1、義務(wù)義務(wù)3 3：礦井底板水的防治：礦井底板水的防治一、底板突水要素分析、預(yù)測及帶壓開采一、底板突水要素分析、預(yù)測及帶壓開采平安度評價(jià)平安度評價(jià)二、底板水的疏水降壓二、底板水的疏水降壓三、隔水層薄弱帶的注漿加固三、隔水層薄弱帶的注漿加固四、利用隔水層帶壓開采四、利用隔水層帶壓開采五、工程實(shí)例五、工程實(shí)例 一、底板突水要素分析、預(yù)測及帶壓一、底板突水要素分析、預(yù)測及帶壓開采平安度評價(jià)開采平安度評價(jià) ( (二二) )底板突水要素分析底板突水要素分析( (三三) )易發(fā)生突水的地段易發(fā)生突水的地段( (四四) )底板突水預(yù)測方法底板突水預(yù)測方法( (五五) )帶壓開采平安度評價(jià)帶壓開采平安度評價(jià)( (

2、一一) )采動條件下底板破壞的規(guī)律采動條件下底板破壞的規(guī)律一采動條件下底板破壞的規(guī)律一采動條件下底板破壞的規(guī)律(c)任務(wù)面周圍支承壓力分布特征采動空間內(nèi)應(yīng)力重新分布表示圖采動空間內(nèi)應(yīng)力重新分布表示圖(b)任務(wù)面底板剪切帶分布特征(a)隨任務(wù)面推進(jìn)底板受力特征下三帶的發(fā)育1.1.“下三帶發(fā)育特征下三帶發(fā)育特征2. 2. “下三帶確實(shí)定下三帶確實(shí)定)(312hhhh 底板隔水層在開采條件下三帶分布表示圖底板隔水層在開采條件下三帶分布表示圖二底板突水要素分析二底板突水要素分析含水層富水性及水壓含水層富水性及水壓破裂構(gòu)造破裂構(gòu)造礦壓破壞深度礦壓破壞深度隔水層厚度、巖性組合隔水層厚度、巖性組合山東礦業(yè)學(xué)

3、院特殊開采所閱歷公式山東礦業(yè)學(xué)院特殊開采所閱歷公式(2019(2019年年) )：式中式中 Cp Cp采動對底板的破壞深度，采動對底板的破壞深度，m m； L L任務(wù)面斜長，任務(wù)面斜長，m m； H H 采深，采深，m m； a a 煤層傾角，煤層傾角，； f f 底板巖層鞏固性系數(shù)底板巖層鞏固性系數(shù) 24ln9291. 73113. 00448. 000911. 0LfaHCp前往前往 采煤任務(wù)面底板受力、剪切帶分布圖采煤任務(wù)面底板受力、剪切帶分布圖三易發(fā)生突水的地段三易發(fā)生突水的地段斷層交叉或集合處斷層交叉或集合處背斜傾伏端一帶背斜傾伏端一帶褶曲軸部裂隙密集帶或小斷裂密集帶褶曲軸部裂隙密集

4、帶或小斷裂密集帶斷層尖滅或消逝端一帶斷層尖滅或消逝端一帶兩條大斷層相互對扭地帶兩條大斷層相互對扭地帶(即張扭性破碎帶即張扭性破碎帶)與導(dǎo)水或富水大斷裂成與導(dǎo)水或富水大斷裂成“入字形銜接的小斷裂帶入字形銜接的小斷裂帶復(fù)合部位小斷層與次級小褶曲軸在地層傾向急劇轉(zhuǎn)機(jī)帶上的復(fù)合部復(fù)合部位小斷層與次級小褶曲軸在地層傾向急劇轉(zhuǎn)機(jī)帶上的復(fù)合部位，或小褶曲軸與底層傾向轉(zhuǎn)機(jī)帶的復(fù)合部位位，或小褶曲軸與底層傾向轉(zhuǎn)機(jī)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)。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。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

5、。前往前往實(shí)例實(shí)例1 1前往前往 某礦井田構(gòu)造圖某礦井田構(gòu)造圖四底板突水預(yù)測方法四底板突水預(yù)測方法1 1、采掘前的突水預(yù)測、采掘前的突水預(yù)測 2 2、采掘過程中的突水預(yù)測、采掘過程中的突水預(yù)測1 1、采掘前的突水預(yù)測、采掘前的突水預(yù)測 (1)水文地質(zhì)方法水文地質(zhì)方法 (2)突水系數(shù)分析法突水系數(shù)分析法 突水系數(shù)突水系數(shù)指單位隔水層厚度所接受的水壓，又稱水壓比，其表達(dá)式為：指單位隔水層厚度所接受的水壓，又稱水壓比，其表達(dá)式為： 式中式中 Ts突水系數(shù)，突水系數(shù)，MPa/m； P作用于隔水層底板的水壓力，作用于隔水層底板的水壓力，MP Mi底板隔水巖中某一性質(zhì)巖石的厚度，底板隔水巖中某一性質(zhì)巖石的

6、厚度，m； i底板隔水巖中底板隔水巖中i層巖石等值隔水系數(shù)層巖石等值隔水系數(shù)(泥巖為泥巖為1，砂頁巖為，砂頁巖為0.7，頁巖為，頁巖為0.5，斷層，斷層破碎帶巖石為破碎帶巖石為0.35) Cp采動對底板的破壞深度，采動對底板的破壞深度，m； n隔水層層數(shù)。隔水層層數(shù)。 psCMpTniiiMM1底板隔水層在開采條件下三帶分布表示圖底板隔水層在開采條件下三帶分布表示圖前往前往 底板隔水層在開采條件下三帶分布表示圖底板隔水層在開采條件下三帶分布表示圖2 2、采掘過程中的突水預(yù)測、采掘過程中的突水預(yù)測(1)(1)鉆探方法鉆探方法探測高水壓區(qū)探測高水壓區(qū)( (假設(shè)其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奧灰水壓假設(shè)其值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于奧

7、灰水壓(CHA 0.4(CHA 0.41.0MPa1.0MPa以上以上) )那么不突水。那么不突水。) )探測底板水的導(dǎo)升高度探測底板水的導(dǎo)升高度( (當(dāng)導(dǎo)升高度上界進(jìn)入或到達(dá)礦當(dāng)導(dǎo)升高度上界進(jìn)入或到達(dá)礦壓破壞區(qū)時(shí)，往往發(fā)生突水壓破壞區(qū)時(shí)，往往發(fā)生突水 ) )(2)(2)物探方法物探方法(3)(3)突水征兆的監(jiān)測突水征兆的監(jiān)測前往前往五帶壓開采平安度評價(jià)五帶壓開采平安度評價(jià)1 1、掘進(jìn)巷道底板隔水層平安隔水厚度、掘進(jìn)巷道底板隔水層平安隔水厚度2 2、回采任務(wù)面底板隔水層突水系數(shù)、回采任務(wù)面底板隔水層突水系數(shù)3 3、平安水頭值、平安水頭值1 1、掘進(jìn)巷道底板隔水層平安隔水厚度、掘進(jìn)巷道底板隔水層

8、平安隔水厚度計(jì)算公式：計(jì)算公式：式中：式中：t平安隔水厚度平安隔水厚度(m)； L巷道底板寬度巷道底板寬度(m)； 底板隔水層的平均容重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)度底板隔水層的平均抗張強(qiáng)度(10-2MPa)； H底板隔水層接受的水頭壓力底板隔水層接受的水頭壓力 (10-2MPa)。如底板隔水層實(shí)踐厚度小于計(jì)算值時(shí)，就是不平安的如底板隔水層實(shí)踐厚度小于計(jì)算值時(shí)，就是不平安的 pKLKpHLLt4)8(22前往前往2 2、回采任務(wù)面底板隔水層突水系數(shù)、回采任務(wù)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)普通不大于底板受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)普通不大于0.06 M

9、Pa/m就可以為是平安的，就可以為是平安的，正常塊段正常塊段(隔水層完好無斷裂構(gòu)造破壞隔水層完好無斷裂構(gòu)造破壞)不大于不大于0.1 MPa/m就可以為是平安就可以為是平安的。的。平安區(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；平安區(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；較平安區(qū)：是指突水系數(shù)小于較平安區(qū)：是指突水系數(shù)小于0.06MPa/m，存在底板突水的能夠性，需，存在底板突水的能夠性，需采取防治水措施，進(jìn)展帶壓開采；采取防治水措施，進(jìn)展帶壓開采；危險(xiǎn)區(qū)：是指突水系數(shù)介于危險(xiǎn)區(qū)：是指突水系數(shù)介于0.06-0.1 MPa/m，突水的危險(xiǎn)性較大，在巖，突水的危險(xiǎn)性較

10、大，在巖層完好構(gòu)造簡單地帶采取平安措施的情況下可進(jìn)展帶壓開采；層完好構(gòu)造簡單地帶采取平安措施的情況下可進(jìn)展帶壓開采；最危險(xiǎn)區(qū)：是指突水系數(shù)大于最危險(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。，是底板突水的最危險(xiǎn)地段。 niiisMMMMPT1前往前往3 3、平安水頭值、平安水頭值(1)掘進(jìn)巷道平安水頭值掘進(jìn)巷道平安水頭值 式中式中 H底板隔水層可以接受的平安水壓底板隔水層可以接受的平安水壓(10-2MPa)； t底板隔水層厚度底板隔水層厚度(m)； L巷道寬度巷道寬度(m)； 底板隔水層的平均容重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)度底板隔水層的平

11、均抗張強(qiáng)度(10-2MPa) 當(dāng)掘進(jìn)巷道任務(wù)區(qū)段的水壓值大于所計(jì)算出的平安水壓值時(shí)，巷道有底板突水的危險(xiǎn)；反之，可以平安掘進(jìn)。當(dāng)掘進(jìn)巷道任務(wù)區(qū)段的水壓值大于所計(jì)算出的平安水壓值時(shí)，巷道有底板突水的危險(xiǎn)；反之，可以平安掘進(jìn)。(2)回采任務(wù)面平安水頭值回采任務(wù)面平安水頭值 式中式中 P底板隔水層可以接受的平安水壓底板隔水層可以接受的平安水壓(MPa)； M底板隔水層厚度底板隔水層厚度(m)； Ts突水系數(shù)突水系數(shù)(MPa/m) 當(dāng)回采任務(wù)面隔水底板的實(shí)踐水頭值大于平安水頭值，那么有底板突水的危險(xiǎn)；反之，可以平安回采。當(dāng)回采任務(wù)面隔水底板的實(shí)踐水頭值大于平安水頭值，那么有底板突水的危險(xiǎn)；反之，可以平

12、安回采。tLtKHp222MTPs前往模塊四前往模塊四v底板水的防治應(yīng)遵照十六個(gè)字方針：底板水的防治應(yīng)遵照十六個(gè)字方針：v整體研討，逐塊分析，因地制宜，先易后難。整體研討，逐塊分析，因地制宜，先易后難。二、底板水的疏水降壓二、底板水的疏水降壓( (一一) )地表疏水降壓地表疏水降壓( (二二) )井下疏水降壓井下疏水降壓( (三三) )井上下結(jié)合疏水降壓井上下結(jié)合疏水降壓一地表疏水降壓一地表疏水降壓地表疏降方式地表疏降方式地表疏降鉆孔地表疏降鉆孔( (井井) )平面布置方式平面布置方式前往前往地表疏降鉆孔地表疏降鉆孔( (井井) )平面布置方式平面布置方式二井下疏水降壓二井下疏水降壓 下行式井

13、下疏水降壓鉆孔下行式井下疏水降壓鉆孔留意留意! !當(dāng)下伏含水層的水頭壓力過高大于當(dāng)下伏含水層的水頭壓力過高大于4 45MPa5MPa時(shí)，井下放水鉆孔施工時(shí)，井下放水鉆孔施工就很困難，此時(shí)此法不宜采用就很困難，此時(shí)此法不宜采用 (a) (a) 底板疏水降壓孔平面布置表示圖底板疏水降壓孔平面布置表示圖 (b)(b)底板疏水降壓孔剖面表示圖底板疏水降壓孔剖面表示圖前往前往三井上下結(jié)合疏水降壓三井上下結(jié)合疏水降壓壓力傳送式井下疏降鉆孔壓力傳送式井下疏降鉆孔井上下結(jié)合疏水降壓井上下結(jié)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

14、下結(jié)合疏水，或采用供疏結(jié)合的結(jié)合疏水。當(dāng)?shù)V區(qū)一方采用井上下結(jié)合疏水，或采用供疏結(jié)合的結(jié)合疏水。當(dāng)?shù)V區(qū)一方面地面供水面地面供水( (工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民飲用工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民飲用) )緊張，另一方面井下水害嚴(yán)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)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。供水水源地，實(shí)現(xiàn)疏供水結(jié)合。壓力傳送式井下疏水孔壓力傳送式井下疏水孔前往模塊四前往模塊四三、隔水層薄弱帶的注漿加固三、隔水層

15、薄弱帶的注漿加固注漿防治礦井水害技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：注漿防治礦井水害技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：減少礦井消費(fèi)過程中的排水電費(fèi)，降低噸煤消費(fèi)本錢。減少礦井消費(fèi)過程中的排水電費(fèi)，降低噸煤消費(fèi)本錢。有利于在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中有效地維護(hù)礦區(qū)地下水資源。有利于在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中有效地維護(hù)礦區(qū)地下水資源。有利用在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中有效地防止地下水系統(tǒng)環(huán)境擾動而有利用在礦產(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)禍發(fā)生。誘發(fā)的生態(tài)環(huán)境惡化和其他相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)禍發(fā)生。改善井下采掘任務(wù)環(huán)境和勞動條件。改善井下采掘任務(wù)環(huán)境和勞動條件。快速恢復(fù)被淹礦井或采掘任務(wù)面快速恢復(fù)被淹礦井或采掘任務(wù)面詳細(xì)防治方法

16、詳細(xì)防治方法( (一一) )改造含水層為隔水層，添加隔水層厚度改造含水層為隔水層，添加隔水層厚度( (二二) )提高隔水層的阻水性提高隔水層的阻水性( (三三) )其它防治方法其它防治方法一改造含水層為隔水層，添加隔水層厚度一改造含水層為隔水層，添加隔水層厚度前往前往底板含水層注漿改造技術(shù)表示圖底板含水層注漿改造技術(shù)表示圖二二 提高隔水層的阻水性提高隔水層的阻水性前往前往 煤層底板隔水層破碎帶注漿加固表示圖煤層底板隔水層破碎帶注漿加固表示圖地面防滲堵漏：在煤層底板下伏奧灰含水層的露頭部地面防滲堵漏：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、水渠經(jīng)過時(shí)，地面水往位，如有地面水流河流、

17、水渠經(jīng)過時(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，但漏失段不很長時(shí)，可在地面進(jìn)展河床防滲堵漏任務(wù)，往往段不很長時(shí)，可在地面進(jìn)展河床防滲堵漏任務(wù)，往往能使礦井突水危險(xiǎn)性或礦井涌水量顯著減小。能使礦井突水危險(xiǎn)性或礦井涌水量顯著減小。改動采煤方法：對于隔水底板厚度較薄，突水要挾嚴(yán)改動采煤方法：對于隔水底板厚度較薄，突水要挾嚴(yán)重，而又無其他有效防治方法的礦井或采區(qū)，如改用重，而又無其他有效防治方法的礦井或采區(qū)，如改用適當(dāng)?shù)牟擅悍椒ǎ芑U(xiǎn)為夷。例如短壁開采，適當(dāng)?shù)牟擅悍椒ǎ芑U(xiǎn)為夷。例如短壁開采，房柱式開采、砌充填帶以致充填法采礦，都能

18、減小礦房柱式開采、砌充填帶以致充填法采礦，都能減小礦壓和提高隔水底板抵抗水壓的才干；快速回采、人工壓和提高隔水底板抵抗水壓的才干；快速回采、人工放頂，那么能縮短懸頂時(shí)間，防止或減少底板巖體因放頂，那么能縮短懸頂時(shí)間，防止或減少底板巖體因蠕變而降低其力學(xué)強(qiáng)度的危險(xiǎn)。但短壁開采、房柱式蠕變而降低其力學(xué)強(qiáng)度的危險(xiǎn)。但短壁開采、房柱式開采，會降低采煤效率，損失煤炭資源；充填法采礦開采，會降低采煤效率，損失煤炭資源；充填法采礦會添加采煤本錢，普通不宜采用。會添加采煤本錢，普通不宜采用。三其它防治方法三其它防治方法前往模塊四前往模塊四四、利用隔水層帶壓開采四、利用隔水層帶壓開采( (一一) )劃分突水性分

19、區(qū)劃分突水性分區(qū)( (二二) )帶壓開采的措施帶壓開采的措施一劃分突水性分區(qū)一劃分突水性分區(qū)- -編制突水系數(shù)圖編制突水系數(shù)圖編制突水系數(shù)圖編制突水系數(shù)圖突水系數(shù)的運(yùn)用是經(jīng)過突水系數(shù)圖來表達(dá)的。有兩種突水系數(shù)的運(yùn)用是經(jīng)過突水系數(shù)圖來表達(dá)的。有兩種突水系數(shù)圖，一種是礦區(qū)或井田突水系數(shù)圖突水系數(shù)圖，一種是礦區(qū)或井田突水系數(shù)圖( (比例尺比例尺1:50001:500010000)10000)，第二種是采區(qū)突水系數(shù)圖，第二種是采區(qū)突水系數(shù)圖( (比例尺比例尺1:10001:100020002000或更大或更大) )。1 1、以煤層底板等高線圖為底圖、以煤層底板等高線圖為底圖某礦某礦17181718采區(qū)

20、底板等高線圖采區(qū)底板等高線圖2 2、根據(jù)水位資料編制等水位線圖、根據(jù)水位資料編制等水位線圖 某礦某礦17181718采區(qū)底板含水層放水等水位線圖采區(qū)底板含水層放水等水位線圖3 3、根據(jù)以上兩種資料繪制底板等水壓線圖、根據(jù)以上兩種資料繪制底板等水壓線圖某礦某礦17181718采區(qū)放水等水壓線圖采區(qū)放水等水壓線圖4 4、編制有效維護(hù)層厚度等值線圖、編制有效維護(hù)層厚度等值線圖 某礦某礦17181718采區(qū)有效隔水層等厚線圖采區(qū)有效隔水層等厚線圖5 5、根據(jù)底板等水壓線圖和有效維護(hù)層厚度等值、根據(jù)底板等水壓線圖和有效維護(hù)層厚度等值線圖，繪出突水系數(shù)等值線圖線圖，繪出突水系數(shù)等值線圖 前往前往 某礦某礦

21、17181718采區(qū)底板放水突水系數(shù)圖采區(qū)底板放水突水系數(shù)圖一劃分突水性分區(qū)一劃分突水性分區(qū)- -編制帶壓開采地質(zhì)、水文地質(zhì)闡明書編制帶壓開采地質(zhì)、水文地質(zhì)闡明書開采受水要挾地域的煤層，在編制開辟、開采受水要挾地域的煤層，在編制開辟、掘進(jìn)與回采設(shè)計(jì)之前，必需編制該范圍掘進(jìn)與回采設(shè)計(jì)之前，必需編制該范圍的地質(zhì)、水文地質(zhì)闡明書，以作為設(shè)計(jì)的地質(zhì)、水文地質(zhì)闡明書，以作為設(shè)計(jì)的根據(jù)。的根據(jù)。前往前往二帶壓開采的措施二帶壓開采的措施1.1.短壁式開采短壁式開采2.2.帶壓分段后退式開采帶壓分段后退式開采分段后退式開采方法表示圖分段后退式開采方法表示圖五、工程實(shí)例實(shí)例實(shí)例1 1 某礦某礦1919號煤層底板突水要素分析號煤層底板突水要素分析實(shí)例實(shí)例2 2 提高底板抗阻水才干的高壓注漿加固技術(shù)提高底板抗阻水才干的高壓注漿加固技術(shù)實(shí)例實(shí)例3 3 煤層底板多層含水層裂隙突水防治技術(shù)煤層底板多層含水層裂隙突水防治技術(shù)實(shí)例實(shí)例4 4 底板突水事故的防備底板突水事故的防備實(shí)例實(shí)例5 5 單漿液快速封堵奧灰動水單漿液快速封堵奧灰動水實(shí)例實(shí)例