煤矿水害防治技术.pps

煤矿水害防治技术,谢东海博士、副教授、注册安全工程师湖南科技大学采矿与安全工程研究所,5断层水的防治,,一、断裂带充水规律,二、断层水的探放,三、断层防水煤柱的留设,四、断层的注浆堵水,五、水闸墙封堵突水点,六、工程实例,,一、断裂带充水规律,,一断裂带的划分,二断裂带充水特征,三断裂两盘含水层和煤层的对接关系类型,四断层的“活化”,（一）断裂带的划分,断裂内带断裂外带断裂中带,断裂构造影响范围分带示意图,（二）断裂带充水特征,（三）断裂两盘含水层和煤层的对接关系类型,,（四）断层的“活化”,,突发性涌水突水形成示意图,断层突水分析实例,实例1某煤矿9101上工作面回风巷突水分析,a9101工作面突水点平面图,b9101工作面突水点剖面图,,实例2某煤矿巷道突水分析,7006改材料巷突水点平面位置示意图,7512巷道突水点平面位置示意图,,二、断层水的探放,,一探放断层水的原则及探查内容,二探放断层水的方法,三探放断层水的安全注意事项,四断层水的预防与处理,（一）探放断层水的原则及探查内容,,1、探放断层水的原则,2、探放断层水的探查内容,1、探放断层水的原则,,2、探放断层水的探查内容,断层的位置、产状要素、断层带宽度包括内、中、外三带及伴生或派生构造和其导水性、富水性等。断层带的充填物及充填程度、胶结物及胶结程度，断层两盘外带裂隙、岩溶发育情况及其富水性。断层两盘对接部位的岩性及其富水性，煤层与强含水层的实际间距即隔水层的厚度。断层与其它含导水断层、陷落柱或其它水体交切部位及其富水性。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。探明以上内容，应先提供断层面等高线图及两盘主要煤层、含水层交切关系图，探测断层预想剖面图。,,断层面等高线及上、下盘煤层、含水层交线图,断层面等高线及上、下盘煤层、含水层交线图,A-A剖面图,,A-A剖面图,B-B剖面图,,B-B剖面图,（二）探放断层水的方法1,工作面前方已知或预想有含导水断层的探查,工作面前方已知或预想有含导水断层的探查,（二）探放断层水的方法2,隔水岩柱厚度处于临界状态时，掘进工作面前方有无断层突水危险的探查,掘进工作面前方有无断层突水危险的探查,（二）探放断层水的方法3,巷道实见断层，在采动影响后有无突水危险性的探查,采动影响后有无突水危险性的探查,（三）探放断层水的安全注意事项,水压＞2MPa的断层，一般不宜沿煤层探放断层水。开孔层位必须在较坚硬的岩层中，孔口管即止水套管的长度，超前距离、探断层的起始点距离应符合要求。必须使钻孔在一定的安全深度揭露断层，由孔口至断层之间的岩壁厚度能在关闭孔口阀门时足以抗衡水压的破坏。水压＞2MPa时，应选用钻深200～300m的井下大、中型钻机，水泵应能单独起动，水泵压力应大于实际水压的1.5倍，以便停钻时可以不停泵；一旦高压水大量喷出，须立即注浆封孔，确保安全。揭露断层带或含水层时，孔径应小于60mm，同时采用肋骨钻头，以控制孔内涌水量和防止高压水时钻杆射出。孔口安全装置要求与探老空水时相同。在喷高压水的条件下继续钻进时，斜孔可使用孔口防喷逆止阀，钻具可使用防喷接头，上下钻可使用孔口反压装置。严格执行交接班制度，力争做到交接班时不停钻，以防止发生孔内事故。钻孔终孔后，孔内有水应进行放水试验。钻孔完成各项探测任务后，应立即全孔注浆封闭。,（四）断层水的预防与处理,断层水突出的防治措施,三、断层防水煤柱的留设,,一煤层位于导水断层上盘时，煤岩柱的留设,二位于导水断层下盘时，煤岩柱的留设,三煤层位于不导水断层上盘时，煤岩柱的留设,四煤层位于不导水断层下盘时，煤岩柱的留设,（一）煤层位于导水断层上盘时，煤岩柱的留设1,煤层位于导水断层上盘时，煤岩柱的留设,（一）煤层位于导水断层上盘时，煤岩柱的留设2,,可用下面的经验公式计算顺层防水煤柱的宽度≥20式中L顺层防水煤柱宽度m；A安全系数一般取2～5；M煤层厚度或采高m；P隔水层所承受的水压MPa；Kp煤的抗张强度（MPa）。,,（一）煤层位于导水断层上盘时，煤岩柱的留设3,当煤层倾角较大时，可用下式计算水平防水煤柱宽度式中Lp水平防水煤柱宽度m；L顺层防水煤柱宽度m；α煤层倾角。,,（一）煤层位于导水断层上盘时，煤岩柱的留设4,当岩层与断层间夹角与断层走向正交剖面上的锐角较小时，应考虑底板突水的可能性，并用底板防水岩柱厚度来校验。≥20m式中L顺层防水煤柱宽度m；Ha安全防水岩柱厚度m；θ岩层与断层夹角。将两次计算结果进行比较，采用较大的数值。Ha的确定方法方法1根据矿井实际资料确定方法2用突水系数估算方法3用单位水压所需要的等值隔水层厚度相对隔水层厚度计算,（二）位于导水断层下盘时，煤岩柱的留设1,,位于导水断层下盘时，煤岩柱的留设,,（二）位于导水断层下盘时，煤岩柱的留设2,计算公式≥20m式中L顺层防水煤柱宽度m；L1、L2、L3顺层防水煤柱分段宽度m；θ断层面与煤层的夹角，取锐角；δ岩移塌陷边与煤层的夹角，取锐角；Hml导水冒落裂隙带高度m；,（三）煤层位于不导水断层上盘时，煤岩柱的留设,,1、含水层高于冒裂带时，煤岩柱的留设,2、含水层在冒裂带高度以内时，煤岩柱的留设,3、含水层低于煤层时，煤岩柱的留设,1、含水层高于冒裂带时煤岩柱的留设,,①δ＞θ时，用下式计算顺层防水煤柱的宽度≥20m式中h含水层至冒裂带高度m。②δ＜θ时，用下式计算顺层防水煤柱的宽度≥20m式中L4岩柱的宽度m。,,含水层高于冒裂带时，煤岩柱的留设示意图,含水层高于冒裂带时，煤岩柱的留设,,,2、含水层高于冒裂带时煤岩柱的留设,①δ＞θ时图6-2-4a，用下式计算顺层防水煤柱的宽度≥20m②δ＜θ时图6-2-4b，用下式计算顺层防水煤柱的宽度≥20m,,含水层在冒裂带高度以内时,煤岩柱的留设示意图,含水层在冒裂带高度以内时,煤岩柱的留设,,3、含水层低于煤层时煤岩柱的留设,式中hc含水层至煤层的层间距m。,含水层低于煤层时,煤岩柱的留设,（四）煤层位于不导水断层下盘时，煤岩柱的留设,,1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤岩柱的留设,2、含水层底面高于冒裂带高度时，煤岩柱的留设,3、含水层底面低于冒裂带高度时，煤岩柱的留设,4、含水层顶面低于煤层时，煤岩柱的留设,1、含水层位于冒裂带上限附近时，煤岩柱的留设,含水层位于冒裂带上限附近时,断层防水煤柱的留设方法与“煤层位于导水断层下盘时”相同。,含水层位于冒裂带上限附近时，煤岩柱的留设,,2、含水层底面高于冒裂带高度时，煤岩柱的留设,含水层底面高于冒裂带高度时，煤岩柱的留设,,3、含水层底面低于冒裂带高度时，煤岩柱的留设,式中M2含水层顶面至煤层的层间距m。,含水层底面低于冒裂带高度时,煤岩柱的留设,,4、含水层顶面低于煤层时，煤岩柱的留设,式中a含水层至煤层的顺层距离m。,含水层顶面低于煤层时,煤岩柱的留设,四、断层的注浆堵水,导水断层及断裂破碎带往往作为导水通道，将含水层中水导入采掘空间，对矿井安全造成威胁，封堵断层导水通道就是利用注浆工程切断这种过水途径而达到预防或治理矿井水害的目的。对于通过各种勘探手段已经查明的有可能发生突水事故并给矿井正常生产带来安全威胁的导水断层及断裂破碎带，应在采掘工程揭露或发生突水之前进行封堵或注浆改造，达到预防突水事故发生的目的。1.直接封堵法2.间接封堵法,1、掘进巷道前方导水断层注浆改造工程示意图,,掘进巷道前方导水断层注浆改造工程示意图,,2、井下封堵突水断层进水口工程示意图,井下封堵突水断层进水口工程示意图,,3、地面封堵过水巷道工程示意图,地面封堵过水巷道工程示意图,实例1某矿9204采面注浆堵水工程,某矿9204采面注浆堵水工程,地质剖面图,实例2某矿31104工作面注浆堵水工程,某矿31104工作面注浆堵水工程,突水口地段地质剖面图,实例3某矿F6断层薄弱带的注浆加固,某矿F6断层薄弱带的注浆加固,某矿注浆加固过断层示意图,五、水闸墙封堵突水点,当突水口水源的过水通道条件清楚而又集中，且具备灌浆封堵条件时，可采用有效的灌浆封堵方法，即所谓“卡脖子法”。灌浆可在地面进行，也可在井下进行。水闸墙应用实例方庄煤矿利用水闸墙及注堵突水点方法减少矿井排水量。,方庄12041上副巷突水点剖面示意图,方庄煤矿控制机归顺突水水流概略图,,方庄煤矿控制机归顺突水水流概略图1突水点；2突水水流漫流方向；3归顺后的水流方向；4突水冲垮的巷道；5突水后新开拓的巷道；6水流冲垮成厅堂地段；7封闭突水点的水闸墙,六、工程实例,实例1某煤矿9204工作面突水原因分析实例2断层滞后出水原因分析及防治对策实例3构造破碎带高压宽通道突水封堵技术实例4短距离小断面大流量动水巷道快速截流技术实例5综放工作面顶板突水与断层活化的关系,典型工作任务,断层导水性探查及防治措施、方案1.工作任务分析讨论该断层对下组煤开采可能的影响。提出开采煤层时对井田内断层水的可行性防治措施、方案。2.工作方法分组讨论，独立完成。3.背景资料某矿开采下组煤，下组煤厚4m，距奥灰顶面距离35m，岩性以砂岩、薄层石灰岩、泥岩、泥页岩为主。勘探资料表明，三采区内有F6断层发育，断层落差2m。根据资料作出的断层剖面示意图见图1。断层两侧岩性以砂岩、粉砂岩、砂质页岩、铝土泥岩为主。,返回,某矿三采区F6断层剖面示意图,