煤矿主要防治水技术.doc

第四章煤矿主要防治水技术 第一节井下防水煤岩柱留设 一、防水煤岩柱类型及留设原则 在水体下、含水层下、承压含水层上或导水断层附近采掘 时，为防止地表水或地下水溃人工作地点，需要留出一定宽度或 高度的煤岩层不采动，这部分煤岩层称为防隔水煤 岩柱或防水煤岩柱。根据防水煤岩柱所处的位置， 可以分成不同的类型。 一常用防水煤岩柱类型 1断层防水煤岩柱在导水或含水断层两侧，为防止 断层水溃人井下而必须留设煤岩柱。或当断层使煤层与强含 水层接触或接近时，为防止含水层水溃入井下，也必须留设防水 煤岩柱。 2井田边界煤柱相邻两井田以技术边界分隔时，为防止 一个矿井淹没由突水或矿井报废引起后影响另一个矿井的安 全生产，必须留设的防水煤岩柱。 3上、下水平或相邻采区防水煤岩柱在上、下 两水平或相邻两采区之间留设的防水煤岩柱。这种煤 岩柱为暂时性的煤岩柱，在上、下两水平或相邻两采 区开采末期或透水威胁消除后，这部分煤岩柱中的煤，仍 然可以回收。 4水淹区防水煤岩柱在水淹区包括老窑积水区 四周和上、下水平留设的防止水淹区水溃入井下采掘工作面的煤 70 矿井水灾防治 岩柱。 5地表水体防水煤岩柱为防止采煤后地表水经塌陷 裂缝溃人井下而留设的煤岩柱。 6冲积层防水煤岩柱为防止采煤后上覆冲积层中的 强含水层水溃人井下而留设的煤岩柱。 二防水煤岩柱留设原则 1在有突水威胁但又不宜疏放疏放会造成成本大大提高 时的地区采掘时，必须留设防水煤岩柱。 2防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基础上把 煤柱的宽度或高度降低到最低限度，以提高资源利用率。为了多 采煤炭，充分利用资源，也可以用采后充填、疏水降压、改造含 水层充填岩溶裂隙等方法，消除突水威胁，创造少留煤柱的 条件。 3留设的防水煤岩柱必须与当地的地质构造、水文地 质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构 方式等自然因素密切结合，还要与采煤方法、开采强度、支护形 式等人为因素互相适应。 4一个井田或一个水文地质单元的防水煤岩柱应该在 它的总体开采设计中确定，即开采方式和井巷布局必须与各种煤 柱的留设相适应，否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难，甚 至无法留设。 5在多煤层地区，各煤层的防水煤岩柱必须统一考虑 确定，以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤岩柱，致使整 个防水煤岩柱失效。 6在同一地点有两种或两种以上留设煤岩柱的要求 时，所留设的煤岩柱必须满足各个留设煤岩柱的要求。 7对防水煤岩柱的维护要特别严格，因为煤岩柱 的任何一处被破坏，必将造成整个煤岩柱无效。防水煤 岩柱一经留设即不得破坏，巷道必须穿过煤柱时，必须采取 加固巷道、修建防水闸门和其他防水设施，保护煤岩柱的完 第四章煤矿主要防治水技术 71 整性。 8留设防水煤岩柱所需要的数据必须在本地区取得。 邻区或外地的数据只能作为参考，如果需要采用，应适当加大安 全系数。 9防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不 发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。 第二节井下探放水 一、概述 一探水的目的 探水系指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底 板、侧帮和前方的含水构造包括陷落柱、充水含水层、积水 老窑等水体的具体空间位置和产状等，其目的是为有效地防治矿 井水害做好必要的准备。 二探水的原则 采掘工作必须执行“八字”方针，即“有疑必探，．先探后 掘’’的原则。因而，遇到下列情况之一时，必须进行探水。 1接近水淹的井巷、老窑或小窑时。 2接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落 柱时，或通过它们之前。 3打开隔离煤柱放水前。 4接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的 断层破碎带或裂隙发育带时。 5接近可能涌突水的钻孔时。 6接近有水或稀泥的灌浆区时。 7采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含 水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时。 8接近矿井水文地质条件复杂的地段，采掘工作有涌 突水预兆或情况不明时。 72 矿井水灾防治 9接近其他可能涌突水地段时。 三探放水对象的类型 一般探放水的对象包括老窑、断裂构造、陷落柱、导水钻孔 和充水含水层等。 二、探放老窑水 小煤窑或矿井采掘的废巷老窑积水，其几何形状极不规则， 积水量大者可达数百万立方米，一旦采掘工作面接近或揭露它们 时，常常造成突水淹井及人身伤亡事故，故必须预先进行探放。 一探放水工程设计内容 I探放水巷道推进的工作面和周围的水文地质条件。如老 窑积水范围、积水量、确切的水头高度水压、正常涌水量， 老窑与上、下采空区、相邻积水区、地表河流、建筑物及断层构 造的关系，以及积水区与其他充水含水层的水力联系程度等。 2探放水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。 3探放水钻孔组数、个数、方向、角度、深度和施工技术 要求及采用的超前距与帮距。 4探放水施工与掘进工作的安全规定。 5受水威胁地区信号联系和避灾路线的确定。 6通风措施和瓦斯检查制度。 7防排水设施，如水闸门、水闸墙等的设计以及水仓、水 泵、管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等。 8水情及避灾联系汇报制度和灾害处理措施。 9附老窑位置及积水区与现采区的关系图、探放水孔布置 的平面图和剖面图等。 二探放老窑水的原则 探放老窑水除了要遵循上述的探放水原则外，还应遵循下列 探放老窑水的具体原则 1积极探放。当老窑区不在河沟或重要建筑物下面、排放 老窑区内积水不会过分加重矿井排水负担、积水区之下又有大量 的煤炭资源急待开采时，这部分积水应千方百计地放出来，以彻 L 底解除水患。 2先隔离后探放。对于与地表水有密切水力联系且雨季可 能接受大量补给的老窑水，以及老窑的积水量较大，水质不好 酸性大时，为避免负担长期排水费用，应先设法隔断或减少 其补给水量，然后再进行探水。若隔断水源有困难、无法进行有 效的探放，则应留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再 进行处理。 3先降压后探放。对水量大、水压高的积水区，应先从 顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来，然后再沿煤层打探 水钻孔。 4先堵后探放。当老窑区为强含水层水或其他水源水所淹 没，出水点有很大的补给量时，一般应先封堵出水点，而后再探 放水。 三探放老窑水的工作步骤与方法 1．探水前应注意的事项 1检查排水系统。准备好水沟、水仓及排水管路；检查排 水泵及电动机，使之正常运转，达到设计的最大排水能力。 2准备堵水材料。在探水地点应备用一定数量的坑木、麻 袋、木塞、木板、黄泥、棉线、锯、斧等，以便出水或来压时及 时处理。 3检查瓦斯。瓦斯浓度超过安全规定时应停止工作，及时 加强通风。 4检查支架情况。有松动或破损的支架要及时修整或更 换，帮顶是否背好，都要仔细检查。 5检查煤壁。煤壁有松软或膨胀等现象时，要及时处理， 闭紧填实，必要时可打上木垛，防止水流冲垮煤壁，造成事故。 6检查水沟。对巷道水沟中的浮煤、碎石等杂物，应随时 清理干净。若水沟被冒顶或片帮堵塞时，应立即修复。 7检查安全退路。避灾路线内不许有煤炭、木料、煤车等 阻塞，要时刻保证畅通无阻。 74 矿井水灾防治 2．探放水钻孔布置的基本原则 探放水钻孔的布置应以不漏掉“老窑”、保证安全生产和探 水工作量最小为原则。 三、探放断层水 一探放断层水的原则 凡遇下列情况必须探水 1采掘工作面前方或附近有含导水断层存在，但具体 位置不清或控制不够严密时。 2采掘工作面前方或附近预测有断层存在，但其位置和含 导水性不清，可能发生突水事故时。 3采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的水压都处于I临 界状态即安全隔水层厚度和安全水压的临界值，在采煤工作 面前方和采面影响范围内，是否有断层情况不清，一旦触及很可 能发生突水事故时。 4断层已被巷道揭露或穿过，暂时没有出水迹象，但由于 隔水层厚度和实际水压已接近临界状态，在采动影响下，有可能 导致断层活化并引起突水，需要探明在深部其是否已与强含水层 或底板水导升高度相连通时。 5井巷工程接近或计划穿过的断层浅部不含导水，但 在深部有可能突水时。 6根据井巷工程和自设断层防水煤柱等的特殊要求，必须 探明断层时。 7采掘工作面距已知含水断层60 m时。 8采掘工作面接近推断含水断层100 m时。 9采区内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时。 10采区内构造不明，含水层水压又大于2 SPa～3 MPa 时。 二探查的主要内容 探断层水的钻孑L应与探断层构造孔结合起来，需查明的具体 内容如下 1断层的位置、产状要素、断层带宽度包括内、中和外 三带及伴或派生构造和其导水、富水性等。 2断层带的充填物、充填程度、胶结物和胶结程度，断层 两盘外带裂隙、岩溶发育情况及其富水性。 3断层两盘对接部位岩性及其富水性，煤层与强含水层的 实际间距即隔水层的厚度。 4断层与其他含导水断层、陷落柱或其他水体交切部 位及其富水性。 5如为叠瓦式断层，应确定其综合断距。 6查明并记录探断层水钻孔在不同深度的水压、水量或冲 洗液漏失量，并确定或判断底板水在隔水层中的导升高度。 为探明以上内容，应首先提供断层面等高线图及两盘主要煤 层、含水层对接关系图，探测断层预想剖面图。 四、探放陷落柱水 在煤层底板下伏巨厚层状碳酸盐岩充水含水层组的华北型煤 田，由于导水岩溶陷落柱的存在，使某些处于上覆地层本来没有 贯穿煤系基底巨厚层状碳酸盐岩强充水含水层的中、小型断层或 一些张裂隙，成为了水源补给充沛、强富水的突水薄弱带。井巷 工程一旦触及这些薄弱带，将不可避免地引发突水或淹井事故。 若导水岩溶陷落柱本身直接突水，其后果就更为严重。例如 1984年开滦范各庄矿2171工作面岩溶陷落柱突水的最大涌水量 高达2 053 m3／rain，使该大型现代化矿井在不到21 h内被全部 淹没，成为世界采煤史上最大的一次突水淹井事故。但是，并非 所有的岩溶陷落柱均导水。从现有调查资料来看，导水岩溶陷落 柱使煤矿井水文地质条件复杂化主要表现在以下几个方面 1使不同地段井巷涌突水水量大小相差悬殊，在导水 岩溶陷落柱附近，涌突水一般比较集中，且水量长期稳定。 2由于岩溶陷落柱的强烈补给，煤层顶、底板充水含水层 往往会出现局部高水位的异常区。 3由于导水岩溶陷落柱的存在，煤层顶、底板充水含水层 76 矿井水灾防治 地下水的水质差异表现的不明显，基本属于同一类型。 4煤矿井涌突水水量增长迅速。 在探放岩溶陷落柱导水性钻孔的布置和施工中，应注意下面 一些问题 1水压大于2 MPa3 SPa的岩溶陷落柱原则上不沿煤层 布孔，而应布设在煤层底板岩层中，因为沿煤层埋没的孔13安全 止水套管，很可能被高承压水突破。 2孔VI安全装置和安全注意事项与探高压断层水的钻孔要 求相同。 、 3要提高岩心采取率，及时进行岩心鉴定，作好断层破碎 带和岩溶陷落柱的分辨工作，编制好水文地质图表。 4严格执行钻孑L验收和允许掘进距离的审批制度。 5监测并记录孔内水压、水量和水质的变化，发现异常应 加密或加深钻孔，争取直接探到岩溶陷落柱。 6探到岩溶陷落柱无水或水量很小时，要用水泵进行略大 于区域静水压力的压水试验，以便进一步检验其导水性。同时要 向其深部布孔，了解深部的含导水性和煤层底板强岩溶充水 含水层的原始导升高度。 7钻孔探测后必须注浆封闭，并作好封孔记录，注浆结束 压力应大于区域静水压力的1．5倍。 五、导水钻孔的探查与处理 矿区在勘探阶段施工的各类钻孔，往往贯穿若干含水层组， 有的还可能穿透多层老窑积水区，甚至含水断层等。若封孔或止 水效果不好，人为沟通了本来没有水力联系的含水层组或水体， 使煤层开采的充水条件复杂化。山东肥城矿区的原“中一井”， 因地质勘探阶段的大量钻孔封孔质量不好，将中奥陶统灰岩水导 人煤系薄层灰岩，致使开采上组煤时，矿井涌水量很大，且长期 达不到疏水降压的目的，矿井一直无法投产，被迫改为“水文地 质试验井”，补做了10余年的水文地质补充勘探工作，将所怀疑 的钻孔均作了启封，最终才解决了这一人为造成的矿井水文地质 问题。淄博夏庄煤矿附近的一个矿，穿越煤系地层打奥陶系灰岩 供水孔时，因套管止水质量不好，岩溶承压地下水沿钻孔上升 后，使该矿七层煤残留煤柱遭到破坏，矿井涌水量突然增加 12 m3／min，使该矿几乎被淹。另外，有些矿的施工地质孔将上 层煤的老窑积水大量导人正在生产的下层煤采区，也曾造成严重 的水害事故。因此，必须采取有效的措施防止出现导水钻孔，封 闭确已存在或有怀疑的所有导水钻孔。 一防止出现导水钻孔的基本措施 1各类勘探孔达到勘探目的后，应立即全孔封闭，包括第 四系潜水含水层以下各含水层组。 2为了防止水砂分离或粘土稀释流失，封孔不能用水泥砂 浆或粘土，要用高标号纯水泥。 3严重漏水段，应先下木塞止水，然后注浆，防止水泥浆 在初凝前漏失。 4要先提出封孔设计，进行分段封孔并分段提取固结的水 泥浆样品，实际检查封孔的深度和质量，由下而上，边检查边封 闭，作好记录，最后提出封孔报告书。 5需要长期保留的观测孔、供水孔或其他专门工程孔，必 须下好止水隔离套管。套管和孔壁之间的环状间隙要用优质水泥 注浆固结。 6已下套管的各类钻孔，不用之前，也应按1、2、3条的 要求加以封孔。 7所有钻孔的孔口均应埋设标志，并要准备测斜资料，便 于确定不同深度的偏斜位置。一旦需要时，利于采取措施。 二导水钻孔的调查与分析步骤 历史上已有的钻孔是否存在导水威胁，需要认真调查分析， 其具体步骤如下 1绘制钻孔分布图，将过去有关部门钻进的各类钻孔都准 确地标定在图上。尽量收集到柱状图、封孔止水资料、孔口标高 和坐标、测斜数据以及其他有关资料，以便准确定位。 78 矿井水灾防治 没有坐标、标高的钻孔，应从旧图纸或对照现场地形地物确 定位置，反求出坐标，便于查找。 2建立钻孔止水质量调查登记表，分析确定有怀疑的导水 钻孔，并将其标到有关的采掘工程平面图和储量图上，圈定警戒 线和探水线，以引起高度重视。 六、探放充水含水层水 由于基岩裂隙水的埋藏、分布和水动力条件等都具有明显的 非均质和各向异性，煤层顶、底板砂岩裂隙水、岩溶水等在某些 或某一地段对采掘工作面可能没有任何影响，但在另一些地 段却可能不同程度地威胁着煤矿井的安全生产。为了确保矿井安 全生产，必须探明各类充水含水层的水量、水压和补给水源等， 这样，才能做到有备无患。 防治煤层顶、底板充水含水层的各种水害，既要从整体上查 明矿井水文地质条件，采取疏干降压或截源堵水等不同的防治水 措施，又要重视井下采区的探查。井下探查往往是疏干降压或截 源堵水等防治水措施合理制订的先行步骤和重要依据。如无水或 补给量很小，通过探查孔放水即能达到降压或疏干的目的；若补 给水源丰富，水量大，需要通过井下“大流量、深降深”的放水 试验和物探、化探方法的配合，查清条件后，才能采取相应的防 治水方法。因此，井下探放充水含水层水是矿井防治水的基本工 作内容之一。 第三节疏干降压开采 疏干降压是针对煤层顶板充水含水层或煤层本身而言的。疏 干水降压能调节流入矿坑的水量和充水含水层水压位的 动态特征，因此，与矿井一般的排水在概念上是有区别的。当 然，疏干降压和矿井排水均是矿井防治水的基本手段，而且矿井 排水对于每一个矿山都是必不可少的工作。疏干降压与矿井排水 的区别主要表现在前者是借助于专门的工程如疏水巷道、抽 { 鱼 勇 渗 第四章煤矿主要防治水技术 79 水钻孔和吸水钻孔等及相应的排水设备，积极有计划有步骤地 疏干或局部疏干影响采掘安全的充水含水层；而后者只是消极被 动地通过排水设备，将流人水仓的水直接排至地表。由此可见， 疏干降压在调节矿井涌水量、改善井下作业条件，以及保证采掘 安全乃至降低排水费用等方面起着矿井排水所不能起的作用。所 以，有人将疏干降压看成是一种与矿井水作斗争的积极措施，应 当优先考虑。 煤矿井疏干水降压的目的是预防地下水突然涌入矿坑， 避免突水灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产效率，消除地 下水高水压造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一项主要措施。 对于一些大水煤矿区，为了减少矿井涌水量，降低吨煤开采成 本，提高经济效益，应采取注浆截流、浅排和排、供、生态环保 三位一体结合等其他措施，与疏干水降压方法统筹考虑，进 行综合防治。 一、疏干程序 矿井疏干过程可分为疏干勘探、试验疏干和经常疏干三个逐 渐过渡程序，应与矿井的开发工作密切配合。 一疏干勘探 疏干勘探是以疏干为目的的补充水文地质勘探，其主要目的 是 1．查明矿区疏干所需要的水文地质资料 1地下水的补给条件及运动规律。 2水文地质边界条件，包括对补给边界及隔水边界的评 价。 3地下水的涌水量预测，包括单一充水含水层或充水含水 组的天然补给量、存储量及其长年季节性的变化。 4疏干含水层与地表水体或其他充水含水层之间的水力联 系及可能的变化。 5含水层的导水系数单宽全厚含水层在单位水力梯度下 渗透速度的量度及储水率随单位水头变化，从岩石单位体积 80 矿井水灾防治 内释放或增加贮存在充水含水层孔隙或裂隙中水的总量。 6疏干工程的出水能力、疏干水量、残余水头及疏干时间 等。 2．确定疏干的可能性，提出疏干方案 疏干方案的制订一般应遵循下列原则 1应与煤矿山建井、开采阶段相适应。 2疏干能力要超过充水含水层的天然补给量。 3疏干工程应靠近防护地段，并尽可能从充水含水层底板 地形低洼处开始。 4疏干钻孔数应采用多种方案进行试算，孔问干扰要求达 到最大值，水位降低能满足安全采掘要求。 5疏干工作不能停顿，应根据生产需要有步骤地进行。 6水平充水含水层应采用环状疏干系统，倾斜充水含水层 采用线状疏干系统。 疏干勘探往往要依靠抽水试验、放水试验、水化学试验、水 文物探试验及室内试验来完成，在有条件的矿区，应采用放水试 验方法。 二试验性疏干 试验f生疏干方案的正确制定表现在矿井开采初期能降低水位， 并能经过6～12个月、特别是雨季的考验。要尽可能利用疏干勘 探工程，并补充疏干给水装置。通过试验，了解确定干扰效果及 残余水头等情况，在此基础上，进行疏干勘探工程的适当调整。 三经常性疏干 经常性疏干是生产矿井El常性的疏干工作，随着开采范围的 扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充，甚至根据 新获取的信息，重新制定疏千方案，以满足矿井生产的要求。经 常性疏干需要进行的水文地质工作主要包括 1定期进行疏干孔的水量观测和观测孔的水位观测。国外 和我国部分矿区已采用自动记录和应用计算机技术自动处理长期 观测资料，并应用计算机自动控制地下水降落漏斗。在没有这种 第四章煤矿主要防治水技术 81 技术条件的矿区，在平水期，要求疏干孔每3日观测水量1次， 主要观测孔每3日观测水位1次，外围观测孔每月观测2次～3 次。在丰水期，要求疏干孔每Et观测水量1次，主要观测孔每日 观测水位1次，外围观测孔每5日观测1次。 2编制疏干水量、水位动态变化曲线图和疏干降落漏斗平 面图。动态曲线应逐日连续绘制，降落漏斗图可每月绘制1幅。 3定期进行水质分析，除常规水质化验外，对地下水中特 殊元素如溴Br、碘I、氨An等定期测定，掌握其水质动态，及 时分析可能出现的新的补给水源。 4围绕不同的开采阶段，修改、补充疏干方案和施工设 计，保证疏干工作的顺利进行。 二、疏干方式 疏干工程应与采掘工程密切结合。疏干工程按其进行阶段 或时间可分为预先疏干和并行疏干。预先疏干是在井巷开拓 之前进行，而并行疏干是在井巷开拓过程中进行，一直到矿井采 掘完毕。 疏干方式包括三种地表式是从地表进行疏干；地下式是在 地下进行疏干；联合式是同时采用上述两种方式或多井同时疏 干。目前这三种疏干方式在我国煤矿区皆有采用。 一地表疏干 地表疏干主要用在预先疏干阶段，是在地表钻孔中用潜水泵 预先疏降充水含水层的水位或水压的疏干方式，常用于煤层赋存 较浅的露天矿。随着高扬程、大流量潜水电泵的出现，井工矿亦 可采用这种方式。地表潜水泵预先疏干与井下并行疏干方式相比 较，具有建设速度快、投资和经营费用低、安全可靠等优点，且 水质未受煤层污染，对工业及民用供水有利。 地表潜水泵预先疏干效果好坏，主要取决于充水含水层的渗 透性、水位高度、干扰系数、钻探设备和排水设备等条件。根据 前苏联经验，这种方法要求充水含水层的渗透系数值最好在 5 m／d～150 1TI／d。如果过滤器安装合适，渗透系数为3 ITI／d的 82 矿井水灾防治 潜水含水层和渗透系数为0．5 m／d～1 mid的承压含水层亦可采 用这种疏干方式；而欧美国家的实践经验则是渗透系数大于 3 m／d的潜水含水层和大于0．3 m／d～0．5 m／d的承压含水层， 均可取得良好的疏干效果。 二地下疏干 ’ 地下疏干主要应用在并行疏干阶段，通常采用巷道疏干疏 干水平不同和井下钻孔放水孔和吸水孔疏干的方法。例 如，美国双峰铜矿井下疏干排水系统总长度达1 020 m，巷道内 共布置12个放水孔，放水结果使充水含水层水压下降67％。我 国湖南斗笠山矿香花台井的运输大巷位于灰岩充水含水层中，掘 进时超前探水，并在大巷中控制出突水点水量，放水量达 2 160 m3／h，满足了降压要求。 三联合疏千 联合疏干常应用于矿井水文地质条件比较复杂的矿井，或矿 井水文地质条件趋向恶化的老矿。由于从经济和安全方面的考 虑，当单纯疏干或单一矿井的井下疏干不能满足矿井生产要求 时，应考虑采用井上、井下配合或多井的联合疏干方式。 三、疏干工程 疏干工程的布置、规模、种类、质量、施工设备、施工工艺 及完工时间，应按照疏干方案进行，疏干方案的编制是在矿井水 文地质勘探的基础上进行的。在试验性疏干结束后，应根据实际 情况对疏干方案作进一步修订。 一地面疏干井 疏干井施工前必须掌握下列资料 1施工地段的地质、水文地质条件和其他勘探资料包括 附近已有的钻孔资料。 2有关设计图件和说明以及疏干井的规格、水量要求等。 3施工现场的运输、安装、动力及材料供应情况等。 井的结构应根据地层情况，采用多径阶梯式结构。井径应根 据井的出水能力及泵体直径决定，一般要求在表土层、含水层、 L 沉砂段要变径。沉砂段的长度应根据井的深度和含水层出砂的可 能性来确定。 、 二疏干巷道 疏干冲积层水的巷道，其底板应建筑在基岩或不透水层中， 嵌人深度一般不小于0．5 m～1．0 m。疏干巷道中，放水钻孔的 数量、布置方式、钻孔结构、疏干水量、安全措施等，可参照井 下探放水。 井下疏干时，应有工作、备用、检修三套水泵。工作泵的能 力应能在20 h内排出24 h的正常涌水量，备用泵的能力应不小 于工作泵能力的70％，工作泵和备用泵的总能力，应能在20 h 内排出矿井24 h的最大涌水量。 对于正常涌水量大于1 000 m3／h的矿井，主要水仓的有效 容量可按下式计算 钞2Q3 000，m3 式中 Q矿井每小时正常涌水量，m3。 第四节带压开采 、 带压开采主要是针对底板存在较强承压充水含水层的煤层。 由于煤层与底板强岩溶承压充水含水层之间往往沉积一定厚度的 隔水岩体，故对于底板存在充水含水层的煤层，无需进行疏干开 采，只要使煤层底板承压充水含水层的水头压力疏降至安全开采 高度，即可进行安全带压回采。为在复杂矿井水文地质条件下进 行带水压开采，并获得经济效益，以下技术问题应予以重视 并付诸实施。 一、查清带压开采的矿井或采区地质、水文地质条件 除应对区域水文地质条件有所认识外，对井田或采区的水文 地质条件也应了解清楚，对充水含水层组的补、径、排条件和不 同充水含水层组问的水力联系程度以及保护层的防隔水性能等均 应予以研究，以便更好地选择合理的防治水方法和制定出具体的 J 带水压开采的措施。 二、编制突水系数图 所谓突水系数就是指煤层底板每米厚度隔水层可以承受的临 界地下水水压值MPa／m，它可以作为确定带压开采的临界安 全水头的依据之一。突水系数的应用是通过突水系数图来体现 的。一般包括两种突水系数图，一种是矿区或井田的突水系数 图，比例尺常为15 000～l10 000；另一种是大比例尺的采区 突水系数图，比例尺一般为11 000 12 000，甚至更大些。采 区突水系数图的编制方法如下 1以采煤底板等高线图为底图，将已知断层和开采上部煤 层新发现的断层以及有用的矿井水文地质资料如口突水点标 于图上。 2根据水位资料编制等水位线图。 3根据以上两种资料绘制底板等水压线图，等水压线是编 制突水系数图的基础资料。 4编制有效隔水层厚度等值线图。根据勘探、生产和补充 勘探等资料，确定一些点从煤层底板至底板充水含水层之间的总 隔水层厚度，并从中减去煤层开采过程诱发的矿压破坏带和底板 充水含水层的原始导升厚度，即得到这些点的有效隔水层厚度； 然后把各点数据相应地标在相应比例尺的井田平面图上，用内插 法绘制成图。这张图同样是绘制突水系数图的基础图件。 5根据煤层底板充水含水层等水压线图和有效隔水层厚度 等值线图，即可绘制出突水系数等值线图。 三、编制带压开采地质、水文地质条件说明书 开采受水害威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计 之前，必须编制该地区的地质、水文地质条件说明书，作为上述 设计的依据。说明书的编制，除按一般规程要求的内容外，还应 注意以下几个问题 1说明书的研究范围应按开采范围所在的水文地质单元或 以构造为边界的地质块段来圈定，这有利于分析充水含水层的补 0 Z l E g影量 刨 第四章煤矿主要防治水技术 85 给、径流和排泄条件以及充水含水层之间的水力联系，更便于水 文地质勘探和疏水降压钻孔的设计。 2说明书除应具备底板等高线图、剖面图等图件外，还应 编制11 000、12 000或更大比例尺的有关带压开采的专门水文 地质图，如等水压线图、煤层底板隔水层等厚线图以及突水系数 等值线图。根据等值线图，按突水临界值划分采区内具体的带压 开采范围和降压开采范围及降压值，并根据降压范围结合巷道布 置排水系统，设计放水降压钻孔和观测孔。在设计放水钻孔时， 要根据降压漏斗的延展规律，布置在可获得最大效益的位置，以 求以最少的钻孔数、最小的排水量来获得最大的经济效益。 3对开采区内的所有断层进行分析。根据断层造成局部隔 水层厚度变薄的情况，核实突水系数，对造成局部不符合安全开 采条件的断层，要提出具体处理意见和措施，如留设防水煤柱、 断层两盘预注浆、加强断层带支护或局部疏水降压等。根据沿断 层方向的充水含水层层位错动及接触关系，分析回采时断层的受 力情况，尽可能杜绝沿断层走向掘进运料和回风道。如必须沿断 层送巷时，要采取相应措施减少矿山压力，以预防由于剪切力高 度集中而引起断层面重新滑动，避免造成突水或淹井事故。 4要对开采区所在地质块段或水文地质单元的主要充水含 水层进行水文地质条件分析。在断层多且错动复杂的地段，要编 制以充水含水层为主体的断层接触关系图，通过此图分析充水含 水层的补给、排泄、水力联系等情况，确定水文地质边界和充水 通道。必要时对重要充水含水层还要进行水文地质勘探和试验， 以查明充水含水层的厚度、岩溶发育情况、含水层间在断层接触 段的联通情况，还要组织放水试验，确定充水含水层的动储量、 影响半径及地下水的传导和渗透性能等，预测降压放水的涌水 ’量、发生意外突水时的最大涌水量和稳定涌水量等。 四、建立强有力的排水设施 排水设施主要包括水泵、排水管路、适当容量的水仓和保险 电源。位于奥陶系灰岩充水含水层富水带且又临近排泄带的矿 井，其排水基地的建立更为重要。如我国的大水矿井焦作演 马庄矿1977年南区一50 m水平发生突水，突水量达100 m3／min 以上，矿井累计涌水量高达220 m3／rain。幸运的是由于该矿的 排水能力较大，才幸免发生淹井事故。又如四川红岩矿，1974 年曾发生突水，突水量达152 m3／rain，由于排水设施得力，大 大减轻了突水损失。 各大水矿井排水设施的增量可以当地或条件相似矿井的突水 水量作为依据，并结合其他措施，如水闸门、各矿间排水基地的 相互串通等，合理确定增量，采用直通式排水设施效果最佳。为 了实现带压开采综合治水，峰峰二矿、四矿和邯郸王凤矿已建立 起排水能力为120 m3／rain的排水基地，大大增强了矿井御水防 患的能力。 五、险区备灾问题 一建立防水线保护排水基地 大水矿井强有力的排水基地建成后，要有良好的维护制度以 保持其额定的排水能力。排水基地与其他防水设施如水闸门 结合使用更为有力。大水矿井在掘进通往水患煤层的巷道时，均 应建立防水闸门，在发生超过排水基地排水能力的突水时，可关 闭水闸门，保住基地，防_止发生恶性水患事故。 二建立警报系统 开采受水患威胁煤层的矿井，特别是在大于突水临界值的采 区作业时，采掘工作面要设专职水情监视员。水情监视员应具有 很强的责任心和一定的防水经验。采掘面还应建立水情记录，设 置专用的电话和警报器。一旦发现恶性突水征兆，能及时发出信 号，组织撤离。报警制度和细则应使全体人员熟知。 三标明应急撤退路线 在大水矿井开采水患煤层，特别是在险区作业，应确定并及 时修订井下人员遭遇水险的撤退路线。路线应标在采矿防险撤退 路线图上，沿线特别是分岔点应设有明显标记，使井下作业人员 对此熟知。 第四章煤矿主要防治水技术 87 六、留设断层防水煤柱 实际资料表明，大水矿井大多数突水通道均系断层，因此在 导水或易于突水的断层带留设防水煤柱是常用的防水方法，也是 带压开采综合防治水方法中重要的防水措施之一。匈牙利利用隔 水系数经验公式，计算留设煤柱，收到了较好的效果，我们用自 己的突水系数经验公式在突水系数临界值之内留设煤柱，通过实 际验证也是可行的。 七、隔水层薄弱带的加固 由于沉积变薄或构造破坏都会降低隔水层的防隔水作用，以 致成为发生突水的条件，因此隔水层的薄弱带需要加固。峰峰、 焦作、龙山等矿进行的巷道穿过隔水层薄弱带的加固实践，收到 了良好的效果。 第五节含水层改造与隔水层加固 这项技术是20世纪80年代中后期发展起来的一项注浆治水 方法。当煤层底板充水含水层富水性强且水头压力高，或煤层隔水 底板存在变薄带、构造破碎带、导水裂隙带，需采用疏水降压方法实 现安全开采，但疏排水费用太高、浪费地下水资源且经济上不合理 时，采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法实属上策。 该技术主要针对煤层底板水害的防治，它利用采煤工作面已 掘出的上通风巷道和下运输巷道，应用地球物理勘探或钻探等手 段，探查工作面范围煤层底板岩层的富水性及其裂隙发育状况， 确定裂隙发育的富水段，采用注浆措施改造含水层或加固隔水 层，使它们变为相对隔水层或进一步提高其隔水强度。根据多年 现场实践，这项防治水技术具有十分广阔的推广应用前景，是防 治底板水害较为有效的实质性措施之一。山东肥城矿区是应用这 项技术较为成功的一个地区，该矿区从1986年到现在，已经局 部注浆或整体注浆改造九层煤、十层煤采煤工作面23个，安全 采出原煤152．032万t，取得了十分可观的经济和社会效益。如 杨庄矿9507采煤工作面当回采到一33 rn水平时，底板出水，相 } I 距230 rn的9505采空区出水约10 m3／h，经过在五灰充水含水 { I 层打孔注浆后，工作面上水量消失，采空区水量仅剩2 m3／h。 I j 该技术主要包括以下内容 i 1地面建造注浆站，集中向井下远距离输浆和注浆，简化 『 { 注浆系统，提高自动化程度，为大规模改造自然地质条件提供手 j 。 段，注浆管不超过50 ITI／YI，在低凹位置可设置放水放浆闸阀。 ； 2开发应用粘土水泥浆，在裂隙地层中灌注有其优点，在 f ’