矿井水害防治理论与实践培训教程课件

矿井水害防治理论及实践,内容安排,矿井水害形势分析,1,我国防治水现状及发展趋势,2,矿井水害形势,3,近期针对性工作及措施,4,案例分析,内容安排,矿井水害防治的理论体系及技术装备,1,水文地质补充勘探,2,矿井水害的预防与治理,3,矿井突（涌）水应急及治理,4,实例：陷落柱,5,矿井突水的监测预报技术,矿井水害形势分析,全国分区,水灾严重程度,分类,以上不突水,以下突水,煤层,相对隔水层,灰岩含水层,煤层底板下伏含水层水位,地表,突水水源,采掘方式,岩体结构,突出形式,突水量,奥灰水,掘进巷道突水,断层（破碎带）突水,爆发型突水,特大型突水,薄层灰岩水,大巷突水,陷落柱突水,跳跃型突水,大型突水,冲积层水,掘进工作面突水,裂隙岩体突水,缓冲型突水,中型突水,地表水,回采工作面突水,完整结构岩体突水,滞后型突水,小型突水,老窑水,井筒突水,矿井突水系统分类表,中国煤炭工业的成绩和问题引发了国内外的高度关注,-,国家,领导人深入矿井,温总理指出：,煤炭是我国能源的主体，煤炭工人从事的工作事关国家经济建设，十分光荣，应该得到全社会的关注，得到全社会的尊重，得到全社会的爱护,04,年国家出台能源发展战略和方针,二要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略,五要依靠科技进步和创新。无论是能源开发还是能源节约，都必须重视科技理论创新，广泛采用先进技术，淘汰落后设备、技术和工艺，强化科学管理,六要切实加强环境保护，充分考虑资源约束和环境的承载力，努力减轻能源生产和消费对环境的影响,05,年,6,月国务院颁发了“关于促进煤炭工业健康发展的若干意见”,从,2005,年起,3,5,年间，煤炭工业要建立规范的煤炭资源开发秩序，大型煤炭基地建设初见成效，形成若干个亿吨级生产能力的大型煤炭企业和企业集团,煤矿安全基础条件有较大改善，煤矿瓦斯得到有效治理，重特大事故多发的势头得到有效遏制，煤矿安全生产形势明显好转,矿区生态环境恶化的趋势初步得到控制,煤炭法规政策体系逐步完善,下一个,5,年形成以保护、节约为前提的资源监管体系,以大型煤炭基地和大型煤炭企业为主体的煤炭供应体系,以先进技术为支撑的煤矿安全生产体系,以煤炭加工转化、资源综合利用和环境治理为核心的循环经济体系,以,煤炭法,和,矿产资源法,为基础的法规政策调控体系,7,月国务院召开了全国煤炭工作会议,9,月又出台“特别规定”,煤炭企业结构大调整,逐步以现代化大矿淘汰技术落后、安全条件差的小煤矿,科学、合理规划大矿产量，杜绝超能力生产，严格回收率标准科学,结合,13,个能源基地布局建设若干跨地区特大型煤炭企业集团，增强行业的调控能力和导向能力,生产安全技术结构大调整,煤炭资源勘探开发技术,煤矿安全生产技术,煤矿建设技术,煤矿生产技术,煤炭洁净利用与环境保护,湖南煤矿“老窑水”事故频发,有待治理,（国内动态清样第,261,期）的领导批示,1,月,30,日温家宝批示：请毅中、铁锤同志阅。,2,月,7,日李毅中批示：透水是仅次于瓦斯爆炸的重大灾害，今年应列为重点防范隐患。湖南局的意见很好，请铁锤同志考虑组织专门小组研究制定有效措施，尽快落实到各省局和煤矿。,对文中所述今年,1,月,11,日株州堂市矿透水事故请查。,2,月,8,日赵铁锤批示：,请树鹤同志落实毅中同志关于贯彻总理指示的批示,:,组织专门小组；提出工作方案；,把水患治理作为今年工作重点；,落实株洲县堂市煤矿事故的核查。,2,月,10,日王树鹤同志批示：,请调查司登莹同志阅，提出工作方案并落实。,2,月,14,日商登莹同志批示：,请苏启按要求落实方案的事项，抓紧落实。,2,月,6,日赵铁锤批示：,请建华、树鹤、建勋同志认真贯彻,落实总理批示精神，并告湖南煤矿,安监局对防治“老窑水”的问题加强监察，,并上报结果；湖南省各级地方政府,要明确煤矿防治水害的监管责任，加强监管。,同时请树鹤同志根据湖南省上报的结果,和去年全国水害造成的事故情况下发,紧急通知，提出明确要求，坚决遏制水害,事故的发生，促进全国煤矿,安全生产形势的稳定好转。,2,月,7,日王树鹤批示：,请登莹同志组织对湖南防治水害情况调研，,分析去年全国煤矿水害事故，,提出防治煤矿水害的要求，下发通知。,2,月,8,日商登莹批示：,请苏启同志速将领导的批示传至湖南局，,并要求核报材料。,同时组织人员进行调研活动，,分析去年水害情况，,提出针对性措施，制定防治意见下发。,全国煤矿水害防治工作座谈会在京召开,优先发展领域,煤矿安全地质基础和技术研究,研究瓦斯、地下水赋存的地质规律；,煤和,瓦斯突出、爆炸和煤矿水害突发机理；,瓦斯地面、井下联合抽排技术和装备研究；,资源勘探阶段的瓦斯勘探评价技术和装备研究。,煤矿区地下水系统研究和环境地质、灾害地质评价,研究煤矿区地下水系统和赋存规律及水资源评价,大水煤矿区矿井水运移规律和防治技术；,煤矿区环境调查及监测；,煤炭资源开发与矿区环境相互关系的多学科综合性研究,北方煤层自燃调查和监测,国家大型煤炭基地分布示意图,东北基地,云贵基地,神东基地,宁东基地,陕北基地,黄陇基地,晋北基地,晋东基地,晋中基地,冀中基地,豫西基地,鲁西南基地,两淮基地,我国煤炭国家规划区、对国民经济具有重要价值矿区和稀缺特殊煤种矿区划分研究,等课题研究工作，国土资源部国家发改委等部门根据研究成果已经公布了首批煤炭国家规划区,国家规划区,具有重要经济价值矿区,继完成,全国煤层气资源评价,之后，组织开展了,控制煤层气潜能的水文地质特征研究,运用气水双相流理论，全面总结了控制煤层气的水文地质特征。,项目通过鉴定并达到国际先进水平。,国家,973,项目,低渗透率煤层煤层气开发技术,取得重要成果。,煤炭地质勘查信息化及“,3S”,技术取得显著进展,遥感技术广泛运用于煤炭资源、水资源调查、煤层气资源评价以及煤矿区环境评价，水害防治和监测等领域，已经形成了煤炭遥感技术体系。,水害分区,气候大区,年降水量及其覆盖面积的百分数,矿井水对生产危害程度,附注,编号,名称,1,华北石炭二叠系岩溶,-,裂隙水害区,亚湿润,亚干旱气候区,6001000mm,约占,70%,200600mm,约占,20%,出水、突水较频繁，涌水量大或特大（,1000123180m,3,/h,）。常常影响生产或淹井，或负担巨大排水费用，采煤和矿井安全都受到严重威胁，区内中深部下组煤有几百亿吨不能开采,煤田为分布范围大、可采煤层多、储量大、煤种齐全的焦煤和主焦煤重要产地，对国民经济影响重大,2,华南晚二叠统岩溶水水害区,湿润气候区,12002000mm,约占,95%,以上,出水、突水很频繁，经常影响生产或淹井，突水量大（,270027000 m,3,/h,），矿井正常涌水量亦大（,30008000m,3,/h,）。负担巨额排水电费（,4001500,万元,/a,）；地面塌陷严重，井下黄泥突出堵塞井巷。矿井安全受到严重威胁雨季更危险,由于地面塌陷，每年矿区付出上百万元赔偿费。由于主巷布设在强含水层内，故突水、出水频繁，主要为底板茅口灰岩水，江西是顶板长兴灰岩水,3,东北侏罗系裂隙水水害区,湿润,-,亚湿润气候区,400600mm,约占,60%,600800mm,占,25%,一般不影响生产，部分矿区受地表水和第四系松散层水的危害较重，有时造成淹井事故,局部为亚干旱区（,15%,）,4,西北侏罗系裂隙水水害区,干旱气候区,2575mm,占,80%,75100mm,占,80%,100400mm,占,20%,本区严重缺水，存在供水问题，仅少部分地区有地表水和老空水，造成的煤矿水害,局部为亚干旱区,5,西藏,-,滇西中生界裂隙水水害区,湿润,-,亚湿润气候区,300600mm,约占,55%,8001000mm,约占,35%,10002000mm,约占,10%,西藏,-,滇西和台湾中、新生代煤田煤炭储量仅占全国储量,0.1%,，水文地质条件比较简单，水害也不严重,一小部分为亚干旱区,6,台湾第三系裂隙,-,孔隙水水害区,湿润气候区,18004000mm,约占,95%,以上,2005,年,8,月,19,日发生在吉林舒兰矿业集团五井，,死亡,16,人的特大水害事故就是由于地表水通过,已关闭但封闭不好的邻矿主井导入矿坑而酿成的。,发生在贵州水城汪家寨矿、内蒙古平庄古山矿等,透水事故均属地表水水害类型；,2004,年,3,月,7,日发生在新疆哈密煤业集团井采公司二井的,透水事故是由于顶板裂隙带导通第四系松散层孔隙水，,使第四系水、砂、第三系岩石溃入矿坑，,24,人被困，,虽经全力抢救也有,9,人丧生。发生在淮南孔集矿、,徐州新河矿的透水事故均属孔隙水害类型；,2005,年,10,月,3,日发生在四川广能龙滩煤矿的,透水事故是由于该矿在挖掘巷道时打通溶洞，,造成,28,人死亡。,2003,年,4,月,12,日发生在邢台,东庞矿,2903,工作面的特大型突水事故，,淄博北大井、开滦范各庄，还有峰峰二矿、,焦作演马庄等许多突水事故均属此类型；,2005,年,8,月,7,日发生在广东兴宁大兴矿的建国以来,最大的煤矿水害事故（从人员伤亡角度）,是由于采矿引起煤层严重抽冒，继而破坏防水煤柱，,致使老窑水溃入矿坑酿成,121,人死亡的惨痛灾难。,同年,4,月,24,日发生在吉林蛟河腾达煤矿、山西陵川,关岭山煤矿、徐州旗山矿及最近发生在山西大同左云县,张家场乡新井煤矿的水害事故均属老空水害类型；,2005,年,5,月,21,日发生在淮北矿业集团海孜矿,745,工作面透水灾害,属于工作面顶板砂岩裂隙水突出事故，致,5,人死亡。,曾发生在徐州大黄山、韩桥煤矿等水害事故均属此类。,开滦范各庄等几对矿井也都存在较严重的裂隙水害。,奥陶系岩溶裂隙含水层,石炭系太原组岩溶裂隙,含水层,L1L8,二叠系下统山西组及以上,碎屑岩裂隙含水层,基岩风化壳裂隙含水层,新生界松散岩类孔隙含水层黄淮海平原,地表水河水水库,华北石炭二叠系岩溶,-,裂隙水害区,已发生历次大型断层突水统计表,发生地点,最大突水量,m,3,min,-1,突水时间,损失程度,经济损失,突水构造,突水水源,峰峰,梧桐庄主,-,副井联络巷,34000,1995.12.3,淹井,484.5,淄博北大井,648,1935.5.13,淹井,肥城国庄,-210m,北大巷,550,1993.1.15,淹井,断层,O,2,澄合,2,矿,335,焦作演马庄二一轨道下山车场,320,1985.5.17,淹井,肥城陶阳,9507,工作面,299,1985.8.6,淹井,向斜,O,2,肥城,国庄煤矿,8101,工作面,275.7,2002.12.27,淹水平,断层,O,2,焦作演马庄二一轨道下山,240,1979.3.9,韩城马沟渠,200,1967,淹井,峰峰一矿,1532,野青工作面,150,1960.6.4,淹井,断层,O,2,峰峰,孙庄矿,150,1996.11.24,淹井,22400,断层,O,2,郑州芦沟,128,1997.5.3,全井淹没,滑动构造,L,1-3,、,O,2,焦作中马村,105,1965.8.25,淹井,肥城杨庄,9101,回风巷,88,1985.5.27,淹井,五灰,、,O,2,峰峰,牛儿庄,86,2004.9.26,淹井,38275,小煤窑,O,2,郑州米村,75.2,1972.1.21,全井淹井,岩溶裂隙,L,7,8,、,O,2,井陉一矿,68,平顶山八矿,53.3,发生地点,最大突水量,/m,3,min,-1,突水时间,损失程度,经济损失,开滦范各庄,2171,工作面,2053,1984.6.2,淹,4,井，,邢台东庞矿,2903,工作面,1167,2003.4.12,淹井，,3,亿元,皖北任楼矿,7,2,22,工作面,576,1996.3.4,淹井，,3.5,亿元,肥城国家庄,-210m,北大巷,550,1993.1.5,淹井,徐州张集矿,-300,水平轨下山,402,1997.2.18,淹井,焦作李封矿东,18,120,1967.3.29,淹井,辉县吴村矿,32031,工作面,40,1999.11.25,淹采区,安阳铜冶矿,103,工作面下顺槽,23,1965.8.25,淹井,已发生历次大型岩溶陷落柱突水统计表,国有煤矿一次死亡,10,人以上事故,事故,类别,起数,死亡人数,直接经济损失,/,万元,平均每起事故直接经济损失,/,万元,起,1,平均每死亡,1,人直接经济损失,/,万元,人,1,顶板,14,52,454.8,32.49,8.75,瓦斯,44,520,4810.158,109.32,9.25,水灾,12,117,2188.85,182.40,18.71,火灾,3,15,73.62,24.54,14.72,机电,2,8,69.24,34.62,8.66,运输,1,10,60,60.00,6.00,其它,3,12,123.5,41.17,10.29,合计,79,734,7780.168,98.48,10.60,重特大事故直接经济损失按类别统计,重特大水害事故的涌水来源分析,矿井水害防治的理论体系及技术装备,水文监测网,放水试验,水文地质条件分析,导水构造探查,矿井涌水量评价,顶底板条件探查,顶板砂岩水害防治,底板灰岩水害防治,地表水老窑水害防治,水文地质保障系统,水害应急救援预案,水源快速判别,注浆堵水及复矿排水,矿井排水工程,补充,勘探,预防,防治,应急,治理,1.,水文地质补充勘探,水文地质观测网,水文地质试验,控水构造规律研究及导水构造探查,主采煤层顶板砂岩、薄层灰岩和奥灰的富水性探查,矿井涌水量评价,主采煤层顶底板水文地质及工程地质条件的探查与评价,1.1,水文地质动态监测,矿井受水害威胁区水文地质动态变化情况,矿井所在地区降水量、矿井不同区域涌水量及其变化情况,矿井各含水层和积水区水位水压变化情况,主要仪器设备包括水位水压遥测系统、水位水压自记仪和水量监测仪（电磁流量仪）,1.2,水文地质试验,水文地质测绘,水文地质钻探,水文地质试验，抽水实验，连通实验,水文地质物探,水文地质化探,水文地质遥感,1.3,控水构造规律研究及导水构造探查,较成功多种探查手段的综合应用模式是以地震法查构造、以电磁法查富水性异常、以化探查含水层间或不同水体之间的水力联系，以钻探进行验证和确认。,以定向钻进技术为代表的高精度钻孔成孔技术：对于导水通道和突水点封堵具有十分重要的应用意义。,基于现代高精度分析仪器的水力联系判别：如电感耦合等离子体原子发射光谱仪（,ICP,）,可在,3min,内测,72,项指标。,快速钻进技术,美国,T685WS,型钻机比较适合堵水的,钻探施工，使用塔式钻具组合，风动潜孔,锤钻进，高速气流循环携带岩粉或无固,相、低固相泥浆钻进，配套的定点旋喷固,孔、孔口灌浆、水泥造孔等技术以及采用,电子单点照相测斜仪测斜，,24,小时监测孔,斜情况，保证钻孔快速准确打中把区。,美国,T685WS,型钻机,直流电法、音频电穿透技术、瞬变电磁探测技术（,TEM,法，加拿大设备）、,EMS,1,多波工程地震仪（主机,6,个智能三分量检波器），坑道透视法、,SYT,物性探测仪、,TS1,型地下水探测系统、地震,CT,、井下电法、氡气测定法、三维地震技术、瑞雷波勘探技术、电磁法勘探技术、地质雷达探测技术、钻孔窥视技术以及原位应力测试等,物探仪器及装备技术,II,号陷落柱在时间剖图上的连续显示,地面直流电测深法探测,N,(36, D36),(1400N, 0E),(36, D43),(1400N, 560E),(20, D36),(760N, 0E),(20, D43),(760N, 560E),中心点,(1080N, 280E),(1320N, 80E),(840N, 80E),(840E, 400E),(1320N, 400E),37,38,39,40,41,560m,640m,36,距 离（,m,）,局 部 流 体,金属体干扰,断,能,的,体,可,层,流,通,或,道,深 度（,m),电 阻 率（欧姆,米）,发射,/,接收方向及位置,72m,3,/h,5m,3,/h,推 测 的 地 下 含 水 层,Collapsed Post,1.4,矿井突水量评价预测,矿井广义三重介质的应力场渗流场耦合模型,经验公式法、比拟法、,Q-S,曲线外推法,水均衡法,原岩应力场流固耦合,地应力场与渗流场的宏观耦合,中尺度地应力场富水性阻水性,三重介质微观尺度耦合,条件分析,地质水文地质条件,薄隔水层阻水性能,水压致裂应力测试,采动应力场流固耦合,全应力应变与渗透率,顶底板应力应变规律数值模拟,地应力对导水裂隙带的控制,带压开采分区开采下限,煤层安全开采技术,1,1,2,（,3,）,2,（,3,）,b,印支期南北方向的水平挤压应力场,没有发现该期构造,燕山期,NWWSEE,方向近水平挤压应力, NE-NNE,向构造和,NEE,向褶皱构造,喜山期,NNESSW,向挤压应力场,少量,NW,向正断层和近,EW,向的褶曲,1,1,2,（,3,）,2,（,3,）,a,7.2,11.25.21,7.8,7.28.03,7.1,7.28,唐山,滦县,宁河,区内剪应力较大，岩石抗张强度普遍偏低，,反映出煤层底板岩层变形破碎，,地应力场作用导致岩层变形破碎，,岩层富水性强弱与岩层变形破碎程度相吻合,是本区岩层水平方向渗透性强的内在原因,隔水层厚度较大且完整的煤层底板,原岩应力越大，对阻止底板突水越有利,底板隔水层较薄,原岩应力又成为有利于突水的附加因素,隔水层厚板水压致裂破坏,隔水层薄板整体破坏,原岩应力与富水性,三重介质的几何形状,1,气泵或平流泵,2,传感器,3,岩芯,4,夹持器,5,液压泵,6,流量计,7,计算机,实验流程图,12,煤,K3,断层,陷落柱,1.5,隔水层阻水性能,底板岩层阻水性能及残余水压分布规律实验研究,底板隔水层阻水能力现场试验与量化研究,隔水材料渗透性能对沿程水头损耗的影响规律,高压水经底板隔水层导升过程中，在初始水头压力相同的情况下,渗透性越差的地层其削减水头压力的能力就越强，,水头衰减也就越大，实际值曲线偏离理论值曲线的速率越快。,不同材料配比条件下，含水层水压力与水压衰减速率关系图,初始水头压力和水头损耗,呈近似线性关系,含水层初始水压力愈大，其导升过程中水头损耗也就愈大,渗透系数与水头损耗率关系曲线图,2,矿井水害的预防与治理,顶板砂岩水害的防治,底板灰岩水害的防治,老窑水、地表水、冲积层水的防治,水文地质保障与管理系统,日常水文地质,水文地质器械和设备,2.1,顶板防治水,实际观测,模拟,冒落带确定,预防治理措施,计算最大冒落导水裂隙带高度一般公式,a,b,取决于岩性的系数，,M,煤层厚度，,c,均方差；,n,煤分层层数；,一般顶板裂隙水害防治技术,留设防水煤、岩柱,改变采煤方法,超前疏干,开凿专门疏干平巷，采煤准备巷道超前疏干,注浆堵水,地面防治水,全盘规划，综合治理,2.2,底板水防治,导水裂隙带规律,压水试验探查,采动应力应变规律,治理措施,矿区,最大导升高度（,m,）,突水几率最大的导升高度（,m,）,依据,开滦范各庄煤矿,237,巷道底板突水,淄博黑山煤矿,63.32,14,33,，,49,60,巷道底板突水,淄博洪山煤矿,42,24,37,巷道底板突水,肥城陶阳煤矿,40,8.5,20,，,28,37,工作面底板突水,肥城相庄煤矿,54,4,8,，,18,27,工作面底板突水,焦作韩王煤矿,2.56,15,18,巷道底板突水,焦作李封煤矿,26.7,5,11,巷道底板突水,峰峰和孙盆地,120,巷道底板突水,峰峰岭东矿区,76,工作面底板突水,邢台西庞煤矿,45,工作面底板突水,太原东山矿区,56,巷道底板突水,韩城马沟渠煤矿,56,巷道底板突水,淮北宿南矿区,174,工作面底板突水,淮北闸河矿区,176,工作面底板突水,皖北肖西矿区,178,工作面底板突水,永城车集煤矿,176,工作面底板突水,登封告成煤矿,135,工作面底板突水,禹州梁北煤矿,75,工作面底板突水,全应力,应变过程渗透性试验,MTS815.03,电液压伺服,控制刚性三轴压缩试验机，,配备轴压围压和孔隙水压,三套独立的闭环伺服控制系统，,温度、压力、水压同时试验,砂岩,砂质泥岩,采面推进过程中应力集中值,P,与应力集中系数,C,和采长,L,的关系曲线,63m,15m,80m,留,20m,（）和,40m,（）煤柱推进,80m,底板位移,2cm,深度对比示意图,-3,160m,0,-1,-2,1,2,煤柱,陷落柱,煤柱,40m,40m,20m,20m,采空区,采空区,煤层,煤层,Szz,推进方向,留,20m,（）和,40m,（）煤柱推进,160m,应力增量,Szz,一般底板灰岩水害防治技术,利用底板隔水层带压开采,加厚和加固隔水底板,利用构造切割，分而治之,用注浆帷幕封堵缺口,留设防水煤柱,局部注浆止水,设置防水闸门,改变采煤方法,建立强有力的排水设施,采煤准备巷道中打可控式底板放水钻孔,留设断层防水煤柱示意图,3,矿井突（涌）水应急及治理,水害应急救援预案,矿井突水源快速判别,矿井注浆堵水及复矿工程,矿井排水工程,4.,实例：陷落柱,规律,形成机理,数值模拟,突水机理,预测探查,治理措施,防治水工程及预算,岩溶陷落柱突水模式研究,陷落柱特征及受控机制,陷落柱突水模式,外部形态和内部物质结构,发育基本条件，分布发育规律,水文地质特征,影响因素及分类,现有薄板理论,厚宽比大于,1/5,1/7,内外力作用,形态：圆、椭圆、矩形或不规则椭圆形的柱体或截锥体,补充厚壁筒模型,厚宽比小于,1/5,1/7,数值模拟,力学实验,物理模拟实验,声发射监测,做出合理力学解释,陷落柱成因,根据特征分析成因力学机制,分析突水机理给出突水判据,岩溶地下水运移规律,突水模式,力学模型,突水机理,突水与否判别,突（涌）水量预测,突水探查与预警,突水控制,岩溶陷落柱突水为例（下图,1,）,广义三重介质的应力场,渗流场耦合,Darcy,渗流与非,Darcy,渗流的耦合,下图,2,顶底板破坏规律、带压开采,水害控制、供水、环保三位一体,矿井水灾治理理论与方法,发生地点,最大突水量,/m,3,min,-1,突水时间,损失程度,经济损失,开滦范各庄,2053,1984.6.2,淹,4,井，,邢台东庞矿,1167,2003.4.12,淹井，,3,亿元,皖北任楼矿,576,1996.3.4,淹井，,3.5,亿元,肥城国家庄,550,1993.1.5,淹井,徐州张集矿,402,1997.2.18,淹井,焦作李封矿,120,1967.3.29,淹井,辉县吴村矿,40,1999.11.25,淹采区,安阳铜冶矿,23,1965.8.25,淹井,陷落柱,断层,断层,上部含水水位,i,压性裂隙,奥灰水位,关键层,垂向裂隙面,倒楔形,张性裂隙,真空负压,溶洞腔,奥灰,关键层,垂向裂隙面,正楔形,压性裂隙,张性裂隙,隧道,留,20m,煤柱情况,留,40m,煤柱情况,塑性变形带,陷落柱,水压,关键层,采空区,采动破坏区,薄板理论子模式及破断形状,塑性变形带,陷落柱,水压,关键层,采空区,采动破坏区,岩层,剪切破坏子模式,塑性变形,陷落柱,水压,岩层,采空区,采空区,（,1,）水平横剖面图 （,2,）铅垂纵剖面图,厚壁筒突水子模式,采空区,压裂突水子模式水平截面图,Pc = 32 - 1 + T - P0,岩溶陷落柱及导水性探测方法,在陷落柱的防治水实践中，逐渐形成了,多元信息预测、化探辨识水源、物探确定异常、放水试验确定导水通道及补径排、钻探验证,的综合探查方法。即，根据陷落柱的特征、分布规律等，利用地质、构造、采矿、钻探、排水、地下水系统的补径排条件等多元信息，综合分析预测陷落柱的区域或位置；利用常规水化学分析、井液和水温测定、水电阻率测定、水同位素测定等化探手段分析水动力场、水温水电阻率场和水化学场，辨别突水水源，奥灰水、薄层灰岩水、底板砂岩水,注浆治理技术,随机钻进技术,射流搅拌技术,旋喷注浆技术,返流注浆技术,止水塞技术,引流注浆技术,试验排水与复矿追排水技术,钻 孔,正压表,阀门,负压表,清水,骨料投放,密闭防喷注料系统图,供水系统,射流混合器,孔口密闭防喷系统,受注体,自动上料系统,注骨料工艺系统图,散装水泥仓,螺旋输送机,气动下灰系统,清水池,射流泵,射流一次搅拌器,浆液密度计,贮浆二次搅拌,添加剂,注 浆 泵,波流量声仪,钻孔,水泥浆注浆工艺系统图,散 装 水 泥 仓,螺 旋 输 送 机,射流一次拌器,浆 液 密 度 计,二次搅拌贮浆池,注 浆 泵,声 波 流 量 计,清水池,射流泵,水玻璃贮存池,水玻璃输送泵,水玻璃配料池,水玻璃输送泵,声 波 流 量 计,混合器,钻 孔,水泥、水玻璃双液浆注浆工艺系统图,粘土料场,装载机,皮带输送机,供水井,蓄水池,供水泵,高位水箱,粘土研磨机,粘土浆蓄浆池,泥浆泵,粘土浆配比监测,散装水泥仓,射流搅拌器,一次搅拌池,二次搅拌池,高压注浆泵,钻孔,改性剂,添加箱,压力,监测,粘土水,泥浆配,比监测,粘土水泥浆工艺流程图,任楼矿区于,1996,年,3,月,4,日发生隐伏导水陷落柱突水淹井，最大突水量达,34570m3/h,，由于陷落柱规模小，导水性强，水压大，一旦突水极易造成淹井。因此，为了超前预防、及时治理陷落柱，采用地面三维地震、地面电法与井下物探、钻探等相结合的手段予以查明，利用井上下联合钻探注浆予以封堵。成功地超前治理了,7,2,18,隐伏导水陷落柱。,陷落柱水害的防治实例,突水水源及通道的判识,1999,年,10,月,12,日，任楼煤矿,7,2,18,机巷掘进到,87m,时，迎头出现淋水，水量初始为,5-6m3/h,，随后逐渐增大到,9m3/h,，水温由,31,逐渐升至,34,。由水量的逐渐增加可以推测存在水源补给，而本区煤系地层砂岩水出水后往往迅速衰减乃至疏干。出水水温逐渐升高，本处正常地温应为,31.1,，水温达,34,推算补给水源来自深部。水质化验后，运用水源判别模型判别为奥灰水。因此从水量、水温、水质综合分析，出水水源应为奥灰水。而由于出水点附近未揭露较大的构造，煤层距奥灰达,260m,，且本次出水与,7,2,22,工作面突水存在许多相似之处，因此推测巷道前方存在导水陷落柱。,隐伏导水陷落柱的探查,煤矿突水通道探查的理念是“物探先行，钻探验证”，导水陷落柱的探查也采用了这一思路。,物探先行,可供探查隐伏导水陷落柱的方法很多，由于井下物探方法探查起点距异常体近，得到的探测信号强，探测效果较地面物探方法好。电法探查与地震探查相比，电法对水的反应比较敏感，在探查水文异常体或导水通道时，以采用井下电法为多。,续,本次,7,2,18,出水后及时采用井下无线电波透视、井下瞬变电磁、井下电透视进行探测，由图可见，上述三种物及探方法圈定的异常体位置部分重叠，说明探查成果经交叉验证，效果较好。根据物探成果综合分析，陷落柱位置大体如 探查工程平面布置图,在,7,2,18,机巷上帮约,10m,，,1,下山向北,45m,，可作为布孔依据。,钻探验证,为了进一步验证物探成果的可靠性和控制陷落柱的平面位置，在,7,2,15,轨道石门布置了,4,个探查钻孔，对每个钻孔均安装了孔口套管，并经注浆加固和耐压试验,(,各钻孔处奥灰水压的,1.5,倍,),，合格后方能继续钻进。,钻探情况,1,号探查孔钻进到,58m,时出水，初始水量为,1.5m3/h,，水压,3.2Mpa;,到,62m,时，水量增至,36 m3/h,，水压,2.8Mpa,；终孔深度为,192.2m,，水量稳定为,40 m3/h,。一周后，钻孔水量突增至,350 m3/h,，水压达,5.25Mpa,，水温,43,，具明显的滞后出水特征，说明钻孔已打穿陷落柱体。,2,号孔在,7,、,8,煤间钻进，终孔,205.16m,，全孔均无破碎带及出水现象，说明陷落柱未穿过,8,煤。,3,、,4,号孔均设计穿,8,煤层，分别在孔深,68m,及,74m,处出水顶钻，无法继续施工，说明,3,、,4,号孔均已揭露陷落柱。,钻探情况分析,通过物探、钻探综合探查，已经控制了陷落柱的东西边界，确定了陷落柱的发育高度位于,8,煤以下，且根据,1,号孔出水为滞后出水性质可推断柱内物质充填较为密实。,隐伏导水陷落柱的治理,治理的基本思路,采用井上下相结合的注浆封堵方案，具体分两步进行。首先由地面打钻探查注浆，在查明陷落柱形态的基础上，在其顶部建立“止水帽”。其后采用井上下相结合，井下探查，地面加固，以确保封堵质量。,注浆堵水段层位和长度的确定,应用计算机数值模拟技术，通过,FLAC,程序模拟计算，根据塑性条件、破坏准则、位移及应力判别，可确定底板破坏深度和陷落柱内导水裂隙带原始导高。因此，由计算机数值模拟计算可求得安全岩柱高度。,注浆层位,根据经验公式，受奥灰承压水威胁的煤层开采时，其安全煤岩柱高度由底板矿压破坏带 、中部完整岩层带和下部承压水导升带三部分组成，即,H=H1+H2+H3=15+20.6+24=59.6(m),综上所述，取陷落柱加固高度为,60m,，注浆层位考虑井田内最下一个煤层,82,煤的安全开采，选择在,8,煤底板下,10,70m,的山西组砂岩、砂质泥岩互层段。,治理方案实施,为了预防井下钻探对陷落柱的扰动，导致导水通道活化，使,7218,突水点水量增大，首先对,7,2,18,机巷进行封堵，封堵长度达,52m,。里段采用袋装水泥码放，外段用毛石充填，随后进行充填注浆，共注入水泥,544.7t,，注浆终压达,8Mpa,，使机巷出水量由注浆封堵前的,10.5m3/h,以上减至,7m3/h,。,方案,为了克服在柱体内建立“止水塞”钻注难度大、材料消耗多的缺点，本次治理创造了建立“止水帽”的技术与方法。即充分利用陷落柱顶部类似于“三带”的特征，通过地面打钻注浆，改造沉降带、充填裂隙带、加固冒落带，使“三带”形成统一的阻水体，有效地阻断奥灰水与煤层间的水力联系。,方案,本着节约高效原则，在地面施工了,6,个探注孔，利用人工受控定向导斜技术，根据探注孔进入陷落柱的具体情况，在不同深度施工了,4,个分支孔，总工程量,4863m,，注入水泥,6496.2t,。探注孔确定的陷落柱平面图和探注孔及分支孔布置见图,2,。探注孔查明的陷落柱,NW-SE,向剖面图见图,3,。,方案,针对陷落柱内岩石已严重泥化水解，可注性较差的特点，本次注浆采用了劈裂注浆技术，其技术参数为,:,浆液比重,1.25-1.38g/cm3,，泵量,100-200L/min,，注浆压力,2-6MPa,。,治理效果检查,地面探注孔的压水试验,地面探注孔的注浆终压标准达,5.0,6.0Mpa,，均达设计要求。压水试验单位吸水量为,1.310-5,5.710-5L/mms,，说明“止水帽”已成为隔水层。,井下钻探检查,注浆结束后，在井下施工检查孔,4,个,(,检探,5,、,6,、,7,、,8,等,),，延伸原检查孔,2,个，分别对陷落柱内部、顶部及南北部进行了检查，钻孔只有,1,2m3/h,的少量出水，无压自流且有减小的趋势，柱内充填密实，局部见水泥块。,井下涌水点及地面钻孔水位变化,7,2,18,工作面涌水量减至,0,，地面钻孔水位由,+12m,左右降至,-474m,以下，井下观测孔的压力由,5.25Mpa,降至,0,。,以上结果均说明注浆形成的“止水帽”阻水效果良好，堵水率达,100%,。,结论,初步总结出一套适合于任楼煤矿乃至皖北矿区探查及治理隐伏导水陷落柱的技术方法，即由水文地质、水量、水温、水质综合分析快速判识突水水源,(,定性,),，井下物探钻探相结合综合探查陷落柱位置和范围,(,定位,),，封堵出水巷道，防止陷落柱活化和控制突水点水量,(,预防,),，地面注浆建造“止水帽”彻底封堵突水通道,(,超前治理,),。,防治水工程实施计划及概预算,防治水工程进度安排,防治水工程概预算,年,度,项,目,数量,工程量（,m,）,资金,（万元）,2005,1.,地下水观测系统：,1,1,井下观测孔,W1,，,W2,，,W3,，,W5,，,W6,，,Y22,，,Y23,，,Y24,，,Y25,，,Y26,；,D1,，,D2,。,12,1470,117.60,1,2,地面观测孔：,O2,，,O3,2,孔,1100,88.00,1,3,水位（水压）自记仪,12,台,60.00,1,4,钻窝,12,个,18.00,1,5,野青灰岩放水孔和观测孔,10,个,600,48.00,2,疏水降压工程,252.00,2,1,野青灰岩疏水石门,/,野青灰岩疏干巷道,*,1,个,100/,1500,30.00/,450.00,2,2,野青石门放水孔,*,8,孔,4000,320.00,2,3,水闸门,*,1,个,100.00,2,4,排水费,*,1000 m,3,/h,1200.00,3,地球物理勘探（直流电法和音频电透视）,3,个面,60.00,4,水化学快速判别系统（软件）,1,套,8.00,5,地测信息系统（软件）,1,套,15.00,6,煤矿防治水专项技术研究,6.1,构造控水规律及其对策研究,15.00,6.2,水害预警系统研究,50.00,6.3,地震资料再处理解译,20.00,7,注浆站及输浆孔工程,*,140.00,8,工作面底板改造工程,*,3,个面,1000.00,9,井下钻机,1,套,200.00,10,野青放水试验和奥陶简易放水试验,各,1,次,80.00,11,同位素研究,20.00,小计：,2350.00,（石门疏干）,/2550.00,（巷道疏干）,/1940.00(,底板改造,),2006,1,地下水观测系统,1,1,井下观测孔：,D3,、,D5,、,S1,、,S2,、,S4,、,W4,、,W9,、,W39,、,W46,9,孔,850,68.00,1,2,地面观测孔,O4,、,O5,、,O6,、,O7,4,孔,3270,262.00,2,水位水压自记仪,13,个,65.00,3,钻窝,9,个,13.00,4,野青含水层脉冲干扰试验,1,次,25.00,5,地球物理勘探：井下直流电法和音频电透视,3,个面,75.00,6.,地应力测试,30.00,7,煤矿防治水专项技术研究,7,1,构造控水规律及其对策研究,15.00,7,2,水害预警系统研究,40.00,7,3,梧桐庄矿地热的成因及其开发的可行性研究,15.00,8,工作面底板改造工程,*,3,个面,1200.00,9,排水费,*,1000 m,3,/h,1200.00,10,长距离钻机,1,台,200.00,11,疏干石门,/,疏干巷道,*,1,个,100/,600,30.00/,180.00,12,疏水钻孔,8,个,4000,320.00,13,水闸门,1,个,100.00,小计：,2158,（石门疏干）,/2118,（巷道疏干）,/1808,（底板改造）,2007,1,井下探水工程,60.00,2,地面测试钻孔,O8,、,O9,、,O10,3,2450,196.00,3,疏干石门,/,疏干巷道,*,1,100/,1000,32.00/,300.00,4,水闸门,1,个,100.00,5,奥灰含水层放水试验,1,次,60.00,6,地下水示踪试验,1,次,20.00,7,煤矿防治水专项技术研究,7,1,水害预警系统研究,50.00,7,2,地下热水成因及其综合利用的可行性评价,15.00,8,同位素研究,1,次,20.00,9,地球物理勘探（直流电法和音频电透视）,75.00,10,工作面底板改造工程,*,3,个面,1200.00,11,排水费,*,1000 m,3,/h,1200.00,小计：,1728,（石门疏干）,/2096,（巷道疏干）,/1696.00,（底板改造）,2008,1,地球物理勘探（直流电法和音频电透视）,3,个面,80.00,1,1,地震资料动态解译,30.00,2,煤矿防治水专项技术研究,50.00,3,工作面底板改造工程,*,3,个面,1200.00,4,钻窝,6,个,9.00,5,观测孔和放水孔,6,孔,600,48.00,6,疏干钻孔,8,个,4000,320.00,7,野青放水试验,1,次,60.00,8,排水费,*,1000 m,3,/h,1200.00,小计：,1777,（采石门或巷道疏干）,/1477,（不采用石门或巷道疏干）,合计,8030,（石门疏干）,/8541,（巷道疏干）,/6921,（底板改造）,序号,项目名称,数量,工程量（,m,）,资金（万元）,近期,远期,1,地下水观测系统,1.1,野青含水层,7,孔,350,28.00,1.2,山伏青含水层,2,孔,160,12.80,1.3,大青含水层,4,孔,480,38.40,1.4,奥灰含水层,15,孔,8220,657.60,2,疏水降压工程,2.1,野青疏水巷道,2,条,3100,930.00,2.2,野青石门,3,个,300,90.00,2.3,野青疏干孔,24,孔,12000,960.00,2.4,水闸门,3,个,300.00,2.5,排水沟,2,条,1750,52.50,2.6,钻窝,37,个,55.50,3,井下放水试验,3.1,野青含水层放水试验,2,次,120.00,3.2,奥灰含水层简易和正规放水试验,各,1,次,80.00,3.3,地下水示踪试验,1,次,20.00,4,野青含水层脉冲干扰试验,1,次,25.00,5,水文地球化学研究,2,次,40.00,6,地球物理勘探,6.1,井下直流电法,15,个面,195.00,6.2,音频电透视,15,个面,195.00,6.3,地震资料动态解译,2,50.00,7,矿井防突水保障信息系统,7.1,地测信息系统（软件）,1,套,15.00,7.2,水化学快速判别系统（软件）,1,套,8.00,8,煤矿防治水专项技术研究,8.1,构造控水规律及其对策研究,60.00,8.2,高压强含水层水上开采底板水害防治技术研究,120.00,8.3,梧桐庄矿地下热水成因及其综合利用的可行性评价,30.00,9,工作面底板改造工程,*,17,个面,3400.00,10,注浆站及输浆孔工程,*,140.00,11,仪器设备,11.1,水位（压）自记议,25,台,125.00,11.2,井下大钻机,1,台,200.00,12,不可预见费,13,石门,*,3,个,300m,90.00,14,疏干巷道,*,3,条,3100,930.00,15,疏干钻孔,*,24,个,12000,920.00,16,水闸门,*,3,个,300.00,合计,8030,（石门疏干）,/8541,（巷道疏干）,/6921,（底板改造）,5,矿井突水的监测预报技术,突水机理,突水预警系统的基本原理流程,通讯及工程布置,预报判别及软件开发,突水机理,突水模式,影响因素,突水机理,影响因素,1,、地质构造,2,、 底板岩层岩性及其组合特征,3,、含水层的富水性,4,、含水层水头压力,5,、 矿山压力,6,、地应力,1,、地质构造,地质构造尤其是断层是造成煤层底板突水的主要原因之一。地质构造使底板岩层的完整性得到破坏，使底板隔水性能大大降低，比正常地段增加了出水的可能性。,85,年以来发生的,21,次底板突水中，其中由于断层原因导致突水有,11,次，占,52%,，因此断层突水是矿区底板主要突水类型。,2,、 底板岩层岩性及其组合特征,在隔水层厚度相同的情况下，不同岩性组合的抵抗水压能力不同。隔水层岩性组合对突水起相当的制约作用。,3,、含水层的富水性,岩溶含水层的富水条件是底板突水的基本因素。奥陶系石灰岩在,新汶和莱芜两个煤田的南部地表广泛出露，,直接接受大气降水补给，为影响矿区后组煤开采的主要含水层，其岩溶发育的总体规律是随着深度的增加逐渐减弱。但由于岩溶发育不均衡，造成奥灰在横向和纵向上富水性差异较大。,4,、含水层水头压力,足够的水头压力是引起突水的一个重要条件。在煤层底板地质条件基本相似的情况下，承压水压越高，越容易突水。,5,、 矿山压力,不同的开采条件下造成的矿山压力也不同，其中以工作面斜长、采深和回采面积影响的效果较大。,（,1,）工作面斜长,一般工作面斜长越短，其抗水压能力越强。随着工作面斜长的增加，抗水压能力逐渐趋于定值。,（,2,） 采深,随着开采深度的增加，当覆岩发生断裂将要跨落时刻，煤层底板受着巨大的支承压力，会对底板岩体造成严重的破坏。,（,3,）回采面积,随着回采面积不断增大，应力集中区也在增大，当增到某范围时，应力集中到足以使底板岩体发生破坏时，底板岩层的隔水性能就会降低，有利于底板承压水的突入。,6,、地应力,地应力是是岩层自重、构造应力、采动矿压、承压水水压等综合作用的结果。在应力集中区，地应力加剧了煤层底板变形和破坏，成为导致煤层底板突水的附加力源。,目前新汶矿区平均开采深度已达到,900,米以上，其中孙村、华丰、协庄、潘西矿已达,1200,米，是全国最深的矿区之一。由于开采深度大，在目前开采深度条件下底板破坏规律较矿井浅部发生了巨大的变化，奥灰岩溶水对煤层开采的威胁更大。,I,模型图,IIIII,型,II,I,I,型,II,II,II,型,II,II,I,型,II,III,I,型,II,III,II,型,应力、应变、水压、水温 、特征离子、声发射,矿井突水形成的必要条件：突水水源和导水通道,影响因素：地质构造、开采条件、岩层结构、富水性,突水机理总结及监测要素,系统的工作流程,确定监测指标和最佳位置,安装传感器,监测煤层底板特定位置的温度、水压、特征例子、应力、应变（对于底板突水预警）或断面位移、渗透压力、特征例子（对于陷落柱和老塘水害预警）,根据所监测到应力或位移反求参数,模拟开采,计算底板应力场和渗流场,预测、预报水情,联网（远程监测）,启动防灾紧急预案。,煤层底板突水预警系统的基本工作流程,原位探测底板应力状态,物探确定煤层底板水文地质异常区,在工作面煤层底板薄弱的部位施工若干钻孔,在预定的位置、按照特定的工艺埋设传感器,连接传感器与数据采集发射器,连接地面测控中心,实时监测、数据处理、水情预警,远程网络中心监测。,陷落柱突水和老塘突水预警系统的基本工艺流程,在预定的位置布置监测断面或按照特定的工艺埋设传感器,连接传感器与数据采集发射器,连接地面测控中心,实时监测、数据处理、水情预警,远程网络中心监测。,预测预警系统,硬件系统,软件系统,传感器,采集器,显示器,数据处理,仿真模拟,专家系统,监测网络体系,矿山重大突水灾害预警及联合监控技术,多通道,数据采集分站,多通道,数据采集分站,甲,工作面配置分站,乙,工作面配置分站,接传感器,接传感器,地面监测中心站,多通道,数据采集分站,多通道,数据采集分站,通信总线,计算机,通信适配器,网络设备,网关,传感器输入端,CAN BUS,数据通信控制系统,系统监控,光电隔离,通信收发,数据采集处理系统,多道,A/D,转换,LED,现场显示,1.,注意力持续时间短,2.,遗忘速度快,3.,目的性强,4.,自我意识强,成人学习的特点：,如何上好一堂培训课,自愿参加,非自愿参加,合作、主动学习、意识强,不合作、被动学习、意识弱,注意：非自愿者可能是麻烦的制造者,课堂的表现,了解学员,非自愿参加,不合作、被动学习、意识弱,注意：非自愿者可能是麻烦的制造者,对于非自愿参加学员，培训师应该增加授课的趣味性，多让他们发表自己的见解，增强与他们的沟通。,了解学员,双方熟识,采取提高注意力的多种形式,双方陌生,采取破冰游戏、搭建沟通氛围,熟悉程度,了解学员,培训前的准备,课程设计,场地布置,物料准备,设备检查,自我准备,培训前,-,课程设计,把要说的写下来：,资料搜集,动笔写作,演示文稿,最后修改,资料搜集,：,互联网,研讨会、演讲,图书馆,企业内部资料,同事、亲友,报纸、杂志,音像制品,培训前,-,课程设计,动笔写作,：,发散性思维法,撰写提纲,制定时间表,培训前,-,课程设计,发散性思维法：,所谓发散性思维法，,就是从同一来源的材料中探求不同答案，从不同的方面寻求答案的思维过程。他能让人通过联想，拓展思路，从不同的角度寻求解决问题的各种可能途径。,答案一,问题,答案二,答案,培训前,-,课程设计,撰写提纲,列提纲的好处：,为授课提供清晰的思路,为资料的取舍提供依据,时间分配的依据,选择培训方法、辅助工具的依据,培训前,-,课程设计,撰写提纲,如何撰写提纲：,方法一：利用发散性思维,服务培训,个人层面,团队层面,企业层面,标准,理念,培训前,-,课程设计,撰写提纲,如何撰写提纲：,方法一：利用发散性思维,培训主题,论点一,论点二,论点三,分论点一,分论点二,培训前,-,课程设计,撰写提纲,如何撰写提纲：,方法二：利用,5W1H,WHO,谁,WHERE,哪里,WHY,为什么,WHAT,什么,WHEN,何时,HOW,怎样,培训前,-,课程设计,提纲的通用模式：,一、引言,（,1,）开场白,（,2,）说明你的主题和目的,（,3,）概括培训的内容,二、第一个要点,（,1,）论点,A,论据,B,论据,（,2,）论点,三、第二个要点,（,1,）论点,（,2,）论点,四、第三个要点,五、总结,（,1