礦井底板水防治專講(一共五套全)

礦井底板水的防治牛建立博士、研究員煤炭科學(xué)研究總院西安研究院2010年9月第一頁(yè)，共三十五頁(yè)。一、底板突水因素分析、預(yù)測(cè)及帶壓開(kāi)采安全度評(píng)價(jià)二、底板水的疏水降壓三、隔水層薄弱帶的注漿加固四、利用隔水層帶壓開(kāi)采五、工程實(shí)例第二頁(yè)，共三十五頁(yè)。一、底板突水因素分析、預(yù)測(cè)及帶壓開(kāi)采安全度評(píng)價(jià)

(二)底板突水因素分析(三)易發(fā)生突水的地段(四)底板突水預(yù)測(cè)方法(五)帶壓開(kāi)采安全度評(píng)價(jià)(一)采動(dòng)條件下底板破壞的規(guī)律第三頁(yè)，共三十五頁(yè)。（一）采動(dòng)條件下底板破壞的規(guī)律(c)工作面周圍支承壓力分布特征采動(dòng)空間內(nèi)應(yīng)力重新分布示意圖(b)工作面底板剪切帶分布特征(a)隨工作面推進(jìn)底板受力特征第四頁(yè)，共三十五頁(yè)。下三帶的發(fā)育1.“下三帶”發(fā)育特征2.“下三帶”的確定

底板隔水層在開(kāi)采條件下三帶分布示意圖第五頁(yè)，共三十五頁(yè)。（二）底板突水因素分析含水層富水性及水壓破裂構(gòu)造礦壓破壞深度隔水層厚度、巖性組合山東礦業(yè)學(xué)院特殊開(kāi)采所經(jīng)驗(yàn)公式(2002年)：式中Cp—采動(dòng)對(duì)底板的破壞深度，m；L—工作面斜長(zhǎng)，m；H

—采深，m；a—煤層傾角，°；f—底板巖層堅(jiān)固性系數(shù)

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采煤工作面底板受力、剪切帶分布圖第六頁(yè)，共三十五頁(yè)。（三）易發(fā)生突水的地段斷層交叉或匯合處背斜傾伏端一帶褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶斷層尖滅或消失端一帶兩條大斷層相互對(duì)扭地帶(即張扭性破碎帶)與導(dǎo)水或富水大斷裂成“入”字形連接的小斷裂帶復(fù)合部位小斷層與次級(jí)小褶曲軸在地層傾向急劇轉(zhuǎn)折帶上的復(fù)合部位，或小褶曲軸與底層傾向轉(zhuǎn)折帶的復(fù)合部位壓性斷裂下盤、張性斷裂上盤因富水性強(qiáng)。不同力學(xué)性質(zhì)的斷裂組成的斷裂帶，富水性最強(qiáng)，易于發(fā)生突水。返回第七頁(yè)，共三十五頁(yè)。實(shí)例1返回某礦井田構(gòu)造圖第八頁(yè)，共三十五頁(yè)。（四）底板突水預(yù)測(cè)方法1、采掘前的突水預(yù)測(cè)2、采掘過(guò)程中的突水預(yù)測(cè)第九頁(yè)，共三十五頁(yè)。1、采掘前的突水預(yù)測(cè)

(1)水文地質(zhì)方法(2)突水系數(shù)分析法

突水系數(shù)——指單位隔水層厚度所承受的水壓，又稱水壓比，其表達(dá)式為：

式中Ts—突水系數(shù)，MPa/m；P—作用于隔水層底板的水壓力，MPMi—底板隔水巖中某一性質(zhì)巖石的厚度，m；ξi—底板隔水巖中i層巖石等值隔水系數(shù)(泥巖為1，砂頁(yè)巖為0.7，頁(yè)巖為0.5，斷層破碎帶巖石為0.35)Cp—采動(dòng)對(duì)底板的破壞深度，m；n—隔水層層數(shù)。

第十頁(yè)，共三十五頁(yè)。底板隔水層在開(kāi)采條件下三帶分布示意圖返回

底板隔水層在開(kāi)采條件下三帶分布示意圖第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。2、采掘過(guò)程中的突水預(yù)測(cè)(1)鉆探方法①探測(cè)高水壓區(qū)(若其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奧灰水壓(CHA0.4～1.0MPa以上)則不突水。)②探測(cè)底板水的導(dǎo)升高度(當(dāng)導(dǎo)升高度上界進(jìn)入或達(dá)到礦壓破壞區(qū)時(shí)，往往發(fā)生突水)(2)物探方法(3)突水征兆的監(jiān)測(cè)返回第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。（五）帶壓開(kāi)采安全度評(píng)價(jià)1、掘進(jìn)巷道底板隔水層安全隔水厚度2、回采工作面底板隔水層突水系數(shù)3、安全水頭值第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。1、掘進(jìn)巷道底板隔水層安全隔水厚度計(jì)算公式：式中：t—安全隔水厚度(m)；L—巷道底板寬度(m)；γ—底板隔水層的平均容重(t/m3)；Kp—底板隔水層的平均抗張強(qiáng)度(10-2MPa)；H—底板隔水層承受的水頭壓力(10-2MPa)。如底板隔水層實(shí)際厚度小于計(jì)算值時(shí)，就是不安全的

返回第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。2、回采工作面底板隔水層突水系數(shù)底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)一般不大于0.06MPa/m就可認(rèn)為是安全的，正常塊段(隔水層完整無(wú)斷裂構(gòu)造破壞)不大于0.1MPa/m就可認(rèn)為是安全的。①安全區(qū)：是指當(dāng)煤層底板位于奧灰水位以下，此區(qū)不存在突水危險(xiǎn)性；②較安全區(qū)：是指突水系數(shù)小于0.06MPa/m，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，進(jìn)行帶壓開(kāi)采；③危險(xiǎn)區(qū)：是指突水系數(shù)介于0.06-0.1MPa/m，突水的危險(xiǎn)性較大，在巖層完整構(gòu)造簡(jiǎn)單地帶采取安全措施的情況下可進(jìn)行帶壓開(kāi)采；④最危險(xiǎn)區(qū)：是指突水系數(shù)大于0.1MPa/m，是底板突水的最危險(xiǎn)地段。

返回第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)。3、安全水頭值(1)掘進(jìn)巷道安全水頭值式中H—底板隔水層能夠承受的安全水壓(10-2MPa)；t—底板隔水層厚度(m)；L—巷道寬度(m)；γ—底板隔水層的平均容重(t/m3)；Kp—底板隔水層的平均抗張強(qiáng)度(10-2MPa)當(dāng)掘進(jìn)巷道工作區(qū)段的水壓值大于所計(jì)算出的安全水壓值時(shí)，巷道有底板突水的危險(xiǎn)；反之，可以安全掘進(jìn)。(2)回采工作面安全水頭值

式中P—底板隔水層能夠承受的安全水壓(MPa)；M—底板隔水層厚度(m)；Ts—突水系數(shù)(MPa/m)當(dāng)回采工作面隔水底板的實(shí)際水頭值大于安全水頭值，則有底板突水的危險(xiǎn)；反之，可以安全回采。返回模塊四第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)。底板水的防治應(yīng)遵循十六個(gè)字方針：整體研究，逐塊分析，因地制宜，先易后難。二、底板水的疏水降壓(一)地表疏水降壓(二)井下疏水降壓(三)井上下聯(lián)合疏水降壓第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)。（一）地表疏水降壓地表疏降模式第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)。地表疏降鉆孔(井)平面布置方式返回地表疏降鉆孔(井)平面布置方式第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)。（二）井下疏水降壓下行式井下疏水降壓鉆孔注意!當(dāng)下伏含水層的水頭壓力過(guò)高（大于4～5MPa）時(shí)，井下放水鉆孔施工就很困難，此時(shí)此法不宜采用

(a)底板疏水降壓孔平面布置示意圖(b)底板疏水降壓孔剖面示意圖返回第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)。（三）井上下聯(lián)合疏水降壓壓力傳遞式井下疏降鉆孔井上下聯(lián)合疏水降壓

當(dāng)?shù)孛婊蚓聠我皇杞捣绞叫Ч缓没虿粔蚪?jīng)濟(jì)合理時(shí)，可采用井上下聯(lián)合疏水，或采用供疏結(jié)合的聯(lián)合疏水。當(dāng)?shù)V區(qū)一方面地面供水(工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民飲用)緊張，另一方面井下水害嚴(yán)重，礦區(qū)供水與礦井排水之間嚴(yán)重矛盾時(shí)，可利用礦區(qū)供水水源地直接作為礦井疏放水系統(tǒng)，或者將礦井疏水系統(tǒng)直接用作礦區(qū)供水水源地，實(shí)現(xiàn)疏供水結(jié)合。

壓力傳遞式井下疏水孔返回模塊四第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。三、隔水層薄弱帶的注漿加固注漿防治礦井水害技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：減少礦井生產(chǎn)過(guò)程中的排水電費(fèi)，降低噸煤生產(chǎn)成本。有利于在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中有效地保護(hù)礦區(qū)地下水資源。有利用在礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中有效地防止地下水系統(tǒng)環(huán)境擾動(dòng)而誘發(fā)的生態(tài)環(huán)境惡化和其他相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。改善井下采掘工作環(huán)境和勞動(dòng)條件?？焖倩謴?fù)被淹礦井或采掘工作面具體防治方法(一)改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度(二)提高隔水層的阻水性(三)其它防治方法第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。（一）改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度返回底板含水層注漿改造技術(shù)示意圖第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。（二）提高隔水層的阻水性返回煤層底板隔水層破碎帶注漿加固示意圖第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。地面防滲堵漏：在煤層底板下伏奧灰含水層的露頭部位，如有地面水流（河流、水渠）通過(guò)時(shí)，地面水往往大量漏失而補(bǔ)給含水層。如河流水量很大，但漏失段不很長(zhǎng)時(shí)，可在地面進(jìn)行河床防滲堵漏工作，往往能使礦井突水危險(xiǎn)性或礦井涌水量顯著減小。改變采煤方法：對(duì)于隔水底板厚度較薄，突水威脅嚴(yán)重，而又無(wú)其他有效防治辦法的礦井或采區(qū)，如改用適當(dāng)?shù)牟擅悍椒?，往往能化險(xiǎn)為夷。例如短壁開(kāi)采，房柱式開(kāi)采、砌充填帶以至充填法采礦，都能減小礦壓和提高隔水底板抵抗水壓的能力；快速回采、人工放頂，則能縮短懸頂時(shí)間，避免或減少底板巖體因蠕變而降低其力學(xué)強(qiáng)度的危險(xiǎn)。但短壁開(kāi)采、房柱式開(kāi)采，會(huì)降低采煤效率，損失煤炭資源；充填法采礦會(huì)增加采煤成本，一般不宜采用。（三）其它防治方法返回模塊四第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)。四、利用隔水層帶壓開(kāi)采(一)劃分突水性分區(qū)(二)帶壓開(kāi)采的措施第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)。（一）劃分突水性分區(qū)

-編制突水系數(shù)圖編制突水系數(shù)圖突水系數(shù)的應(yīng)用是通過(guò)突水系數(shù)圖來(lái)體現(xiàn)的。有兩種突水系數(shù)圖，一種是礦區(qū)或井田突水系數(shù)圖(比例尺1:5000～10000)，第二種是采區(qū)突水系數(shù)圖(比例尺1:1000～2000或更大)。第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)。1、以煤層底板等高線圖為底圖某礦1718采區(qū)底板等高線圖第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)。2、根據(jù)水位資料編制等水位線圖

某礦1718采區(qū)底板含水層放水等水位線圖第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)。3、根據(jù)以上兩種資料繪制底板等水壓線圖某礦1718采區(qū)放水等水壓線圖第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)。4、編制有效保護(hù)層厚度等值線圖

某礦1718采區(qū)有效隔水層等厚線圖第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)。5、根據(jù)底板等水壓線圖和有效保護(hù)層厚度等值線圖，繪出突水系數(shù)等值線圖

返回某礦1718采區(qū)底板放水突水系數(shù)圖第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)。（一）劃分突水性分區(qū)

-編制帶壓開(kāi)采地質(zhì)、水文地質(zhì)說(shuō)明書(shū)開(kāi)采受水威脅地區(qū)的煤層，在編制開(kāi)拓、掘進(jìn)與回采設(shè)計(jì)之前，必須編制該范圍的地質(zhì)、水文地質(zhì)說(shuō)明書(shū)，以作為設(shè)計(jì)的依據(jù)。返回第三十三頁(yè)，共三十五頁(yè)。（二）帶壓開(kāi)采的措施1.短壁式開(kāi)采2.帶壓分段后退式開(kāi)采分段后退式開(kāi)采方法示意圖第三十四頁(yè)，共三十五頁(yè)。內(nèi)容梗概礦井底板水的防治。牛建立博士、研究員。一、底板突水因素分析、預(yù)測(cè)及帶壓開(kāi)采。一、底板突水因素分析、預(yù)測(cè)及帶壓開(kāi)采安全度評(píng)價(jià)。式中Cp—采動(dòng)對(duì)底板的破壞深度，m。褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶。復(fù)合部位小斷層與次級(jí)小褶曲軸在地層傾向急劇轉(zhuǎn)折帶上的復(fù)合部位，或小褶曲軸與底層傾向轉(zhuǎn)折帶的復(fù)合部位。壓性斷裂下盤、張性斷裂上盤因富水性強(qiáng)。式中Ts—突水系數(shù)，MPa/m。①探測(cè)高水壓區(qū)(若其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奧灰水壓(CHA0.4～1.0MPa以上)則不突水。④最危險(xiǎn)區(qū)：是指突水系數(shù)大于0.1MPa/m，是底板突水的最危險(xiǎn)地段。式中H—底板隔水層能夠承受的安全水壓(10-2MPa)。式中P—底板隔水層能夠承受的安全水壓(M