水量。

正常湧水量大於1000m3/h時，主要水倉的容積按照公式

V=2(Q+3 000)

V:主要水倉的有效容積，m3

Q:礦井正常湧水量。m3/h

采區水倉的有效容積：應該容納4h的采區正常湧水量。

平硐總過水能力：采用平硐泄水的礦井，平硐泄水能力應當不小於曆年最大滲入礦井水量的1.2倍。

煤層(組)頂板導水裂縫帶範圍內分布有富水性強的含水層，應當進行疏幹開采。在掘進回采前應當對含水層采取超前疏幹措施，進行專門的水文地質勘探和試驗，並編製疏幹方案，選定疏幹方式和方法。

為了確定疏幹範圍，必須預測導水裂縫帶發育高度，該高度主要與煤層開采麵積、開采厚度、覆岩岩性和組合方式，煤層傾角和埋深，煤層開采方法和頂板管理方法等因素確定。

確定煤層覆岩垮落帶和導水裂縫帶高度的方法有經驗公式法、現場實測法和數值模擬法。

垮落帶：是指由采煤引起的上覆岩層破裂並向采空區垮落的岩層範圍。具有無序性、碎脹性和可壓縮性。垮落帶的高度主要取決於采出煤層的厚度和上覆岩石的碎脹係數。

導水裂縫帶：指開采煤層的上方一定範圍內的岩層發生垮落和斷裂，產生裂縫，且有導水性的岩層範圍。該層具有成層性、連通性和導水性的特點。

彎曲帶：位於裂縫帶之上直到地表的岩層範圍。具有隔水性的特點，其發育高度主要由開采深度的控製影響。

頂板覆岩遭到破壞後是否潰水的判斷：

1、開采煤層距離含水層(水體)較遠，冒裂帶高度達不到含水層(水體)，且含水層水壓不足以破壞冒裂帶之上的隔水層。則不會發生潰水。

2. 開采煤層距離含水體近，冒裂帶直接進入含水層，則含水層水會潰入井下。

3.如果含水層為鬆散沉積物，且底部發育粘土層，導水裂縫帶隻到達粘土層底部，由於粘土層隔水，則不會導致水沙潰入。

4、如果導水裂縫帶穿過粘土層，且粘土層較厚，一般不會導致水沙潰入，如果較薄，則有一定危險性。

保護層：

是指導水裂縫帶高度到含水層之間的隔水層。

保護層厚度經驗計算公式如下：

導水裂縫帶高度的確定方法有：

經驗公式法

現場實測法

數值模擬法

三圖、雙預測法

是一種解決煤層頂板充水水源、通道和強度三大關鍵拘束問題的頂板水害預測評價方法

煤層頂板充水含水層富水性分區圖

三圖 頂板冒裂安全性分區圖

頂板湧(突)水條件綜合分區圖。

雙預測：是指在天然和人為改造狀態下的采煤工作麵分段和整體工程湧水量預測。

底板破壞帶：

是指礦山壓力對底板的破壞作用顯著，底板岩石的彈性性能遭到明顯傷失的層帶。

其特點為：岩石處於粘彈性狀態;各種裂隙不僅交織成網，而且慣通性好、導水性能很強;岩層的連續性徹底破壞，完全傷失了隔水能力。

底板破壞帶計算：

底板破壞帶的厚度也稱底板破壞深度。

1、底板破壞深度理論計算公式

2、底板破壞深度經驗計算公式

完整岩層帶(有效隔水層)

是指不受礦山壓力破壞作用的影響或影響甚微，岩石彈性性能保持不變的層帶。

其特點為：岩石保持原有彈性性能;岩層內的裂隙保持原先的非相互貫通狀態;岩層的連續性和隔水能力良好;

承壓水導升帶

是指不受礦山壓力作用的影響，並發育有承壓水的原始導高的層帶。其特點為：因水化學作用，岩石處於彈塑性、塑性狀態;裂隙發育差參不齊，並已成為突水通道;岩層的連續性差;底板水從該帶突出隻需克服沿程阻力。

底板是否突水的判斷

有效隔水層(完整岩石帶)厚度h2=h-(h1+h3)

1、當h﹤ h1+h3時，有效隔水層不存在，承壓水會直接湧入礦井，導致底板突水;

2、當 h ﹥ h1+h3時，有效隔水層存在，但是否發生突水，則取決於有效隔水層的厚度和抗阻水能力，保護層的抗阻水能力可根據現場壓力破壞試驗成果確定。

突水係數：煤層底板隔水層隔水能力的判斷

突水係數可用下式計算：

T =P/M

T—突水係數(MPa/m)

P—底板隔水層承受的水頭壓力(MPa)

M—底板隔水層厚度(m)

底板受構造破壞段突水係數不大於0.06 MPa/m，隔水層完整無斷裂構造破壞地段按0.1 MPa/m。

本公式適用於回采和掘進工作麵。

疏水降壓開采：

1、當底板隔水層能夠承受的水頭壓力小於實際水頭值時，要進行疏水降壓開采，防止突水淹井;

2、礦井排水考慮與礦區供水、生態環境保護相結合，推廣應用礦井排水、供水、生態環保三位一體化結合的管理模式和方法;

3、承壓含水層的集中補給邊界已經基本查清後，可預先進行帷幕注漿，截斷水源，然後疏水降壓開采;

4、當承壓含水層的補給水源充沛，不具備疏水降壓和帷幕注漿時，可酌情采用加固底板隔水層和改造含水層為弱含水層的方法。應編製專門設計，有充分防範措施的條件下進行試采。

帶壓開采工作麵評價的方法即五圖-雙係數法：

五圖： 底板破壞深度等值線圖

底板保護層厚度等值線圖;

煤層底板上的水頭等值線圖;

有效保護層厚度等值線圖;

帶壓開采評價圖

雙係數： 帶壓係數

突水係數

三級判別：Ⅰ級判別：判斷工作麵必然發生直通式突水的指標;

Ⅱ級判別：判別工作麵發生非直通式突水可能性及其突水形式 的指標;

Ⅲ級判別：是判別已被Ⅱ級判別定為突水工作麵其突水量變化狀態的指標。

1、探放老空水時，要確定“三線”，措施內容齊全，對探水區進行安全評價;三線分別指:積水線、探水線和警戒線。

2、探斷層水時要遵循下列原則：

①采掘工作麵前方或附近有含(導)水層存在，具體位置不清;②采掘工作麵前方或附近預測有斷層存在，但導水性不清;③底板隔水層厚度與實際承受水壓處於臨界狀態，前方是否有斷層等情況不清;

2、探斷層水時要遵循下列原則：

④斷層被揭露，暫時無出水征兆，有可能滯後出水，要探明其深部是否已和強含水層連通或有底板水的導升高度;⑤根據工程和斷層煤柱留設的特殊要求，必須探明其位置;⑥掘進工作麵距離大斷層200m時;⑦采區內構造不清，含水層的水壓大於2MPa時;

3、探斷層水時的注意事項：

①水壓大於2MPa時，一般不要沿煤層探查;②孔口管的長度滿足《煤礦防治水規定》的要求;③鑽孔設計時要考慮在一定深度內揭露斷層，防止高壓水與煤係人為聯通;④水壓大於3MPa時，使用防噴反壓裝置; ⑤底板方向的鑽孔不少於2個，縱、橫呈扇麵布孔。

4、做好水患排查和水情監測工作：

⑴排查要製度化，不能流於形式;

⑵落實上級及公司一係列有關隱患排查的製度、規定;

⑶做好含水層地下水位的監測，礦井突水前都有水位變化的信息;

⑷現場跟蹤檢查，觀測各種地質信息;

⑸掌握水害事故發生前的征兆;

5、突水征兆

5.1 一般征兆

(1)煤壁“掛汗” ;一般為承壓水透過煤岩體的微裂隙在煤壁上凝結成水珠現象;

(2)煤壁“掛紅”。為近老窯煤層裂隙中的水，因水中含有鐵的氧化物，故呈鐵鏽色。

(3)空氣變冷，煤壁發涼;水的導熱係數比煤岩體大，故采掘工作麵接近積水區時，溫度降低。空氣變冷。

(4)采掘工作麵出現霧氣。

(5)工作麵煤岩壁發出“嘶嘶”水聲,有時聽到“嘩嘩”的空洞泄水聲;

(6)工作麵淋水加大，頂板來壓，底板鼓起或者產生裂隙並出現滲水;

(7)工作麵出現壓力水流。

(8)工作麵有害氣體增加。

(9)煤層發潮、發暗。

5、突水征兆

5.2 底板承壓水突水征兆：

①工作麵壓力增大，底板鼓起，有時可達0.5m以上;

②工作麵底板產生裂隙，並逐漸增大;

③沿裂隙或煤幫向外滲水，且逐漸增大，水色渾濁;

④底板破裂，沿裂隙有高壓水噴出，並有“嘶嘶”水聲;

⑤底板發生“底暴”，伴有巨響，水大量湧出，水色乳白或呈黃色;

5、突水征兆

5.3 衝積層水的突水征兆：

①突水部位發潮，有滴水，並逐漸增大，有少量細砂;

②發生局部冒頂，水量突增並出現流砂;

③發生大量噴水、噴砂，嚴重時地表出現塌陷坑;

5.4、斷層水的突水征兆

① 在斷層附近岩層較為破碎，一般出現工作麵來壓、淋水增大現象;

②岩巷掘進遇到斷層水，有時能在岩縫中見到淤泥，底部出現射流現象，水呈現黃色。

5.5 采空積水突水征兆

主要表現為煤壁掛紅，水的酸度大，水未發澀，有腐蛋氣味。

6、容易發生底板突水的地段：

①斷層交叉或彙合處;②斷層尖滅端;③褶曲軸部;④小斷層密集區;⑤兩條斷層相互對扭地段;⑥與導水斷層成“入”字型聯接的小斷裂帶;⑦新構造活動強烈的斷裂帶;⑧不同力學性質的斷層組交彙處等;

7、做好各種地質、水文地質基礎資料的收集、分析、整理、總結工作：

8、加強防治水工作管理，完善各項管理製度，落實各工種、部門崗位責任製：

⑴領導層的管理，保證人、財、物的供應。

⑵技術層的管理：防治水專業技術人員要齊全。

⑶施工隊伍層的管理：要有豐富的防治水施工經驗和過硬的素質。

參考文獻

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