煤矿水害防治方法(山东大学岩土与结构工程研究中心)ppt培训课件

煤 矿水 害 防 治 方 法

潘光明 副教授

山东大学岩土与结构工程研究中心

主 要 内 容

1、我国煤矿水害的现状

1.1 我国煤矿近几年水害现状：

据不完全统计，从20世纪80年代至今的20多年里，我国有近250对矿井被水淹没，死亡近9000人，经济损失350多亿元人民币。1995年至2006年12年间共发生各类煤矿水害事故1424起，死亡5432人，其中10人以上水害事故111起，死亡2025人，经济损失210余亿元。

1、我国煤矿水害的现状

表1.1 近几年我国煤矿较大以上水害事故统计表

1、我国煤矿水害的现状

1.2 山东省煤矿水害事故：

1949～2004年共发生水害事故96起，死亡782人。其中老空水水害事故61起，死亡655人，占事故起数的63.5%，占死亡人数的83.8% ;地表水水害事故12起，死亡111人;承压含水层水水害事故23起，死亡16人。

1、我国煤矿水害的现状

山东省煤矿水害事故统计表

1、我国煤矿水害的现状

2007年-2008年煤矿水害事故分析

2007年-2008年全国发生水害事故122起，死亡518人，占全国煤矿总死亡人数的7.4%。

发生重大以上(10人以上)水害事故11起，死亡190人，占全国重大以上事故的16.7%和14.8%。

1、我国煤矿水害的现状

2007年、2008年煤矿透水(未遂)事故共计122起，较大以上水害事故56起。

1、我国煤矿水害的现状

1、水害事故主要放生在乡镇煤矿。在122起水害事故中，乡镇煤矿(含非法煤矿)97起，占79.5%。56起较大以上水害事故中，乡镇煤矿45起，死亡285人，占80.4%和68.2%。

2、透水事故的主要水源为老空(窑)区积水及地表水。在56起较大以上水害事故中，属于老空(窑)透水事故的51起，死亡384人，占91.1%和91.80%。由于地表河水、洪水倒灌矿井发生的事故5起，死亡34人，占8.9%和8.2%。

1、我国煤矿水害的现状

3、掘进工作面是发生透水事故的主要地点。在56起较大以上水害事故中，45起发生在掘进工作面，占80.4%。

4、非法违法生产造成透水事故比例较高。在56起较大以上水害事故中，非法违法生产造成透水事故的23起，死亡172人，占较大以上事故的41%和41.1%。

5、国有煤矿发生4起重特大透水事故。

6、瞒报事故是有发生。

7、部分地区水害多发。

1、我国煤矿水害的现状

1、企业主题责任不落实，一些企业对水害防治工作认识不到位，防范意识差，有的是水害防治制度不落实，责任不明确，水害体制机制弱化，专业人员不足。

2、水文地质资料不清。缺乏必要的基础图纸资料，有的采掘程平面图与实际误差较大，有的井田边界老空积水不清楚。

3、探放水措施不落实。

4、违章指挥。有的在有突水征兆的情况下，仍违规组织生产。

5、破坏防隔水煤岩柱。有的超限越界开采。

6、有的煤矿防治水工程质量差。

7、水害应急预案不健全。

8、一些企业在防范自然灾害方面存在薄弱环节。

1、我国煤矿水害的现状

煤矿透水事故案例

华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿透水事故

存在的主要问题

一是水文地质资料未查清，没有严格执行先探后掘、有疑必探的规定，井田内老窑积水情况未查清，就进行回采工作面巷道施工，没有按要求配备探放水钻机，未采取打钻探水措施;

二是劳动组织管理混乱，为了抢工期、赶进度，井下安排15个掘进面同时作业，当班作业人员过度集中，且领导干部带班制度不落实;

三是现场管理不到位，单纯追究产值、速度，忽视安全生产;

四是施工安全措施不落实，工作面出现透水征兆后，没有按照规定采取停止作业、立即撤人等果断有效措施;

五是隐患排查治理不力，特别是今年3月份以来20101工作面回风巷多次发现巷道积水、顶板淋水，但一直未采取有效措施消除隐患;

六是施工组织不合理，违反施工组织程序，在矿井一、二期工程没有全面完成、主要排水系统没有建成的情况下，就强行施工三期工程;

七是安全培训不到位，未对职工进行全员安全培训，新到职工未培训就安排上岗作业，部分特殊工种无证上岗。

2008年8月17日山东省新泰市华源矿业公司因柴汶河河岸决口，引发溃水淹井，172人遇难，另一相邻矿9人遇难，造成惨重损失

直接原因：①突降暴雨。16日4时至18日6时降雨量262.3mm，50年一遇;②山洪暴发。东、北、南三面环山，降水易于汇集;③河水猛涨。柴纹河最大洪峰流量1840m3/s，行洪能力1089m3/s ，水位高出河岸高程0.85m;④河岸决口。长65m;水头差5m;⑤洪水淹井。三个冲刷区总面积4.4万m3，第一个直径约50m，深10m;第二个直径80m，深6～8m;第三个长60m，宽30m，深10m。溃入井下水量1260万m3，砂、石粉、粉煤灰约30万m3。

主 要 内 容

2、矿井充水条件及水害类型划分

涌水( water burst 、 inundation )

矿体围岩空隙中的地下水(孔隙水水源、裂隙水水源、岩溶水水源)、地表水水源，在压力作用下涌出，称为涌水。

2、矿井充水条件及水害类型划分

突水(water gushing-out)

量大、势猛，突发的涌水，危害性极大，又称灾害性涌水。

2、矿井充水条件及水害类型划分

2、矿井充水条件及水害类型划分

透水事故(透水)( permeable; pervious to water)

是指矿井在建设和生产过程中，地面水、地下水(老空水)通过裂隙、断层、塌陷区等各种通道涌入矿井，当矿井涌水超过正常排水能力时，就造成矿井水灾，通常也称为透水。

2、矿井充水条件及水害类型划分

重大突水事故：指突水量首次达到300m3/h以上或者造成死亡3人以上的突水事故。

空 隙：

是指松散岩石颗粒或颗粒集合体之间的空隙根据成因和后期所受应力作用程度分为孔隙。

裂隙(节理)：是指各种应力作用下岩石破裂产生的裂缝。裂隙按成因可分 为成岩裂隙、构造裂隙和风化裂隙。

成岩裂隙：是在成岩过程中由于冷凝收缩(岩浆岩)或固结干缩(沉积岩) 而产生的。

构造裂隙：是岩石在构造变动中受力而产生的。这种裂隙具有方向性，大小悬殊(由隐蔽节理到大断层)，分布不均一。

风化裂隙：是在风化应力作用下，岩石破坏产生的裂隙，主要分布在地表附近。

溶隙(岩溶、溶穴)：

可溶性岩石(如岩盐、石膏、石灰岩和白云岩等)，在地下水溶蚀下会产生空洞，这种空隙称为溶隙(岩溶、溶穴)。

包气带水：是指地表面与潜水面之间的地带称包气带，处于其间的地下水为包气带水。它一般分为土壤水(结合水和毛细水)和上层滞水。降水入渗要通过包气带，才达到潜水面，补给潜水。

上层滞水：是指埋藏在离地表不深的饱气带中局部隔水层上的重力水。

潜 水：是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，且具有自由水面的重力水。潜水面的形状可用等水位线图来表示，等水位线图即潜水面的等高线图。承压水含水层的水面特征.可用等水压线图来描述，承压水等水压线图即承压水测压水位等高线图。

断层：

岩层受地应力作用后发生破裂，在力的继续作用下沿破裂面两侧岩块发生显著相对位移的断裂构造。

断层的组合形式

地堑：是指两条以上走向大致平行，具有共同的下降盘的断层组合方式。

地垒：是指两条以上走向大致平行，具有共同的上升盘的断层组合方式。

阶梯状构造：是指由数条产状大致相同的正断层组成，各个断层的上盘向同一方向依次下降。

叠瓦状构造：是指由数条产状大致相同的逆断层组成，各个断层的上盘均向同一方向依次逆冲形成。。

陷落柱成因和机理

1、含煤岩系或下伏地层中含有可溶性岩层，特别是石膏层。

2、含煤区域内发育有断裂构造等良好的地下水通道。

3、地下水丰富，且具有溶蚀性强的各种酸根。

4、有强径流和流畅的排泄区，具有良好的地下水动力条件。

其中溶洞是陷落柱产生的先决条件。导致陷落柱塌 陷的机理主要有重力塌陷和真空吸蚀塌陷。

2、矿井充水条件及水害类型划分

水源的类型和大小，渗透通道的位置、性质和强弱等都直接控制和影响着矿井的充水程度，这是形成矿井涌水的内在因素。

我国煤矿水害分布区域(六大水害区)：

华北石炭二叠纪煤田的岩溶—裂隙水水害区(河北、河南、山东、江苏、两淮);

华南晚二叠纪煤田的岩溶水害区(云南、四川、重庆、广东);

东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区(东北三省);

西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区(新疆、内蒙);

西藏—滇西中生带煤田的裂隙水水害区;

台湾地区第三纪煤田的裂隙—孔隙水水害区;

⑴ 岩溶水害占92.3%;

⑵ 地表水害占4.9%;

⑶ 冲积层水害占1.4%;

⑷ 砂岩水害占1.4%;

2.3 矿井充水因素之-充水水源

地下水的化学分析

地下水的化学成分及其形成作用

地下水中所发现的化学元素有70余种。通常它们呈离子状态、化

合物分子状态及游离气体状态存在。

(1)地下水中分布最广、含量较多的离子共有七种，即：氯离子(C1-)、硫酸根离子(SO42-)、重碳酸根离子(HCO3-)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、钙离子(Ca2+)及镁离子(Mg2+)。

(2)地下水中常见的气体成分有O2、N2、CO2、CH4及H2S等，尤以前三种为主。

地下水中以未离解的化合物构成的胶体，主要有Fe(OH)3、Al(OH)3 及H2SiO3等。

一般情况下，随着地下水的含盐量的变化，水中占主要地位的离子成分随之发生变化：低含盐量的地下水中以HCO3- 、Ca2+及Mg2+ 为主;高含盐量的地下水中主要以CL- Na+为主;中等含盐量的地下水中阴离子常以SO42-为主，主要阳离子可以是Na+，可以是Ca 2+

上述现象的原因：是水中盐类的溶解度不同所致。氯盐的溶解度最大，硫酸盐次之，碳酸盐最小;而钙的硫酸盐，特别是钙镁的碳酸盐溶解度最小。因此，在水中，随着含盐量的增加，钙镁的碳酸盐首先达到饱和并沉淀析出，含盐量继续增大时，钙的硫酸盐也饱和析出，因此含盐量高的地下水中以以CL- 、Na+为主了。

几种常见突水水体的水化学成分

大气降水：靠近海洋处降水成份以Na+、CL_为主，而在内陆，成份与河水相似，主要以HCO3-和Ca2+为主。矿化度低，含盐量以5mg/L～50 mg/L，PH值5.5～7.0。河水矿化度低，一般小于1g/L，阴离子为：HCO3->SO42->CL-。湖水：矿化度很高，可达35g/L。

埋藏于松散沉积层中的孔隙水

(1)洪积扇的上部迳流带：矿化度底，一般小于1g/L，属HCO3-型水。

(2)中部溢出带：矿化度可达10-20g/L ，常为SO42--HCO3-或HCO3--SO42-型水。

(3)下部垂直交替带：迳流条件差，排泄主要为蒸发作用，矿化度急剧增加(50g/L)，为CL--SO42-或SO42--CL-型水。

(4)河流上游冲击物中地下水

接受河水矿化度低，多为HCO3-型水，再往下游依此为SO42-或CL-型水。

岩溶水： 主要决定于可岩溶的岩性和化学成分，石灰岩地下水多为低矿化度的HCO3--Ca2+ Mg2+型水,这种情况一般在近地表处大气降水补给径流条件好，氧化环境下才出现，而在径流微弱地区，则可能出现SO42-型或CL--SO42-型水。

酸性矿坑水： 酸性矿坑水是煤矿区区常见的，与周围地下水化学特征有明显的区别，PH值较低，常在2～4之间。硫酸根离子含量高，常在数百数千mg/L之间。

阻水断裂带

充水特征

陷落柱

充填不好，胶结不好或周边伴生张裂隙特别发育的裂隙，往往是构成强含水层的良好通道，为煤矿突水重大隐患

陷落柱出现前的征兆

1、煤岩层产状发生变化，煤岩层产状向陷落中心倾斜。

2、裂隙和小断层增多。

3、煤出现风氧化现象

4、涌水量增大。

人为导水通道

矿井排水后因潜蚀，掏空产生的疏通裂隙和地表塌陷。

矿井长期排水，使岩溶通道疏通，增加连通性，引起大量涌水涌砂。并引起岩溶区地面严重塌陷，大量地表水溃入井下

案例：

7月2日12时左右，广西壮族自治区来宾市合山市河里乡合山煤业公司八矿樟村井发生采空区垮塌，泥浆溃入井下。经初步了解，事故当班井下有71人作业，事故发生后，49人安全升井。截止7日10时，有2名矿工获救，已发现8人死亡，尚有12人被困井下下落不明。 目前，抢险救援工作正在进行。

主 要 内 容

1、受采掘破坏或影响的含水层及水体(其中包括含水层性质及补给条件和单位涌水量)，含水层主要指矿井充水的主要含水层，单位涌水量是反映含水层富水性的重要指标。

2、矿井及周边老空水分布状况。老空水包括古井、小窑、矿井采空区及废老塘的积水等。老空水一般位置不清、水体几何形状不规则、空间分布无规律，积水位置难以分析判断，突水来势凶猛，破坏性强，老空水多为酸性水且具有腐蚀性，有的老空水含有硫化氢。老空水事故约占总水害事故的80%。

3、矿井涌水量及矿井突水量。

4、开采受水害威胁程度，主要从是否经常突水、突水量和突水频率三个方面考虑。

5、防治水工作难易程度：主要依据防治水工程量和经济效益等考虑。

主 要 内 容

《煤矿防治水规定》颁布实施

《煤矿防治水规定》已经2009年8月17日国家安全生产监督管理总局局长办公会议审议通过，现予公布，自2009年12月1日起施行。1984年5月15日原煤炭工业部颁发的《矿井水文地质规程》(试行)和1986年9月9日原煤炭工业部颁发的《煤矿防治水工作条例》(试行)同时废止。 　 　 局长 骆琳 　　 二○○九年九月二十一日

《煤矿防治水规定》(国家安全生产监督管理总局令第28号)第3条规定：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、堵、疏、排、截的综合治理措施。

十六字原则是水害防治工作的基本程序

预测预报 是水害防治的基础，就是指在查清矿井水文地质条件的基础上，运用先进的预测预报理论和方法，对矿井水害做出科学的分析判断和评价;

有疑必探就是指根据水害预测预报评价结论，对可能构成水害威胁的区域，采用物探、化探和钻探综合探测技术手段，查明或排除水害;

先探后掘:是指综合探查，确定巷道掘进没有威胁后再掘进施工。

先治后采：是指根据查明的水害情况，采取有针对性的治理措施排除水害隐患后，再安排采掘工程。

五项综合治理措施

主 要 内 容

1、地表水的防治：

(1)查明矿区地面水文情况，建立疏水、防水和排水系统，预防雨季洪水倒灌矿井。

疏水系统：在矿区内修筑疏水渠道。

防水系统：矿井井口及工广应建在不受洪水威胁的地点，矸石、炉灰及施工土方避开洪水和河流冲刷方向。修筑防洪堤坝、挖防洪沟，封堵地面塌陷裂缝和塌陷洞，加强对地面封闭不良钻孔的管理。

排水系统:用于洪水和河水倒灌时的排水。

(2)矿井井口与工业广场内建筑物标高要高于当地历年最高洪水位。

(3)对正在使用的钻孔安装孔口盖，孔口高出当地最高洪水位，对报废的钻孔，要及时封孔。

(4)对报废的立井、塌陷坑要及时充填。

(5)建立灾害性天气预警和预报机制并严格执行。

地面防水工程的类型及其方法

1、截水沟、水库与防洪堤：位于山麓或山前平原的矿区，雨季常有山洪或潜流侵袭，淹没露天坑、井口和工业广场或沿采空塌陷、含水层露头大量渗入造成矿井涌水。应在矿区上方垂直来水方向开挖大致沿地形等等高线布置的排洪沟;

2、河流改道：当矿区有河流通过并严重威胁露天矿或矿井生产时，可对河流进行改道。

3、整铺河床：当河流(渠道、冲沟)通过矿区，并沿河床或沟底的裂隙渗入矿井时，可在漏失地段用黏土及料石或水泥铺砌不透水的人工河床，以阻止或减少河水漏失。

4、堵塞通道：采矿活动引起的塌陷坑和裂隙，基岩露头区的裂隙、溶洞及岩溶塌陷坑、废弃钻孔或老空等，经查明与井下构成水力联系时，可用黏土、块石、水泥、钢筋混凝土等将其填塞。

案例1

1987年3月2日18时，新庄孜井田南翼C13槽煤露头区的朱海甫个体小井，无证开采露头煤造成在塌陷积水大塘边掉塌陷漏斗，使地表积水突然溃入小井和下方的C13煤层开采区，总水量达13.7m3，造成区内9对相互连通的小井全部吞没，受水威胁的新庄孜矿停产，谢三矿、谢一矿部分停产，影响煤炭产量201万t，淹没致死人员12名。

老空水防治

⑴克服麻痹侥幸心理，避免疏忽大意;⑵认真分析老空(窑)积水的调查资料;⑶制定合理有效的防治措施;⑷严密组织探水措施;⑸特别注意近探近放和贯通积水巷道或积水区;⑹重视自采自掘采空区、废巷积水的探放;⑺重视钻探、物探相互结合。

《煤矿防治水规定》对老空水的防治在第五章井下探放水中(88～101条)：

一是要分析排查，把水文地质条件查清;物探、化探和钻探方法

二是要制定探查治理措施(设计、钻孔布置、钻机的安装及施工、终孔孔径、止水套管的长度、出现透水征兆及措施、应急预案等);

三是如何确认探查治理的效果;

山东省煤炭工业局关于预防煤矿生产安全事故的特别规定(鲁煤安管[2009]75号)：

第24条：受古空、老空、采空区积水威胁的矿井，必须定期对积水情况进行排查分析，将积水范围、积水量、积水上下限标高及时准确地填绘在采掘工程平面图等有关图纸上，表明积水线、探水线和警戒线。凡存在水害隐患或水文地质条件不清的区域，必须坚持“有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则。

2006年5月18日大同左云县新井煤矿发生老空透水，死亡56人。

直接原因：靠近积水采空区生产，多处透水征兆明显的情况下，开采破坏了煤岩柱。

管理原因：①违法超层越界开采;②职能部门及工作人员执法不力;③地方政府未履行职责。

2007年3月10日辽宁老虎台煤矿综放工作面发生老空透水，死亡29人。

直接原因：冒裂带波及上覆老空积水溃入工作面。

间接原因：①技术管理存在漏洞;②管理人员防治水患意识不强;③隐患排查流于形式;④安全培训不到位，作业人员不掌握正确的水患逃生措施;⑤专业人员缺乏，水文地质工作力量薄弱。

2005年8月7日广东梅州大兴煤矿发生老空透水25万m3，死亡121人; 。

直接原因：急倾斜煤层，超强度开采，破坏了上部留设的安全防隔水煤柱，使上部老空水溃入井下。

管理原因：①违规开采(无设计);②违法开采(在停产整顿期间);③“三超”(设计3万吨/年，12个掘进面和34个采煤面生产);④安全管理混乱，技术管理不到位;⑤政府监管不到位。

济源市马庄煤矿10·29重大透水事故案例分析

2008年10月29日19时10分许，济源市马庄煤矿发生一起重大透水事故，造成18人死亡，3人下落不明，直接经济损失590万元

直接原因

突水点(一下山中部小溜子巷内的西拐巷正头)西部以上存有大量的老空区，老空区内存有大量的承压水，突水点处到老空区的防隔水煤柱宽度不够，在承压水长期的压迫和浸透下，防隔水煤柱被突然冲垮，老空区内的水瞬间溃出，是造成这起透水事故发生的直接原因。

对孔隙水(松散层水)的防治

1、疏干或封堵截源

2、留足防隔水煤岩柱，相邻矿井的分界处应当留设隔水煤岩柱

(1)矿井以断层为界的，应在断层的两侧留有防隔水煤岩柱。

防隔水煤岩柱已经确定，不得随意变动，严禁开采各类防隔水煤柱。

(2)开采水淹区下的废弃防隔水煤岩柱时，应彻底疏放上部积水，严禁顶水作业。

(3)有突水历史或带压开采的矿井，应分水平或分区隔离开采，分区前，要留着防隔水煤岩柱，建立防水闸门。

2、下列七种受水威胁的矿井应当留设防隔水煤岩柱

(1)煤层露头风化带。

(2)在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带。

(3)与富水性强的含水层存在水力联系的断层、裂隙带或者强导水断层接触的煤层;

(4)有大量积水的老窑或采空区;

(5)导水充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河;

(6)分区隔离开采边界;

(7)受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。

案例1：

2005年5月21日淮北海孜煤矿745工作面溃水，瞬时溃水量3887m3，死亡5人。

直接原因：顶板聚集的离层水体瞬间溃入工作面。煤层顶界面以上50m为厚100m的岩浆岩，工作面推采140m时，岩浆岩和下伏岩层产生了离层，形成大量空间。由于岩浆岩内有裂隙水在离层空间聚集，当采动影响到“离层空间”时，大量积水瞬间溃入工作面。

案例2：

谢一矿-250m水平33采区3311A3采煤工作面突水事故

1977年10月14日，谢一矿-250m水平33采区3311A3采煤工作面，在标高-222.5m处发生突水，初始出水量数十立方米每小时，在很短的时间水量突增，瞬时最大出水量达1002m3/h，至10月30日实测水量772m3/h。突水造成-480、-425m阶段大巷全部被淹。

事故原因：

1、工作面开采底板灰岩水文地质条件没有勘探，开采条件不清。

2、对工作面底板直接充水含水层没有进行疏水降压，底板灰岩含水层水压达 2.1MPa，其A3煤层与灰岩间的隔水层每米承受水压达0.087MPa，是每米隔水层安全承受水压值的1.7倍。

3、出水区发育3条断层，断层使煤层隔水层强度减弱，使石炭系与奥陶系灰岩含水层间产生密切水力联系，奥陶系灰岩水通过断层补给太灰，并进入工作面。

底板注浆改造：

条件：富水性强、水压大;存在薄弱带、构造破碎带、导水裂隙带;疏降不经济;

作用：改造含水层自身;充填导升裂隙;截断补给通道;

机理：沿灰岩裂隙扩散、沉析、结实、充填、固结;

系统：地面----井下(接力);

工艺：钻孔布置、工艺参数、效果检查、评价;

帷幕截流：

条件：边界清楚、水源补给方向清楚、径流带的位置清楚、补给水量占受注层的绝大部分;

作用：充填含水层溶隙、截断补给水源;

防治技术手段

⑴物探：瞬变电磁、直流电法、音频电透、高密度三维等;

⑵钻探：地面抽水、注水;

⑶化探：示踪试验、水化学分析;

⑷放水试验：确定补给量、通道、水源、水力联系、预计涌水量等;

⑸调查与观测：邻区及周边煤矿调查、水动态观测;

排水系统 主要包括：水泵、排水管路、配电设施、水仓、水沟等。排水系统的设置应该依据矿井正常涌水量和最大涌水量来进行。 对排水系统的要求如下： 工作水泵的能力：能在20小时内排出矿井24小时的正常涌水量。 备用水泵的能力：不小于工作水泵能力的70%。 检修水泵的能力：应不小于工作水泵能力的25%。 排水管路与其它设施能力：应该与相应的水泵相匹配。

水仓有效容积的要求

新建、改扩建矿井或者生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h时，主要

水仓的有效容积应能容纳8h的正常涌水量。

正常涌水量大于1000m3/h时，主要水仓的容积按照公式

V=2(Q+3 000)

V:主要水仓的有效容积，m3

Q:矿井正常涌水量。m3/h

采区水仓的有效容积：应该容纳4h的采区正常涌水量。

平硐总过水能力：采用平硐泄水的矿井，平硐泄水能力应当不小于历年最大渗入矿井水量的1.2倍。

煤层(组)顶板导水裂缝带范围内分布有富水性强的含水层，应当进行疏干开采。在掘进回采前应当对含水层采取超前疏干措施，进行专门的水文地质勘探和试验，并编制疏干方案，选定疏干方式和方法。

为了确定疏干范围，必须预测导水裂缝带发育高度，该高度主要与煤层开采面积、开采厚度、覆岩岩性和组合方式，煤层倾角和埋深，煤层开采方法和顶板管理方法等因素确定。

确定煤层覆岩垮落带和导水裂缝带高度的方法有经验公式法、现场实测法和数值模拟法。

垮落带：是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。具有无序性、碎胀性和可压缩性。垮落带的高度主要取决于采出煤层的厚度和上覆岩石的碎胀系数。

导水裂缝带：指开采煤层的上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂，产生裂缝，且有导水性的岩层范围。该层具有成层性、连通性和导水性的特点。

弯曲带：位于裂缝带之上直到地表的岩层范围。具有隔水性的特点，其发育高度主要由开采深度的控制影响。

顶板覆岩遭到破坏后是否溃水的判断：

1、开采煤层距离含水层(水体)较远，冒裂带高度达不到含水层(水体)，且含水层水压不足以破坏冒裂带之上的隔水层。则不会发生溃水。

2. 开采煤层距离含水体近，冒裂带直接进入含水层，则含水层水会溃入井下。

3.如果含水层为松散沉积物，且底部发育粘土层，导水裂缝带只到达粘土层底部，由于粘土层隔水，则不会导致水沙溃入。

4、如果导水裂缝带穿过粘土层，且粘土层较厚，一般不会导致水沙溃入，如果较薄，则有一定危险性。

保护层：

是指导水裂缝带高度到含水层之间的隔水层。

保护层厚度经验计算公式如下：

导水裂缝带高度的确定方法有：

经验公式法

现场实测法

数值模拟法

三图、双预测法

是一种解决煤层顶板充水水源、通道和强度三大关键拘束问题的顶板水害预测评价方法

煤层顶板充水含水层富水性分区图

三图 顶板冒裂安全性分区图

顶板涌(突)水条件综合分区图。

双预测：是指在天然和人为改造状态下的采煤工作面分段和整体工程涌水量预测。

底板破坏带：

是指矿山压力对底板的破坏作用显著，底板岩石的弹性性能遭到明显伤失的层带。

其特点为：岩石处于粘弹性状态;各种裂隙不仅交织成网，而且惯通性好、导水性能很强;岩层的连续性彻底破坏，完全伤失了隔水能力。

底板破坏带计算：

底板破坏带的厚度也称底板破坏深度。

1、底板破坏深度理论计算公式

2、底板破坏深度经验计算公式

完整岩层带(有效隔水层)

是指不受矿山压力破坏作用的影响或影响甚微，岩石弹性性能保持不变的层带。

其特点为：岩石保持原有弹性性能;岩层内的裂隙保持原先的非相互贯通状态;岩层的连续性和隔水能力良好;

承压水导升带

是指不受矿山压力作用的影响，并发育有承压水的原始导高的层带。其特点为：因水化学作用，岩石处于弹塑性、塑性状态;裂隙发育差参不齐，并已成为突水通道;岩层的连续性差;底板水从该带突出只需克服沿程阻力。

底板是否突水的判断

有效隔水层(完整岩石带)厚度h2=h-(h1+h3)

1、当h﹤ h1+h3时，有效隔水层不存在，承压水会直接涌入矿井，导致底板突水;

2、当 h ﹥ h1+h3时，有效隔水层存在，但是否发生突水，则取决于有效隔水层的厚度和抗阻水能力，保护层的抗阻水能力可根据现场压力破坏试验成果确定。

突水系数：煤层底板隔水层隔水能力的判断

突水系数可用下式计算：

T =P/M

T—突水系数(MPa/m)

P—底板隔水层承受的水头压力(MPa)

M—底板隔水层厚度(m)

底板受构造破坏段突水系数不大于0.06 MPa/m，隔水层完整无断裂构造破坏地段按0.1 MPa/m。

本公式适用于回采和掘进工作面。

疏水降压开采：

1、当底板隔水层能够承受的水头压力小于实际水头值时，要进行疏水降压开采，防止突水淹井;

2、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、生态环保三位一体化结合的管理模式和方法;

3、承压含水层的集中补给边界已经基本查清后，可预先进行帷幕注浆，截断水源，然后疏水降压开采;

4、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时，可酌情采用加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法。应编制专门设计，有充分防范措施的条件下进行试采。

带压开采工作面评价的方法即五图-双系数法：

五图： 底板破坏深度等值线图

底板保护层厚度等值线图;

煤层底板上的水头等值线图;

有效保护层厚度等值线图;

带压开采评价图

双系数： 带压系数

突水系数

三级判别：Ⅰ级判别：判断工作面必然发生直通式突水的指标;

Ⅱ级判别：判别工作面发生非直通式突水可能性及其突水形式 的指标;

Ⅲ级判别：是判别已被Ⅱ级判别定为突水工作面其突水量变化状态的指标。

1、探放老空水时，要确定“三线”，措施内容齐全，对探水区进行安全评价;三线分别指:积水线、探水线和警戒线。

2、探断层水时要遵循下列原则：

①采掘工作面前方或附近有含(导)水层存在，具体位置不清;②采掘工作面前方或附近预测有断层存在，但导水性不清;③底板隔水层厚度与实际承受水压处于临界状态，前方是否有断层等情况不清;

2、探断层水时要遵循下列原则：

④断层被揭露，暂时无出水征兆，有可能滞后出水，要探明其深部是否已和强含水层连通或有底板水的导升高度;⑤根据工程和断层煤柱留设的特殊要求，必须探明其位置;⑥掘进工作面距离大断层200m时;⑦采区内构造不清，含水层的水压大于2MPa时;

3、探断层水时的注意事项：

①水压大于2MPa时，一般不要沿煤层探查;②孔口管的长度满足《煤矿防治水规定》的要求;③钻孔设计时要考虑在一定深度内揭露断层，防止高压水与煤系人为联通;④水压大于3MPa时，使用防喷反压装置; ⑤底板方向的钻孔不少于2个，纵、横呈扇面布孔。

4、做好水患排查和水情监测工作：

⑴排查要制度化，不能流于形式;

⑵落实上级及公司一系列有关隐患排查的制度、规定;

⑶做好含水层地下水位的监测，矿井突水前都有水位变化的信息;

⑷现场跟踪检查，观测各种地质信息;

⑸掌握水害事故发生前的征兆;

5、突水征兆

5.1 一般征兆

(1)煤壁“挂汗” ;一般为承压水透过煤岩体的微裂隙在煤壁上凝结成水珠现象;

(2)煤壁“挂红”。为近老窑煤层裂隙中的水，因水中含有铁的氧化物，故呈铁锈色。

(3)空气变冷，煤壁发凉;水的导热系数比煤岩体大，故采掘工作面接近积水区时，温度降低。空气变冷。

(4)采掘工作面出现雾气。

(5)工作面煤岩壁发出“嘶嘶”水声,有时听到“哗哗”的空洞泄水声;

(6)工作面淋水加大，顶板来压，底板鼓起或者产生裂隙并出现渗水;

(7)工作面出现压力水流。

(8)工作面有害气体增加。

(9)煤层发潮、发暗。

5、突水征兆

5.2 底板承压水突水征兆：

①工作面压力增大，底板鼓起，有时可达0.5m以上;

②工作面底板产生裂隙，并逐渐增大;

③沿裂隙或煤帮向外渗水，且逐渐增大，水色浑浊;

④底板破裂，沿裂隙有高压水喷出，并有“嘶嘶”水声;

⑤底板发生“底暴”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或呈黄色;

5、突水征兆

5.3 冲积层水的突水征兆：

①突水部位发潮，有滴水，并逐渐增大，有少量细砂;

②发生局部冒顶，水量突增并出现流砂;

③发生大量喷水、喷砂，严重时地表出现塌陷坑;

5.4、断层水的突水征兆

① 在断层附近岩层较为破碎，一般出现工作面来压、淋水增大现象;

②岩巷掘进遇到断层水，有时能在岩缝中见到淤泥，底部出现射流现象，水呈现黄色。

5.5 采空积水突水征兆

主要表现为煤壁挂红，水的酸度大，水未发涩，有腐蛋气味。

6、容易发生底板突水的地段：

①断层交叉或汇合处;②断层尖灭端;③褶曲轴部;④小断层密集区;⑤两条断层相互对扭地段;⑥与导水断层成“入”字型联接的小断裂带;⑦新构造活动强烈的断裂带;⑧不同力学性质的断层组交汇处等;

7、做好各种地质、水文地质基础资料的收集、分析、整理、总结工作：

8、加强防治水工作管理，完善各项管理制度，落实各工种、部门岗位责任制：

⑴领导层的管理，保证人、财、物的供应。

⑵技术层的管理：防治水专业技术人员要齐全。

⑶施工队伍层的管理：要有丰富的防治水施工经验和过硬的素质。

参考文献

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10、张正浩.煤矿水害防治技术.北京：煤炭工业出版社。2010

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