煤矿防治水工作交流材料.pptx

煤矿防治水工作交流材料,乌海分局杜建有,,目录,水文地质基础知识,,我国煤矿水害概述,,水害事故典型案例及防治,,壹,贰,叁,,,壹,水文地质基础知识,水文地质基础知识,1.自然界的水,2.影响地下水形成的气象和水文因素,3.岩石的水文地质特征,4.含水层与隔水层,5.地下水的物理性质与化学成分,6.地下水的类型及其特征,1.自然界的水,,大气圈,水圈,岩石圈,,气态,,,液态,固态,,包气带水,饱水带水,永久冻土带固态水,自然界中水的分布,1.7,1.自然界的水,大循环（外循环）,小循环（内循环）,自然界中水的循环,2.影响地下水形成的气象和水文因素,湿度,,绝对湿度（e）,相对湿度（el）,温度差或饱和差,某一时刻空气中的水汽含量，以1m空气中所含水汽的克数表示,空气中实际存在的水汽含量与同湿度、同体积空气内水汽达到饱和状态时的含量（E）之比，用百分数表示,一定温度下空气中水汽饱和含量与当时空气中水汽实际含量之差,湿度蒸发量湿度差蒸发强度地下水消耗,,,,,,2.影响地下水形成的气象和水文因素,降水形式,,低层降水,高层降水,降水表征要素,,雨量,雨时,雨强,雨面,降雨持续的时间,单位时间的降雨量,降雨分布的水平投影面积,在某一地点、一定时期内降雨的厚度或深度,2.影响地下水形成的气象和水文因素,降雨等级,,小雨,中雨,大雨,暴雨,大暴雨,特大暴雨,250mm/d,能使地面潮湿，但不泥泞,雨降到屋顶有淅淅声，洼地积水,降雨如倾盆，落地四溅,能造成山洪,能造成洪涝灾害,造成严重洪涝灾害,2.影响地下水形成的气象和水文因素,2.影响地下水形成的气象和水文因素,河系、流域、分水岭,径流,桌子山苏白音沟卫星照片,干旱地区季节性河槽卫星照片,3.岩石的水文地质特性,岩石空隙的成因类型,,1.孔隙,2.裂隙,3.溶隙（岩溶）,,大孔隙,小孔隙,微孔隙,,风化裂隙,成岩裂隙,构造裂隙,,溶孔,溶隙,溶洞,孔径0.5mm,0.5mm-0.002mm,1800,,矿井水文地质类型,,注1.单位涌水量q以井田主要充水含水层中有代表性的最大值为分类依据。2.矿井涌水量Q1、Q2和突水量Q3，以近3年最大值结合地质报告中预测涌水量作为分类依据。含水层富水性及突水点等级划分标准见附录一。3.同一井田煤层较多，且水文地质条件变化较大时，应当分煤层进行矿井水文地质类型划分。4.按分类依据就高不就低的原则，确定矿井水文地质类型。,水文物探,（1）地震勘探包括二维和三维地震勘探，是弹性波地面探查构造及“不良地质体”的最有效方法。在新矿井、采区设计前必须用三维地震进行勘探，查明①潜水面埋藏深度;②落差大于5m的断层;③区内幅度大于5m的褶曲;④区内直径大于20m的陷落柱;⑤区内煤系地层底部奥陶系灰岩顶界面及岩溶发育程度;⑥探测采空区和岩浆侵入体;⑦基岩起伏形态、古河道、古冲沟延伸方向;⑧了解基岩风化带厚度。,1、探测方法,（2瞬变电磁TEM探测技术TEM法观测的是二次场，因此对低阻体特别灵敏。是地面已有人尝试井下使用探测含水层及其富水性、构造及其含水情况老窑及其积水多少的主要手段。3高密度高分辨率电阻率法探测技术使用单极-偶极装置，通过连续密集地采集测线的电响应数据，实现了地下分辨单元的多次覆盖测量，具有压制静态效应及电磁干扰的能力，对施工现场适应性强。该法使直流电法在探测小体积孤立异常体方面取得了突破。可准确直观的展现地下异常体的赋存形态，是地面、井下探测岩溶、老窑及其他地下及其他地下洞体的首选方法。,4直流电法探测技术属于全空间电法勘探，可在地面及井下使用。主要应用在以下4个方面①巷道底板富水区探测;②底板隔水层厚度、原始导高探测;③掘进头和侧帮超前探测，导水构造探测;④潜在突水点、老窑积水区、陷落柱探测。5音频电穿透探测技术由于探测深度的限制，一般只应用于井下。主要探查①采煤工作面内及底板下100m内的含水构造及其富水区域平面分布范围、并进行富水块段深度探测;②工作面顶板老窑、陷落柱、松散层孔隙内含水情况及平面分布范围探测;③掘进巷道前方导水、含水构造探测;④注浆效果检查。,6瑞利波探测探测对象是断层、陷落柱、岩浆岩侵人体等构造和地质异常体，以及煤层厚度、相邻巷道、采空区等，探测距离80-100m。其优点是可进行井下全方位超前探测。7钻孔雷达探测技术通过钻孔单孔或多孔探查岩体中的导水构造、富水带等。,8坑透采面掘透后，进行坑透，查明采面内的构造发育情况。9地震槽波探测技术①探明煤层内小断层的位置及延伸展布方向;②陷落柱的位置及大小;③煤层变薄带的分布④可进行井下高分辨率二维地震勘探，探测隔水层厚度、煤层小构造及导水断裂等。另外，还有其他一些地球物理勘探方法，如超前机载雷达、建场法多道遥测探测技术等。,水文化探,主要通过水质化验、示踪试验等方法，利用不同时间、不同含水层的水质差异，确定突水水源，评价含水层水文地质条件，确定各含水层之间的水力联系。主要的技术方法包括,1水化学快速检测技术用于井下出水点、钻孔水样水质的快速检测。2透突水水源快速识判别技术。通过水化学数据库，利用水质判别模型快速判别突水水源。,3连通试验。是查明含水层内部、含水层之间、地下水与地表水之间相互联系的一种见效快、成本低的试验手段。它对判断矿井充水水源、分析含水层之间的水力联系等都具有很重要的意义。该方法通常在放水试验过程中使用。,矿井充水水源快速识别仪,车载移动水化学实验室,水质全分析同位素分析连通试验突水水源快速识别系统,水文化探,,车载离子色谱仪,水文钻探,最近几十年来，钻探技术飞速发展。从适合地面、井下探放水，探构造及不良地质体陷落柱、岩溶塌洞到水文地质勘察、注浆堵水成孔等用途的地面钻机、坑道钻机，其能力和性能均有极大加强，同时定向钻进技术随着钻孔测斜技术的提高也逐步走向成熟。不管是地面钻机还是井下坑道钻机均可实现“随钻测斜、自动纠偏”，可以说现有钻探技术已能很好地满足水文地质探查中对钻探手段的技术要求。,基本原理钻探是利用钻机钻具和一整套工艺措施，在地层内钻凿出圆柱形井孔，取出岩矿样品，探明矿产的赋存状态和分布规律，或者实现其他地质和技术的目的。钻探也是通过一系列的设备和仪器直接作用于岩石上，形成钻孔的过程破碎岩石是钻探生产过程的主要工序，因此掌握岩石的性质和破碎机理，对加快和改善钻探工作具有重要意义。,方法分类钻探方法按照施工的空间分为地面钻探技术和井下钻探技术，按照钻进方法分为常规钻进技术和定向钻进技术。1地面钻探技术地面钻探技术由于不受空间限制，可以采用大型车载钻机或井架作为提升系统，起下钻具、下套管以及控制钻压、送钻等；泥浆泵、高压泥浆管线、水龙带、水龙头、钻柱以及泥浆固控设备等组成泥浆循环系统，用来维持泥浆循环，对井底进行冲洗，将注人的高压泥浆能量传递给井底；此外，还包括动力和控制系统等。,传统钻井平台,美国车载式钻机比较适合堵水的钻探施工，使用塔式钻具组合，风动潜孔锤钻进，高速气流循环携带岩粉或无固相、低固相泥浆钻进，配套的定点旋喷固孔、孔口灌浆、水泥造孔等技术以及采用电子单点照相测斜仪测斜，24小时监测孔斜情况，保证钻孔快速准确打中把区。,2井下钻探技术井下钻探技术由于受到空间限制，多采用分体式的小型钻机，即将泵站、主机和操作台分开，以方便在狭窄巷道内搬迁、运输；随着巷道掘进的现代化，大断面巷道可以满足整体式履带钻机的运输，其驱动扭矩较分体式钻机有大幅度提高，因此钻孔深度也成倍增加。,3常规钻进技术常规钻进技术是利用钻机回转器转动钻头来破碎孔底岩石的钻进方法。它适用于各类地层，钻进各种角度、不同深度和口径的钻孔，是常用的钻进方法。按钻头的磨料性质和钻头形状，又可分为硬质合金钻进、金刚石钻进、钻粒钻进、刮刀钻进和牙轮钻进；按动力设置位置，可分为地面动力回转钻进和孔底动力钻进；按破碎岩石所形成的孔底形状，分为全面钻进和环状（取心）钻进。,ZDY3550,ZDY1300,ZDY1300L,开孔定位仪,常规钻机的优势与劣势,4定向钻进技术定向钻进技术是指利用自然造斜规律，采取人工造斜手段，或者两者并用，使钻孔按照预定轨迹延伸，达到预定目标的钻进方法。定向钻进技术按孔身轨迹的不同，可分为平面弯曲定向钻孔和空间弯曲定向钻孔。平面弯曲定向钻孔即孔身轨迹在某一垂直平面或倾斜平面内只有顶角和方位角单独变化的钻孔。空间弯曲定向钻孔即孔身轨迹某段在某一曲面内既有顶角变化又有方位角变化的钻孔。按钻孔结构形态分，可分为单孔底定向钻孔和多孔底定向钻孔。单孔底是指只有主孔而无分支孔的定向钻孔，多孔底是指既有主孔又有分支孔的定向钻孔。,全液压履带式坑道钻机,4.探测方法的应用,老空区/火烧区水害探测的常规流程,房柱式采空区,房柱式开采,老空区/火烧区水害探测,探查目标有与无大与小有水否积水量探查思路地面与井下相结合、物探与钻探相结合推荐方法一查、一震、两电、一钻,“一查”地质调查,老空区/火烧区水害探测,2006年，三维地震成果发现老窑越界开采范围，为陕煤集团西固煤矿避免了潜在的老空透水事故的发生,大矿掘进巷道,老窑越界范围,矿界,“一震”三维地震,老空区/火烧区水害探测,“两电”地面电法,老空区/火烧区水害探测,,“两电”地面电法,老空区/火烧区水害探测,,“两电”井下电法,据调查913工作面切眼附近可能有老窑矿方布置了5个钻孔进行探测，因所采9煤厚度较大（14m左右），未见老空。电法超前探测成果显示在迎头前方68m处存在一处较强的异常针对该异常补充3个超前钻孔，揭露老窑巷道，总出水量超过20万m3。,东坡煤矿20100308,老空区/火烧区水害探测,“一钻”井下钻探,石炭井一号井探放老空积水定向孔探放,老空区/火烧区水害探测,磁法地面探测火烧区边界地震探测火烧区范围电法探测火烧区充水范围,,老空区/火烧区水害探测,西安研究院,工作布置,磁法地面探测火烧区边界;电法探测火烧区充水范围,徐矿集团红山井田烧变区探查,老空区/火烧区水害探测,赛尔和什托洛盖红山井田烧变区探查,探测成果存在4处较为明显的磁性异常。现场照片分别拍摄了煤层燃烧后对覆盖岩层的烧变情况和正在燃烧冒烟的情景。,地表照片,磁法地面探测火烧区边界;电法探测火烧区充水范围,老空区/火烧区水害探测,老空区/火烧区水害探测的新方法,充电法巷道造影成像技术孔巷联合瞬变电磁探测,充电法巷道造影成像技术,心血管造影是将透明的造影剂在X线照射下快速注入血流，使心脏和大血管腔在X线照射下显影，进而诊断心脏血管病的方法。,充电法巷道造影成像技术,充电法巷道造影成像技术,对地面、井下钻孔已经揭露老空出水点直接充电，进而探测老空含水范围，其原理与管线探测仪。,充电法巷道造影成像技术,充电法巷道造影成像技术,充电法巷道造影成像技术,0m,5m,孔巷联合瞬变电磁超前探测,孔-巷联合瞬变电磁探测,10m,15m,孔巷联合瞬变电磁超前探测,孔-巷联合瞬变电磁探测,钻孔-巷道瞬变电磁,,孔-巷联合瞬变电磁探测,孔巷联合的瞬变电磁探测技术,孔-巷联合瞬变电磁探测,超前钻探俯视图,7钻径向图,3钻径向图,2钻径向图,孔-巷联合瞬变电磁探测,底板奥灰水探查技术及装备,,底板奥灰水探查技术及装备,探测方法物探先行、化探跟进、钻探验证、综合探测探查思路地面与井下相结合、物探与钻探相结合探查目的奥灰水文地质特征有无导水构造突水威胁性,奥灰水探查技术及方法（回答水源、水量、通道）,,“一探”水地地质勘探“一震”地面三维地震“两电”地面瞬变电磁法井下直流电法“一钻”井下钻探超前探,奥灰水探查技术及方法,底板奥灰水探查技术及装备,,“一探”-水文地质勘探,147,底板奥灰水探查技术及装备,,三维地震成果发现陷落柱异常区域，为骆驼山煤矿透水事故的治理提供科学依据,灰岩异常显示,“一震”地面三维地震,奥灰水探查技术及方法,148,底板奥灰水探查技术及装备,9,16,灰岩,,“两电”-地面瞬变电磁法,149,,15线反演处理后视电阻率断面图,4.1奥灰水探查技术及方法,4.底板奥灰水探查技术及装备,,瞬变电磁成果,瞬变电磁成果,直流电法成果,瞬变电磁成果,直流电法成果,,钻场,直流电法成果,直流电法成果,,,,,,,,4号富水异常区,3号富水异常区,2号富水异常区,1号富水异常区,带压区物探成果,,奥灰水探查技术及方法,底板奥灰水探查技术及装备,“两电”-井下物探探查,,掘进工作面直流电法超前探测,151,奥灰水探查技术及方法,底板奥灰水探查技术及装备,“两电”-井下物探探查,,“一钻”-井下钻探,152,奥灰水探查技术及方法,底板奥灰水探查技术及装备,顶板水的微震监测技术,陕西铜川照金煤矿4.25突水溃沙事故,2016年4月25日，陕西铜川照金煤矿202工作面回采过程中发生突水溃沙事故，造成11人死亡。,案例分析,顶板水的微震监测技术,煤层顶板砂岩水探测,裂隙带,冒落带,煤层顶板导水裂隙透水,顶板水的微震监测技术,井-地-孔微震立体监测技术与装备,顶板水的微震监测技术,井-地-孔四维微震监测开采破坏,顶板水的微震监测技术,微震时间XZ平面图,,微震事件深度-频数统计图,微震事件三维显示,顶板水的微震监测技术,顶板水的视电阻率动态监测技术,开采过程中的电法连续监测,顶板水的电法监测,20161222-6,20161222-8,20161222-10,电法连续监测,顶板水的电法监测,电阻率监测系统,顶板水的电法监测,封闭不良钻孔的探测技术,,智能化TEM探测仪,主要特点盲区小、分辨率高、“傻瓜”处理、线框定位,方法试验,封闭不良钻孔的探测,,主要特点盲区小、分辨率高、“傻瓜”处理、线框定位,开挖验证,方法试验,封闭不良钻孔的探测,（山西朔州）,,,封闭不良钻孔的探测,常规处理,拟地震处理,,（宁煤麦垛山）,封闭不良钻孔的探测,（陕西黄陵）,封闭不良钻孔的探测,不良地质体的探测技术,槽波探测的基本原理槽波探测的工作方法工作面内的槽波透视煤巷侧帮的槽波反射独头巷道的槽波超前,,槽波探测的基本原理,,三维地震,槽波地震,,槽波地震探测技术,槽波探测的基本原理,什么是槽波,槽波是煤层中激发、沿煤层传播、在煤层中接收的制导波,槽波地震探测技术,槽波探测的基本原理,槽波地震探测技术,槽波探测的基本原理,,采掘工程的地质需求,,,,,,,,,断层,巷道,,,巷道,,,运输顺槽,,,,,,,,回风顺槽,运输顺槽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,掘进工作面,设计工作面,回采工作面,槽波地震探测技术,探查工作面内落差大于1/2煤厚的小断层探查工作面内长轴直径10m以上陷落柱探测工作面内煤层变薄、岩浆岩侵入等不受铁磁物质影响、抗干扰能力强探测距离大1600m、精度高,槽波地震的地质用途,槽波地震探测技术,槽波地震探测方法,,透视槽波是煤矿井下探测精度最高的物探技术,透明区f0透射能够顺利穿过,半透明区0fh透射槽波将被阻断,槽波地震探测技术,槽波的方法,槽波地震勘探原理,反射槽波示意图,透视槽波示意图,超前探测示意图,槽波探测的基本原理槽波探测的工作方法工作面内的槽波透视煤巷侧帮的槽波反射独头巷道的槽波超前,槽波地震探测技术,,槽波探测的工作方法,,前期准备踏勘、设计、标点地面准备仪器充电、授时井下工作测点布设、炮点作业、收工地面作业数据传输、处理、解释、报告,槽波地震的施工,槽波探测的工作方法,槽波透射,,,,,回风顺槽,运输顺槽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,槽波地震的设计,,,巷道,槽波反射,槽波探测的工作方法,充电、授时,踏勘、标点,炮孔施工,槽波探测的工作方法,仪器布设,炮点准备,槽波探测的工作方法,,,,,,,,,,数据传输,槽波记录,槽波探测的工作方法,槽波地震数据处理,工区数据管理,槽波探测的工作方法,50Hz工频干扰压制效果,槽波地震数据处理,槽波探测的工作方法,陷落柱,基于HHT的信噪分离技术,处理前,处理后,陷落柱,槽波地震数据处理,槽波探测的工作方法,槽波资料的地质解释,槽波探测的工作方法,,工作面内的槽波透视,,槽波地震探测技术,槽波透视的观测系统,,,,,,,,回风顺槽,运输顺槽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,回风顺槽,运输顺槽,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,道数多方位宽射线密工效高,道数少方位窄射线稀工效低,常规透视,全息槽波,槽波地震探测技术,槽波透视的观测系统,小断层探测,透射槽波探测实例,槽波地震应用实例,薄煤带探测,,,实际回采煤厚图,槽波探测煤厚图,透射槽波探测实例,槽波地震数据处理,1.7m,,,,1.4m,1.5m,1.6m,煤层变薄带槽波探测,工作面槽波地震探测,中煤平朔井工一矿19108面槽波透视,否定了三维地震断层回采中没有揭露,,,煤巷侧帮的槽波反射,,槽波地震探测技术,煤巷侧帮的槽波反射,,,巷道,槽波地震探测技术,煤巷侧帮的槽波反射,,神华宁煤红柳煤矿反射槽波探测,槽波地震探测技术,煤巷侧帮的槽波反射,回采揭露落差最大为2.5m回采揭露断层分叉分支断层平面摆动误差最大为7m,,独头巷道的槽波超前,,槽波地震探测技术,独头巷道的槽波超前,高家堡41103工作面巷道超前探测,,,山西中兴地震超前探测,独头巷道的槽波超前,槽波地震探测技术,内蒙棋盘井孔巷联合超前探测,异常2,异常1,巷道反射,,独头巷道的槽波超前,槽波地震探测技术,阳煤集团榆树坡煤业有限公司,面积88965m产量60万吨,偏移60米,,,,槽波探测的阳煤模式,槽波地震应用实例,,保直钻进工艺技术采取稳定组合钻具，通过测斜掌握钻孔轨迹，及时更换钻具组合形式或调整钻进工艺参数等，对钻孔的倾角和方位角进行控制，使钻孔钻进到预定靶区,钻探技术与装备,,定向钻孔探放水,,通过对钻孔轨迹的实时测量和精确控制，定向孔在目的层位可精确中靶，疏顶板放水或老空水,钻探技术与装备,,煤矿井下定向钻进技术与装备,钻探技术与装备,煤矿井下定向钻进技术与装备,钻探技术与装备,定向钻机型号ZDY6000LDF,煤矿井下定向钻进技术与装备,钻探技术与装备,石炭井一号井探放老空积水定向孔探放,定向钻孔探放水,,钻探技术与装备,,井下探放水技术要求1.划出老空水“三线”当采掘工作面接近老空积水区时，为防止老空水透水，确保采掘工作和人身安全，需将老空积水区的积水范围、水位标高、积水量等资料填绘在采掘工程图上。经过分析三条界线，即积水线、探水线、和警戒线，简称“三线”。,,1积水线即老空区、小窑采空区的积水范围。是根据地质调查、物探、钻探等探查结果圈定的老空积水边界线。2探水线根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏情况等因素确定。具体有如下规定a探水线应根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其资料的可靠程度，以及采空区、巷道受矿山压力的破坏情况等因素确定。b对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区，其边界位置准确，水压不超过1MPa，探水线至积水线的最小距离为在煤层中不得少于30m，在岩层中不得少于20m。,C对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水边界时，探水线至推断的积水线的最小距离不得少于60m。D对有图纸资料可查的老窑，探水线至老窑边界的最小距离不得少于60m。对没有图纸资料可查的老窑，可根据本矿井已了解到的小窑开采最低水平，作为预测的可疑区，必要时可先进行物探控制可疑区，再由可疑区向外推100m作为探水线。3警戒线图纸资料可靠的由探水线外推不少于30m作为警戒线；有一定图纸资料参考的外推不少于50m作为警戒线，资料依靠调查分析判断的外推不少于80m作为警戒线。。,2探放水钻孔布置（1）超前距探水时从探水线开始向前方打钻孔，在超前探水时，钻孔很少一次就能打到积水目标区，常是探水一掘进一再探水一再掘进，循环进行；探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离，该段距离称超前距，如图4-2所示。,图4-2探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图,探放老空水超前距、帮距需满足前述规定，另外也可按以下公式计算确定。①超前距老空积水范围、积水量等不清楚的，探放水钻孔超前距可按下式计算,,式中a超前距（或帮距），m；A安全系数，一般取25；L巷道的跨度（宽或高取其大者），m；P水头压力，MPa；Kp煤的抗张强度，MPa，可由试验测定。一般采用0.2～1.4MPa，在无实测资料时可供参考。由上式计算得出的超前距若小于30m，应按照30m设定超前距。,②允许掘迸距离经探水证实无任何水害威胁，可安全掘迸的长度称允许掘进距离。③帮距为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离称为帮距;其值应与超前距相同，帮距一般取20m，有时帮距可比超前距小1-2m。④钻孔密度孔间距钻孔密度是指允许掘迸距离的终点，横剖面上探水钻孔之间的间距，间距一般不应大于古空老巷的尺寸。如古空老巷道宽度为3m，则巷道允许掘进终点钻孔间距最大不得超过3m。,2探水钻孔扇形布置巷道处于三面受水威胁的地段，要进行搜索性探放积水目标区，其探水钻孔多按扇形布置，如图5-2所示。,3半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区，其探水钻孔可按半扇形布置，如图5-3所示。,3探放水方式1隔离式探放水巷道掘迸前方的水量大、水头压力高、煤层松软和裂隙发育时，在煤巷直接探放水很不安全，需要采取隔离方式进行探放水。a石门探放水当积水区水压高水头＞100m水量大，附近又无巷道可以利用时，由煤层向岩层中掘石门并应使石门与积水煤层之间的距离不小于10m。,b墙外探放水煤层松软或节理发育．采掘工作已邻近积水区时，应修筑隔水墙，并预埋套管，在墙外进行探放水水闸墙上预埋孔管，其孔口安全装置经试压达到设计要求目，再探放水,c隔层探放水煤层间距大于20m，相邻煤层又有探水和排水条件时，可在煤巷内向上方打探放水孔，也可向下方打探放水孔，将水位高于探放水孔孔口位置的上或下层煤老空水放出来必须买好空口安全装置，放水后要注意钻孔堵塞情况，防止重新积水。,2配合巷道掘进进行探水受水害威胁的地区，必须与掘进施工管理相配合，才能取得良好的放水效果。a双巷掘进交叉探水上山巷道三面受水威胁，一般应采取双巷掘进，交叉探水（图4-1）。双巷之间每隔30～50m掘一联络巷，作为安全躲避地点，同时在联络巷中设挡水半墙，以便其中一条上山出水时，水不会窜到另一条上山中去。探水钻孔布置成扇形，甲上山探水，乙上山掘进；乙上山探水，甲上山掘进，相互掩护。图4-1双巷掘进交叉探水示意图,b.双巷掘进、单巷超前探水倾斜煤巷平巷掘进时，应采用双巷掘进，单巷超前探水，钻孔布置成扇形，两巷之间每隔30～50m掘一联络巷，上方巷道探水，下方巷道作泄水巷（图4-2）。,图4-2双巷掘进、单巷超前探水示意图,C平巷和开切眼互相配合探水在煤层内，准备回采工作面时，上风道应先探水掘进到位，再施工开切眼（图4-3）。这样既减少开切眼掘进的危险性，又减少开切眼掘进时的探水工作量。,图4-3平巷和开切眼互相配合探水示意图,d上山与下山互相配合探水下山巷道掘进，除防止迎头和两帮来水外，还应特别注意背后来水。当上山巷道水害未消除或正在探水时，下山巷道应停止掘进，待水害威胁消除后再继续掘进（图4-4）。,图4-4上山和下山互相配合探水示意图,4.按“三线”布置探水钻孔（1）针对“警戒线、探水线、积水线”不同范围内的钻孔设计原则，因水患威胁不同，结合现场的可操作性和实际经济效果等综合因素考虑，应分3种情况进行分别设计。探水钻孔的布置方式、数量和夹角大小可参见表1。①在警戒线圈定以外区域，按照掘进钻探“有掘必探”工作要求，实行基本钻探方式。薄煤层钻孔成扇形布置，超前距至少30m，帮距至少20m的要求，探放水钻孔布置至少3个进行设计。,一般水平布置3个钻孔。,厚煤层钻孔成扇形布置，超前距至少30m，帮距至少20m的要求，探放水钻孔布置至少4个进行设计。即在薄煤层钻孔设计基础上，在垂直方向上增加1个钻孔。,一般布置4个孔，按照巷道沿顶底板掘进方式，分别有一个钻孔探至煤层顶、底板,②在警戒线以内、探水线以外的过渡区域，应按照资料掌握的可靠程度，结合地面、井下物探成果，针对性的进行钻孔方案设计，原则上要比情况1方案设计钻孔数多、比情况3方案设计钻孔数少，应按照掘进钻探“有掘必探”工作要求，实行有针对性的钻探方式。参考方案（以钻孔设计60m为例）。薄煤层煤层赋存方向应至少应布置5个探放水钻孔（见图1）。,一般水平布置5-7个钻孔。,厚煤层应至少布置8个探放水钻孔，煤层赋存方向布置5个孔，垂直方向的前进方向布置3个孔。巷道沿煤层顶板正常掘进时，3个垂直方向钻孔应探至煤层底板（见图2）；巷道沿煤层底板正常掘进时，3个垂直方向钻孔应探至煤层顶板（见图3）。,一般布置8孔，分别有3个钻孔探至煤层顶、底板,③在探水线以内区域，按照探放老空水管理工作要求进行钻孔设计，薄煤层在探水线以内区域，一般在终孔位置处横向钻孔间距不得超过3m，纵向孔间距不得超过1.5m。,厚煤层在探水线以内区域，一般在终孔位置处横向钻孔间距不得超过3m，纵向孔间距不得超过1.5m。,（2）探放水应采用深孔、中深孔和浅孔相结合的方式（见图3）。每次探放水应打3个深孔（中眼和两个外斜眼），只要不脱离煤层应尽量打深。由于外斜眼深度大，控制的帮距也大，可保继续探水掘进时安全。中深孔布置在3个深孔之间或外斜眼外侧，孔深要满足超前距、帮距和孔间距的要求。薄煤层探水时，钻孔先穿过煤层至顶底板，然后布置浅孔沿煤层钻进，钻孔深度根据需要确定。厚煤层或急倾斜煤层的探放水钻孔，不仅平面上布置成扇形，剖面上也应布置成扇形，以防漏掉老空巷道。,,图3深孔、中深孔和浅孔相结合探放水示意图1-深孔；2-中深孔；3-浅孔A1、A2-第一、第二次超前距；B1-帮距；C1、C2-第一、第二次孔间距；D1、D2-第一、第二次允许掘进距离。,4.探水钻孔安装固结套管1孔口安全装置的布设探放水孔按规定必须使用孔口安全装置。它由孔口管、泄水测压三通、孔口水门和钻杆逆止阀必要时安装等组成。其施工和安装程序如下1选择岩层坚硬完整地段开孔，孔径应比孔口管直径大I～2级，钻至预定深度视水位高低和煤岩层强度而定后，将孔内冲洗干净。2首先将预先准备好的孔口套管按其对接顺序，每两节之间上紧丝扣后顶入孔内。,方法一向孔内注入水泥浆，将预先准备好的孔口管（末端应塞以木塞）放入孔内，待水泥浆凝结后，即可在孔口管内钻进。方法二将止水套管插入孔内后，在孔口部分用渗水玻璃的水泥浆将止水套管固定封死。在止水套管的上方另留1个小管，而后从止水套管内向四周压入水泥浆，待从小管跑出浓水泥浆时即将小管封死。继续向止水套管内压入水泥浆，至一定压力后停止注浆，关闭止水套管闸阀。待水泥浆凝固。如图4-4。,图4-4探放水孔孔口管安装示意图,2封孔质量检查经过封孔，待水泥浆凝固34天后方可进行扫孔。扫孔深度超过止水套管长度0.51.0m退出钻具，安装孔口闸阀及孔口压力表，通过压力泵向孔内做压水试验。试验压力大于孔口管末端承压静水压力的1.2倍或水压值超过预计放水时的水压，稳压时间至少保持半小时，孔口管周围没有漏水现象，说明合乎要求，否则需重新注浆加固。3放水孔孔口安装探放水时需要收集放水时的水量与水压资料，并且出于安全目的考虑，还应在孔口管上安装水压表、水门、三通和泄水短管等，完整的放水试验孔孔口安全装置如图4-5所示。,,.5.探放高压水应采取的措施在高压水的探放过程中，当钻孔揭露含水层后，水头压力和水量会猛增，若不能有效控制，除百接影响钻迸效率外，还特别容易出现高压水喷出或钻具被顶出等伤人事故。因此，在钻孔内水压大于15MPa的高压水地区施工探放水钻孔时，钻进和退钻应采用反压和有防喷装置的方法进行钻迸和控制钻杆。反压就是给一个与水头压力反向的作用力;,防喷就是防水、防钻杆、防孔内碎岩石块喷出。在高压水地区施工钻孔时，如果不采用反压、防喷装置是非常危险的。案例如某矿在井下施工探放奥灰高压水钻孔时，由于未采取这些措施，就曾发生突然出水后钻杆无法控制、顷刻之间被高压水顶出并被顶到巷道，近百米钻杆像面条一样被扭曲成麻花状，险些酿成人员伤亡事故。因此，在高压水地区施工钻孔时，防喷问题必须引起高度重视。对水压高于1.0MPa、且水量较大的积水或强含水层进行探放水时，孔口应安装防喷逆止阀，以免高压水顶出钻杆，喷出碎石伤人，如图6。,,,图6防喷逆止阀安装示意图1-孔口管加压螺栓；2-孔口立柱；3-固定管卡；4-钻头；5-岩芯管；6-φ42mm钻杆；7-防喷立柱；8-挡水板；9-逆止阀固定盘；10-弹簧架；11-弹簧；12-轮轴；13-偏心轮；14-制动手把；15-制动卡瓦。,安装防喷逆止阀时应注意①防喷立柱必须切实打牢，它与防喷挡水板用螺钉固定，挡水板上留有钻杆通过的圆孔；②逆止阀固定盘与挡板用固定螺钉连接；③在打倾斜孔时，逆止阀固定盘与挡板之间有不同的夹角，可用木楔夹紧；打水平孔时二者重叠（夹角为零）固定；打垂直孔时可直接与孔口水门法兰盘连接；④孔内遇高压水强烈外喷并顶钻时，用逆止阀制动手把控制钻杆徐徐退出拆卸。当岩芯管离开孔口闸阀后，立即关闭孔口闸阀让高压水沿三通泄水阀喷向安全地点；⑤当积水为PH值5的酸性水放水时间又较长时，孔口安全装置应涂敷防腐漆或沥青，以防腐蚀；必要时用铜或不锈钢材料制造孔口安全装置。,,,贰,我国煤矿水害概述,西北侏罗纪煤田裂隙水水害区,华北石炭二叠纪煤田岩溶裂隙水水害区,东北侏罗纪煤田裂隙水水害区,华南晚二叠世煤田岩溶水水害区,台湾古近纪煤田裂隙孔隙水水害区,西藏滇西中生代煤田裂隙水水害区,2.1我国煤矿水害特点,2.1我国煤矿水害特点,近年来，煤矿重大水害事故数量及死亡人数总体呈下降趋势，但仍造成重大的经济损失和人员伤亡。,2.1我国煤矿水害特点,1.老空水时水害第一杀手，事故起数约占水害伤亡事故的80,其次是地表洪水、岩溶水。2.透（突）水事故主要发生在掘进工作面，事故起数约占水害事故的80。3.乡镇煤矿、资源整合煤矿发生的透水事故约占水害事故的80；4.华北地区奥灰、寒灰和华南地区茅口灰岩、长兴灰岩发生突水易造成矿井淹没，具有抢险时间长、抢救难度大、经济损失大等特点。,2.1我国煤矿水害特点,2.2我国煤矿水害事故的成因分析,1.未牢固树立安全生产理念。2.对防治水工作的认识不到位。3.防治水机构、人员及设备不到位。4.防治水基础工作不到位。5.防治水措施不力。6.防治水措施不执行。7.“三违”行为导致突水。8.人员培训不到位，从业人员素质低。9.水害应急预案不健全，培训与管理不到位。,内蒙煤炭资源丰富1）东部第三系褐煤为主；2）中西部鄂尔多斯煤田属于双纪煤田，既有类似与我国华北石炭二叠纪岩溶裂隙水，也有侏罗纪煤田特有的顶板孔隙、裂隙水。,水害类型复杂多样，几乎囊括了我国其他地区的所有水害类型，而且还有独特性。如烧变岩水、薄基岩透水溃沙灾害、顶板离层水害、底板砂岩突水等。,2.3内蒙煤矿水害类型,2.水害类型复杂多样，水害问题严重以石炭二叠纪煤田即桌子山和准格尔的底板奥灰水问题；以鄂尔多斯广泛分布的侏罗纪煤田为主的顶板水问题；老空和地表水问题封闭不良钻孔、烧变岩水害、露天采坑积水及其他特殊问题上述几种水害类型均发生了不同程度的水害事故，造成重大人员伤亡及财产损失。,1.认识上存在误区研究工作起步晚，探查精度低，认识存在重大偏差。特别是骆驼山煤矿特大突水事故，颠覆了人们“西部矿井水文地质条件简单”的认识，随后乌海长富煤矿老空突水事故、华电隆德煤矿因钻孔导致透水溃沙淹井、棋盘井3井、呼和乌素煤矿地表水馈入、唐家会断层透水淹井、红柳离层及上海庙透水溃沙淹面、底板砂岩水突水淹井等事故，更充分说明西部矿井水文地质条件并不简单。,2.3内蒙煤矿水害类型,总体上鄂尔多盆地岩溶水除北部伊蒙隆起缺失外，基本上全区分布。奥陶和寒武纪灰岩在盆地东、南、西边缘裸露或浅埋呈“U”字形带状分布，盆地内部深埋，中心最大深埋达4000m以上，岩溶水根据补径排关系可化分为10大系统和22个子系统。其中对煤层开采造成影响和威胁的有5大系统9个子系统，对鄂尔多斯政府所属矿区煤层开采造成威胁的有天桥泉域准格尔、拉僧庙泉域桌子山煤田。,2.4.1岩溶水分布及构造特征,鄂尔多斯盆地边缘构造复杂，盆地内部构造简单。将鄂尔多斯盆地划分为伊盟隆起、渭北隆起、西缘冲断带、天环坳陷、陕北斜坡和晋西挠褶带六个一级构造单元。这种构造格局奠基于燕山运动，发展完善于喜山运动。,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.1岩溶水分布及构造特征,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.1岩溶水分布及构造特征,263,桌子山煤田北部至千里山逆断层，南部以正谊关平移断层为界，西部至岗德尔逆断层，东部以千里山逆断层为界。主采石炭纪-二叠纪煤层，主要包括骆驼山、平沟、利民、棋盘井、公乌素等煤矿。桌子山煤田东部紧邻东胜煤田，主采侏罗纪煤田，西部为贺兰山北段煤田，包括银川以北的平罗、石嘴山和乌达等石炭纪-二叠纪煤矿。,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,桌子山煤田南部棋盘井某矿井构造纲要图，受区域大型断裂带影响，断层非常发育。煤层底板隔水层完整性已经破坏，底板奥灰水已越过隔水层进入煤系。图示为三维地震勘探成果,265,桌子山煤田含隔水层,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,266,岩溶地下水系统,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,267,岩溶发育规律,岩溶含水介质结构脉状水岩溶裂隙含水层灰岩结构特征以微晶和泥晶结构为主，不利于岩溶集中发育构造控水特征南北向构造控制岩溶水边界条件，东西向断裂为导水通道岩溶发育特征张性断裂构造、构造复合部位、裂隙密集区岩溶发育地层演化独特性薄层灰岩未发育,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,268,岩溶发育规律,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,269,总体上构造复合部位岩溶较为发育，不利于陷落柱形成,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,270,沉积环境复杂性,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,富水性极其不均一性具有明显分待性,沉积环境复杂煤系基底差异巨大,,2.4奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,利民煤矿奥陶纪灰岩水位动态变化曲线图,272,奥灰水连通性好，大区水位非常接近统一（可分三个块段）构造控水作用明显，局部富水性强，底板完整性受到破坏，奥灰水已导入煤系地层补给有限，处于超采状态疏降可行性较好,钻孔单位涌水量与进奥灰深度关系图,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,273,底板奥灰水压自东向西、由北向南逐渐升高,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征2,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,274,底板隔水层发育差异较大，30-300m区间变化,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,275,底板奥灰威胁程度9煤相对安全，16煤威胁较大,,2.4.奥陶纪灰岩水文地质特征,2.4.2桌子山煤田水文地质特征,276,准格尔煤田奥灰岩溶呈斜坡顺层发育模式，“两强夹一弱”，碳酸盐