5.16太原汇报煤矿水害类型及其探查.ppt

,,,中国煤地,中国煤炭地质总局水文地质局2018年5月16日,煤矿水害类型及其探查治理,山西公司总工程师周科水文地质工程地质高级工程师国家注册安全评价师土壤修复高级工程师山西煤炭监察局煤矿及煤层气安全生产专家库成员13613100179（电话微信同号）,1.我国煤矿水害类型及分布,2.矿床充水条件分析,3.煤矿水害探查技术,4.煤矿水害治理技术,提纲,1.我国煤矿水害类型及分布,一、我国煤矿水害类型及分布,煤炭资源的分布特征受两横两纵巨型造山带控制，煤炭资源分布呈“井”字形特征。,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,华南晚二叠纪煤田岩溶水水害区,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,5,一、我国煤矿水害类型及分布,一、我国煤矿水害类型及分布,老空积水透水水害地表水害第四系松散孔隙含水层和第三系砂砾含水层水害煤层顶板充水含水层水害煤层底板承压充水含水层水害岩溶陷落柱水害断层破碎带突水水害,一、我国煤矿水害类型及分布,一、我国煤矿老空水水害形势,8,事故特点1、较大以上事故比例较大危害大，影响大。2、老空水为主要水害水源，比例达占70～80。,对老空水探查、治理技术手段不能满足安全生产要求。,9,3、乡镇煤矿水害事故所占的比例较大。,反映了煤矿安全管理水平和水害事故之间的关系。,10,4、掘进工作面为主要的透水地点,反映超前探技术和隐伏构造探查技术落后；越层越界开采严重。,11,针对目前煤矿水害的特点，根据我国煤层赋存和开采的实际情况，在一段时间里，老空水仍是威胁煤矿安全生产的主要水害类型，其防治任重而道远。,12,二、老空水及水害的基本特征,老空水，也称老空区积水，一般指由于采矿活动形成的地下空间长期没有排水或排水不足造成的积水。,13,由于煤层开采的时间、方法不同，形成的老空区形状、范围、积水量也不同。一般而言，从古至今，采空区规模越来越大。,老空积水包括历史上开采或其它矿井开采形成的采空区，其范围、位置、水压、水质不清，积水区域不明确，积水量难以预测，也包括本矿自己采矿形成的采空区，其范围、位置、水压、水质等基本清楚，积水区域相对明确，积水量可确定。,14,15,特点1老空区积水来源复杂,老窑区充水水源有以下几种形式,特点2地表地形条件复杂,16,特点3探查干扰因素多,17,老空水的特征以水体形式存在，其赋存空间为人为因素造成，水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体，径流不畅，水交替活动弱，水质受煤层化学成分影响较大，多为酸性水，有较强的腐蚀性，含有大量硫化氢气体。由于开采历史久远，无序开采，滥采滥掘，资料不清，探查技术手段相对落后，目前对采空积水区的范围、积水量等还难以查明。,18,煤矿老空水害特点水量以静储量为主，持续时间短，来势凶猛，瞬时破坏力强，常伴有硫化氢等有害气体涌出。,19,危害性大、隐蔽性强,,成因,特点,灾害事故,严重性多害性,煤矿开采遗留的采空区、煤炭资源整合及煤矿兼并重组遗留的采空区,诱发透水、有害气体中毒、火灾、瓦斯爆炸及诱发其它工程地质灾害,老窑采空区,20,中国煤矿突水伤亡统计,21,2005年8月7日震惊中外的广东梅州大兴煤矿发生特大水害事故，该矿开采急倾斜煤层造成顶板抽冒，上部采空区积水涌入矿井，121人死亡。,2010年3月28日，山西华晋焦煤王家岭矿20101工作面发生特大老空突水事故，152名矿工被困，38名工人遇难。,22,采空区数量多、范围大据2013“国家煤矿安监局科技装备司”普查报告，仅2005年以来，累计取缔非法生产煤矿、非法采煤窝点5.4万处次，关闭各类小煤矿1.6万余处。随着兼并重组力度的加大，遗留了大量未有效处置的采空区。,23,定义指年代久远采掘范围不明的老窑积水、矿井周围缺乏准确测绘资料的乱掘小窑积水、矿井本身自掘的废巷老塘水、煤层采空积水。,♦缺少测量资料、水体的几何形状极不规则、与采掘工程关系错综复杂;,♦水量十分集中、压力传递迅速、运移方式不同于地下水的渗透。,♦采掘工程一旦意外接近便可突然溃出，一旦溃出，即使只有几立方米的积水也可造成人员伤亡。曾发生过多次意想不到水害案例。案例大兴煤矿水害事故。,老空积水透水水害,广东省大兴煤矿老空积水特大水灾事故2005年8月7日13时13分，大兴煤矿发生特大透水事故，造成121人死亡，伤1人，直接经济损失4391.02万元。广东省梅州市大兴煤矿原为地方国有煤矿，1999年破产改制为民营股份制企业，由于开采30年，该矿上部老采空区存在大量积水。改制后经有关部门设计留设条带隔水煤柱，对深部煤层进行开采，设计能力3万t/a。,老空积水透水水害,2005年广东兴宁2起突水事故,老空积水透水水害,矿井积水区的形成1999年11月，因小煤窑开采破坏，当年降水量大，矿井排水能力不足及排水费用过高，矿井采区被淹，井下巷道大量积水。为了保护矿井不被淹和减少排水费用，各矿均在-180m水平构筑了堵水闸墙，6对矿井共构筑29处堵水闸墙，使-180m水平以上采空区逐步充满，形成1500～2000万m3积水区。,老空积水透水水害,水害事故的原因分析经调查和专家组技术鉴定，认定在主井东翼四煤-400m石门以东150m附近，由于煤层倾角大（75度左右）、开采厚度大（3～4m），小断层发育，煤质松散易塌落，-400m以上各水平在生产过程中煤层均发生过严重抽冒。在抽冒严重的情况下，大量出煤，超强度开采，致使-180m水平至-290m水平防水煤柱抽冒，导通了262m水平至-180m水平的老空积水区，造成上部老空积水大量溃入，导致事故的发生。,老空积水透水水害,♦在有地表水体分布的地区，如常年有水的河流、湖泊、水库、塘坝等，因煤矿井下防水煤柱留设不当，当井下采掘工程发生冒顶或沿断层带坍裂导水时，地表水将大量迅速灌入井下，类似水害事故曾多次发生；♦采掘工程不当导致煤层顶板煤（岩）体发生抽冒；♦平时甚至长期无水的干河沟、地表塌陷坑、低洼聚水区，多年平安无事，由于大水年充满水随冒落导入井下；♦不留痕迹的古井筒、隐蔽的岩溶漏斗、采空塌陷裂缝、封闭不良钻孔，当遇山洪暴发，造成地面洪水大量倒灌井下；♦沿强充水含水层露头强烈渗漏，造成水害；♦洪水冲毁工业广场，直接从生产井口灌入井下，水害来势迅猛，无法抗拒。,地表水害,山东“8.17”特大地表水灾事故2007年8月17日，山东省华源矿业有限公司发生洪水淹井事故，死亡172人，与其相邻的名公煤矿也被洪水淹没，致使9名矿工遇难。本次事故共造成181人遇难。8月16日至17日，山东新泰市连续两天集中强降雨，16日4时至18日6时，柴坟河上游又降大暴雨，降水量为2623mm。3天集中降雨量为50年一遇，而且主要集中在17日2时至15时，这一时段降雨量占本次降雨量的70，为70年一遇。由于强暴雨导致山洪暴发，流经华源矿区的柴坟河水位暴涨漫过河岸，漫溢的洪水冲蚀河岸，掏空基础，最终冲开约65m的决口，冲入落差约5m的岸外低洼处，在洪水强烈冲刷作用下，形成3个集中溃水点溃入井下。溃入井下的水量约1260万m3，砂石和粉煤灰约30万m3，导致淹井。,地表水害,一、我国煤矿水害类型及分布,我国煤矿水害类型及特点地表水害,一、我国煤矿水害类型及分布,我国煤矿水害类型及特点地表水害,地表水害,水害事故发生的原因1预防自然灾害的机制不健全溃水前，气象部门对50年一遇的强降雨也预测到了，但并没有明确预测出更为具体的降雨在什么位置。水利部门在接到强降雨后，没有将上游水库腾出库容，以避免洪水来临超过警界线。由于各部门预报预警机制不健全，导致该地区强降雨发生时，上游水库泄洪、河道清理不及时，致使柴坟河河岸突然决口，发生淹井灾害。2暴雨期间井下停产撤人不及时华源矿业公司发现井下透水后，没有及时做出人员一次性撤离升井的决定，而是分3次下达撤人命令，延误了部分人员的最佳撤离时机。名公煤矿不执行上级灾害性天气停产撤人的规定，在接到政府下达撤人指l令后，仍坚持生产。,地表水害,3开采防隔水煤柱、超层越界开采与华源矿业公司同一井田内有9个小煤矿，其中6个生产，3个报废，各矿井之间基本上都相互沟通，超层越界开采非常严重，一个矿井发生水害会波及所有相邻矿井的安全。4废弃的井筒未填实封死（晋中灵石矿水害）成为洪水溃入井下的主要通道。5企业超定员组织生产事故发生时，井下作业人员比有关规定多61人，再加上151名检修人员，增加了灾难的遇险人数。（6事故灾难发生后，没有在规定时间内按程序立即上报。贻误了当地政府在第一时间组织抢救的时机。,地表水害,第四系松散孔隙充水含水层、第三系砂砾含水层呈不整合覆盖在煤系地层上，直接接受大气降水和展布其上的河流、湖泊、水库等地表水体的渗透补给，形成在剖面和平面上结构极其复杂的松散孔隙充水含水体。,♦向下伏煤层顶底板含水层及断层裂隙带渗透补给；,♦通过封闭不良钻孔导通；,♦煤层采掘导水裂缝带沟通松散含水层。,第四系松散孔隙含水层、第三系砂砾含水层水害,寿阳段王集团平安煤业“10.13”较大透水事故（2016年，死亡3人）,37,第四系松散孔隙含水层、第三系砂砾含水层水害,第四系松散孔隙含水层、第三系砂砾含水层水害,事故直接原因一采区运输上山掘进工作面接近15煤层风氧化带，顶板基岩厚度变薄至4.5m，且已剥蚀风化、强度降低，造成锚索预紧力未达到支护要求，顶板失稳垮落。上部富水性较强的砂砾层经顶板垮落形成的通道溃入井下，导致事故发生。,39,灾区13人，一部分人因抓住金属网、皮带而幸免于难,40,,第四系松散孔隙含水层、第三系砂砾含水层水害,事故暴露出的四个违法违规行为,一是对井田北部区域风氧化带隐蔽致灾地质因素普查不到位。二是未确定安全开采上限，留足保护煤柱。三是出现可能透水的事故隐患后，采取的措施不当。临时闭“障眼”。四是现场安全人员缺乏起码的防治水知识。50分钟请示不撤人。,41,第四系松散孔隙含水层、第三系砂砾含水层水害,♦煤系地层中一般存在多层可采煤层，同时也发育有多层充水含水层，在导水裂缝带范围内的含水层对开采直接造成影响。♦砂岩裂隙水对矿井的充水性强弱主要决取于露头补给区、含水层的构造裂隙发育程度和开启性程度、含水层的厚度等。井田附近存在含水层露头、构造裂隙发育且开启性好、纯砂岩厚度大的含水层对矿井的威胁更大一些；反之，对矿井的威胁则较小。♦砂岩裂隙型突水不同于喀斯特岩溶型突水的突发性和溃入性，而往往呈现出小大小的突水过程。突水前期一般有先兆，突水后期水量会逐渐衰减。,煤层顶板充水含水层水害,图14砂岩裂隙型突水典型水量过程示意图,煤层顶板充水含水层水害,♦当煤系地层中出现砂岩和泥岩交互沉积，这就大大限制了砂岩含水层中构造裂隙的延展性和不同砂岩含水层段之间的水力联系，使得砂岩裂隙含水层水较岩溶充水矿床对矿井安全的威胁程度要弱得多。该类含水层特点是钻孔抽水水量较小，但是地下水储存量大，工作面回采后往往形成离层水，造成瞬时峰值涌水而淹井。,煤层顶板充水含水层水害,♦煤层底板承压充水含水层水害是我国煤矿水害频率最高、危害程度最大的一种灾害，多次造成突水淹采煤工作面、淹采区、淹水平、淹整个矿井的恶性事故。目前受煤层底板承压含水层水威胁矿井约300处，约占大型矿井的一半受水威胁储量数百亿吨。,煤层底板承压充水含水层水害,煤层底板承压充水含水层水害,众所周知，1984年6月，开滦范各庄矿在回采相距底板奥陶系灰岩200余米的7号煤层时，由于煤系地层在地质历史时期不断向奥灰溶洞垮落，形成了一个短轴46米、长轴67米的椭圆形陷落柱，柱体垮落高度达200米，直到7号煤层顶板。该岩溶陷落柱垮落的岩块结构疏松，沟通了煤系与奥灰强岩溶含水层的水力联系，结果发生了突水量高达2053m3/min的恶性突水淹井事故，在世界采矿史上留下了令人难以置信的案例。岩溶陷落柱孤立而隐蔽，难以探查发现，防治难度极大。这类水害事故近几年也有发生，只是突水量比范各庄小。,岩溶陷落柱水害,与老空水、煤层顶板含水层、底板承压含水层、地表水体等发生水力联系而引起突水水害。♦有些规模较大的断层本身是导水的，采掘揭露后发生瞬时突水；♦有些断层破碎带原始状态是不含（导）水的，但由于采动条件下顶板导水裂缝带或底板矿压破坏带的影响，断层破碎带发生活化而转化为导水断层而突水，如开滦赵各庄矿九东工作面发生滞后12年的突水事故，突水量达50m3/min.♦断层使开采煤层与厚层灰岩对接，或者拉近了煤层与厚层灰岩之间的距离，是煤矿水害类型中最普遍的一类。♦断层破碎带可以沿断层走向很长一段范围内普遍含（导）水而引发水害，也可以是局部的一小段、一个点导水而诱发突水水害。,断层破碎带突水水害,协庄水文地质剖面图,1020m3/h,断层破碎带突水水害,王封矿东下10煤掘进面突水点剖面示意图,,断层破碎带突水水害,中马村矿突水示意图,1985.11.12。128m3/min,,断层破碎带突水水害,,,,演马庄矿5221回风巷突水点剖面图,断层破碎带突水水害,♦肥城国家庄矿1993年1月5日发生549.5m3/min的大突水。该矿当掘进迎头揭露落差仅1.2m、1.5m、2m的三条小断层后，即发生了距离69米以下奥灰水的突水，仅5.5小时就淹没了-210水平，8.5小时淹没了-70水平的主泵房，全井迅速淹没后，7天又淹没了邻矿隆庄矿-120水平，15天后又淹没南高余矿的-80水平，使三个被淹矿井的水位迅速上升到31水平，与奥灰区域水位相一致。这次事故是由于据巷道迎头以外65米的一条落差20米的断层在巷道底板与上述三条小断层相交的结果。,断层破碎带突水水害,2.矿床充水条件分析,二、矿床充水条件分析,天然条件,（一）天然充水水源1.大气降水大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿床充水都直接或间接地与大气降水有关。但这里所讲大气降水水源，是指矿床直接充水的唯一水源。以大气降水补给为主的矿床具有以下特点（1）煤层埋藏较浅；（2）主要充水含水层具有裸露区或半裸露区；（3）降水量大且采场面积也大的露天煤矿（4）矿床处于分水岭或地下水位变幅带内,二、矿床充水条件分析,天然条件,（一）天然充水水源2.地表水水源在有大型地表水体分布（海、湖、大河流、水库、水池）的矿床地区，查清天然条件下和矿床开采后的地表水对矿床开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿井水文地质工作的头等重要大事，是评价矿床开采价值的重要内容。地表水体不仅可能造成矿井突水，严重情况下会导致水沙同时溃入矿井。要注意潜在的地表水源,二、矿床充水条件分析,天然条件,（一）天然充水水源3.围岩地下水水源①根据充水岩层性质可分为砂砾石孔隙充水矿床，基岩裂隙充水矿床，岩溶充水矿床，孔隙裂隙充水矿床。②根据矿层与充水岩层接触关系可分为直接充水矿床，间接充水矿床。③根据矿层与充水岩层相对位置可分为顶板水充水矿床，底板水充水矿床，周边水充水矿床。,二、矿床充水条件分析,天然条件,二天然充水通道主要包括1.点状岩溶陷落柱；2.线状断裂（裂隙）带；3.窄条状隐伏露头；4.面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄或尖灭）5.地震裂隙等。,二、矿床充水条件分析,天然条件,二天然充水通道1.点状岩溶陷落柱通道岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期物理和化学作用下,中奥陶统灰岩形成了大量的古喀斯特空洞,在上覆岩层和矿层的重力作用下,空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实。被下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系,特别位于富水带上的岩溶陷落柱,可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。岩溶陷落柱的地表特征比较明显,特别在基岩裸露区更为明显。,二、矿床充水条件分析,天然条件,二天然充水通道1.点状岩溶陷落柱通道,二、矿床充水条件分析,天然条件,二天然充水通道2.线状断裂裂隙带通道断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿床开采时人为采矿活动方式与强度。（1）隔水断层。一般为压性断层或断层带被泥质充填，两侧含水层、上下含水层之间不发生水力联系。但在煤层开采时，由于认为工程活动，有些在天然状态下呈隔水性质的断层常转变为导水断层。（2）导水断层。断裂带附近岩石破碎、位移，也使地层失去完整性，成为各种充水水源涌人矿井的通道。在断层密集带、断层交叉点、断层收敛处或断层尖灭端等部位导水强度最大。国内外大量统计资料表明，由于揭露或靠近断层而引起突水事故占70一80，可见矿井突水事故的发生多与断层导水有关。,二、矿床充水条件分析,案例2013年3月11日黑龙江龙煤集团鹤岗分公司振兴煤矿发生溃水溃泥事故，18人死亡。,二、矿床充水条件分析,矿床充水的天然条件,二天然充水通道3窄条状隐伏露头通道在我国大部分矿区,煤系薄层灰岩含水层和中厚层砂岩裂隙含水层以及巨厚层的碳酸盐岩含水层多呈窄条状的隐伏露头形式与上覆第四系松散沉积物不整合接触。影响隐伏露头部位多层充水含水层组地下水垂向间水力交替的因素主要有三个一是隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小，基岩的风化程度太强或太弱，其地下水的渗透性均较弱;二是上覆第四系底部卵石孔隙含水层组底部是否存在较厚层的黏性土隔水层；三是隐伏露头在地表流域中所处的位置，是坡度较陡的地表径流区，还是低洼汇水区。,二、矿床充水条件分析,矿床充水的天然条件,二天然充水通道案例祁东煤矿因防水煤柱中风化带导水淹井祁东煤矿首采工作面煤层距“四含”底砾层最小距离为63m，预计导水裂隙带高度为32.6m，保护层厚度取6倍采高为15m，设计首采面防水煤岩柱垂高为47.6m，小于实际距离63m，煤柱应是安全可靠的。,二、矿床充水条件分析,矿床充水的天然条件,二天然充水通道突水后通过探注孔查明，与底部第四系砾层含水层接触的基岩风化带均为27m厚的中砂岩。基岩风化带原生裂隙发育，富含水。,二、矿床充水条件分析,天然条件,二天然充水通道4面状裂隙网络型通道根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析，华北型煤田的北部，煤系含水层组主要以厚层状砂岩裂隙充水含水层组为主，在厚层状砂岩裂隙含水层组之间沉积了以粉细砂岩、细砂岩为主的隔水层组。在地质历史的多期构造应力作用下，这些脆性的隔水岩层在外力作用下以破裂形式释放应力，致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理，形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。,二、矿床充水条件分析,人为条件,（一）人为充水水源1.袭夺水由于矿床开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。♦矿床所在地下水系统排泄区的泉水；♦矿区附近的地表水体；♦相邻水文地质单元地下水。,二、矿床充水条件分析,（一）人为充水水源2.老窑水老窑水一般分布在老矿山的浅部，它具有下列充水特点①老窖水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有关；②老窖水为多年积水，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，并多为酸性水，有较强的腐蚀性；③老窑突水一般水势迅猛，硫化氢气体危害性大。,二、矿床充水条件分析,人为条件,（二）充水人为通道矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、地面岩溶疏干塌陷带和封孔质量不佳钻孔等。1.顶板冒落裂隙带采空区冒落后，形成的冒落带和裂隙带是矿坑充水的人为通道，其特点为①当顶板导水裂缝带发育高度达到顶板充水岩层时，矿坑涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩层时，矿坑涌水无明显变化；②当顶板导水裂缝带发育高度达到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加，同时常伴有井下涌砂现象。,二、矿床充水条件分析,人为条件,（二）充水人为通道2、地面岩溶塌陷带随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验和疏干开采实践活动的开展，矿区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水通过塌陷坑直接充入井下，有时随着塌陷面积的增大，大量砂砾石和泥砂与水一起溃入矿坑。对矿井安全生产造成极大的威胁。,二、矿床充水条件分析,人为条件,（二）充水人为通道,二、矿床充水条件分析,人为条件,（二）充水人为通道3、封孔质量不佳钻孔由于矿区钻孔封孔质量不佳，常常导致某些钻孔转变为人为导水通道。当掘进巷道或采区工作面经过这些没有封好的钻孔时，顶底板充水含水层地下水将沿着钻孔进入矿井，造成矿坑的涌（突）水事故。,王庄矿观测孔突水示意图,7煤,200m3/h2.5mPa,二、矿床充水条件分析,人为条件,矿床充水强度分析,通常煤层上部和下部往往分布多个充水含水层组。究竟哪个是充水岩层哪个不是充水岩层哪个是强充水岩层哪个是弱充水岩层回答这些问题的过程称为矿床充水强度分析。矿井充水强度除取决于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分布面积外，还取决于三个方面。第一是充水含水层出露和接受补给源的条件；第二是充水含水层侧向边界的导水与隔水条件；第三是矿层顶、底隔水岩层的隔水条件。对于西部鄂尔多斯含煤盆地，矿井充水强度主要取决于古地理沉积环境。,二、矿床充水条件分析,矿床充水强度分析,二、矿床充水条件分析,矿床充水强度分析,矿井充水强度定量划分●按矿井涌水量大小矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，常以Q表示，正常Q1，最大Q2涌水量小的矿井（水文地质简单矿井）Q1≤180m3/h（西北地区Q1≤90m3/h），Q2≤300m3/h（西北地区Q2≤210m3/h），,二、矿床充水条件分析,矿床充水强度分析,涌水量中等的矿井（水文地质中等矿井）180m3/h＜Q1≤600m3/h（西北地区90m3/h＜Q1≤180m3/h）300m3/h＜Q2≤1200m3/h，（西北地区210m3/h＜Q1≤600m3/h）涌水量大的矿井（水文地质复杂矿井）600m3/h＜Q1≤2100m3/h（西北地区180m3/h＜Q1≤1200m3/h）1200m3/h＜Q2≤3000m3/h，（西北地区600m3/h＜Q1≤2100m3/h）涌水量极大的矿井（水文地质极复杂矿井）Q12100m3/h（西北地区Q11200m3/h）Q23000m3/h，（西北地区Q12100m3/h）,二、矿床充水条件分析,矿床充水强度分析,●按矿井突水量的大小以矿井发生突水时的最大突水量为准。很少发生突水或突水量小的矿井突水量1800m3/h一个矿井如发生过多次突水，划分突水强度时以最大的一次突水为准。,二、矿床充水条件分析,矿床充水强度分析,●按富水系数kB表示富水系数又称含水系数，是指生产矿井在某时期排水量Q与同一时期的煤炭产量P之比，即矿井每采1t煤时需从矿井中排出的水量。按富水系数kB可将矿井充水强度划分为充水弱的矿井kB10m3/t由于kB值既受自然因素影响，又受人为因素如矿井机械化程度等的影响，现已较少使用。使用时应注意统计时间要尽可能长些，以使计算的kB值具有代表性。,二、矿床充水条件分析,3.煤矿水害探查技术,水文地质补充勘探的技术方法,采用综合水文地质勘查方法，主要勘查手段有,三、煤矿水害探查技术,水文地质调查,采用遥感解译、野外测绘、问询和收集资料的方法进行。,了解井田附近地表水发育情况，有无河流、水库、池塘、塌陷坑等地表水体。,了解井田周围地形地貌特征、含水层露头位置，分析水文地质条件。,调查地下水系统的补迳排条件，矿井在地下水系统中的位置。,调查采空区位置及积水情况、废弃井筒分布情况。,了解本矿井和周边矿井井下涌水情况,山东枣庄木石煤矿透水事故该矿井田露头处有一个塌陷坑，地面标高60m,坑底标高46.5m,平常坑内局部有水，2003年6-7月连降暴雨，露天矿坑内积水增至10万m3。2003年7月26日，3208工作面在生产过程中顶板冒落带与塌陷坑直接联通发生透水事故，坑内积水泥沙溃入井下，35名矿工遇难。事故原因忽视雨季矿坑内积水，未按防水煤柱合理开采。,徐州贾汪矿区水害分析该矿区煤系地层总厚160米，夹薄层灰岩12-14层，单层厚1-5米，累积厚度45米。灰岩含水层岩溶裂隙发育，富水性强，严重威胁17、20、21三个主采煤层安全开采。5年期间先后发生5次突水。通过水文地质工作认识到，矿区地下水动态受季节变化明显，暴雨后涌水量可猛增4-5倍，而天晴后井下水量就明显减小。表明降雨和地表山洪汇聚是地下水的主要补给来源，通过灰岩露头补给地下水再进入矿井。最后经过采取地面防治水工程，矿井水害终于得以治理。,鱼卡河冲洪积扇遥感卫片,三、煤矿水害探查技术,水文地质补充勘探的技术方法,水文地质物探,主要充水含水层的分布特征及富水性。,断层、裂隙发育带、岩溶陷落柱的含水性。,采空区范围和积水性。,为钻探布置提供依据。,三、煤矿水害探查技术,水文地质补充勘探的技术方法,水文地质物探方法主要包括,地震勘探研究人工激发的弹性波在不同地层中的传播规律，用来研究地层岩性和埋深、构造形态、异常体形态。,电法勘探以介质的电性差异为基础，通过测量天然及人工电磁场的规律来研究地质体并分析其含水性。包括直流电法（含高密度电法）、可控源音频大地电磁、EH4电导率成像和瞬变电磁。,重力勘探以地壳中岩石的密度差异为基础，通过测量重力场的变化来研究地质体，主要用于采空区的探测。,目前，对含水层富水性探测主要采用瞬变电磁、高密度电法；对采空区探测主要采用综合物探，即采用三维地震圈定采空区范围，采用瞬变电磁探测采空区积水性，当存在高压线、民用线等不利条件时，采用直流电剖面法、高密度电法加以补充，提高电法勘探精度。,三、煤矿水害探查技术,T3砂体富水异常平面图,T4砂体富水异常平面图,K3砂体富水异常平面图,K4砂体富水异常平面图,三、煤矿水害探查技术,水文地质钻探,在水文地质调查和物探基础上布置钻孔。通过岩芯鉴定、钻探冲洗液观测，初步了解含水层富水性。,脆性岩与塑性岩比值等值线图,三、煤矿水害探查技术,水文地质测井,不同岩性的电导性、放射性、电化学物（自然电位）、密度、声速等物理性质存在较大差异，通过测量上述物理性质特征可以划分地层岩性。常用的测井方法主要包括自然电位、人工电阻率、天然伽马、人工放射性、声速。,采用扩散法、流量测井可划分含水层段的位置。流量测井还能测得每一含水层段的静止水位、流量和渗透系数。,三、煤矿水害探查技术,抽水试验,三、煤矿水害探查技术,水化学和环境同位素,分析地下水化学场特征，研究井田地下水补迳排条件和富水性。,建立水化学背景值，为矿井突水水源的判定提供依据。,为水资源综合利用、矿山设备和建筑物的材质与维护提供资料。,三、煤矿水害探查技术,地下水动态观测,分析地下水流场特征，研究地下水迳流条件和富水性。,分析地下水动态变化规律，研究地下水补给条件。,建立地下水位背景值，为突水水源的判定提供依据。,2-2煤顶板以上侏罗系砂岩裂隙水天然流场图,白垩系砂岩孔隙裂隙水天然流场图,三、煤矿水害探查技术,评价预测,顶板突（涌）水危险性评价方法,底板突水危险性评价方法,矿井涌水量预测方法,含水层富水性评价方法,导水裂隙带高度评价方法,三、煤矿水害探查技术,顶板突（涌）水危险性评价方法,,,,三、煤矿水害探查技术,底板突水危险性评价方法,脆弱性指数法,突水系数法,五图-双系数法,底板保护层厚度等值线图,煤层底板以上水头等值线图,有效保护层厚度等值线图,带压开采评价图,带压系数和突水系数,含水层、隔水层、构造、矿压破坏带、原始导升带。,底板保护层破坏深度等值线图,三、煤矿水害探查技术,矿井涌水量预测方法,水文地质比拟法,相关分析法,解析法,数值摸似方法,三、煤矿水害探查技术,含水层富水性评价方法,三、煤矿水害探查技术,导水裂隙带高度评价方法,现场实测,经验公式,数值模拟,,,,,三、煤矿水害探查技术,（一）老空水探查老空水分布特征♦多分布在埋藏较浅的部位或者是上部煤层，高于现采标高；♦厚煤层中多分布在靠近顶板部位；♦早期的采掘工程，受当时的开采技术能力制约和行业管理等因素影响，采动空间常常在地质条件变化较大的地段（如断层、褶曲转折端、岩溶陷落柱、冲刷带、煤层厚度变化带、煤质条件、瓦斯条件等地质条件变化地段等）终止或改变方向，这样，在煤矿生产系统中就常常存在因地质因素变化产生的积水独头巷道、低洼积水区或巷道变向后形成的局部积水地段。,三、煤矿水害探查技术,（一）老空水探查♦错综复杂，无法用水文地质规律解释；♦不仅存在于老窑或地方煤矿，在国有大矿自掘自采的废巷老塘，本该无水的地点也意外积存了或多或少的水体；♦不分东南西北、不分水文地质条件，均会遇到老空水害问题。,三、煤矿水害探查技术,主要水害类型探查技术,（一）老空水探查“一查”地面调查“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“一评”上组煤采空区对下组煤开采威胁程度评价,三、煤矿水害探查技术,主要水害类型探查技术,（一）老空水探查,“一查”地面调查,野外观察地表井口痕迹、地面塌陷情况等；访问煤层条件（间距、煤厚、煤质等）、开采年代、井田面积、开采习惯、政策经济状况、经营人及接替人等，分析破坏范围、去向。,三、煤矿水害探查技术,探测积水老空区的物探方法,102,,,晋中市煤炭资源量271.6亿吨，134座煤矿,,,,正常赋煤地段,采空地段,,补连塔研究区地震法解释示意图,,积水异常区,采空区,主要水害类型探查技术,“一震”地面三维地震,三、煤矿水害探查技术,104,104,“两电”地面瞬变电磁法,主要水害类型探查技术,三、煤矿水害探查技术,105,105,“两电”井下直流电法,掘进工作面直流电法超前探测,主要水害类型探查技术,三、煤矿水害探查技术,主要水害类型探查技术,“一钻”井下钻探,三、煤矿水害探查技术,主要水害类型探查技术,“一钻”井下钻探,三线的确定,三、煤矿水害探查技术,确定探水超前距和帮距,主要水害类型探查技术,三、煤矿水害探查技术,确定探水超前距和帮距,L探放水超前距（帮距）（m）；K安全系数；（一般取2-5）；M巷道高度（跨度）或煤层厚度（m）；P积水水压（Mpa）KP煤层抗拉强度（Mpa）,主要水害类型探查技术,三、煤矿水害探查技术,（一）老空水探查探水钻孔布置方案煤矿防治水规定第94条探放老空水、陷落柱水、钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各终孔的垂距不得超过1.5m.厚煤层中探水应有见顶板、见底板的钻孔布置；根据此标准以及超前距和帮距的要求，通过计算即可确定钻孔孔数和每个钻孔的方向。目的以实现通过探水对巷道前方和上下左右的水体情况都能做到有效控制。,三、煤矿水害探查技术,（一）老空水探查探放老空水需要注意的几个问题1）水质特征停滞状态的水质特征明显，但是，对于有充足补给水源的采动空间积水，由于水质更新较快，典型的积水特征一般不会出现或者表现不明显。2）水量特征采动空间积水随着积水时间的增加，其水量、水位、水压是处于变动状态。3）水压特征探放老空水前,应当首先分析查明老空水体的空间位置、积水范围、积水量和水压等。水压是影响区域内老空水威胁程度、影响探放水工作实施过程、导致透水事故发生的关键因素。,三、煤矿水害探查技术,“一评”上组煤采空区对下组煤开采威胁程度评价,顶板采空区“三图法”采空积水分布图冒落安全性评价图突水危险性分区评价图底板采空区突水系数法,（一）老空水探查,三、煤矿水害探查技术,顶板水害探查技术水文地质补充勘探预测预报1、查明煤层顶板直接和间接充水含水层的厚度、岩性岩相的变化规律。2、查明含水层的富水性和渗透性，特别是因断层错动而与强含水层对接的部位或在新生界地层覆盖的隐伏露头部位。对与矿井充水有关系的含水层都应有分层资料，做出充水水文地质条件的分层分区论述。,三、煤矿水害探查技术,顶板水害探查技术3、采用经验公式、岩体数值模拟或者实测手段，研究查明导水裂缝带高度，并对冒落安全性、突涌水危险性进行分区评价。4、根据煤层顶板岩性结构，分析判断发生离层水的可能性及发生的位置。5、根据整个井田范围内岩性、含水层富水性、构造、地形地貌情况，初步选择井筒位置，再根据井筒检查孔资料确定最终位置。目的就是要选择在富水性最差甚至不含水的地段布置井筒。6、预测矿井涌水量。,三、煤矿水害探查技术,井下直流电法,顶板水害探查技术,三、煤矿水害探查技术,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。,顶板水害探查技术,三、煤矿水害探查技术,XZ平面,煤层顶板两带微震监测,,主要水害类型探查技术顶板水害探查技术,三、煤矿水害探查技术,顶板水害探查技术边治边探在疏放水的条件下，应查明补给水源、补给边界和补给通道，积极进行截源堵水，在减少补给的情况下进行疏干，减少矿井涌水量。山东新汶矿区、河北峰峰矿区都是利用这种疏放和截源堵水的方法，解决了制约多层煤开采的顶板太灰水害问题。对于西部侏罗系煤田顶板砂岩水害，也要在实际的疏放过程中不断摸索钻孔数量、布置、疏放时间等关键问题，以求达到最佳的疏放效果。,三、煤矿水害探查技术,底板水害探查技术底板充水含水层特点（1）对实行带压开采的煤层底板间接充水含水层，由于带压开采的安全水头值受煤层底板岩体的岩性组合、构造条件、围岩条件、原始应力状态、煤厚、工作面几何尺寸和开采方法等的影响，很难准确确定，稍有疏忽，超安全水头开采，将会酿造底板突水淹井灾害事故。（2）煤层底板充水含水层裸露在煤层范围以外，沉积厚度巨大，如华北型的奥陶系及与之连续沉积的寒武系灰岩，厚度可达1400多米，南方型的下二叠统茅口、栖霞灰岩，最大沉积厚度也可达1000多米，露头分布面积广，接受地表水和大气降水补给条件好，岩溶发育，储存资源大，补给资源充沛。要想对这样的含水层疏水降压，确实不易。（3）由于陷落柱、切割较深的断层或隐伏在底板的断层、导水钻孔等点、线状充水通道的存在，使矿井水文地质条件复杂化，给查条件和堵截治理带来了较大的难度。,三、煤矿水害探查技术,底板水害探查技术水文地质补充勘探水文地质补充勘探的目的就是查清条件，是防治水工作的基础和依据。针对这一类水文地质条件的煤田，要把充水含水层的富水性、导水性、补径排条件及矿井充水途径视为一个整体进行勘探。对于水文地质条件复杂的大水矿区，勘探范围应扩大为一个完整的岩溶水系统。为了有效查明条件，需要勘探和生产两个阶段不断深化补充、反复验证。,三、煤矿水害探查技术,底板水害探查技术需要了解的内容包括（1）在整体了解地下水主要径流方向和径流带的基础上，应对地下水径流带的强弱进行分区，并确定主要集中径流带的位置和范围。（2）通过大口径群孔抽水试验以及矿井强排，明确具体的补给边界和充水通道，对地下水实施截堵治理或开发利用。（3）分析确定充水含水层富水性的非均质分区，为开采规划、区域治理设计提供依据。（4）不仅要了解充水含水层，更要了解隔水层的岩性和厚度，要充分利用勘探阶段延伸至隔水层和含水层的地质孔，以及水文地质补勘的勘探孔，通过观测钻探冲洗液漏失量和压水试验获得水文地质信息。,三、煤矿水害探查技术,底板水害探查技术（5）井下钻孔要及时分段测水压、测水量，了解含水层的原始导高问题；采用钻探冲洗液漏失量观测、压水试验或孔内电视、孔内物探等方法确定矿压破坏带。（6）由于条件的复杂性，越来越需要用物探的手段加大含水层、构造、陷落柱的探测，为更有针对性的钻探提供依据。（7）由于岩溶含水层的补给量往往较大，深降强排的放水试验要慎重安排，试验强度力争超过补给量才能取得较好的效果，有时需要几个地点或几个矿联合放水才行。,三、煤矿水害探查技术,底板水（导水通道）地面高密度三维地震勘探,高密度全数字三维地震,常规三维地震,底板水害物探探查技术,三、煤矿水害探查技术,124,124,,,底板水（导水通道）地面高密度三维地震勘探,,（二）底板水害物探探查技术,三、煤矿水害探查技术,125,125,兰色-坑透、黑色-槽波、红色-实际,槽波透视,探测实例,采煤工作面构造探测槽波地震勘探,三、煤矿水害探查技术,煤层底板下富水异常区探测音频电透视,治理前,治理后,主要水害类型探查技术（二）底板水害物探探查技术,三、煤矿