矿井水害防治的方法一般有哪些

A. 矿井水害治理

一、水害威胁状况

九里山矿自1982年至今发生1m³/min以上突水22次，最大一次突水53.76m³/min，平均每次突水强度为10.36m³/min，使矿井总涌水量达100m³/min，每年排水费用达1600万元以上，不仅严重影响采掘工程正常进行，造成矿井迟迟不能达产，而且对矿井安全构成极大的危险。

该矿现有三个生产采区，唯独一二采区水害威胁极为严重。该采区自投产至今回采3个工作面，个个都发生突水，而且突水越来越大，最大达47.51m³/min，西部总水量达90m³/min。特别是12031工作面回采4次突水，总水量已达50m³/min，突水后并未引起其他突水点明显下降，而且突水点附近L₈水位仍保持在+27m左右。这充分说明水害威胁是十分严重的，已经到了水害不治理，就无法生产的局面。

二、水害治理方案

1.检验救灾工程

12031工作面在1993年3月30日第四次突水47.51m³/min后，矿井总涌水量达100m³/min，矿井安全受到极大威胁，为保住矿井东翼生产，解除对矿井安全的威胁，必须对12031突水点进行注浆堵水，减少涌水量。同时积极做好西翼防水设施关闭的准备工作，一旦矿井安全受到威胁时立即关闭西翼防水闸门（墙）。

12031工作面共发生4次突水，共8个突水点均为工作面底板裂隙出水，因此注浆堵水具有裂隙发育不均，命中率低，动水注桨，消耗量大及出水量大，相互转移注浆难度较大，分二期完成注浆堵水工作。第一期工程先封堵新突水点，第二期工程为防止新突水点封堵后水量转移，对前3次突水进行封堵。

第一期工程3个突水点，设计注浆钻孔10个，总进尺2540m，概算375万元，预计3～4个月完成，堵水效果达到85%以上。

第二期工程设计注浆钻孔17个，总进尺4250m，概算480.61万元，预计6～8个月完成上述两项工程完成后，特别是第一期工程完成后可大大解除矿井安全隐患，确保矿井安全生产。

2.西冀恢复生产水害治理工程

根据矿井西冀补给水源既有浅部露头各含水层相互补给，又有深部垂直导水条件，拟采用浅部截流，深部充填办法。

（1）浅部治理工程：浅部来水从上述的水文地质条件，连通试验等资料中已经得到证实，冲积层水位在12～15 勘探线间L₈露头附近，沿峪头带出现一个明显的降落漏斗（图4-14），冲积层水位高于L₈水位10～20m。1984年7月矿井涌水量76.45m³/min时，冲积层降落斗水位差8m；1990年4月矿井涌水量70.77m³/min时，水位差14m；1993年4月矿井涌水量100m³/min时，水位差20m。

L₈水位在露头附近出现明显的“谷形”，最大水位差10m，且与冲积层降落漏斗基本重叠，说明二者水力联系密切（图4-15）。

在L₈露头附近，L₂、奥灰和冲积层水是混为一体的，主要是通过第四系底砾岩和基岩风化带补给L₈。奥灰水位在一二采区L₈露头附近出现低水位（68.51m），东部一三采区20-2孔（O₂）水位+69.58m，西部演马庄矿9～14孔1～69.41m，在以15～11孔为中心6000m范围内，奥灰出现一个明显的降落漏斗（图4-16），说明奥灰水在浅部补给明显。

图4-14 浅部冲积层等水位线（单位：m）

图4-15 九里山矿八灰等水位线图（单位：m）

图4-16 奥灰等水位线图（单位：m）

浅部混合水体（Q、O₂、L₂）补给量根据突水资料，连通试验等采用多种方法计算，其补给量33.86～54.7m³/min。

浅部治水方案可采用地面钻孔L₈充填和井下L₈巷道堵截两个方案。

地面钻孔充填截流方案在原工程基础上加密和扩大范围布置L₈层钻孔，利用钻孔注浆形成一个挡水墙，达到减少水量的目的。设计钻孔55个总进尺6600m，总概算545.4万元。

井下L₈巷道堵截方案，把巷道掘进在L₈中间，对喀斯特裂隙进行充填达到截水目的。巷道设计标高-30m，山上十二总回风巷向北以+7‰的坡度向前掘进，揭露L₈前施工好防水闸门。预计掘进100m进入L₈后向东西两侧沿L₈走向掘进。掘进中采取超前预注浆和壁后注浆相结合的方法封堵L₈喀斯特裂隙达到减少矿井涌水量的目的。设计巷道1760m，总概算为352万元，工期3年完成。

上述浅部堵水两方案优缺点对比如下：

①地面钻孔充填方案施工简单不影响煤矿生产，但工期长，见效慢，可靠性差；②井下L₈巷道堵截方案投资少，工期有把握，见效快，可靠性大；③井下L₈巷道堵截方案，“看得见摸得着”可以充分搞清水文地质条件，为进一步治理矿井水害奠定了基础。④若截水效果不好，在标高-30m水平上排水，每分钟1m³水年节约排水电费10万元。

上述两方案对比后，认为采用井下巷道堵截水方案较好。

（2）回采工作面底板L₈充填改造工程：二₁煤距底板L₈含水层20m左右，在一二采区范围，底板隔水层以粉砂岩夹炭质层较破碎以及下部有砂岩有利于L₈发生导水，L₈厚6～8m，喀斯特裂隙发育，水压高（2.1MPa），富水性强，回采后因水压和矿压综合作用突水不可避免，为减少突水次数和强度，应对L₈含水层进行注浆充填改造。目的在于将含水层改造成隔水层，或由强含水层变为弱含水层，达到安全采煤的目的。

计划先进行12041和12081两个工作面的充填试验工作，取得经验后推广。

（3）一四采区水文地质勘查：一四采区位于一二采区西，与演马庄矿一九采区相邻，北至煤层露头，南到-225m大巷。东西走向长1000m，南北倾斜宽1000m，面积1km²，保有可采储量573.7万吨。

一四、一二采区与演马庄矿一九采区同属一个水文地质单元。演马庄矿一九采区已回采两个工作面，未发生突水事故，预计一四采区水文地质条件比一二采区较简单，为搞清水文条件，应进行勘查工作。

勘查项目：①物探查明F₁断层延伸位置；②井下放水试验，查明L₈富水性及水力联系。布置三组放水孔共计9个孔；③浅部冲积层抽水试验，查明与O₂、L₂、L₈水力联系，并预计涌水量。

（4）一二皮带突水点水源勘查与治理：一二皮带底板岩巷于1982年8月13日突水35m³/min后，长期稳定在30～35m³/min，该突水点突水后，一二采区相继发生10m³/min以上突水5次，一二采区总涌水量达85m³/min以上，L₈流场仍未明显改变，以一二皮带突水点为中心，东西两侧L₈水位相差很大。在150m范围内水位差110m，水力坡度733.3‰。呈现一个很大的“陡坎”，预计在突水点附近深部含水层有较强的补给，应查明水源进行治理。

该项工程“七五”期间已施工12个钻孔，其中2个孔可做注浆孔，再施工4个孔，进尺1350m。

3.二水平水文地质勘探

马坊泉断层以南形成地垒，浅补与冲积层隔开减少了补给水源，加之深部裂隙减弱，富水性减弱，水文地质条件较浅部简单，储量达6325万吨，埋深-300～-600m，为生产接替地区，要加速进行水文地质勘探，查明构造，了解含水层及水力联系，预测涌水量。

B. 煤矿水害防治的规则是什么

《煤矿防治水规定》（安监总局令第28号）第一章总则第三条规定：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。
防治水十六字原则科学地概括了水害防治工作的基本程序。
“预测预报”是水害防治的基础，是指在查清矿井水文地质条件基础上，运用先进的水害预测预报理论和方法，对矿井水害做出科学分析判断和评价；
“有疑必探”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、钻探和化探等综合探测技术手段，查明或排除水害；
“先探后掘”是指先综合探查，确定巷道掘进没有水害威胁后再掘进施工；
“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，如井下巷道穿越导水断层时必须预先注浆加固方可掘进施工，防止突水造成灾害。
五项治理措施是水害治理的基本技术方法。
“防”主要指合理留设各类防隔水煤（岩）柱和修建各类防水闸门或防水墙等，防隔水煤（岩）柱一旦确定后，不得随意开采破坏；
“堵”主要指注浆封堵具有突水威胁的含水层或导水断层、裂隙和陷落柱等导水通道；
“疏”主要指探放老空水和对承压含水层（如华北地区奥灰水）进行疏水压；
“排”主要指完善矿井排水系统，排水管路、水泵、水仓和供电系统等必须配套；
“截”主要指加强地表水（河流、水库、洪水等）的截流治理。

C. 矿井必须坚持的防治水原则什么

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。

第五条

煤矿企业、矿井应当按照本单位的水害情况，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍。 水文地质条件复杂、极复杂的煤矿企业、矿井，除符合本条第一款规定外，还应当设立专门的防治水机构。

第六条

煤矿企业、矿井应当建立健全水害防治岗位责任制、水害防治技术管理制度、水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度。

第七条

煤矿企业、矿井应当编制本单位的防治水中长期规划和年度计划，并组织实施。

(3)矿井水害防治的方法一般有哪些扩展阅读：

矿井防治水

第四十一条

矿井应当查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，疏水能力和有关水利工程等情况；了解当地水库、水电站大坝、江河大堤、河道、河道中障碍物等情况；掌握当地历年降水量和最高洪水位资料，建立疏水、防水和排水系统。

第四十二条

矿井井口和工业场地内建筑物的标高，应当高于当地历年最高洪水位。 如果在山区，除符合本条第一款的规定外，还应当避开可能发生泥石流、滑坡的地段。 矿井井口及工业场地内建筑物的标高低于当地历年最高洪水位的，应当修筑堤坝、沟渠或者采取其他防排水措施。

D. 煤矿水害防治方法

我国自20世纪70年代以来，煤矿防治水主要遵循“预防为主，防治结合”的原则，以查清水文地质条件为基础，因地制宜。针对不同的水害类型，采取不同的防治措施，防治水方法多种多样，有疏、有堵、有疏堵结合。在煤矿水害防治工作中坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的16字方针，并根据矿井水害实际情况制定相应的“防、堵、疏、排、截”综合防治措施(钟亚平，2001;赵铁锤，2007)。

在突水机理的研究上，先后提出了“突水系数”、“等效隔水层”和底板隔水层中存在“原始导高”等概念，认为底板突水机理是含水层富水性、隔水层厚度及其存在的天然裂隙、水压、矿压等因素的综合作用结果。在底板突水预测方面，模式识别方法、随机信息方法和脆弱性指数法等新方法得到了很好的应用(武强，2006，2007a，2007b，2009;靳德武，1998)。

在疏水降压方面，有地表疏干、井下疏干，也有井上、井下联合疏干。疏水降压是我国矿井防治水害的主要技术措施。国内除普遍采用经常性疏干排水外，还先后进行了峰峰矿区和淄博矿区的薄层灰岩水的疏干，和降压及邯郸矿区的疏干工作程序和疏干勘探方法。

在注浆堵水方面，堵水截流是我国矿井防治水害的重要方法。在静水与动水条件下注浆封堵突水点、矿区外围注浆帷幕截流等都有比较成熟的方法和经验。焦作、峰峰、煤炭坝等矿区都进行过这类工作，特别是成功封堵开滦范各庄矿特大型突水。

此外，钻探技术的提高、综合立体勘探方法的采用、计算机技术的应用及各类软件的开发，对定量研究煤矿突水条件起到了重要推动作用。

1.井下防水煤(岩)柱留设

在水体下、含水层下、承压含水层上或在导水断层附近进行采掘工程时，为了防止地表水或地下水突水、溃入工作地点，需要合理留设一定宽度或高度的防水煤(岩)层不采动，这部分煤(岩)层称为防隔水煤(岩)柱或防水煤(岩)柱。其中有断层防水煤(岩)柱，井田边界煤柱，上、下水平(或相邻采区)防水煤(岩)柱，水淹区防水煤(岩)柱，地表水体防水煤(岩)柱和冲积层防水煤(岩)柱六种类型。

2.井下探放水技术

井下探放水系指矿井在采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造(包括陷落柱)、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，其目的是为有效地防治矿井水害做好必要的准备(刘洋，2008)。

3.疏水降压技术

疏水降压是指通过疏干使煤层底板含水层或煤系地层含水层水压降低至采煤安全水压。疏水降压工程系统包括:排水工程、排水设施和疏水工程3部分^［1］。开滦赵各庄矿就是通过制订合理的疏水降压开采方案，实现了在受底板高压奥灰水威胁下安全带压开采，取得了巨大的经济和社会效益。

4.注浆堵水技术

注浆堵水技术是煤矿防治水最重要的手段之一，主要应用于井筒掘凿前的预注浆、成井后的壁后注浆、堵大突水点恢复被淹矿井、截源堵水减少矿井涌水、井巷堵水过含水层或导水断层。如皖北矿务局任楼矿1996年3月4日发生的陷落柱特大突水，高峰期突水量达576m³/min，在陷落柱内煤底合适层位采用注浆堵水技术成功堵水(赵铁锤，2007)。

5.带压开采技术

所谓带压开采就是煤层底板受承压水威胁，充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层性能，在不采取，或在国家经济、技术条件许可情况下采取某些技术措施后，实现安全采掘的一种综合性防治水技术。近几年该技术在我国进行了较为广泛而深入的研究，取得了显着成绩^［11］。

6.防水闸门和水闸墙

防水闸门和水闸墙是煤矿井下防治水的主要安全设施。水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，在井下巷道设计布置中，要建立健全隔离设施，在适当地点预留防水闸门和水闸墙的位置，井底车场周围要设置防水闸门;在其他有突水危险的地区，只有在其附近设置防水闸门等防水隔离设施，实现分区隔离后，方可进行采掘活动(王歆效等，2007)。

7.矿井防、排水技术

煤矿在开采过程中，不可避免地要接近、揭露或破坏含水层(体)。含水层(体)内的水会因失去原有的平衡条件而涌入采掘工作面，进而造成水害事故。为保证煤矿的安全生产，设置相应的防、排水系统是十分必要的。矿井防、排水技术主要包括:地面防水、井下防水和矿井排水3个方面。如山东华源“八一七”溃水淹井事故，虽由暴雨引起，但也暴露出煤矿在地面防水方面存在的突出问题。

8.煤层采煤前方小构造预测的ANN技术

小构造是指断距小于5m的小断层或一些发育规模较小的裂隙、溶隙。在矿井生产过程中，这些小构造对工作面回采和巷道开掘具有极大的影响，在矿井防治水工作中具有重要地位。针对现行巷道开采过程中小构造预测方法的不足，将ANN技术引入到煤矿巷道掘进前方的小构造预测方法中，开展了矿井小构造预测预报的新方法研究(武强，2007c)。

9.含水层改造与隔水层加固技术

该技术是20世纪80年代中后期发展起来的一项注浆治水方法。当需采用疏水降压方法实现安全开采，但疏排水费用太高且浪费地下水资源时，宜采用含水层改造与隔水层加固的注浆治水方法。它主要针对煤层底板水害的防治，采用注浆措施改造含水层或加固隔水层，使其变为相对隔水层或进一步提高其隔水强度(武强，2005)。该技术是防治底板水害较为有效的实质性措施之一，山东肥城矿区曾成功应用这项技术。

10.可视化地下水模拟评价软件系统(Visual Modflow)与矿井防治水

Visual Modflow是目前国际上流行且被各国同行一致认可的三维地下水流和溶质运移模拟评价的标准可视化专业软件系统。它在矿井防治水工作中可以进行任意水均衡域的均衡研究，帮助用户直接确定回采煤层顶、底板或侧向补给水源的补给方式、补给大小及补给水源的水质情况等。此外，它还可以预测矿区导水断裂构造可能诱发的突水事故的突水量大小，这一点在矿区导水内边界的防治水工作中具有十分重要的实用价值(武强，2005;董东林，2009)。

11.华北型煤田立体充水地质结构理论

该理论是武强于2000年首次提出。由各种类型水力内边界沟通而形成相互间存在密切水力联系的多层含水层组立体充水地质结构，是华北型煤田的主要矿床水文地质特征，也是建立该类型煤矿井充水水文地质立体概念模型的基础。内边界是煤矿井立体充水地质结构理论的核心，对内边界系统进行深入地综合研究是解决华北型煤田底板岩溶突水难题的关键。据内边界在空间展布的几何形态特征所划分的4种基本类型和各种组合类型，对认识煤矿井水文地质条件复杂程度和采取科学合理的防治水对策方案均具有极其重要的理论指导意义和实用价值(武强，2000)。

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E. 矿井水防治需进一步采取的技术

1.矿井水文地质条件综合勘查技术

该技术主要由水文地质测绘、钻探、试验、物探、化探和遥感等技术构成，服务于煤矿建井前的水文地质条件勘查，生产阶段的水文地质补充勘探和矿井充水水源、通道及其他专门问题的探查，是研究矿井水害形成条件必不可少的技术手段。其中，钻探也是疏放水钻孔、注浆钻孔等成孔的必要手段。

2.渗流理论与矿井涌水量的计算

矿井涌水量计算是以地下水渗流理论为基础的。在实际应用中，可分为正常用水量计算和最大突水量计算两大类。

(1)在传统渗流理论的基础上，各种数学方法被大量应用到矿井涌水量的计算中，但大多不够成熟。

(2)2D数值模拟法和3D数值模拟法是目前矿井涌水量计算应用的最高水平。

(3)理论与实际应用严重脱节，许多矿区仍主要采用比较粗略的水文地质比拟法。

3.矿井水害的形成机制

不断深化对矿井水害形成机制的认识，特别是对底板突水机理和控制性影响因素的认识，是矿井水害防治的重要理论基础，也是当前研究的热点之一。由于林南仓矿区水文地质条件复杂且差别较大，所以应开展进一步或具有普遍意义的水文地质规律的研究。

4.突水预报预警技术

矿井突水预测预警对于矿井水害防治具有至关重要的意义，如果能够准确预测可能发生的突水事故，矿井防治水工作将发生革命性的变化。实现临突预警是矿井突水预测预警研究期望达到的目标。通过监测突水前兆因素的有关参数变化，建立突水发生标准的识别模型，对突水的发生做出判断，并及时发出预警信号。

5.矿井水害的灾后治理技术

矿井突水发生后的灾后治理技术主要包括突水水源的快速判别技术、突水水量的估算方法、高精度定位钻孔实施技术、突水通道注浆封堵技术等。

6.矿井水综合利用技术

传统的矿井水害防治工作充分重视了水的灾害性一面，而忽略了水的资源性一面。按照资源与环境协调发展的观念，钱鸣高院士提出了“绿色开采”的概念，并已形成广泛和重要的影响。水资源保护性开采是“绿色开采”的主要内容之一，它是指在防治矿井水害的同时，必须重视和强调水资源地保护和利用。

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F. 有什么方法可以有效进行矿井水害防治

首先委托相关单位进行水文地质补勘工作，摸清井田内水文地质情况，委托有资质的设计单位编制中长期防治水规划及矿井防治水专项设计。
其次，成立完善的组织机构，配备一定数量的管理人员及探放水施工队伍。
第三，编制相应的管理制度及工作流程，严格执行煤矿防治水规定相关要求。

G. 常用的矿井水害治理注浆技术方法

常用的矿井水害治理注浆技术方法，按工程施工的时间顺序划分，有提前预注浆、出水后注浆；按注浆材料划分，有水泥注浆、粘土注浆、化学注浆、混合注浆等；按工程性质划分，有突水口注浆、含水层帷幕截流注浆、含水层改造和隔水层加厚加固注浆、井巷或井筒隔离封堵注浆；按受注层中地下水运动状态（或流速）划分，有静水注浆、动水注浆。

我国初次成功地应用注浆堵水技术始于20世纪50年代中后期。1955～1957年，山东淄博矿务局采用注浆堵水技术成功地恢复了1934年被水淹没的夏家林矿。当时注浆堵水的工艺方法比较简单，只是采用了钻杆注浆方法，用生牛皮、干海带和黄豆作止浆塞，仅使用了水灰比为1.5～2.0的单液稀水泥浆方法，但它的成功却为中国煤矿防治水害提供技术途径和方法。在建井过程中我国首次采用注浆技术防治水害始用于1954～1955年当时在开滦林西矿风井施工过程中采用了水玻璃、氯化钙在直流电流驱动下，使钙离子与硅酸离子结合并固结治理流砂水害的技术方法，但因“电动硅化法”注浆工艺在当时还处于研究试验阶段，这次注浆治水工程未能获得成功。直到1959年，在开滦矿务局荆各庄矿建井过程中采用冻结法通过冲积层后，发生了5号煤层顶板砂岩水突水淹井事故，为了快速治理水害并恢复矿井建设工程，历时数年，打钻进尺5000 m以上，注入水泥2800 t以上、水玻璃800 t以上，才取得最后治水的成功。

进入20世纪60年代后期，我国才广泛使用注浆技术方法综合治理矿井水害，并逐渐成为一种行之有效的矿井水害治理技术方法。1962年，原唐山煤炭科学研究所矿井地质研究室与徐州矿务局首次在徐州矿务局夏桥矿开始了帷幕注浆截流治理水害的技术与工艺试验，并成功地进行了徐州青山泉矿注浆帷幕截流治理水害的工业性试验。从此，在我国逐渐形成了较为完整的注浆工艺方法和大规模造浆注浆的机械化系统，在注浆材料上研究使用了不易被水稀释的高稠度稠化浆，使注浆技术方法用于大规模改造不利于开采的水文地质条件方面迈出了重要的一步。

进入20世纪80年代后，采用注浆技术治理大流量、高流速突水灾害得到了快速发展，特别是1984年开滦范各庄矿在陷落柱特大突水灾害注浆治理中，形成了一套较完整的适用于动水条件注浆的水害治理理论与方法。80年代后期至90年代初，山东肥城矿务局在多次大流量突水灾害的注浆治理过程中，研究发展了利用注浆技术将煤层底板下伏薄层灰岩含水层改造为阻隔水层的工程工艺和方法，取得了良好的水害治理效果。目前，我国在矿山水害注浆治理技术方面，不仅具备了成熟配套的技术，而且形成了较为完善的装备系统。

H. 矿井井下防治水的措施有哪些

井下防治水的主要措施包括留设防水煤(岩)柱、建筑防水闸门和防水墙、探放水、疏放降压开采、注浆堵水和矿井防排水系统等。 (1)防水煤柱 为了防止地表水或地下水渗人工作地点，需要留设一定宽度和高度的防水煤(岩)柱，常有的防水煤(岩)柱是井田边界煤柱、断层防水煤(岩)柱、上下水平(或相邻采区)防水煤(岩)柱、水淹区防水煤(岩)柱、地表水体防水煤(岩)柱、煤层嚣头防水煤柱等。对于各种煤(岩)柱的宽度和高度，《煤矿安全规程》都有明确的规定。这些煤柱是严禁开采的。 (2)防水设施 防水闸门和防水墙是井下防水的主要安全设施。凡是受水患威胁严重的矿井，在井下巷道布置和生产矿井开拓延伸或采区设计时，都应在适当地点预留防水闸门、硐室和防水墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采，在水患发生时，使矿井能分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。 (3)井下探放水 井下探放水是指当采掘工作面接近老窑、含水层、断层、陷落柱等有水害隐患的地点，要先探明水情，然后有计划地将水放出来。因此，应当坚持“有疑必探、先探后掘”的探放水原则，决不可疏忽大意，更不能存在侥幸心理，执意蛮干。 探水与掘进应交叉进行，探水钻孔终孔位置应当始终超前掘进工作面一定距离，即超前距。每次掘进长度不得超过允许的掘进距离。钻场应加强支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板；保持水沟畅通，在打钻地点或附近安设专用电话，并设有与受水患威胁地点相通的防水信号；打钻中如发现有透水可能时，应停止钻进，但不得拔出钻头，并立即报告调度室，情况危急时，必须立即撤出所有受水患威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。打钻过程中，要加强通风和瓦斯等有害气体的检查。严禁用放炮方法放水。 (4)排水系统 每个矿井都应建立完善的防排水系统，水泵的防排水能力应在20小时内排出矿井24小时矿井的最大涌水量，排水管应与之相适应。主要水仓的有效容量达到《煤矿安全规程》要求，水仓、沉淀池和水沟中的淤泥应及时清理，每年雨季前必须清理一次。 在矿井发生水灾时，矿井主排水泵不能停，水泵司机必须坚守岗位。

I. 矿井水害防治的技术路线

澄合矿区提出的“监测预报，超前探测，探治结合，综合防护”四位一体综合防治水害技术体系的主要内容及目的为:

1)监测预报主要包含了两个方面的内容，一是针对相对富水区段实时监测井下涌水点、奥灰岩及K₂含水层，及时地掌握涌水量的动态变化规律，从而快速判断井下突水的突水水源及类型;另一是基于水文地质条件调查分析，进行预测预报:①区域预测。区域性水害预测是建立在矿井水文地质条件分析的基础上，综合巷道施工、钻孔资料、泉水和地表水资料、地质构造、水文、水化学特征等资料，进行全面、系统的分析和研究，从宏观上确定严重突水威胁区、突水威胁区和无突水威胁区域，用以指导矿井防治水工作。②局部预报。局部的水害预报主要针对不同的采掘工作面、不同的地质构造部位和不同的含水层或隔水层进行综合分析，对采掘工作面或巷道进行水害评价;或根据近期降雨预报与井下监测结果，对突水威胁区域或严重突水威胁区进行局部或短期的预报。

监测预报是“四位一体综合防治水技术体系”的基础，而水文地质勘查是监测预报的基本手段。

2)超前探测主要是在工作面掘进前开展水文地质补充勘探，并以井下直流电法进行超前探测;工作面、巷道掘进时采用进行井下直流电法超前探测和钻孔验证，圈定水文地质异常区;工作面回采前用直流电法及音频电透视探测隔水层富水块段及原始导高，以钻探成果深化对底板水文地质条件的认识;在工作面回采过程中，实时监测水位水压变化规律，预测突水危险性。

超前探测是“四位一体综合防治水技术体系”的关键，而水文地质物探是超前探测的主要方法。

3)探治结合是根据超前探测圈定的水文地质异常区，分不同情况实施预防措施:①煤层底板存在奥灰水威胁的地段进行注浆改造，通过注浆改造底板，提高隔水层有效厚度和完整性，增强其阻水性能; ②巷道接近老窖积水区段时，应边探边采，进行探放水或构筑密闭墙，防止老矿采空区突水。探治结合是 “四位一体综合防治水技术体系”的核心，注浆改造是实现探治结合的重要途径。

4) 综合防护是采取非工程措施提前做好水害事故预防工作，主要包括: ①在突水威胁区域掘进时，设避水灾硐室，在硐室内安装电话，压风自救器，食物和水等。②在掘进头附近设立专门的报警电话，以便在水灾发生时能及时通知调度室。③实行远距离放炮等安全措施。④设立避灾路线，在井下悬挂明显避灾路线的标志，并传达到井下每位作业人员。⑤编制矿井防治水紧急处理预案，定期进行演练。⑥定期向全矿进行矿井水情水害情况通报，举行防治水专职培训和讲座。为了实现上述水害防治技术措施，具体技术路线如图 7. 1 所示。

图 7. 1 澄合矿区四位一体综合防治水技术体系图

1) 建井和生产前，开展矿区水文地质勘探，提供地质、水文地质等基础资料。全面把握区域地质构造情况、水煤空间组合关系等，分析预测充 ( 突) 水条件、水害类型等，提出预防处理措施。

2) 开展矿区水文地质探查，采用三维地震、瞬变电磁法查清主要可采煤层的底板起伏情况及地质异常体; 查清隐伏灾害性较大的含水、导水地质构造 ( 如导水裂隙发育带等突水通道) 具体位置及煤层底板导水构造的富水性平面分布规律，并对潜在突水通道作出预测。

3) 在地面物探基础上，工作面巷道掘进过程中，利用直流电法对地面物探异常区进行超前探测，其超前探测有效距离一般为 60 ～80 m。

4) 工作面巷道形成后，利用高分辨直流电法对工作面底板进行了综合探测，对工作面底板构造及其富水性进行评价，并圈定可能发生的突水危险区。

5) 采用钻探方法进行探查和验证，在查清水害威胁程度的基础上采用相应的方法和措施进行防护和治理。

6)对煤层底板存在奥灰水威胁的地段进行注浆改造，通过注浆改造底板，提高隔水层有效厚度和完整性，增强其阻水性能。

7)对存在老窖积水威胁的区段，应提前探测，加强疏排。

8)建立地下水动态监测系统，对威胁矿井安全生产的奥灰岩和K₂段含水层进行动态监测，根据水压变化，制定有针对性的防治水措施。

9)进行综合防护，编制水害应急救援预案。

J. 矿井防治水方法研究

（一）煤层底板高压灰岩水带压开采技术

对于华北型煤田，防范煤层底板水的主要方法是带水压安全开采。虽然深部高压水存在，若充分利用隔水层的防护作用，可消减部分水压值，在不进行或很少进行疏水降压的情况下将可实现带压开采。当矿井采煤工作面突水系数T_s大于0.06MPa/m时，应当采用降压疏干或（和）煤层底板注浆加固方法减小突水系数，以保证煤矿安全生产。

1.带压开采技术

与华北型煤田类似，郑煤集团各矿井二₁煤开采应采用带压开采技术。所谓带压开采就是煤层底板受承压水威胁，充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层性能，在不采取或在国家经济、技术条件许可情况下，采取某些技术措施后，实现安全采掘的一种综合性防治水技术。国内外对该技术曾做过大量研究，特别是近几年在我国进行了较为广泛而深入的研究，取得了显着成绩。

评价带压开采安全的标准是突水系数。20世纪60年代由煤炭工业组织的焦作会战提出的突水系数是

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中：P——水压值（MPa）；

M——隔水层厚度（m）。

20世纪70年代煤炭科学研究总院西安分院和其他有关单位对上式所表示的突水系数进行了修正，提出以下突水系数公式：

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中：C_p——采动后底板导水破坏深度（m），其他符号同前。

该公式1984年5月由煤炭工业部正式批准作为矿井水文地质规程防治底板突水的依据，并于1986年写入“煤矿防治水工作条例（试行）中”。

突水系数在以往的应用中取得了显着成效，解放了受水害威胁的大量煤炭资源，特别是在突水可能性分区上已有了较为明确的界限值，所以在评价郑煤集团各煤矿二₁煤带压开采时，我们采用了煤炭科学研究总院西安分院提出的公式。

就整个华北型煤田而言，关于底板奥陶系灰岩突水可能性分区问题，可以考虑以下方案：

Ⅰ区：奥陶系灰岩承压水面以上的地区；

Ⅱ区：奥陶系灰岩承压水面以下，但突水系数T_s＜0.06MPa/m；

Ⅲ区：突水系数T_s介于0.06～0.15MPa/m的地区；

Ⅳ区：突水系数T_s＞0.15MPa/m的地区。

Ⅰ区不存在底板奥陶系灰岩突水问题；Ⅱ区为可能发生底板突水危险地区，应在加强矿井防治水工作的情况下进行带压开采；Ⅲ区发生底板突水危险较大，仅在构造简单的地段采取可靠安全技术措施后才可进行带压开采；Ⅳ区是发生底板突水最危险的地段，底板突水是不可避免的，只有在采取疏水降压把突水系数T_s减小到0.15MPa/m以下才能实施带压开采。

按照以上公式，我们初步计算了奥陶系灰岩含水层对二₁煤层的突水系数。结果显示，本井田内存在突水系数超过临界突水系数，需要进行底板水防治和底板改造。

为了在本井田实施带压开采技术，必须做好以下工作：

1）把防治水工作的重点放在二₁煤层顶板砂岩水和底板奥陶系灰岩水上，采用综合物探、化探和钻探等各种手段，查明陷落柱、断层和裂隙密集带等，以及固井质量差的废旧钻孔；并采用留设防水煤柱或底板加固等手段对地质异常体进行改造，做到采煤工作面底板不出水或不出大水，以节约排水费用，保护水资源和生态环境。

2）根据涌水量预测结果，适当加大矿井和采煤工作面排水能力，以防不测。

3）发展突水预测预报技术。实现突水预测预报的可视化和适时化，建立水害预警系统，推进矿井防治水信息系统集成。

4）在采掘过程中为防治底板出现灾害性突水，应坚持先探后掘、先探后采和先注浆后掘进、先注浆后回采的技术原则。为了节约工程量和保证安全，在采取钻探、物探、化探等综合手段时，应坚持物化探先行、钻探验证的技术方法，以杜绝采掘巷道误揭陷落柱和落差大的断层。

5）关于避灾路线和通讯联系。在有突水危险，尤其是有大危险突水的地区，安全畅通的避灾路线是保证不发生人员伤亡的有效途径。同时应具备畅通的通讯联系，以达到及时将井下的情况迅速报告和将调度命令传达到每一个井下工作人员的目的。

6）矿井防治水工作管理。煤矿设专门负责矿井防治水领导小组，配备探水钻和专职探水组。严格地讲没有征兆的突水是不存在的，所以每个生产班应设水情观测员负责水文地质资料收集和突水前兆观测。

2.中间指示层

为了研究奥陶系灰岩含水层与太原组薄层灰岩的水力联系，在带压开采工作面各布置了一个中间层地下水动态监测孔，本规划还要求在今后设计的每一个采面中，至少应布置一个中间层地下水动态监测孔。终孔层位在L_1-4薄层灰岩底面。

3.煤层底板注浆加固改造

应根据物探及钻探探测结果，分析煤层底板的实际情况，对煤层底板存在垂向越导通道的区段，进行注浆加固，以防堵为主，确定注浆层位。注浆层位可以是奥陶系灰岩顶部含水层、薄层灰岩含水层和隔水层中的可注层位及构造薄弱带。目前焦作和肥城等大水矿区已成功地在九里山、韩王等多个矿区实施底板注浆加固改造，取得了巨大经济效益。

应对准备注浆加固的工作区编制专门设计方案，其中包括注浆层位、注浆孔布置、注浆方法、注浆系统和注浆工艺等。

4.疏干降压

疏干降压一般应在主要充水含水层（薄层灰岩含水层）中进行。可以采用疏干钻孔、疏干巷道等。对于郑煤集团各矿井，由于煤层下部的L₇，L₈灰岩处于煤层底板采动破坏带内，由于采动裂隙的存在，L₇，L₈灰岩水势必通过采动裂隙进入回采空间，增大工作面的涌水量，在个别富水区段还可能引起涌水量过大而影响生产，因此，应对L₇，L₈灰岩进行超前疏干降压，减少其对工作面回采的影响。准备实施疏干降压的矿井，应进行数值模拟计算，以确定疏干漏斗和疏干水量的变化。

疏干降压应编写专门设计，内容包括疏干降压工程布置，疏干降压计算结果以及疏干降压的安全措施等。

（二）顶板砂岩水控制技术

1.顶板砂岩富水性探测

由于在不同岩石所组成的地质体中，岩石的含水性对其相对电阻率有较大的影响，含水地层具有相对电阻率较低的物性特点，且含水程度的差异与地层电阻率的变化幅度相对应，所以，通常采用电磁探测技术测量地下地质体中的电性分布规律进而达到探查矿区导含水地质体的分布及其导含水条件。这种对地层电性参数的获取是三维地震等弹性探测方法所不能及的。

在工作面形成以前，应首先在地表进行瞬变电磁法勘探，探查顶板砂岩的富水性。

在采煤工作面形成后，直流电法在下巷中进行，而音频电穿透则需同时在上巷和下巷中进行。直流电法对地质异常体在垂向上的分布分辨比较清晰，而音频电穿透法对地质异常体的位置分辨比较清晰，因此两者结合可以取得满意的效果。

（1）音频电穿透法

音频电穿透法是利用电磁波在介质中传播时，其电流强度随介质层电阻率的大小而有规律变化的特征，进而计算出穿透各点的视电阻率相对关系，做出反映探测区域富水性强的等视电阻率平面等值线图，并可结合具体水文地质条件推断出顶底板含水体的性质、富水性大小、空间形态及分布范围，为防治水工作提供依据。该方法的主要用途如下：

1）采煤工作面底板下100m内富水区域探测；

2）采煤工作面顶板100m内富水范围探测；

3）工作面内老窑分布范围探测；

本规划选用这种方法探测井下工作面隐伏含水断层、破坏带和裂隙带空间位置及其赋水性变化。

（2）井下直流电法

井下直流电法主要用于巷道顶底板探查，工作面顶板探查和掘进堵头超前探测。具体解决以下问题。

1）巷道顶底板探查：①利用现有的巷道工作，探查深度可达100m，可探测含水层深度，局部富水体深度范围、导升高度及沿巷道方向分布宽度；②提供沿巷道方向垂向电阻率切片剖面，用于解释工作面巷道底板100m深度内的含水、导水体，潜在的突水通道、底板隔水厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度；③要求巷道内无大范围积水。

2）工作面顶底板探查：①改变工作方法利用巷道侧壁可以探测工作面内的隐伏含水构造；②利用多条巷道（上巷、下巷、切眼等）的数据进行立体成图——对工作面底板不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片，分离出电法含水异常区域，得到视电阻率异常断面图、平面图，进行立体解释。

3）掘进堵头超前探查：①利用巷道超前探测使用三极空间交会探测法，可以预测堵头前方80m范围内存在的导、含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老窑巷道），提供前方80m范围内岩石的视电阻率变化信息；②异常为相对异常，可以肯定解释正常区不会存在突水或出水的危险，解释的异常区不能肯定一定出水；③预测堵头的后方必须有不小于前方探测深度的施工空间；④智能傻瓜化资料处理，容易掌握使用。

2.采动三带的探测

煤层顶板采动三带的探测采用水文地质钻孔观测法和物探方法结合的探测方法。

（1）水文地质钻孔观测法

水文地质钻孔观测法的实质是在采空区地面布置一定数量的观测钻孔，在钻进过程中测定钻孔冲洗液的漏失量、钻孔水位变化，并记录各种异常现象，经综合分析确定垮落带和断裂带的最大高度及破坏特征。

1）观测内容和方法：①钻孔冲洗液漏失量观测。冲洗液漏失量是指钻进单位时间或单位进尺冲洗液的漏失量。通过对钻孔中冲洗液漏失量的观测，可以确定断裂带的顶点以及了解垮落带和断裂带内覆岩的破坏特征。冲洗液漏失量的测定方法有两种：一是使用流量表观测，另一种是测定水池中水量的变化。②钻孔水位观测。在钻孔冲洗液正常循环过程中以及冲洗液完全漏失前，应对钻孔中的水位变化进行观测，这也是确定断裂带顶点和覆岩破坏的重要标志。③钻孔冲洗液循环中断状况观测。此时应记录钻孔深度和钻孔冲洗液循环中断的时间。④记录钻进过程中的异常现象。在钻进过程中，及时记录掉钻、卡钻及钻具振动等异常现象，此外还应注意有无吸风或瓦斯涌出现象。

2）观测结果的分析整理。导水裂缝带高度主要是根据钻孔冲洗液消耗量和钻孔水位观测等结果加以确定，垮落带高度则主要是根据钻进异常现象加以确定。各观测钻孔一般均在第四系下套管止水后开始观测，一般可分为3种类型，其一是从某一孔深位置开始，钻孔冲洗液消耗量明显增大，孔内水位显着下降，而且向下钻进时继续保持这种趋势，直至钻孔冲洗液全部漏失，孔内水位很低或无水；其二则是从某一孔深位置开始，钻孔冲洗液突然全部漏失，孔内水位很低或无水；其三是导水裂缝带顶界以上的岩层程度不同地出现钻孔冲洗液全部漏失现象，甚至同时伴有孔内水位很低或无水现象。位于浅部区且岩柱尺寸较小的钻孔一般均属前两种类型，而位于深部区及岩柱尺寸较大的钻孔一般则属后一种类型。钻孔冲洗液法具有简单、易操作、可靠、实用、观测数据较能反映实际导水情况等优点，是获取冒落带和导水裂缝带高度及特征的基本方法。

i.裂隙带顶点的确定。有下列情况之一时，即可认为进入了裂缝带：①若岩体的原始渗透性较差，当钻孔的冲洗液漏失量显着增加，即大于1L/min或0.1L/s·m时；②钻孔水位显着降低，水位下降速度加快，甚至无水时；③岩心有纵向裂缝及轻微吸风现象时。

ii.垮落带顶点的确定。钻孔进入垮落带以前，冲洗液早已完全漏失，孔内无水。此时应根据钻进中的异常现象及岩心破碎情况来确定垮落带的顶点。

iii.垮落带和导水裂缝带高度的确定。垮落带和导水裂缝带的高度，分别等于钻孔孔口至煤层的垂直距离减去垮落带和裂缝带起始点的钻孔孔深。考虑到垮落带和裂缝带内覆岩的压缩量，因此有

H_垮=H-h₁+W

H_导=H-h₂+W

式中：H——钻孔孔口至煤层顶面的垂直距离（m）；

h₁——垮落带起始点至钻孔孔口的垂直距离（m）；

h₂——裂缝带起始点至钻孔孔口的垂直距离（m）；

W——垮落带和裂缝带内覆岩的压缩量，相当于打钻过程中地表点的下沉值（m）。

3）钻孔的孔位、孔径、孔数及施工时间。钻孔孔数一般以5个为宜，分布布置在采空区地面沿煤层走向和倾向主断面上，每个主断面上布置3个钻孔，其中一个位于两个主断面的交点上，钻孔位置应选在能获得垮落带和裂缝带的最大高度的地方，走向主断面上钻孔应位于距开切眼30～50m、距停采线20～30m的采空区内，倾向断面上采空区中央应布置一观测钻孔，其余两个钻孔应设在距回风巷和运输巷3～5m的采空区一侧地表。钻孔孔径一般为91mm。

（2）形变-电阻率探测法

1）基本原理。岩体的电阻率大小不仅取决于岩性，还与岩体中的裂隙大小、裂隙数量及充水程度密切相关。地下煤层采出后，上覆岩体遭受破坏，裂隙增多，阻碍了电流传导，导致电阻率增大。但若裂隙内充水，因水的导电性能优于岩体，电阻率便相应降低。因此，对比开采前后岩体电阻率的变化规律，就可探测出覆岩的破坏高度和破坏形态。

2）观测方法。首先，在某一固定点上测量岩体电阻率随深度的变化，以确定岩体的破坏高度。固定O点，对称地打入A₁B₁及M₁N₁电极，M₁N₁的距离一般可取为A₁B₁距离的1/30～1/3。通过测量电流及电位差，即可计算出探测高度为A₁B₁/2时的视电阻率ρ_s1。加大供电极距到A₂B₂，测量电极距按比例扩大至M₂N₂，获得探测深度为A₂B₂/2时的视电阻率ρ_s2。依此进行，即可得出视电阻率ρ_a随探测深度的变化曲线。实际上真正的探测深度H与供电极距AB具有如下关系：

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中换算系数K因地而异，可依实测资料反演得出。

之后，固定某一探测深度H，测量岩体视电阻率ρ_a随某一剖面的变化。对比开采之后视电阻率的变化情况，则可确定出覆岩的破坏高度和沿某剖面覆岩的破坏形态。钻孔冲洗液消耗量观测法（简称为钻孔冲洗液法）是通过直接测定钻进过程中的钻孔冲洗液消耗量、钻孔水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风、岩心观察及地质描述等资料来综合判定垮落带和导水裂缝带高度及其破坏特征的一种方法。

3.顶板砂岩水的预疏放

对顶板砂岩水进行预疏放为工作面回采大幅度降低水压，以防顶板冒落时大流量突水冲溃工作面，减少工作面涌水对回采的影响。一般采取两种形式：

1）顶板疏放钻孔。在用物探手段查明顶板富水区的前提下，为了减少顶板砂岩水对回采的影响，探明工作面顶板上方岩层赋水状况，对二₁煤顶板上覆含水层进行预疏放，对顶板砂岩水提前疏水降压，降低由于顶板冒落引起顶板水集中涌入工作面的峰值强度，消除或减弱工作面回采时砂岩水对开采的威胁。在工作面上巷施工放水钻孔，将顶板砂岩水相对集中的涌水方式改为相对分散的、循序渐进的逐段放水方式。分析水文地质条件，调查矿井裂隙发育方向，提高单个钻孔放水效率，扩大放水区域，减少放水孔数量。为获得顶板砂岩资料，将放水钻孔水文地质条件探测分解消化于逐段放水之中。

2）疏水巷。当放水钻孔对顶板砂岩含水层疏放效果不理想时，可以在适当地段修建疏水巷道，该巷道应与顶板砂岩径流方向垂直，尽可能切穿顶板砂岩裂隙，以达到最佳的放水效果。通过疏水巷道对工作面顶板砂岩含水层的袭夺，形成以疏水巷道为中心的降落漏斗，达到减少工作面涌水的目的。

4.排水措施

由于煤层顶板主要为数百米的砂岩弱含水层，含水性虽然较弱，但存在局部强含水段。采用放顶煤工艺后，顶板破坏加大，导水裂隙发育向上延伸可达百米以上，上下沟通多个含水段。采煤后随着顶板垮落，上覆砂岩水多从老塘以老塘水形式涌出，老塘水受到堵塞时积聚，当压力升高超过临界值时突然涌出，危害严重，因此需考虑对涌水采取排水措施。

（1）采空区埋设花管

为了将采空区积水引出采空区，可预先在采空区每隔20m设置一根花管，沿下巷向上巷布置，花管长100m左右。将采空区水引至下巷排出。需要说明的是由于二₁煤较软，因此并不能完全将涌水排除，该花管只能减少涌水在采空区的积聚，减小大量积水对工作面生产的危害。

（2）施工泄水巷

1）专用泄水巷。专用泄水巷在工作面下巷北侧，距离下巷约5m，在煤层底板下的细砂岩中修建，泄水巷涌水采用自流形式。每隔50m施工一条联络巷，或在低凹地段设置联络巷，将工作面涌水排除，这样可以在水量较大的情况下仍不影响生产。

2）施工双下巷。在距离工作面下巷约20m处再施工一条巷道，该巷道对工作面可以作为泄水巷，可以将工作面涌水排出，同时该巷道也可以作为相邻工作面的上巷。每隔50m设一条联络巷，以保证工作面涌水顺利进入泄水巷。缺点是增加了掘进巷道，同时增加了维护费用。