底板水害防治技術(shù)與方法主講人：朱術(shù)云2014年11月24日中國礦業(yè)大學專題交流第一節(jié)底板水的疏水降壓

第二節(jié)帶壓開采水害防治主要內(nèi)容：第一節(jié)底板水的疏水降壓

疏水降壓：借助于各種不同的疏水工程(鉆孔、巷道等)和相應(yīng)的疏排水設(shè)備，迫使含水層水位(水壓)降低到一定水平，造成不同規(guī)模的降落漏斗，使采掘工作得以在水量盡可能小甚至完全疏干的條件下進行。(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（一）地表疏水降壓地表疏降模式地表疏降鉆孔(井)平面布置方式地表疏降鉆孔(井)平面布置方式（二）井下疏水降壓下行式井下疏水降壓鉆孔注意!當下伏含水層的水頭壓力過高（大于4～5MPa）時，井下放水鉆孔施工就很困難，此時此法不宜采用。(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壓力傳遞式井下疏降鉆孔

壓力傳遞式井下疏水孔兗州、濟寧煤田開采下組煤疏放十下灰水。

（三）井上下聯(lián)合疏水降壓井上下聯(lián)合疏水降壓當?shù)孛婊蚓聠我皇杞捣绞叫Ч缓没虿粔蚪?jīng)濟合理時，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?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重，礦區(qū)供水與礦井排水之間嚴重矛盾時，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，實現(xiàn)疏供水結(jié)合。第二節(jié)帶壓開采水害防治一、帶壓開采的概念二、“下三帶”的概念

底板隔水層在開采條件下三帶分布示意圖

設(shè)煤層隔水底板總厚度為h，底板礦壓破壞帶、完整巖層帶與承壓水導(dǎo)高帶的厚度依次為h1、h2和h3，則：三、“突水系數(shù)”的概念及內(nèi)涵關(guān)鍵技術(shù)問題底板帶壓開采的安全條件取決于充水含水層（奧灰）水動力條件與底板隔水能力的對比關(guān)系—目前較普遍采用突水系數(shù)（Ts）作為量化參數(shù)壓力水頭底板巖層厚度/有效隔水厚度—2009年最新頒布的《煤礦防治水規(guī)定》中，建議對構(gòu)造擾動底板和正常塊段底板的臨界突水系數(shù)分別按0.06MPa/m和0.10MPa/m取值。P突水系數(shù)（Ts）的物理意義明確，但量化依據(jù)不科學P

M=實際上，對應(yīng)于這兩種底板條件的帶壓開采安全性不能等同視之因M、P相同，則按突水系數(shù)法評價：關(guān)鍵技術(shù)問題煤層灰?guī)r含水層底板灰?guī)r含水層壓力水頭：Pw煤層與灰?guī)r含水層間隔厚度：宏觀原因：錯斷使煤層與灰?guī)r間隔距離縮短，L<M正常部位底板突水系數(shù)：斷層部位底板突水系數(shù)：內(nèi)在機理：斷層帶是抗?jié)B透破壞的薄弱部位斷層部位奧灰水易通過斷層破碎帶向上產(chǎn)生漸進性滲透破壞，并進而導(dǎo)致突水突水系數(shù)：Ts2>Ts1—斷層破碎帶是最易發(fā)生突水的危險部位！正常底板：MPwPwML斷層帶：L對于構(gòu)造部位四、帶壓開采安全度評價1、掘進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1、掘進巷道底板隔水層安全隔水厚度計算公式：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)。如底板隔水層實際厚度小于計算值時，就是不安全的！

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就可認為是安全的，正常塊段(隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞)不大于0.1MPa/m就可認為是安全的。臨界突水系數(shù)：3、安全水頭值(1)掘進巷道安全水頭值

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度(10-2MPa)

當掘進巷道工作區(qū)段的水壓值大于所計算出的安全水壓值時，巷道有底板突水的危險；反之，可以安全掘進。(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)；

T—突水系數(shù)(MPa/m)

當回采工作面隔水底板的實際水頭值大于安全水頭值，則有底板突水的危險；反之，可以安全回采。五、利用隔水層帶壓開采(一)劃分突水性分區(qū)(二)帶壓開采水害防治措施（一）劃分突水性分區(qū)

1、編制突水系數(shù)圖（5圖雙系數(shù)法）突水系數(shù)的應(yīng)用是通過突水系數(shù)圖來體現(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)。1）以煤層底板等高線圖為底圖，將已知斷層和開采上部煤層新發(fā)現(xiàn)的斷層以及有用的礦井水文地質(zhì)資料標于圖上。某礦1718采區(qū)底板等高線圖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4）編制有效保護層厚度等值線圖

某礦1718采區(qū)有效隔水層等厚線圖5）根據(jù)底板等水壓線圖和有效保護層厚度等值線圖，繪出突水系數(shù)等值線圖某礦1718采區(qū)底板放水突水系數(shù)圖2、劃分突水危險性分區(qū)①安全區(qū)：是指當煤層底板位于奧灰水位以下，此區(qū)不存在突水危險性；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，進行帶壓開采；③危險區(qū)：是指突水系數(shù)介于0.06-0.1MPa/m，突水的危險性較大，在巖層完整構(gòu)造簡單地帶采取安全措施的情況下可進行帶壓開采；④最危險區(qū)：是指突水系數(shù)大于0.1MPa/m，是底板突水的最危險地段。

3、編制帶壓開采地質(zhì)、水文地質(zhì)說明書開采受水威脅地區(qū)的煤層，在編制開拓、掘進與回采設(shè)計之前，必須編制該范圍的地質(zhì)、水文地質(zhì)說明書，以作為設(shè)計的依據(jù)。

(1)說明書的工作范圍應(yīng)按開采范圍所在的水文地質(zhì)單元或以構(gòu)造為邊界的地質(zhì)塊段來圈定，這便于分析含水層的補給、排泄以及含水層間的水力聯(lián)系，更便于水文地質(zhì)勘探及疏放降壓鉆孔的設(shè)計。

(2)說明書除應(yīng)具備煤層底板等高線圖、剖面圖等圖件外，還應(yīng)編制1：1000、1：2000或更大比例尺的有關(guān)帶壓開采的專門水文地質(zhì)圖，如等水壓線圖、煤層底板隔水層等厚線圖以及突水系數(shù)等值線圖。

(3)對開采區(qū)內(nèi)的所有斷層進行分析。（4）要對開采區(qū)所在地質(zhì)塊段或水文地質(zhì)單元的主要含水層進行水文地質(zhì)條件分析。（二）帶壓開采水害防治措施具體防治方法：(1)注漿改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度(2)超前鉆探和物探方法(3)超前預(yù)警監(jiān)測方法(4)其它防治方法（1）注漿改造含水層為隔水層，增加隔水層厚度底板含水層注漿改造技術(shù)示意圖減少礦井生產(chǎn)過程中的排水電費，降低噸煤生產(chǎn)成本。有利于在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中有效地保護礦區(qū)地下水資源。有利于在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中有效地防止地下水系統(tǒng)環(huán)境擾動而誘發(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)境和勞動條件?？焖倩謴?fù)被淹礦井或采掘工作面注漿防治礦井水害技術(shù)優(yōu)點：

①斷層帶或小斷層密集帶及附近區(qū)域：②地下水徑流集中帶及其附近地段：③褶皺構(gòu)造核部或轉(zhuǎn)折區(qū)及不同類型構(gòu)造交匯區(qū)。④隔水層厚度顯著變薄區(qū)域。⑤存在底板水原始導(dǎo)升高度區(qū)域。

煤層底板隔水層破碎帶注漿加固示意圖重點改造的區(qū)段一般位于：(2)超前鉆探和物探方法鉆探方法物探方法(3)超前預(yù)警監(jiān)測方法煤層位于導(dǎo)水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設(shè)煤層位于導(dǎo)水斷層下盤時，煤(巖)柱的留設(shè)煤層位于不導(dǎo)水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設(shè)煤層位于不導(dǎo)水斷層下盤時，煤(巖)柱的留設(shè)！斷層防水煤柱不得小于20m?。?）其它防治方法留設(shè)放水煤巖柱煤層位于導(dǎo)水斷層上盤時，煤(巖)柱的留設(shè)≥20

式中L——順層防水煤柱寬度(m)；A——安全系數(shù)(一般取2～5)；

M——煤層厚度或采高(m)；P——隔水層所承受的水壓(MPa)；

Kp——煤的抗張強度（MPa）。底板巖層阻滲強度實測法-對深部兗州礦區(qū)底板阻滲現(xiàn)場實測部分結(jié)果原始狀態(tài)導(dǎo)水破碎帶測試段壓滲過程曲線底板測試段實測起始導(dǎo)滲水壓及滲透阻力一覽表實測地點壓滲水壓/MPa抗?jié)B阻力Mpa/m水壓梯度Mpa/m測試點測試段導(dǎo)滲水壓測孔水壓滲透壓差興隆莊礦/鋪子支二斷層/測試段距3.5m第一段1.520.031.490.430.43第二段1.450.121.330.410.38第三段1.50.021.480.430.42鮑店礦/十六采區(qū)膠帶上山/測試段距3.0第一段：粉砂巖9.91.458.453.32.82第二段：互層6.31.64.72.11.57第三段：泥巖7.11.65.52.371.83東灘礦/東翼第一回風巷/測試段距5.0m第一段：泥巖3.50.283.220.70.64第二段：砂巖5.11.14.01.020.8第三段：互層16.4615.31.163.30.23第四段：泥巖13.813.50.32.80.06楊村礦/十采區(qū)回風下山東段/測試段距4.0m第一段：泥巖*0.240.150.090.060.02第二段：砂巖5.60.185.421.41.36第三段：互層2.250.51.750.560.44注*）構(gòu)造破碎帶主要測試成果

底板測試段實測穩(wěn)態(tài)滲流水壓條件及滲透阻力一覽表實測地點壓滲水壓/MPa抗?jié)B阻力Mpa/m水壓梯度Mpa/m測試點測試段穩(wěn)態(tài)水壓測孔水壓滲透壓差興隆莊礦/鋪子支二斷層/測試段距3.5m第一段2.30.122.180.660.62第二段4.60.214.391.311.25第三段5.750.345.411.641.55鮑店礦/十六采區(qū)膠帶上山/測試段距3.0m第一段：粉砂巖11.961.4310.534.03.51第二段：互層8.722.16.622.912.21第三段：泥巖8.451.776.682.822.23東灘礦/東翼第一回風巷/測試段距5.0m第一段：泥巖13.321.3511.972.662.39第二段：砂巖**12.986.06.982.601.4第三段：互層**16.4615.31.163.290.23第四段：泥巖**13.813.50.32.760.06楊村礦/十采區(qū)回風下山東段/測試段距4.0m第一段：泥巖*第二段：砂巖第三段：互層0.828.13.70.710.323.10.117.780.60.212.030.930.031.950.15注*）構(gòu)造破碎帶；**）因初次壓滲至壓裂破壞，故取值為重復(fù)壓滲測試結(jié)果下組煤底板采動狀態(tài)巖層抗?jié)B透破壞強度建議值實測地點及條件巖層抗?jié)B透破壞能力測試點測試段/段長巖性及結(jié)構(gòu)裂隙擴張水壓/Mpa阻滲強度/Mpa.m-1東灘礦第二段/5m砂巖/塊狀結(jié)構(gòu)*4.60.92第三段/5m互層/塊狀結(jié)構(gòu)*3.00.6楊村礦第三段/