煤矿防治水分区管理培训.ppt

,主讲人杨展13513642727单位山西省煤炭地质水文勘查研究院,带压开采矿井分区管理及防治水措施,煤矿防治水分区管理培训,一、分区管理的必要性二、预备知识三、国家有关规程、规定中对底板水害防治的要求四、分区划分指标、各区相互转换五、山西煤矿底板岩溶水害及分区防治措施,主要内容,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、团柏等）4、遏制在未查明区乱采。,,分区管理的必要性,,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,,,预备知识,含水层与隔水层导水构造带压开采突水系数下三带,预备知识含水层,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。主要充水含水层在矿床开采条件下，对井巷产水充水最大的含水层。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标准,预备知识含水层,预备知识含水层,含水层有两种主要形式一种是岩石空隙主要受岩层等地质体控制，并随岩层呈层状较均匀分布的含水层，如砾岩和砂岩组成的碎屑岩层、裂隙岩溶发育的石灰岩和白云岩等岩层；另一种是岩石的空隙主要受地质构造或风化带所控制，而不受岩层界面限制的含水带，如风化含水带、断裂含水带、岩浆岩中裂隙发育含水部分、侵入体与石灰岩接触破碎带等。因此，一个含水带可以切穿不同的岩层或岩体，或在同一个岩层、岩体中裂隙发育的部分含水，而裂隙不发育的部分不含水。所以，含水带的形状各不相同，有层状带体、脉状或管状带体。,预备知识含水层,含水层的构成条件蓄水空间储存空间，应连通储存地下水的地质结构透水含水隔水（潜水含水层）隔水含水隔水（承压含水层）补给水源,预备知识含水层,多层结构含水层当两个以上含水层的组合在每两个含水层之间无隔水层存在，形成多层水文地质结构的含水层时，称为多层结构含水层。含水岩系若有两个以上含水层，每个含水层厚度不大，其中夹有薄层隔水层，为层状水文地质结构的含水层与隔水层的组合，称为含水岩系。含水段若岩层厚度较大，由于岩层结构变化的影响，岩石含水性和透水性随深度而变化，在同一岩层中有含水段及不含水段之分，含水的区段称为含水段。含水带可穿过不同的岩层，为散体结构或碎裂结构，不受地质体限制。,预备知识隔水层,自然界隔水界面有两种形式，即隔水层和隔水带。隔水层是由不透水的岩石构成，它们具有阻隔重力地下水通过或减弱水流运动的性能，分布范围受到某一地质体的限制。隔水带是指不受某一岩层限制，并呈带状分布，如空隙不发育的完整的块状岩石（体）及压性断裂结构面等。隔水层的相对性自然界中，岩石隔水层（带）的阻隔水性能是相对的。在实际工作中对隔水层的确定如同含水层的确定一样，都是结合工作区岩层结构的特点，进行相对比较而确定。需要说明，在矿井生产过程中，隔水层破坏后便失去隔水的性能，而只有那些能保持其隔水性能的才是具有实际意义的隔水层。,预备知识隔水层,隔水层的隔水作用隔水性能隔水层对地下水的阻隔性能。研究隔水层的隔水作用，应从隔水层厚度、物理力学性质、隔水岩层的结构组合和地质构造等多因素分析。物理性质，天然条件下，沉积岩密度是随岩石组成粒度的变小而增大，随岩石裂隙的发育而减小。岩石密度增大，其隔水性能增强，阻水能力增大。岩石力学强度，反映岩石在各种机械应力场中抵抗载荷破坏的能力。,预备知识隔水层,隔水层的隔水作用隔水结构层含煤地层中，在煤层与含水层之间有各种各样的岩层组合形式，统称为隔水结构层。隔水结构层的埋藏分布及其组成它的每一层的岩石性质、厚度和裂隙发育程度等因素，都直接影响结构层的隔水作用。在构造应力集中地段，隔水结构层中发育和分布有各种裂隙，有的规模较大。这些大裂隙与原生层理等地质构造一起，将隔水结构层切割成块状结构，其结构面呈二维延伸。结构面中，由于水化作用，常形成风化泥质物质，连结力和承载力都比岩石本身的块体内部弱得多，成为隔水结构层中力学强度低的弱结构面。,预备知识隔水层,隔水层的隔水作用岩石隔水质量等值系数在一定地质及水文地质条件下，相同厚度的不同岩石的隔水作用不同。为了说明某种岩石隔水作用的大小，首先应择定一个标准岩石（如泥岩），设它的单位厚度的隔水值为1，并以此为尺度去衡量其它岩石隔水值的相对大小。泥岩、泥灰岩、粘土、铝土、海相堆积的角砾状灰岩1.0未岩溶化的灰岩和泥灰岩1.3砂质泥岩0.8褐煤0.7砂、碎石、砂砾、岩溶化石灰岩、泥沙、回采松动带0匈牙利岩石测试值有效隔水层厚度,预备知识隔水层,隔水层的隔水作用1966年西安煤科分院根据淄博现场压水试验得出的岩体强度，提出了等效厚度及其计算方法。隔水岩柱的等效厚度是煤层底板隔水层的厚度及其力学强度的一个综称，计算等效厚度的关键是确定一个强度比值系数。以砂岩岩体强度为1，则砂质泥岩为0.7，泥岩为0.5，断裂带为0.35，用上述强度比值系数对实际厚度进行折算，则等效厚度Md为式中Md等效隔水层厚度（m）；di比极限强度系数；Mi某类岩石的实际厚度（m）。,预备知识隔水层,隔水层的隔水作用华北型石炭二叠系煤田的煤层底板隔水岩段，一般情况下主要由四种岩性组成，即砂页岩、页岩、铝土岩、含铁砂岩及铁矿层。隔水性页岩＞铁质岩＞铝土岩＞砂岩；比重和抗张强度铁质岩＞铝土岩＞砂岩＞页岩。综合防隔水性能等级铁质岩＞铝土岩＞页岩＞砂岩。由铁质岩、铝土岩和页岩互层组合的煤层底板，其隔水性能较好，防隔水能力较强。由铁质岩、铝土岩和砂岩组合的煤层底板，虽然其抗张强度较高，但防隔水性能较差。从上述分析可知，煤层底板的防隔水性不仅取决于底板的岩性，而且与煤层底板的岩性组合有很大关系。,断层,预备知识导水构造,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。,岩石裂隙的主要类型及含水意义,预备知识导水构造,预备知识导水构造,预备知识导水构造,断层及其有关的裂隙发育带断层破碎带内带构造岩带（断层泥、糜棱岩、断层角砾岩、压碎岩等）外带断层影响带断层影响带宽度宽度与构造岩带之比扭性断层03倍张性断层24倍压性断层28倍,不同力学性质断层破碎带分带特征,预备知识导水构造,预备知识导水构造,断层及其有关的裂隙发育带断层破碎带内带构造岩带（断层泥、糜棱岩、断层角砾岩、压碎岩等）外带断层影响带断层影响带宽度宽度与构造岩带之比扭性断层03倍张性断层24倍压性断层28倍但在实际上，这两个带并不一定发育得很典型，只在一些大断层才表现得比较清楚，一些小断层和泥质岩石中的断层，常常只是一条或数条简单的断裂面，两盘的岩石紧密接触，没有构造岩带，断层影响带也不明显。,预备知识导水构造,断层按其水文地质特点可以分为富水断层、导水断层、阻水断层、储水断层、无水断层。富水断层发生在厚层含水岩层中的张性断层，其断层破碎带的透水性大于两盘岩石的透水性。因此，断层含水丰富，能汇集两盘含水层的地下水，具有充沛的补给来源，如发生在石灰岩、白云岩、大理岩及某些脆性透水岩层中的张性断层，只要断层破碎代的孔隙和裂隙不被后期物质充填胶结，一般都是富水断层。,预备知识导水构造,断层按其水文地质特点可以分为富水断层、导水断层、阻水断层、储水断层、无水断层。导水断层发生在强透水岩层与弱透水或不透水岩层互层的地层之中的，并在各含水层之间起导水作用。能沟通各层含水层的断层，即为导水断层。这种断层本身是含水的。由于它切穿了不同层位含水层与隔水层，使各层含水层发生水力联系，例如，发生在砂岩、页岩夹灰岩地层（如我国北方的石炭二叠系含煤地层）的张性和张扭性断层，常常就在各层灰岩之间起导水作用。导水断层的地下水以径流水量为主，断层破碎带本身储存的水量不多，地下水主要是来自两盘它所切割的含水层之中。,预备知识导水构造,断层按其水文地质特点可以分为富水断层、导水断层、阻水断层、储水断层、无水断层。阻水断层就是对地下水起阻隔作用的断层，可分为两种断盘阻水的断层和构造岩阻水的断层。断盘阻水的断层因断层错动使含水层与隔水层相接触，造成地下阻水墙幕，这种断层本身可以是含水的，也可以是不含水的。但是，它可以阻挡含水层中的地下水流，使含水层的地下水富集。构造岩阻水的断层透水岩层中的断层，尤其是压性断层，当其构造岩的透水性远比两盘岩层的透水性小时，即形成地下阻水墙幕，它也能阻挡含水层地下水流，使地下水富集。,预备知识导水构造,断层按其水文地质特点可以分为富水断层、导水断层、阻水断层、储水断层、无水断层。储水断层这种断层是含水的，其破碎带具有一定的储水空间，但地下水是处在封闭条件下，与附近含水层或含水带没有水力联系或水力联系或联系极微弱，地下水缺乏补给来源和途径，所以断层破碎带的地下水是主要储存量，在天然条件下几乎没有径流量或径流量极小。当钻孔揭露到这种地下水时，开始时涌水量很大，但以后越来越小，逐渐趋于稳定或消失。无水断层发生在厚层塑性岩石中的压性和压扭性断层，当断层面紧密闭合（无构造岩带）或构造岩胶结致密，影响带极为发育时，这种断层是不含水的；发生在脆性岩石中的断层，如果断层早已停止活动，其构造岩带和影响带的孔隙、裂隙完全被后期物质充填胶结，则这种断层也是不含水的。,预备知识导水构造,断层突水通常来说，属于断层揭露型突水的断层要么是富水断层，要么是导水断层。如果是富水断层，则说明断层破碎带的节理、裂隙及孔洞联成的突水通道不仅十分通畅，而且常常与富水性强的含水层联系密切。因此，一旦突水，在很短的时间（t1）内就会达到最大突水量（Qmax），然后有所回降，并在相当长的时间内突水量稳定于一个较大值Qa。如果突水断层为一般的导水断层，则说明断层带导水是以节理、裂隙及孔洞联成的网状突水通道不很通畅，突水水源为地下水的径流量。一旦发生突水，要在较长的时间（t1）内达到最大突水量（Qmax），然后在相当长的时间内突水量稳定于一个相对较小的数值。,预备知识导水构造,断层突水通常来说，属于断层揭露型突水的断层要么是富水断层，要么是导水断层。如果是富水断层，则说明断层破碎带的节理、裂隙及孔洞联成的突水通道不仅十分通畅，而且常常与富水性强的含水层联系密切。因此，一旦突水，在很短的时间（t1）内就会达到最大突水量（Qmax），然后有所回降，并在相当长的时间内突水量稳定于一个较大值Qa。如果突水断层为一般的导水断层，则说明断层带导水是以节理、裂隙及孔洞联成的网状突水通道不很通畅，突水水源为地下水的径流量。一旦发生突水，要在较长的时间（t1）内达到最大突水量（Qmax），然后在相当长的时间内突水量稳定于一个相对较小的数值。,预备知识导水构造,断层突水掘进沟通断层型突水、回采影响断层型突水掘进沟通断层型突水在掘进巷道（石门、运输大巷、回风巷、煤切眼等）过程中，揭露或沟通导水断层时发生的突水，一般不受矿山压力的影响或影响极小。掘进型断层突水通常有预兆。肉眼能观察到的宏观预兆主要有顶板淋水、两帮及底板渗水或“出汗”、底鼓、片帮。淋渗水的水量随巷道的推进有增大的趋势、水质逐渐变浑等现象。微观预兆主要有应力场及温度场的异常。,预备知识导水构造,回采影响断层型突水回采工作面的导水性断层可分为两种情况一是断层原先就为导水断层；二是断层原先为非导水断层，受到矿山压力影响，非导水断层经过活化后，转化为导水断层。矿山压力对该类断层的突水具有重要的控制作用。在采场支撑压力作用下，采场断层的上、下盘相互错动的过程称为“采场断层活化”。在矿山压力作用下，断层活化过程实际上是断层的开采盘沿断层面产生剪切运动，进而在断层的一端或两端产生新的断裂，使得断层得以扩展，同时，断层带的裂隙，特别是位于开采盘的裂隙也产生相应变化的过程。对于非导水断层来说，“活化”可起到两个重要作用一是通过活化，断层面上的胶结物被“剪开”，使得断层上、下盘之间由“粘接”状态转化为“断开”状态，从而为断层面成为突水通道奠定基础；二是通过活化，断层两端扩展，使得断层向含水层进一步延伸，从而增加了断层连接含水层的可能性。,岩溶陷落柱,预备知识导水构造,埋藏型岩溶的地下溶洞的顶部岩层及覆盖层失去支撑，发生坍塌和剥落产生上小下大的锥状陷落体。,岩溶陷落柱,预备知识导水构造,关于陷落柱的成因，一般认为是由含膏层位的膏溶作用形成；或由古剥蚀面发育的古溶洞顶板崩塌引起上覆地层的陷落而成。如峰峰组含膏地层，硬石膏在构造及水的作用下膨胀变成石膏，在此过程中石膏体积膨胀增大，并将上覆地层挤碎，经过长时间水的溶蚀而形成地下溶洞，随着溶蚀作用的持续进行，洞体越来越大，当地下岩溶空间大到支撑不了上覆地层压力时，破碎的顶板岩体不断崩塌陷落，从而形成陷落柱陷落柱主要出现在各岩溶系统的径流排泄区，并沿断裂构造带及含膏层位成群及定向带状分布。一般来说，碳酸盐岩含膏层越多、厚度越大的地区，陷落柱分布密度及发育规模就越大。,预备知识带压开采,岩溶充水矿床矿床充水受岩溶含水层直接或间接影响的岩溶矿床或非岩溶矿床带压开采在具有承压水压力的含水层上进行的采煤。,预备知识带压开采,预备知识突水系数,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;,预备知识下三带,矿压破坏带煤层回采后，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。原始导升带在含水层顶部，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，此带称为原始导升带。有效保护带在这两带中间完整的岩石称为有效保护带。,预备知识下三带,国家有关规程、规定对底板水害防治的要求,矿井水文地质规程（试行）煤炭工业部1984年5月15日颁布,已废止煤矿防治水工作条例煤炭工业部1986年9月9日颁布，已废止煤矿防治水规定国家安监总局颁布，2009年9月21日颁布，2009年12月1日起施行。煤矿安全规程2016年10月1日起执行。,国家有关规程、规定对底板水害防治的要求,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（含法定代表人、实际控制人）是本单位防治水工作的第一责任人，总工程师（技术负责人）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,国家有关规程、规定对底板水害防治的要求,煤矿防治水规定,水文地质补充勘探条件（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；（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。,国家有关规程、规定对底板水害防治的要求,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,第二百八十二条煤矿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”基本原则，采取“防、堵、疏、排、截”综合防治措施。第二百八十三条煤矿企业应当建立健全各项防治水制度，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍，储备必要的水害抢险救灾设备和物资。水文地质条件复杂、极复杂的煤矿，应当设立专门的防治水机构。,煤矿安全规程防治水部分条款,第二百八十四条煤矿应当编制本单位防治水中长期规划5～10年和年度计划，并组织实施。矿井水文地质类型应当每3年修订一次。发生重大及以上突透水事故后，矿井应当在恢复生产前重新确定矿井水文地质类型。水文地质条件复杂、极复杂矿井应当每月至少开展1次水害隐患排查，其他矿井应当每季度至少开展1次。第二百八十五条当矿井水文地质条件尚未查清时，应当进行水文地质补充勘探工作。,煤矿安全规程防治水部分条款,第二百八十六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。,煤矿安全规程防治水部分条款,第三百零二条井田内有与河流、湖泊、充水溶洞、强或者极强含水层等存在水力联系的导水断层、裂隙带、陷落柱和封闭不良钻孔等通道时，应当查明其确切位置，并采取留设防隔水煤岩柱等防治水措施。,煤矿安全规程防治水部分条款,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。,煤矿安全规程防治水部分条款,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,煤矿安全规程防治水部分条款,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。,煤矿安全规程防治水部分条款,第三百零八条水文地质条件复杂、极复杂或者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者在正常排水系统基础上另外安设由地面直接供电控制，且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。在其他有突水危险的采掘区域，应当在其附近设置防水闸门；不具备设置防水闸门条件的，应当制定防突透水措施，报企业主要负责人审批。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）,煤矿安全规程防治水部分条款,第三百一十条井巷揭穿含水层或者地质构造带等可能突水地段前，必须编制探放水设计，并制定相应的防治水措施。井巷揭露的主要出水点或者地段，必须进行水温、水量、水质和水压位等地下水动态和松散含水层涌水含砂量综合观测和分析，防止滞后突水。,煤矿安全规程防治水部分条款,分区指标及相互转换,1、分区指标依据矿井水文地质规程煤炭部1984年煤层底板承受水压力单位为kgf/cm2,突水系数底板受破坏地段突水系数一般不大于0.6kgf/cm2.m,正常块段不大于1.5kgf/cm2.m。煤矿防治水工作条例煤炭部1986年安全水压值在具有构造破坏地区按0.6计算，隔水层完整无断裂构造破坏地区按1.0计算。,,,分区指标及相互转换,1、分区指标依据矿区水文地质工程地质勘探规范GB/T12719-91，煤层底板承受水压力单位为MPa，1kgf/cm20.098MPa底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m,正常块段不大于0.15MPa/m煤矿床水文地质、工程地质及环境地质勘查评价标准MT/T1091-2008同上煤矿防治水规定2009年9月21日颁布，2009年12月1日施行。突水系数安全水压值底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06MPa/m,正常块段不大于0.10MPa/m。,,,,,分区指标及相互转换,1、分区指标依据,,,,,,,,,T突水系数，Mpa/m；P为底板隔水层承受的水压力，MPa;注意不是煤层底板承受的水压M底板隔水层厚度，m；Cp采矿对底板扰动的破坏深度，m；Mi底板隔水层各分层厚度，m；di各分层的强度比系数，m；h1导升发育高度（本溪组底部铝土岩发育区导升高度为0），m；h2灰岩顶面的古风化壳充填带，m；,分区指标及相互转换,1、分区指标依据,,,,,,,,,式1是我国在1964年焦作水文地质会战期间借鉴匈牙利韦格弗伦斯的相对隔水厚度概念而提出的，后经多次修改演变为式2、3、4、5；式2考虑了煤层底板扰动矿压破坏带；式3考虑了煤层底板矿压破坏带和底板隔水层的岩性组合；式4考虑了煤层底板矿压破坏带和隔水层底板导升高度；式5考虑了煤层底板矿压破坏带、隔水层底板导升高度及灰岩顶面古风化壳的岩溶充填带；,分区指标及相互转换,1、分区指标依据,,,,,,,,,1964年焦作水文地质会战期间，由于当时对矿压破坏现象和由此产生的煤层底板扰动矿压破坏带认识有限，因此，当时提出的突水系数计算公式并未考虑矿压破坏带因素。经过焦作、峰峰、邯郸、井陉、淄博和肥城等大水矿区的大量采掘工程和突涌水点的实际检验，统计发现式1正常地质块段计算的临界突水系数值为0.10-0.15MPa/m；构造破坏块段计算的临界突水系数值为0.06MPa/m。在1984年和1986年颁布的规程和条例提出了式2，虽然计算公式优化了突水的水文地质物理概念模型，但是仍采用1964年未考虑矿压破坏的临界突水系数值，这显然是不妥的。将来提出新的临界突水系数值，计算公式还可以修订,分区指标及相互转换,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。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,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。,山西省煤田水文地质图,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。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,回采诱发的导升高度,矿井水害预测预报技术方法,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,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。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,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。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水与煤矿的关系,山西煤矿底板岩溶水害及分区防治措施,,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，水化学类型多为HCO3CaMg或HCO3SO4CaMg型，水化学类型与岩溶水的迳流条件有关。,岩溶水水害特点,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水化学模型图,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,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。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,已发生历次大型断层突水统计表,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,已发生历次大型岩溶陷落柱突水统计表,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,水害隐患探测预报留设防水煤柱防水闸门、闸墙分区隔离疏水降压注浆加固建设强排系统发生突水后治理,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,水害隐患探测预报岩溶水水害特征和充水因素的分析不难发现，带压开采充水途径是导水断裂构造，加强导水断裂构造的探测预报是矿井防治工作的重点。采掘过程中可依托采掘巷道采取井下物探的方法进行隐伏断裂和断裂富水性的探查，如井下瞬变电磁法、音频电法、直流电法等。结合探查情况进行必要探放水工作，有条件时依托探水钻孔进行压水试验，测试断裂带的隔水能力。应加强各工作面的井下水文地质观测工作，特别应注意断层构造的观测，井巷出水点的观测以及矿井涌水量的观测，及时分析研究断裂带涌水量变化规律，为本区的突水预测、预报积累资料，特别应注意观测“断裂带延迟滞后型突水”。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,加强工作面水情的监测奥灰水突入巷道之前，一般都会有个过程，这个过程有的很短，几小时至一两天，有的则是开拓后半月、数月甚至更长。从开拓至奥灰水突出，总有一些现象显示，这些现象就是突水的征兆。如突水点或附近矿压明显加大；巷道产生底鼓底裂，岩层发出破裂声；有嘶嘶水叫声；帮壁突见水珠及淋水加大；煤帮松软发潮；迎面突然变冷出现水雾；顺断层炮眼或探水钻有小股水流涌出以及水中夹杂岩石喷出物等。最直接的出水征兆就是探到了突水水源，但要认清危害性突水水源，还得掌握其特有的辩认指标。切实掌握征兆和据以提出及时的防范措施，常常可起到化险为夷的作用。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,加强工作面水情的监测回采工作面承压岩溶水的突出一般多发生在回采面的边界地段，这个地段由于开采活动，应力最为集中，一旦遇到导水断层，承压水既可突出。特别是在周期性来压的过程中，隔水层失效就可能造成承压底板水顺断裂突出，矿压对突水起着诱发作用。根据底板岩溶承压水发生过程，可划分为突发、缓发、滞发三种形式。有人将突发性突水称为“一炮出水”，即采掘面上随着放炮岩溶水立即涌出，水势凶猛，且突水量的高峰也随即出现，冲击力强，底板和突水口破坏明显而通畅。一般发生于突水水源附近，突水口多为坚硬岩层，水压起着主导作用。缓发性突水从出水开始，水量缓慢增大，最大突水量的出现时间可以是几十小时几天或更长时间。此类突水多发生于采煤工作面。滞发性突水多发生在已经废弃的老塘或开拓已久的巷道，发生时间往往在开拓后的数月或半年以上，其特点是采掘过程中并无突水迹象，久后意外发生突水。。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,留设防水煤柱,煤层直接与富含水层接触或被富含水层所掩盖时，防水煤柱不应小于20m。,煤层与含水层接触时留设煤柱,煤层局部被富含水层掩盖时留设煤柱,新规定比较细，均有计算公式,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,留设防水煤柱,煤层与充水断层或充水陷落柱接触时，防水煤柱一般在30～40m。,新规定比较细，均有计算公式,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,留设防水闸门,一般设置在可能发生突水需要堵截而平时仍需运输和行人的巷道内，如井底车场、井下水泵房和变电所的出入口及受水害威胁地段与其它无水害威胁地段的通道处。防水闸门由混凝土闸墩、门框及门扇等组成。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,留设防水闸墙,一般是在某个区段开采结束后，隔绝有继续大量涌水可能而砌筑一种永远封闭的挡水建筑，通常由混凝土或钢筋混凝土修筑。,永久性多段水闸墙示意图,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,底板水的疏放,当煤层有下伏有含水层，并对采掘作业有威胁时，可采取疏干或降低水位的方法解除地下水对煤层的威胁，以保证采掘作业的正常进行。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,底板水的疏放,疏放降压钻孔煤层下部有强含水层时，有水压高，水量大，有突水危险时，此时可在疏水降压地段利用原有巷道或专门布置疏水巷道，在巷道中每隔定距离向底板以下含水层打钻孔放水，使水压降低。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,采煤准备巷道中打可控式底板放水钻孔,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,注浆堵水,注浆堵水将浆液压入地层空隙，使其扩张、凝固硬化后，起到堵、截补给水源、通道或加固地层的作用。直接封堵突水点堵水注浆如果突水点已知，且水量不大，在源头（含水层）直接注浆封堵出水点。间接封堵突水点如果水量很大，难以堵水注浆，则封堵巷道，例如上下顺槽，石门等。用于大水淹井后复矿。例如开滦范阁庄、皖北任楼、邢台东庞帷幕注浆成排群孔注浆消除地下隔水帷幕，截断过水通道的方法。最大的帷幕在徐州。,山西煤矿底板岩溶水及分区防治措施,,岩溶水水害防治措施,注浆堵水,注浆堵水将浆液压入地层空隙，使其扩张、凝固硬化后，起到堵、截补给水源、通道或加固地层的作用。直接封堵突水点堵水注浆如果突水点已知，且水量不大，在源头（含水层）直接注浆封堵出水点。间接封堵突水点如果水量很大，难以堵水注浆，则封堵巷道，例如上下顺槽，石门等。用于大水淹井后复矿。例如开滦范阁庄、皖北任楼、邢台东庞帷幕注浆成排群孔注浆消除地下隔水帷幕，截断过水通道的方法。最大的帷幕在徐州。,一般底板灰岩水害防治技术,利用底板隔水层带压开采加厚和加固隔水底板利用构造切割，分而治之用注浆帷幕封堵缺口留设防水煤柱局部注浆止水设置防水闸门改变采煤方法建立强有力的排水设施,,矿井防治水对策措施与建议,,煤矿安全规程第三百零三条对于煤层顶、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。煤矿防治水规定第七十七条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大于实际水头值时，开采后，隔水层不容易被破坏，煤层底板水突然涌出可能性小，可以进行带压开采，但应当制定安全措施，由煤矿企业总工程师审批。1、带压开采评价。测定底板隔水层平均重度、平均抗拉强度和底板隔水层承受的水头压力，根据附录四安全隔水层厚度和突水系数计算公式，评价是否可以带压开采。（前提是水文地质条件查明程度满足勘探阶段要求）2、制定带压开采方案。在带压开采过程中，要加强动态监测，制定现场应急预案，防止误揭断层或破碎带等导水地质构造，带压开采方案须经煤矿企业总工程师组织审批。,矿井防治水对策措施与建议,,煤矿防治水规定第七十八条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，开采前应当遵守下列规定（一）采取疏水降压的方法，把承压含水层的水头值降到隔水层能允许的安全水头值以下，并制定安全措施，由煤矿企业总工程师批准。总结适合本矿区（井）的安全水头值，指导安全生产。矿井排水考虑与矿区供水、生态环境保护相结合，推广应用矿井排水、供水、生态环保三位一体优化结合的管理模式和方法；（二）承压含水层的集中补给边界已经基本查清情况下，可以预先进行帷幕注浆，截断水源，然后疏水降压开采；（三）当承压含水层的补给水源充沛，不具备疏水降压和帷幕注浆的条件时，可以酌情采用局部注浆加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法，但应当编制专门的设计，在有充分防范措施的条件下进行试采，并制定专门的防止淹井措施，由煤矿企业总工程师批准。,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。,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（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。,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（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