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带压开采矿井分区管理及防治水措施,主讲人李振拴山西省煤炭地质工程协会山西省委联系的高级专家教授级高级工程师联系电话13703512229微信lizs1025,主要内容,1、分区管理的必要性2、预备知识3、国家有关规程、规定中对底板水的要求4、分区划分指标、各区相互转换5、山西煤矿于底板岩溶水及分区防治措施,一、分区管理的必要性,1、随着开采深度增加，煤层底板带压愈来愈严重2、构造导水预测技术不过关（静乐大远、塔山等）。3、底板突水事故显现越来越严重，治理较困难。（干河、李雅庄、塔山等）4、遏制在未查明区乱采。,,浅层煤矿床,,,浅层煤矿床,深层煤矿床,,深层煤矿床,,,下组煤,深部煤,,,二、预备知识,含水层与隔水层导水构造采空区与老空区带压开采突水系数下三带,直接、间接充水含水层与隔水层,含水层能透过和给出相当水量的岩层，如有各种砂岩、石灰岩、白云岩、柱状节理发育的玄武岩、风化后的变质岩。直接充水含水层---受采、掘破坏或影响到的含水层（组），并对矿井和采、掘工作面构成直接充水的，称之为直接含水层（组）。间接充水含水层---不受采、掘破坏或影响到的含水层（组），但和直接含水层（组）产生水力联系并对直接含水层（组）补给，形成间接充水的的含水层（组）。隔水层不能透过和给出水量的岩层，如页岩、泥岩、侵入性的火成岩，未风化的变质岩。,含水层与隔水层,划分参考指标,导水构造断层,正断层岩层断裂后，上盘相对下降，下盘相对上升。逆断层岩层断裂后，上盘相对上升，下盘相对下降。平推断层岩层断裂后，两盘作水平移动。,导水构造,陷落柱,带压开采,突水系数,Tp/MTp/M-CpTp/M-h1-h2T---突水系数，MPa/m;P---底板隔水层承受的水压，MPa;M---底板隔水层厚度，m。判断标准0.060.10.15MPa/m;,下三带,煤层回采后，由于矿压对底板发生破坏，使底板岩石发生深度不同的破碎，此带称为矿压破坏带。在含水层顶部，由于水压力的作用，顶板岩石有微小裂隙存在时，含水层中的水会沿此裂隙上升，此带称后原始导升带。在这两带中间完整的岩石称为有效保护带。此三带称为下三带。,下三带,,,三、国家有关规程、规定对底板水的要求,1984年5月15日原煤炭工业部颁布了矿井水文地质规程（试行）废止1986年9月9日原煤炭工业部颁发了煤矿防治水工作条例废止2009年8月17日国家安监局通过煤矿防治水规定，2009年12月1日起施行。煤矿安全规程2016年10月1日起执行。,煤矿防治水规定（共十章，142条，六个附录）,防治水工作应当坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取“防、疏、堵、截、排”的综合治理措施。煤矿企业、矿井的主要负责人（法人、实际控制人）是本单位防治水工作的第一责任人，总工程师具体负责防治水的技术管理工作。,,矿井水文地质类型划分标准,（一）矿井主要勘探目的层未开展过水文地质勘探工作的；（二）矿井原勘探工程量不足，水文地质条件尚未查清的；（三）矿井经采掘揭露煤岩层后，水文地质条件比原勘探报告复杂的；（四）矿井经长期开采，水文地质条件已发生较大变化，原勘探报告不能满足生产要求的；,水文地质补充勘探条件,水文地质补充勘探条件,（五）矿井开拓延深、开采新煤系（组）或者扩大井田范围设计需要的；六）矿井巷道顶板处于特殊地质条件部位或者深部煤层下伏强充水含水层，煤层底板带压，专门防治水工程提出特殊要求的；（七）各种井巷工程穿越强富水性含水层时，施工需要的。,煤矿安全规程防治水部分修改情况,旧规程新规程第六章共44条第七章共44条（第251条第294条）（第282条第325条）一般规定2512533条2822887条地面防治水2542585条2892968条井下防治水25927719条29731014条井下排水2782847条3113166条探放水28529410条3173259条,矿井应当对主要含水层进行长期水位、水质动态观测，设置矿井和各出水点涌水量观测点，建立涌水量观测成果等防治水基础台账，并开展水位动态预测分析工作。本条是关于对矿井进行水文地质观测的规定。突水点观测记录时间、地点、层位、岩性、厚度、出水形式，水量、水温、水质和含沙量，判断水源。分井、水平、煤层观测涌水量及其变化，每月不少于3次。,第二百八十六条,第三百零三条,对于煤层底板带压的采掘工作面，应当提前编制防治水设计，制定并落实水害防治措施。本条是关于底板带压开采的规定。在开采前要查明水文地质条件，如含水层厚度、富水性；隔水层厚度、水压，评价是否有突水的可能，查明断层、陷落柱等导水构造，提前编制防治水设计，采取注浆加固、疏水降压的措施，还应考虑分水平或采取隔离开采，防止造成淹井事故。,第三百零五条,开采底板有承压含水层的煤层，隔水层能够承受的水头值应当大于实际水头值；当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值小于实际水头值时，应当采取疏水降压、注浆加固底板改造含水层或者充填开采等措施,并进行效果检验，制定专项安全技术措施,报企业技术负责人审批。本条是关于矿井带压开采的规定。Tp/MTp/M-CpTp/M-h1-h2T---突水系数，MPa/m;P---底板隔水层承受的水压，MPa;M---底板隔水层厚度，m判断标准0.060.10.15MPa/m;按照煤矿防治水规定斯列萨列夫公式计算安全隔水层厚度。措施有强排、疏水降压、注浆加固底板和改造含水层、充填开采等。审批企业技术负责人,,第三百零七条煤层顶、底板分布有强岩溶承压含水层时，主要运输巷、轨道巷和回风巷应当布置在不受水害威胁的层位中，并以石门分区隔离开采.对已经不具备石门隔离开采条件的应当制定防突水安全技术措施，并报矿总工程师审批。本条是关于煤层顶、底部有岩溶承压含水层时巷道布置的规定。为使突水后水害造成的损失最小，不波及相邻区域，应当留设煤柱隔离开采。,5、强排系统（问题讨论）“水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵”。A、什么样的矿建强排（强排的条件）。B、强排建在什么位置（强排的作用），C、水泵排量多大（最大涌水量还是突水量）,四、分区指标及相互转换,1、分区指标依据90年代以前，煤层底板承受的水压力用Kg/cm210米水柱1个压力，1个大气压支撑10.336m水柱，划分指标为0.6及1.5大气压/m90年代以后，煤层底板承受的水压力用MPa1Kg/cm20.098MPa（划分指标为0.06及0.15，TP/M-cpTP/M-h1-h2）国家安监局通过煤矿防治水规定，2009年12月1日起施行。TP/M0.06及0.1MP/m,,2、分区指标可采区完整地段（无构造发育），T＜0.06MP/m缓采区完整地段0.06＜T＜0.1MP/m；构造分布区T＜0.06MP/m禁采区完整地段0.1MP/m＜T构造分布区0.06MP/m＜T3、各区相互转化A、可采区如果发生突水，根据情况，将转化为缓采区或禁采区，根据水量大小而定，水量小于600m3/h为缓采区，大于600m3/h为禁采区。B、缓采区或禁采区经过专门水文地质勘探（正在编制规范，最后一稿，国标即将颁布），查明了含水层位置、富水性及导水通道，经评审通过，可转换为可采区。,五、山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,我省在煤系地层以下，分布着巨厚的寒武，奥陶系石灰岩，由于岩性水水位高于煤层，在有导水通道存大或底板降水岩层无法抵抗水压力时，灰岩含水层中的水进入巷道，造成水害。我省各大煤田除大同煤田外，其它各煤田均有岩溶水含水层存在。,山西省煤田水文地质图,山西岩溶大泉分布山西省碳酸盐岩出露面积约3.3104km2，占北方七省裸露面积的1/4强，占全省总面积的21，如果加上埋藏及覆盖区，碳酸盐岩分布总面积达10.2104km2,占全省总面积的65，是我国北方碳酸盐岩分布最多的省。据地矿部资料，全国岩溶水资源总量约为2034.24亿m3/a，占全国地下水资源的23.39，北方七省岩溶水天然资源量约192.45亿m3/a，占全国的9.44。山西省岩溶水天然资源总量约35亿m3/a（60年代资料）。据不完全资料统计，全省大于0.1m3/s的岩溶大泉共有86处，其中原始流量大于1m3/s的19处，大于4m3/s的8处，（即神头泉、娘子关泉、天桥泉、郭庄泉、龙子祠泉、辛安泉、三姑泉、延河泉）。目前全省较大的岩溶泉水共有17处，其中最大的为娘子关泉，1999年流量为7.9m3/s，晋祠泉1994年5月断流。,,1984－1999山西省主要岩溶泉泉水资源量统计表,岩溶水水害发生原因,1、岩溶水（带压）水位高于煤层底板；2、奥陶系含水层中富水程度好。3、有通道a、导水断层b、导水陷落柱c、封闭不好的钻孔4、隔水层薄煤层底板与奥陶系含水层之间的隔水层厚度薄。,岩溶水与煤矿的关系深层岩溶水位于煤系底部奥陶系O2灰岩中，分布于各大煤田边缘和底部，是山西省岩溶大泉的主要含水层位。它下伏于煤系地层中，在有断裂构造导水或底部隔水层厚度薄，不能抵御水压或矿山压力对其的破坏时，无论煤层是否带压，都会对岩溶水造成破坏。如果煤层带压可造成煤矿突水，不仅威胁安全生产，且造成水资源破坏；如果不带压，煤系地层中由于开采所形成的污水渗入到灰岩中造成岩溶水质污染。据现有资料，各煤田太原组底部煤层底板与奥灰顶板间距离一般为30～70m，最大达100m，最小为15m左右，岩性以铝土泥岩、砂质泥岩为主，局部含有透镜体砂岩和石灰岩，为煤系底部主要隔水层。,岩溶水与煤矿的关系,岩溶水水害发生原因,1、岩溶水（带压）水位高于煤层底板；2、奥陶系含水层中富水程度好。3、有通道a、导水断层b、导水陷落柱c、封闭不好的钻孔4、隔水层薄煤层底板与奥陶系含水层之间的隔水层厚度薄。,岩溶水水害特点,出水量稳定，水位与岩溶水的区域水位一致，不易疏干。水量大小与灰岩的富水性有关。一般情况水质好，水质类型多为HCM或HSCM型，水质类型与岩溶水的迳流条件有关。,岩溶水赋存特点,,水化学模型图,山西带压矿井分布,我省目前由于底板突水造成淹井的事故并不多，突水较大的是太原市东山煤矿六斜坡及轩岗矿区的刘家梁矿。但潜在突水的矿井比较多，大型矿井如同煤塔山、霍州的白龙、团柏、辛置；晋城的潘庄、大宁、寺河、赵庄；西山的屯兰、马兰、镇城底、白家庄；汾西的贺西、双柳；阳煤的开元、新元、新景等；太原的东山、西峪、五龙沟以及河东煤田诸多等，随着开采深度的增加，带压将越来越大。,岩溶水水害实例,以东山煤矿一采区六斜坡突水为例,,岩溶水水害实例,以东山煤矿一采区六斜坡突水为例,已发生历次大型断层突水统计表,已发生历次大型岩溶陷落柱突水统计表,岩溶水水害防治措施,勘探查条件留设防水煤柱发生突水后治理,勘探查条件以朔州担水沟煤矿为例,,面积8.8395km2,开采4、9、11号煤层,,开采煤层特征一览表,区域水文地质图,图例1-第四系，2-二叠系～白垩系，3-石炭系，4-中奥陶统，6-中上寒武统，7-正断层，8-逆断层，9-地层界线，10-泉域边界，11-岩溶泉水，12-自左至右，省界、地市界、县界,基本上马营河和十里河、三道河的分水岭即黄河水系与桑干河水系的分水岭。,自北向南为马道头偏岭甘庄峪沟大夫庄福善庄神武村保安庄图。隔水性良好的阻水边界,神池县南部两条北东东向断层以及近南北向摩天岭断层与雷鸣寺泉域为界。自西向东由五寨大东沟正掌沟为隔水边界。,东南段以宁武向斜轴结合地表水分水岭的连线为界，自西向东为庙儿沟黄土沟薛家洼盘道梁。,暖崖东北段以断层及黑驼山地表分水岭为界；暖崖东南段天桥泉域的地下分水岭边界,,奥灰水水压等值线专题图,,专题图的建立专题图一,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,奥灰水水压值3D视图,奥灰富水性专题图,,专题图的建立专题图二,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,4＃煤层底板隔水层厚度专题图,,专题图的建立专题图三,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,4＃煤层底板隔水层厚度3D视图,9＃煤层底板隔水层厚度专题图,,专题图的建立专题图三,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,9＃煤层底板隔水层厚度3D视图,11＃煤层底板隔水层厚度专题图,,专题图的建立专题图三,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,11＃煤层底板隔水层厚度3D视图,4＃煤层底板有效隔水层厚度专题图,,专题图的建立专题图四,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,4＃煤层底板有效隔水层厚度3D视图,9＃煤层底板有效隔水层厚度专题图,,专题图的建立专题图四,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,9＃煤层底板有效隔水层厚度3D视图,11＃煤层底板有效隔水层厚度专题图,,专题图的建立专题图四,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,11＃煤层底板有效隔水层厚度3D视图,构造分布专题图,,专题图的建立专题图五,煤层底板突水危险性评价专题图的建立,,煤层带压开采分析,煤层底板突水危险性评价分析,4煤层带压开采分布图,9煤层带压开采分布图,11煤层带压开采分布图,,突水系数法分析,煤层底板突水危险性评价分析,4煤层底板突水系数值,4煤底板突水系数法评价分区图,,突水系数法分析,煤层底板突水危险性评价分析,9煤层底板突水系数值,9煤底板突水系数法评价分区图,,突水系数法分析,煤层底板突水危险性评价分析,11煤层底板突水系数值,11煤底板突水系数法评价分区图,,煤层底板突水综合分析,煤层底板突水危险性评价分析,4煤层多因素复合叠加图,4煤层底板突水危险性综合分区图,,煤层底板突水综合分析,煤层底板突水危险性评价分析,9煤层多因素复合叠加图,9煤层底板突水危险性综合分区图,,煤层底板突水综合分析,煤层底板突水危险性评价分析,11煤层多因素复合叠加图,11煤层底板突水危险性综合分区图,,煤层底板突水综合分析,煤层底板突水危险性评价分析,11煤层底板突水危险性综合分区图,9煤层底板突水危险性综合分区图,4煤层底板突水危险性综合分区图,矿井防治水对策措施与建议,,11煤层底板突水危险性综合分区图,11煤层底板防治水对策措施,（A）突水系数大于0.1MPa/m的区域对应奥灰含水层富水性强，为突水危险区，建议采取以下防治对策与措施（1）对奥灰含水层进行疏水降压，取临界突水系数0.06MPa/m，把承压含水层的水头值降到隔水层允许的安全水头值以下，并制定安全措施。在疏水降压的基础上，对导水构造进行注浆封堵和对应充水含水层富水部位进行注浆改造。（2）若通过疏降措施无法将奥灰承压含水层的水头值降到隔水层允许的安全水头值以下（临界突水系数0.06MPa/m以下），应采取对隔水层进行注浆加固和奥灰含水层注浆改造相结合的措施。（3）对于该区内褶皱轴部及断层（F1、F2、F3断层）还需利用物探、钻探等手段探查其富水性和导水性，若构造导水，应采取注浆加固和对奥灰含水层注浆改造相结合，或者留设防隔水煤（岩）柱等防治措施。,（B）在带压开采区，突水系数值小于0.1MPa/m大于0.06MPa/m的区域中，由于奥灰含水层富水性较强，在有构造分布的区域可能产生导水通道，引发突水，建议采取以下防治水对策与措施（1）利用物探、钻探等综合探查手段，查清断层和陷落柱等构造的导水性和富水性，以及对应含水层的富水性情况。发现断层和陷落柱等构造充水的，且对应含水层的富水性较强，应当采取注浆加固或者留设防隔水煤（岩）柱等防治措施。（2）在巷道掘进接近这些构造分布区域时要进行超前探放水，利用物探、钻探综合探查手段，探查构造具体产状和影响区域，并酌情设立防水闸门，以确保生产安全。（3）对于那些生产中已揭露并未突水的构造（断层、陷落柱），要加强监测，必要时采取注浆加固等措施，严防滞后突水的发生。（C）对于带压开采区突水系数值小于0.06MPa/m的正常地段，以及非带压开采区，一般情况下不会发生奥灰突水，建议在生产中时刻关注回采工作面情况和涌水量变化等，发现异常及时上报；同时，应用物探、钻探手段在生产中超前探水，探查带压区中工作面范围潜在导水通道（断层、陷落柱、裂隙带），并查明其富水性及导水性。查明断层、裂隙和陷落柱充水的，应当采取注浆加固和对相应的充水含水层富水部位进行注浆改造，必要时留设防水煤柱。（D）对于矿井南边界大断层担水沟断层，根据煤矿防治水规定应留防隔水煤（岩）柱。,矿井防治水分区管理及对策措施,,1、从预防作起，必须首先提高工作人员的意识水平。2、加强地下水的动态监测，系统观测地下水水位（水压）、水质、水温动态变化。3、建立强有力的排水设施，排水系统能力必须满足煤矿防治水规定的有关规定。4、加强井下采掘过程中的超前探放水工作。5、工作面回采过程中要静态与动态相结合的方式，进行工作面突水的预测预报工作。6、对封闭不良钻孔情况进行全面排查，并登记上册，建立封孔不良钻孔资料台账；井田井下使用中的钻孔，必须安装孔口盖，废弃的钻孔必须及时按照规范要求封孔。7、对断层发育的区域，首先探明断层的位置、产状和规模、断层带宽度、充填物、充填程度、胶结物岩溶发育程度以及富水性及断层两盘对接部位岩性及富水性；并注意断层滞后突水现象。8、对于断层缓冲区，断层端点、交叉点，陷落柱缓冲区脆弱性相对加大，突水的可能性更大，都是容易突水的位置，必须加强探测，采取合理留设防水煤（岩）柱、注浆封堵加固等措施。9、对于老空水应根据具体情况制定合理有效的防治水对策。10、对于陷落柱必须根据现场条件，对回采工作面、掘进工作面进行超前探测11．矿井防治水机构的建立和完善。12．矿井防治水制度及措施的建立和完善13．水害应急预案的制定14．矿井水文地质保障系统的建立和完善总之，采掘施工前必须做好水害预测预报工作，坚持“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原则,岩溶水治理,疏干降压，将水压降至临界水压值之下（山西水资源紧缺，不允许）；注浆改造含水层的富水性；注浆加固底板隔水层的隔水性；分区开采，建立隔离闸门；增大矿井排水能力，建立强排泵房；建立密闭泵房。,注浆,注浆封堵涌水通道；注浆改造含水层的富水性；注浆加固底板隔水层的隔水性；,分区开采，建立隔离闸门,大水矿井的隔离开采。水文地质条件复杂的大水矿，由于水害威胁不能绝对排除，应实行一定范围甚至全矿井的分区隔离开采，使威胁水源体或灾害得到控制，缩小波及范围，是井下防水的重要方法。隔离方式分为按煤层分层组隔离、分水平隔离、分采区隔离、分两翼隔离、只对危险区隔离、只对主排水泵房保护隔离等6种。,岩溶水害治理,增大矿井排水能力，建立强排泵房；建立密闭泵房（无人值守）。底板突水水害总的可以概括为水源是根本，地层、地质构造是条件，水压是关键，采掘引起的重新平衡是起因，水动态变化是突水的前奏。综观各种水害，总的防治方法是查明条件、查治结合、预防为主、堵截排、因地制宜、综合治理。,结束语,我省煤矿遍布六大煤田，不同矿井的水文地质条件不同，水害的类型亦不同，其防治的难度、防治途径及方法亦不同，有的方法已很成熟，只加强管理就可取得明显成效，有的水害发生机理和方法还需要进一步研究和探讨。因此严格执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，和“防、疏、堵、截、排”的治理措施，才能保证受水威胁严重的矿区实现安全开采。,,谢谢,
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