矿井底板水防治专讲(一共五套全,免费) (1).

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1、矿井底板水的防治矿井底板水的防治牛建立 博士、研究员煤炭科学研究总院西安研究院2010年9月一、一、底板突水因素分析、预测及带压开采底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价安全度评价二、二、底板水的疏水降压底板水的疏水降压三、隔水层薄弱带的三、隔水层薄弱带的注浆加固注浆加固四、四、利用隔水层带压开采利用隔水层带压开采五、五、工程实例工程实例 一、底板突水因素分析、预测及带压一、底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价开采安全度评价 ( (二二) )底板突水因素分析底板突水因素分析( (三三) )易发生突水的地段易发生突水的地段( (四四) )底板突水预测方法底板突水预测方法( (五五) )

2、带压开采安全度评价带压开采安全度评价( (一一) )采动条件下底板破坏的规律采动条件下底板破坏的规律（一）采动条件下底板破坏的规律（一）采动条件下底板破坏的规律(c)工作面周围支承压力分布特征采动空间内应力重新分布示意图采动空间内应力重新分布示意图(b)工作面底板剪切带分布特征(a)随工作面推进底板受力特征下三带的发育 1.“1.“下三带下三带”发育特征发育特征 2. “2. “下三带下三带”的确定的确定)(312hhhh 底板隔水层在开采条件下三带分布示意图底板隔水层在开采条件下三带分布示意图（二）底板突水因素分析（二）底板突水因素分析含水层富水性及水压含水层富水性及水压破裂构造破裂构造矿压

3、破坏深度矿压破坏深度隔水层厚度、岩性组合隔水层厚度、岩性组合山东矿业学院特殊开采所经验公式山东矿业学院特殊开采所经验公式(2002(2002年年) )：式中 Cp采动对底板的破坏深度，m； L工作面斜长，m； H 采深，m； a 煤层倾角，； f 底板岩层坚固性系数 24ln9291. 73113. 00448. 000911. 0LfaHCp返回返回 采煤工作面底板受力、剪切带分布图采煤工作面底板受力、剪切带分布图（三）易发生突水的地段（三）易发生突水的地段断层交叉或汇合处断层交叉或汇合处背斜倾伏端一带背斜倾伏端一带褶曲轴部裂隙密集带或小断裂密集带褶曲轴部裂隙密集带或小断裂密集带断层尖灭或消

4、失端一带断层尖灭或消失端一带两条大断层相互对扭地带两条大断层相互对扭地带( (即张扭性破碎带即张扭性破碎带) )与导水或富水大断裂成与导水或富水大断裂成“入入”字形连接的小断裂带字形连接的小断裂带复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急剧转折带上的复合复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急剧转折带上的复合部位，或小褶曲轴与底层倾向转折带的复合部位部位，或小褶曲轴与底层倾向转折带的复合部位压性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强。压性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强。不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易于发生突水。不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易于发生突水。返回返回实例实例

5、1 1返回返回 某矿井田构造图某矿井田构造图（四）底板突水预测方法（四）底板突水预测方法1 1、采掘前的突水预测、采掘前的突水预测 2 2、采掘过程中的突水预测、采掘过程中的突水预测1 1、采掘前的突水预测、采掘前的突水预测 (1)(1)水文地质方法水文地质方法 (2)(2)突水系数分析法突水系数分析法 突水系数突水系数指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比，其表达式为：指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比，其表达式为： 式中式中 TsTs突水系数，突水系数，MPa/mMPa/m； P P作用于隔水层底板的水压力，作用于隔水层底板的水压力，MP MP Mi Mi底板隔水岩中某一性质岩石的

6、厚度，底板隔水岩中某一性质岩石的厚度，m m； ii底板隔水岩中底板隔水岩中i i层岩石等值隔水系数层岩石等值隔水系数( (泥岩为泥岩为1 1，砂页岩为，砂页岩为0.70.7，页岩为，页岩为0.50.5，断层破碎带岩石为断层破碎带岩石为0.35)0.35) Cp Cp采动对底板的破坏深度，采动对底板的破坏深度，m m； n n隔水层层数。隔水层层数。 psCMpTniiiMM1底板隔水层在开采条件下三带分布示意图底板隔水层在开采条件下三带分布示意图返回返回 底板隔水层在开采条件下三带分布示意图底板隔水层在开采条件下三带分布示意图2 2、采掘过程中的突水预测、采掘过程中的突水预测(1)(1)钻探

7、方法钻探方法 探测高水压区(若其值远远低于奥灰水压(CHA 0.41.0MPa以上)则不突水。) 探测底板水的导升高度(当导升高度上界进入或达到矿压破坏区时，往往发生突水 )(2)(2)物探方法物探方法(3)(3)突水征兆的监测突水征兆的监测返回返回（五）带压开采安全度评价（五）带压开采安全度评价1 1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度2 2、回采工作面底板隔水层突水系数回采工作面底板隔水层突水系数3 3、安全水头值安全水头值1 1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度 计算公式：计算公式：式中：式中：t t安全隔水厚度安全隔水厚度(m)(

8、m)； L L巷道底板宽度巷道底板宽度(m)(m)； 底板隔水层的平均容重底板隔水层的平均容重(t/m(t/m3 3) )； KpKp底板隔水层的平均抗张强度底板隔水层的平均抗张强度(10-2MPa)(10-2MPa)； H H底板隔水层承受的水头压力底板隔水层承受的水头压力 (10-2MPa)(10-2MPa)。如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的 pKLKpHLLt4)8(22返回返回2 2、回采工作面底板隔水层突水系数、回采工作面底板隔水层突水系数底板受构造破坏块段突水系数一般不大于底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06 MP

9、a/m0.06 MPa/m就可认为是安全的，就可认为是安全的，正常块段正常块段( (隔水层完整无断裂构造破坏隔水层完整无断裂构造破坏) )不大于不大于0.1 MPa/m0.1 MPa/m就可认为是安全就可认为是安全的。的。安全区：是指当煤层底板位于奥灰水位以下，此区不存在突水危险性；安全区：是指当煤层底板位于奥灰水位以下，此区不存在突水危险性；较安全区：是指突水系数小于较安全区：是指突水系数小于0.06MPa/m0.06MPa/m，存在底板突水的可能性，需，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，进行带压开采；采取防治水措施，进行带压开采；危险区：是指突水系数介于危险区：是指突水系数介于0.0

10、6-0.1 MPa/m0.06-0.1 MPa/m，突水的危险性较大，在岩，突水的危险性较大，在岩层完整构造简单地带采取安全措施的情况下可进行带压开采；层完整构造简单地带采取安全措施的情况下可进行带压开采；最危险区：是指突水系数大于最危险区：是指突水系数大于0.1MPa/m0.1MPa/m，是底板突水的最危险地段。，是底板突水的最危险地段。 niiisMMMMPT1返回返回3 3、安全水头值、安全水头值(1)(1)掘进巷道安全水头值掘进巷道安全水头值 式中式中 H H底板隔水层能够承受的安全水压底板隔水层能够承受的安全水压(10-2MPa)(10-2MPa)； t t底板隔水层厚度底板隔水层厚

11、度(m)(m)； L L巷道宽度巷道宽度(m)(m)； 底板隔水层的平均容重底板隔水层的平均容重(t/m3)(t/m3)； KpKp底板隔水层的平均抗张强度底板隔水层的平均抗张强度(10-2MPa) (10-2MPa) 当掘进巷道工作区段的水压值大于所计算出的安全水压值时，巷道有底板突水的危险；反当掘进巷道工作区段的水压值大于所计算出的安全水压值时，巷道有底板突水的危险；反之，可以安全掘进。之，可以安全掘进。(2)(2)回采工作面安全水头值回采工作面安全水头值 式中式中 P P底板隔水层能够承受的安全水压底板隔水层能够承受的安全水压(MPa(MPa) )； M M底板隔水层厚度底板隔水层厚度(

12、m)(m)； TsTs突水系数突水系数(MPa/m(MPa/m) ) 当回采工作面隔水底板的实际水头值大于安全水头值，则有底板突水的危险；反之，可当回采工作面隔水底板的实际水头值大于安全水头值，则有底板突水的危险；反之，可以安全回采。以安全回采。tLtKHp222MTPs返回模块四返回模块四v底板水的防治应遵循十六个字方针：底板水的防治应遵循十六个字方针：整体研究，逐块分析，因地制宜，先易后难。整体研究，逐块分析，因地制宜，先易后难。二、二、底板水的疏水降压底板水的疏水降压( (一一) )地表疏水降压地表疏水降压( (二二) )井下疏水降压井下疏水降压( (三三) )井上下联合疏水降压井上下联

13、合疏水降压（一）地表疏水降压（一）地表疏水降压地表疏降模式地表疏降模式地表疏降钻孔地表疏降钻孔( (井井) )平面布置方式平面布置方式返回返回地表疏降钻孔地表疏降钻孔( (井井) )平面布置方式平面布置方式（二）井下疏水降压（二）井下疏水降压 下行式井下疏水降压钻孔下行式井下疏水降压钻孔注意注意! !当下伏含水层的水头压力过高（大于当下伏含水层的水头压力过高（大于4 45MPa5MPa）时，井下放水钻孔施工就很困难，此时）时，井下放水钻孔施工就很困难，此时此法不宜采用此法不宜采用 (a) (a) 底板疏水降压孔平面布置示意图底板疏水降压孔平面布置示意图 (b)(b)底板疏水降压孔剖面示意图底板

14、疏水降压孔剖面示意图返回返回（三）井上下联合疏水降压（三）井上下联合疏水降压压力传递式井下疏降钻孔压力传递式井下疏降钻孔井上下联合疏水降压井上下联合疏水降压当地面或井下单一疏降方式效果不好或不够经济合理时，可采用井上下联合疏水，或采用供疏结合的联合疏水。当矿区一方面地面供水(工业、农业、居民饮用)紧张，另一方面井下水害严重，矿区供水与矿井排水之间严重矛盾时，可利用矿区供水水源地直接作为矿井疏放水系统，或者将矿井疏水系统直接用作矿区供水水源地，实现疏供水结合。压力传递式井下疏水孔压力传递式井下疏水孔返回模块四返回模块四三、隔水层薄弱带的注浆加固三、隔水层薄弱带的注浆加固注浆防治矿井水害技术优点：

15、注浆防治矿井水害技术优点：减少矿井生产过程中的排水电费，降低吨煤生产成本。有利于在矿产资源开发过程中有效地保护矿区地下水资源。有利用在矿产资源开发过程中有效地防止地下水系统环境扰动而诱发的生态环境恶化和其他相关的地质灾害发生。改善井下采掘工作环境和劳动条件。快速恢复被淹矿井或采掘工作面 具体防治方法具体防治方法( (一一) )改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度( (二二) )提高隔水层的阻水性提高隔水层的阻水性( (三三) )其它防治方法其它防治方法（一）改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度（一）改造含水层为隔水层，增加隔水层厚度返回返回底板含水层注浆改造技术示

16、意图底板含水层注浆改造技术示意图（二）（二） 提高隔水层的阻水性提高隔水层的阻水性返回返回 煤层底板隔水层破碎带注浆加固示意图煤层底板隔水层破碎带注浆加固示意图 地面防渗堵漏：地面防渗堵漏：在煤层底板下伏奥灰含水层的露头部位，如有地面水流（河流、水渠）通过时，地面水往往大量漏失而补给含水层。如河流水量很大，但漏失段不很长时，可在地面进行河床防渗堵漏工作，往往能使矿井突水危险性或矿井涌水量显著减小。 改变采煤方法：改变采煤方法：对于隔水底板厚度较薄，突水威胁严重，而又无其他有效防治办法的矿井或采区，如改用适当的采煤方法，往往能化险为夷。例如短壁开采，房柱式开采、砌充填带以至充填法采矿，都能减小矿

17、压和提高隔水底板抵抗水压的能力；快速回采、人工放顶，则能缩短悬顶时间，避免或减少底板岩体因蠕变而降低其力学强度的危险。但短壁开采、房柱式开采，会降低采煤效率，损失煤炭资源；充填法采矿会增加采煤成本，一般不宜采用。（三）其它防治方法（三）其它防治方法返回模块四返回模块四四、利用隔水层带压开采四、利用隔水层带压开采( (一一) )划分突水性分区划分突水性分区( (二二) )带压开采的措施带压开采的措施（一）划分突水性分区（一）划分突水性分区- -编制突水系数图编制突水系数图 编制突水系数图编制突水系数图 突水系数的应用是通过突水系数图来体现的。有两种突水系数图，一种是矿区或井田突水系数图(比例尺1

18、:500010000)，第二种是采区突水系数图(比例尺1:10002000或更大)。1 1、以煤层底板等高线图为底图、以煤层底板等高线图为底图某矿某矿17181718采区底板等高线图采区底板等高线图2 2、根据水位资料编制等水位线图、根据水位资料编制等水位线图 某矿某矿17181718采区底板含水层放水等水位线图采区底板含水层放水等水位线图3 3、根据以上两种资料绘制底板等水压线图、根据以上两种资料绘制底板等水压线图某矿某矿17181718采区放水等水压线图采区放水等水压线图4 4、编制有效保护层厚度等值线图、编制有效保护层厚度等值线图 某矿某矿17181718采区有效隔水层等厚线图采区有效隔

19、水层等厚线图5 5、根据底板等水压线图和有效保护层厚度等值、根据底板等水压线图和有效保护层厚度等值线图，绘出突水系数等值线图线图，绘出突水系数等值线图 返回返回 某矿某矿17181718采区底板放水突水系数图采区底板放水突水系数图（一）划分突水性分区（一）划分突水性分区- -编制带压开采地质、水文地质说明书编制带压开采地质、水文地质说明书 开采受水威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采开采受水威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书，设计之前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书，以作为设计的依据。以作为设计的依据。返回返回（二）带压开采的措施（二）带压开采的措施 1.1.短壁式开采短壁式开采 2.2.带压分段后退式开采带压分段后退式开采分段后退式分段后退式开采方法示意图开采方法示意图