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煤矿防治水基础知识讲座地质勘测处2019年5月第一讲矿井防治水概论一、矿井水害的定义和一般特点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。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。二、矿井水害的防治思想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。一般地，矿井水的防治应当从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。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，对水害类型做出划分，同时，对水害威胁程度做出评价。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，三要素共同构成防灾、减灾的目标路线。三、在长期与煤矿水害斗争的过程中，积累了大量宝贵的经验，使得人们对矿井水害类型的认识水平日益提高。目前，对矿井水害类型的划分基本形成如下观点：1、按水源类型划分：顶板水、底板水、老空水2、按导水通道划分：断层突水、陷落柱突水、裂隙岩体突水、封闭不良钻孔突水、煤(岩)柱突水3、按水源含水介质类型划分：孔隙水、裂隙水、岩溶水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，我们经常运用科学分类手段对矿井水害类型做出分类并加以细化。四、解决煤矿水害问题的切入点A、充水水源是否存在，回答有没有水的问题？B、充水途径是否存在，回答水从哪里来的问题？C、充水强度大小，回答有多少水来的问题？煤矿水害A、充水水源B、充水途径C、充水水量矿井充水水源及其勘探途径矿坑充水水源（按空间位置）顶板水底板水老空水预疏放探查条件放水试验条件确定采空区面积和积水范围充水途径天然通道人工通道导水裂隙导水断层陷落柱岩溶塌洞顶板三带底板三带防水煤岩柱不良钻孔点状通道线状通道面状通道涌水量计算方法类比法解析法数值法统计学方法矿井水文地质类型简单中等复杂极复杂煤矿水害的特点突水次数和突水强度呈现上升趋势废弃矿井与小窑诱发突水明显上升对基本水文地质条件认识不清导致的突水事故占有较大比例煤矿水害事故多发原因分析1、现有防治水技术手段利用不够，防治水工作规范化程度低2、对人类活动诱发的突水事故防范措施不到位缺乏专门的防治水队伍和规范化的水害监管体系3、相对落后的水害防治技术不能满足生产条件要求4、隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足5、深矿井开发突水机理及煤层抽冒诱发的采空区透水机理有待于研究五、水文地质的探查方法主要包括：物探、钻探、化探、试验物探方法主要依据介质的电性、弹性波、磁场强度、重力场的差异对不同介质及其界面进行判识，从而满足矿井防治水中对异常地质体的探测要求。地震—主要探测断层、陷落柱，目前主要发展二维地震和三维地震；但费较高。电法—含、导水异常的探查，目前主要发展瞬变电磁法、直流电法、音频电透视、电测井；物探方法具有大范围、大尺度探查的特点，但其局限性在于难以克服多解性的缺陷，往往需要通过钻探等其它手段来验证。钻探方法是通过钻探工程了解地层的结构特点、含隔水层的空间特征。钻探方法是各种试验方法赖以实施的基础，如抽水试验、放水试验、连通试验等需要钻孔形成以后才能组织实施。钻探手段往往施工周期长，揭露的水文地质信息有限，常常给人“一孔之见”之感。化探—水化学分析方法的简称。地下水的化学成份往往代表着其赋存地层的环境特征，按照各种特征离子的含量、矿化度、水质类型等，可以对不同含水层地下水做出区分，从而对井下涌水的来源进行识别。试验—任何学科的发展都离不开试验，矿床水文地质学也不例外。有关水文地质学中的试验方法，如抽水试验往往在煤田勘探阶段就开始应用，在煤矿生产中作为一种补充勘探手段，也会经常使用。矿床水文地质工作中经常使用的试验手段当然要算是放水试验了，它具有节约工程费用和直接了解矿井充水性的优点，放水试验成果的权威性也正体现于此。防治水技术措施水患诊断结论明确以后，接下来的工作就是采取有针对性的防治水措施了，以水害类型划分的防治水技术措施如下：以断层作为防范对象—预注浆通过断层、留设防水煤岩柱；以陷落柱作为防范对象—封堵陷落柱，留设一定的防水煤柱后，解放其周边煤炭资源；以裂隙岩体整体作为防范对象—对含导水异常区进行注浆加固。以封闭不良钻孔作为防范对象—采用工程措施，重新进行封孔处理。以老空水作为防范对象—在经济技术条件允许的条件下疏放老空水，彻底消除透水隐患；对于采空区积水体积太大，全面疏放不合理，不具备解放受水威胁煤炭资源的条件，从安全角度考虑，不应动用这部分煤炭资源。大面积煤炭开发存在安全隐患的井田，采取如下措施：帷幕截流技术；底板改造技术；全面疏降含水层水压的技术。防治水技术在长期预防和治理矿井水害的实践中，各科研院所、高等院校与各大水矿区密切合作，通过科研攻关项目、工业性试验项目等的实施研究和开发了如下防治水技术及装备，在推动行业技术进步中做出了积极的贡献。在这里，我们将其中的部分成果介绍给大家技术之一：矿井水文地质条件综合勘探——为矿井设计提供基础水文地质信息。技术之二：矿井涌水量计算与预测——提供矿井的最大涌水量、正常涌水量及来源、组成和变化规律，为矿井防排水系统设计提供依据。技术之三：采区及工作面精细水文地质勘探与水害预测预报——为回采工作面设计、开采方法优化、防治水技术手段和配套措施的完善提供依据。技术之四：矿井、采区、工作面防治水规划水文地质安全保障体系建立——提供不同阶段防治水工作思路；构筑适合矿井特点的水害防范技术体系；建立适合矿井特点的水害防范安全规程和规范。技术之五：废弃矿井环境预测与评价——废弃矿井诱发的水害预测废弃矿井水环境预测与评价废弃矿井淹没过程模拟预测废弃矿井对临矿水害威胁预测与防治技术之六：矿山水害治理与抢险救援——当矿井出现水灾时，提供及时、科学、具有可操作性的水害原因诊断抢险救灾技术方案救灾工程设计目前正在开展的煤矿水害防治新技术研究深部煤炭资源开发中突水机理及安全评价技术可视化突水条件远程监控及预警技术含水层水文地质试验与评价技术车载移动式矿井突水水源快速诊断系统第二讲老空水预防一、老空水的定义及特点为了保证正常生产，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。有些煤矿地下水占据采空区的一部分，如干旱和半干旱的北方地区，而有些煤矿，如雨量充沛的南方，地下水几乎占据了采空区的全部空间。对同一矿井而言，老空水分为同层老空水和邻层老空水；对相邻矿井而言，老空水分为本矿老空水和邻矿老空水；老空水对采煤的威胁主要表现在同层老空水上水平对下水平的威胁，邻层老空水浅部对深部的威胁，邻矿老空水对本矿的威胁。由于老空水往往积水体积大，隔水煤岩柱不足以抵抗静水压力的情况下容易发生透水事故，而且来势凶猛，经常形成群死群伤的恶性事故。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。面对老空水防治的严峻形势，科技部将“十一五”攻关的主题确定为“矿井老空区探测与水害防治关键技术及装备”，这些行动足以看出国家对预防和治理由老空水诱发的恶性透水事故的力度。二、老空水的探查对于老空水的防范，关键是确定积水范围和积水水量，可以采取两条途径：一是煤矿开采有着准确的井上下对照图，采空区范围往往比较可靠；二是采空区积水范围往往没有精确的测绘资料，只能靠探查手段来解决问题了。前者对于国有大中型煤矿来说很容易做到，对于地方小煤矿来说，问题就不那么简单了，就需要通过钻探和物探相结合的方法解决老空水探查问题。实际工作中，必须以钻探为主，物探配合，物探资料必须慎重验证鉴定，确保其可靠性。下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训：①某矿开采浅部的10#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，遇一块30m见方的煤柱，从四周老洞观察无积水，上距20m的9#煤也已证明无积水，但是煤柱的一侧却有发潮现象。当时普遍认为，该煤层距地表仅60m，地面又是排水沟，是排水沟的水沿风化及采动裂隙下渗造成煤壁发潮的，周围的煤壁也比较潮湿就是例证，30m见方的煤柱内绝对不会有老空水。当时探与不探的争论很大，由于分管探水工作的领导思想坚定，决定打钻探水，结果放出水量200多吨，事后发现煤柱内残留一口60m的古井，有约0.3MPa的水压，如有人员在附近作业，必然会发生伤亡事故。②某矿欲从9#煤施工一反上山石门穿透7#煤，据调查资料，石门透煤点100m外有老空积水，两煤层间距33m，反上山石门倾角23◦，斜长85m,设计上山掘进60m，距7#煤10m左右的位置超前打钻探水。但上山掘进到50m时，发现顶板砂岩淋水，是否探水，争论很大，普遍认为：迎头层位正常，正是7#煤底板以下13~14m的砂岩底面，砂岩裂隙有点淋水属正常现象，应该按照原设计在60m位置安钻探水，而积水范围在预定透煤点以外还有100m，现在就开始探水工程量大，边探边掘，既影响正常生产，又无实际必要。根据当时定下的没有把握就探的原则提前施工探放水钻孔，结果第1个钻孔钻进至10.6m即透老空，放出积水62000余吨。事后查明该迎头前面4m多有一落差9m多的正断层，上盘7#煤已下降至迎头附近，积水区与迎头垂距仅2m（图1），一次难以估量损失的重大透水事故就此避免了。三、老空水疏放探水“三线”的确定：探水“三线”是指:积水线、放水线、警戒线。①积水线:积水区外缘标高等高线，确定积水水面标高后，可直接在采掘工程平面图上按等高线标定。②放水线:原《矿井水文地质规程》（试行）（已作废）第29条规定：掘进工作面在距积水实际边界20m处停止掘进，进行打钻放水。积水线外推20m即为放水线。③警戒线:原《矿井水文地质规程》（试行）（已作废）第29条规定：积水线外推60m即为警戒线。掘进工作面进入警戒线后，必须超前探放水。熟悉并掌握井田周边采煤历史，做好询访调查工作，要对探放水资料进行动态分析，根据已经掌握的情况给出有事实根据和说服力的结论。禁止使用钎子探放老空水。由于风钻和电钻钎子只能探3~4m，掘1~2m，没有安全的超前距和帮距，而且不能使用套管、水门等安全防水装置。第三讲《煤矿防治水规定》一些条款及案例第八条煤矿企业、矿井的井田范围内及周边区域水文地质条件不清楚的，应当采取有效措施，查明水害情况。在水害情况查明前，严禁进行采掘活动。发现矿井有透水征兆时，应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业，撤出作业人员到安全地点，采取有效安全措施，分析查找透水原因。案例一：2006年5月18日，山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿发生一起透水事故，造成56人死亡。新井煤矿属张家场乡乡办集体煤矿，始建于1992年，该矿批准开采4#煤层，设计生产能力9万t/a。但于2005年10月，该矿主井却违规通过暗斜井延深至8#、11#、14-1#、14-2#煤层，进行越层采掘活动。事矿发生后，新井煤矿承包人及相关责任人不是积极组织抢险，而是蓄意逃避责任，瞒报事故被困人数，破坏调度出勤牌板，转移藏匿财务和销售台