73防水煤柱留设Word文件下载.docx
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如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。
即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。
因此，必须圈定陷落柱的突水边界。
陷落柱的边界不等于突水边界，因为陷落柱在坍塌过程中或坍塌后的重力作用下，在柱体周围的脆性煤、岩层中形成大量的张裂隙，这些裂隙将成为良好的突水通道。
一些陷落柱甚至内部完全充水不导水，而断层小裂隙发育的陷落柱周边环带反而成为导水的主要通道。
因此，确定陷落柱的出水边界，必须考虑周边裂隙的发育带，将其划在突水边界内。
突水边界确定以后，可将突水边界视为一个断层面，参照《煤矿防治水规定》有关导水断层防水煤柱的留设方法比照计算。
计算陷落柱的防水煤岩柱用下面的公式：
（7-3）
式中，L—防隔水煤柱宽度，m；
K—安全系数，一般取2～5；
P—水头压力，Mpa；
②不导水陷落柱
不导水陷落柱可分为两种类型，一种是陷落柱基底的灰岩不含水或含水不丰富，陷落柱无水可导；
第二种是陷落柱局部挤压变形形成隔水层，从而使陷落柱无法导水。
对于第一种类型的陷落柱，可以不留设防水煤柱。
对于第二种，尤其是曾经有过陷落柱导水的矿区出现的不到水陷落柱，如果不留设防水煤柱而强行通过，在采动应力的作用下隔水层可能受到破坏而出现突水现象。
7.4掘进巷道防治水工作
武甲煤矿3号煤层为全井田带压开采。
因此巷道掘进也为带压作业，对巷道掘进的防治水工作也应当加强。
掘进过程中应严格按照《煤矿防治水规定》的要求执行，本着“有疑必探、先探后掘”的原则，做好超前物探和超前钻探工作。
（1）超前物探
在巷道掘进过程中，巷道前方如果发现或揭露断层，且断层导含水性存在一定的不确定性，断层确切位置可能与已有的资料不符，其突水存在不可预知性，所以必须进行掘进头超前探查工作。
带高压掘进应将超前探测作为日常防治水的重要内容，超前探的主要方法有：
直流电法、瞬变电磁技术、地质雷达。
掘进头超前物探主要采用井下直流电法进行超前探，可探测80m,安全掘进50m。
这一方法在煤巷中使用效果较好，因为煤为高阻介质，在有含水构造时介质的电阻差异很大，易于发现异常；
而在砂、泥岩中使用效果不好，原因是砂、泥岩为低阻层，其内的含水构造电性差异小。
主要用于超前探测矿井含水构造（包括陷落柱）、含水层、老空积水层。
瞬变电磁技术利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。
地质雷达是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波，电磁波在介质中传播，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，电进波便发生反射，根据接收到的雷达波形、强度、双程时频等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。
这是一种非破坏性的探测技术，并具有较高的探测精度和分辨率。
可超前探测30m范围内的断层、陷落柱、含水带等地质构造异体。
（2）掘进探放水工作
带压掘进过程中，在水文地质异常地段，如断裂富水带、向斜轴部富水区及老空水等，都要进行超前钻探。
打探查孔或探放水，具体时间安排应根据掘进工作实际进度与现场需要来确定。
探放方法要按照《煤矿安全规程》和《煤矿防水治水规定》进行。
井田总体为一向东倾斜的单斜构造，在此基础上发育次一级的背向斜褶曲构造，地层倾角2°
-6°
。
断裂不发育，仅井田北部边缘发育一小型正断层（落差5-15m）,掘进靠近断层时，必须进行探放水工作。
1）探放水钻孔布置应遵循下列规定：
①探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探放水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。
钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各钻孔的垂距不得超过1.5m；
②探放构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。
底板方向的钻孔不得少于2个；
③煤层内，原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。
如确实需要的，可以先建筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水；
④上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和汇水，另一条用来安全撤人。
双巷间每隔30～50m掘1个联络巷，并设挡水墙；
⑤井下探放水应当使用专用的探放水钻机，严禁使用煤电钻探放水。
⑥钻机安装、孔径、超前距离和止水套管长度必须满足《煤矿防治水规定》第九十六条至第九十九条的规定。
2）探水钻孔的布置
布置原则：
①“有掘必探”，不可盲目自信造成漏探；
②“先探后掘”，保证掘进安全掘进；
③“经济有效”，在满足上述勘探原则的基础上，提高工程进度，减少探水工作量。
超前距、允许掘进距离、帮距和钻孔间距的确定：
①超前距
探放老空水的过程中，一般情况下从探放水线起钻，超前探查孔一次性揭露老空水的情况很少，根据以往经验，探查老空水试探水—掘进—探水循环进行的过程；
而钻探的终孔位置应该始终保持超前掘进头一段安全距离，该距离称为超前距。
超前距的选择与煤层厚度、老空水压力以及煤层强度有关，根据各地探放老空水经验，结合本矿实际情况探放老空水的工程应该保持30m以上的超前距。
②允许掘进距离
经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离，允许掘进距离主要决定于探水范围（即探水孔终孔位置）和超前距。
③帮距
为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道侧帮之间的距离。
帮距的取值一般情况下与超前距相同。
④钻孔间距
指允许掘进距离的终点横剖面上，探水孔之间的距离。
一般情况下该值不得超过3m，以防漏掉老空巷道。
钻孔布置方式见图7-5。
图7-5探水钻孔超前距、帮距、密度和允许掘进距离示意图
在探放的过程中，涌出的地下水需作水质分析、环境同位素测试，以确定来水水源。
如果涌水水量达到200m3,则需要配合水文地质观测，观测方法可参照多孔放水试验的观测方法。
进一步了解水文地质参数，做到“物探、水质与同位素分析、水文地质观测”同步进行。
（3）超前注浆封堵
经物探和钻探查明存在构造（如断层、陷落柱）且富水性较好，通过探放水仍无法通过时，应采取超前注浆对其进行封堵，待形成帷幕且钻探验证安全后再进行掘进。
超前注浆工程必须有专门的工程设计方案。
包括注浆层位、注浆孔的布置、注浆方法、注浆系统和注浆工艺等。
7.5工作面防治水工程
7.5.1工作面布置及要求
开采技术是预防水害实现安全采煤的措施之一，大量开采实践和研究结果表明，煤层底板破坏与工作面的规模，开采顺序有一定的关系。
根据采动矿山压力对底板突水试验与研究，针对预防煤矿水害的开采技术有下列几方面：
（1）控制工作面规模：
对于当保护层薄强度不够或构造裂隙发育时，可采用大面改小面，适当缩短工作面斜长以减少破坏深度，降低矿井突水的风险。
据初步设计资料工作面长度定为150m。
一般情况下，在无构造地段，工作面回采时在正常地段不会受底板奥灰水的威胁。
因此，将3号煤层的工作面倾斜长度定为150m是合理的，但是根据三维地震勘探资料，采区可能存在隐伏的断层和陷落柱，今后矿方在布置工作面时，长度应尽量小于150m，以减小矿井突水风险。
（2）调整工作面布置：
工作面布置应尽量避免在断层带附近和其平行，以降低因矿压作用引起的采面周边剪切带与断层断裂带叠加可能造成工作面突水的概率。
（3）顶板控制：
当顶板坚硬不易冒落面形成悬顶跨距过大时，则应人工放顶，减少悬顶面积，降低初次来压强度，应根据相似矿井长期的开采实践和现场测定结果制定相应的控制措施，控制初次来压步距小于10～15m，最好不大于20m。
（4）协调开采顺序：
如采区接替分层开采，因采取间歇式开采，避免矿压集中作用和底板在非稳定情况下叠加破坏，一般间歇时间至少保持3～6个月。
（5）底板薄弱带预注浆加固：
对有原始导高大的区域、断裂带异常导水带、导水陷落柱等应预先进行注浆封堵加固，增加隔水层阻抗强度，防治底板突水。
此外，应加强分区隔离，一旦发生较大的奥灰突水，把灾害控制到最小。
7.5.2综合物探
（1）物探方法选择
①探测目的：
3号煤及底板隔水层构造；
采掘前方及底板富水区段；
奥灰水原始导高。
②物探方法的特征：
对构造敏感；
对富水区段敏感；
针对性、有效性、可靠性。
③原则：
以井下物探为主，地面物探为辅；
一种物探方法为主，其它物探为辅，尽量消减物探解译多解性的不足；
适合采区地质、水文地质条件特征。
（2）物探方法
图7-6物探方法及作用
井田尚无覆盖全井田物探资料，采掘过程中要加强井下物探工作，带压开采工作面的探测工作应在危险地段如断层、陷落柱水文异常区等地段加强井下超前探测。
常用有效的物探方法有：
（1）瞬变电磁侧向探测；
（2）无线电波坑道透视等。
7.5.3井下探放水工程
工作面探放水工程应在下列情况下进行：
①巷道接近落差较大的断层时；
②接近勘探阶段遗留的钻孔时；
③接近岩溶落陷柱时；
④接近其他富水区时；
利用综合物探手段对导水构造的具体位置、形态进行更为准确的探测和导水评价可少的工作，由于物探具有多解性的特点，钻探验证不可缺少。
各工作面应根据实际情况编制物探异常区超前钻探设计，钻探的设计内容应包括：
钻孔布设方案，钻孔类型、结构、钻孔参数、终孔层位，钻探施工、下套管、套管耐压试验、施工机械，施工技术要求。
探放岩溶陷落柱水和旧勘探空水时，探放水孔应成组布置，在巷道前方水平面或垂直呈扇形布置。
探放断层水时，钻孔应沿掘进前方和下方布置。
井下探放水工程必须特别重视安全问题。
在水压大于1MPa的地点探水时，要预先固结套管并在管口安装闸阀及防止钻具突然被水顶出的措施。
钻孔放水前，应估算积水量，做好排水准备，做好放水量、水压、水质情况的记录工作。
根据本井田的情况，对断层探水后，如果水比较大，以留设煤柱为宜；
对岩溶陷落柱，应探明其导水性后再采取相应的措施，若陷落柱面积较大则应以留设防水煤柱为主要措施。
7.6强排水系统
由于本矿井的奥灰水水压大，水量较丰富，首采区局部三维地质成果分析存在断层与陷落柱，在局部底板薄弱带或构造发育带发生突水的可能性较大。
所以，应在正常排水系统的基础上另外安设具有独立供电且排水能力不小于最大涌水量的强排系统。
1）强排水系统选择条件
1.根据《煤矿防治水规定》第58条规定：
矿井井下排水设备应当符合矿井排水的要求。
除正在检修的水泵外，应当有工作水泵和备用水泵。
工作水泵的能力，应当能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。
备用水泵的能力应当不小于工作水泵能力的70%。
工作和备用水泵的总能力，应当能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
检修水泵的能力，应当不小于工作水泵能力的25%。
水文地质条件复杂或者极复杂的矿井，除符合本条第一款规定外，可以在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或者增加相应的排水能力。
水管应当有一定的备用量。
工作水管的能力，应当能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。
工作和备用水管的总能力，应当能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
配电设备的能力应当与工作、备用和检修水泵的能力相匹配，并能保证全部水泵同时运转。
有突水淹井危险的矿井，可以另行增建抗灾强排水系统。
2.根据《煤矿防治水规定》第66、67条规定：
水文地质条件复杂、极复杂的矿井，应当在井底车场周围设置防水闸门，或者在正常排水系统基础上安装配备排水能力不小于最大涌水量的潜水电泵排水系统。
在矿井有突水危险的采掘区域，应当在其附近设置防水闸门。
不具备建筑防水闸门的隔离条件的，可以不建筑防水闸门，但应当制定严格的其他防治水措施，并经煤矿企业主要负责人审批同意。
3．矿井透水事故是危害最大、影响时间最长的事故。
国家有关部门极为重视矿山水灾的防治，对用水量大的矿井或含水层以下开采的矿井要求配备强排水系统，做到预防为主，即使发生透水事故，也有足够的时间撤退人员，撤退关键设备，从而减少经济损失。
强拍泵的优点：
（1）不怕水淹，电机为潜水型电机，不用担心散热和漏水。
（2）安装简单，对安装条件要求低。
（3）立、卧、斜式运行均可。
（4）扬程高，排量大。
（5）轴向力为零。
（6）装强拍泵过水流部件均为铜合金或不锈钢，无论在水里放多长时间，水泵都不会发生锈。
（7）运行安全可靠、性能稳定。
（8）泵房占用面积小。
其强排水系统缺点：
（1）管路较长，压力损失较多，排水效率不高。
（2）安装管路时间较长，要求井筒倾角变化不大。
（3）轨道的直线度要求较高。
2）强排水系统设备
选用2台KQ500-450/9-1000-GS型潜水泵，1台工作，1台备用。
该型水泵额定流量为500m3/h，扬程为450m，配用电机功率为1000kW,6kV，能够满足矿井突水时排水能力。
排水管道选用Φ219×
6型无缝钢管2趟,沿中央轨道运输大巷、进风巷、进风井井筒敷设至地面泄洪沟.
3）强排泵的安装方案
1.主、备强排泵安装地点的选择及运行方式
根据井下煤层赋存条件，地质构造，涌水量和含积水量，主、备用强排泵的安装地点选择在中央轨道运输大巷最低处。
主、备强排泵均采用轨道运行方式，具备适用、移动快、易检修、易拆除等条件。
2．主、备强排泵安装及调试
安装前，布置临时设施。
首先在斜巷的坡头处，选择合适位置凿梁窝，安装承重梁用混凝土灌注，安装固定慢速绞车，安装合适的滑轮组和钢丝绳，待临时设施布置完后，强排水泵的安装按下程序进行。
A、将回柱绞车固定好，两戗两锚必须结实牢固。
B、用JSDB-6型回柱绞车、手拉葫芦、推溜器将强拍泵按顺序对接好，并紧固。
C、强排泵沿轨道平稳放入中央轨道运输大巷最低处，且把配套的管路连接上，并紧固好。
D、工作人员在调试期间，发现有声音异常，温度过高等不正常时及时调整，故障处理后方可运行。
3.注意事项
A、安装前，提前进行水仓铺道和硬化工作，在水仓底轨道处变坡点做阻车器。
B、运输设备和管件必须标清楚方向，以免到井下后调头。
C、回柱绞车的地锚一定要固定牢靠。
4）强排水管铺设路线
强排水管路敷设方案：
排水管路安装时沿中央轨道运输大巷、进风巷、进风井井筒，采用U型卡箍和160mm槽钢链接固定在高1米处的帮壁上。
强排管路每200米安装一个调节闸阀，一为了强排泵便于空载启动，二为了保护强排泵。
5）供电方案
2回10kV电源引自风井变电所10kV不同母线段，电缆型号为MYJV42-6/6kV,3×
95mm2型交联聚乙烯粗钢丝铠装电缆，沿钻孔下井，引至采区水泵房，向抢险排水泵供电，控制开关设在10kV风井变电所内。
8带压开采的技术装备
为了满足带压开采防治水工作的需求，应建立煤矿带压开采防治水安全保障系统。
主要包括：
1）矿井排水能力；
2）钻探及注浆设备手段；
3）综合物探；
4）水情水害监测系统；
5）水害监测预警系统；
6）矿井突水水源快速判别系统；
7）水文地质信息管理系统等。
8.1矿井排水能力
煤矿排水系统应当满足正常矿井涌水量和奥灰水疏放条件下的排水能力。
排水系统包括：
矿井排水系统和工作面掘进过程中的临时排水系统。
1）现主排水设备及设施
矿井地面和井下其他工程均为未动工建设。
根据地质报告资料，目前井筒内临时用型号为D46-30×
8和D46-30×
7水泵向地面排水。
矿井排水设备选用MD280-65×
7型水泵3台，其额定流量Qn=185～335m3/h，He=476～434m。
水泵1台工作，1台备用，1台检修。
以YB630S-4型隔爆型三相异步电动机驱动，功率为630kW,电压10kW，排水管沿泵房、管子道、副斜井敷设2趟Φ273×
8无缝钢管至地面矿井水调节沉淀池，正常排水时，一趟工作，排水管路长约1250m.
2）现井筒排水设备及设施
井筒工作面积水通过临时水泵由200mm管道排往地面。
表8-1井筒排水系统资料汇总表
设备名称
型号
单位
数量
管道直径
排水路线
备注
采区水仓水泵
井筒工作面水泵
D46-30×
8
台
3
200mm
355m工作面→地面
7
1
280m工作面→地面
上述初步设计的煤矿排水系统及装备规模合理，有一定的抗灾能力，但尚有部分设备没有，需要矿方按照设计的要求安设排水设备。
掘进过程中应优先施工排水系统，要按照设计的要求安设排水设备。
8.2钻探、注浆能力
（1）钻探能力
钻探是防探水工作最重要的手段之一，钻探设备、施工队伍是确保防治水工作顺利进行的前提。
为了使防治水工作与掘进工作能更好的衔接，提高探放水效率，在实际生产过程中应根据生产需要配置一定数量的功率大、钻探能力强、操作方便的专用探放水钻机。
本矿井最大水压力为4.84MPa，根据《煤矿防治水规定》的要求，钻机的超前水平距要大于25m，止水套管的长度要大于20m。
高素质的防探水施工队伍是确保防治水工程顺利实施的可靠保障，为此须设专职的井下钻探队伍，同时为满足工作管理及技术管理的需要，应逐步将钻机队设为独立区队。
应配备能满足不少于同时开2台钻机的熟练钻机操作人员，按照专业化、正规化要求，抓好钻机队伍建设，满足防探水工作的需要，由总工程师负责钻探队伍的管理。
为提高钻探工作质量，要从钻探设计、钻探施工到原始资料、钻探成果资料的验收及，均要制定完善的管理制度。
（2）注浆能力
注浆工程应成为日常防治水主要工作重要组成部分，需要在生产过程中建立完善的注浆系统，矿方可自己组件注浆队伍或聘用有相应资质能力的注浆队伍，以保证正常工作需要。
8.3水位遥测、水情水害监测控制系统
随着传感器技术和数据通讯技术的发展，精度更高、实时性更强、运行可靠、自动化程度更高，能够连续观测地下水位、水压、涌水量的观测系统。
水位遥测、水情水害监测系统应用遥感、通信、计算机及水文等技术，自动完成对地下水位的采集、传输，并对地下水位进行实时监控。
该系统的建立可以对井田内各含水层水、突水点水、矿井涌水量、采区涌水量等进行全方位的动态监测。
对地下水位和矿井涌水量的变化趋势做出预测，能够提供直观、准确、及时的水位和涌水量信息，为矿井防治水的正确决策提供科学依据。
建议煤矿在今后的开采过程中逐步建立和完善系统。
水位遥测、水情水害监测系统规划如下：
（1）目的与任务
对各主要含水层水、突水点涌水量、矿井涌水量、采区涌水量等进行“三量”（水压、水量、水温）自动动态监测，为矿井防治水工作提供技术依据和基础资料。
（2）监测位置
地表和井下
（3）监测工作内容、技术方法和施工顺序
①建立矿井水位遥测、水情水害监测系统；
②将水文地质观测网络各观测孔纳入井上下水情监测系统进行水量监测；
③对需要长期疏放的突水点纳入井上下水情监测系统进行水量监测。
需要指出的是出于经济有效的考虑，应该合理节省工程量，优先考虑将现有钻孔改造成监测孔；
优先考虑将监测孔在井下施工；
可以保留一部分补充勘探钻孔兼做监测钻孔使用；
将监测工程和其他试验工程有机结合。
8.4矿井水文地质信息管理系统
矿井水文地质信息量非常大且复杂，对这些资料进行高效的管理和分析，对指导矿井生产和矿井灾害的防治具有十分重要的意义。
矿井水文地质信息管理系统的主要功能是水文地质原始资料的输入、基本水文地质资料的查询、相关水文地质资料的可视化分析以及水文地质资料的输出，核心任务是：
对矿井水文地质信息资料的管理实现科学化、系统化、规范化，从而使矿井的防治水工作由被动变为主动，生产将更加安全高效，为生产单位和管理部门对矿井水文资料的更新查询、检索及分析使用提供一条更加快捷有效的途径。
其功能结构如图8-1所示。
图8-1矿井水文地质信息管理系统功能结构图
矿井水文地质信息管理的主要功能有：
①数据库的初始化，系统自动生成包括如下输入资料的钻孔原始数据库、矿井涌水资料数据库、水文观测孔观测资料数据库、矿井突水资料数据库、矿井抽水资料数据库、井下水文钻孔资料数据库、水源井资料数据库、水质分析资料数据库、历年降水量资料数据库等数据库的结构和框架。
②水文方面原始信息的输入、编辑查询和分析，包括输入突水点数据资料、地表水体数据、测水站观测数据、水质成果数据、水害隐患数据、工作面水情情况数据、水源地使用情况调查台账数据等。
③气象方面原始信息的输入、编辑、查询和分析。
④钻孔方面原始信息的输入、编辑、查询和分析，主要有：
钻孔基本资料数据、钻孔综合确定成果数据、漏水钻孔资料数据、钻孔封闭质量数据、钻孔水位动态观测数据、钻孔启封资料数据。
⑤抽水方面原始信息的输入、编辑、查询和分析，主要有检查孔抽水试验成果数据、水源井抽水试验数据以及抽水井试验数据。
⑥地质方面信息的输入、编辑、查询和分析，主要有断层水害数据、采掘矜持与煤厚数据。
⑦矿井方面信息的输入、编辑、查询和分析，主要有矿井隔离设施情况数据、矿井排水能力数据、矿井边界隔离情况数据、矿井年度涌水量数据、矿区年度涌水量数据。
⑧矿区历史开采资料的输入、编辑、查询和分析，组合要有老窑、老空水情况数据。
⑨防治方面信息的输入、编辑、查询和分析，主要有防治水工程年度计划数据和防治水工程月计划数据。
⑩输出成Word表格或Excel表格，实现数据库中所有数据资料向Word表格或Excel表格的转换。
水文地质信息管理系统能够对煤矿的水文地质资料进行高效的管理和分析，能及时指导矿井生产和矿井灾害的防治，对煤矿水害的防治具有十分重要的意义。
8.5其他配套措施
（1）制定水害应急救援措施
煤矿灾害事故的应急救援是煤矿安全工作的重要组成部分，应急救援的总目标时通过预先设计的应急措施，利用一切可以利用的力量，在灾害事故发生后迅速控制其发展，并努力使灾害损失降低至最小。
为保证煤矿的安全生产、保障矿山应急救援工作的及时有效，必须建立一套完整的灾害应急救援系统，提高矿井抗灾救灾的能力，也是处理矿井特别重大事故的关键。
建立矿井灾害应急救援系统的目的：
一是一旦发生事故，控制危险源，避免事故扩大，在可能的情况
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