礦井防治水基本理論理與方法3

1、第三章礦井水害類(lèi)型及其防治方法礦井水害是指各種水源對(duì)礦井生產(chǎn)和安全造成的各種各樣的影響。構(gòu)成礦井水害必須有兩個(gè)要素，一是水源。沒(méi)有水源就不會(huì)產(chǎn)生水害。二是出水通道。沒(méi)有通道，再豐富的水源也到不了井下。第一節(jié)礦井充水條件的分類(lèi)一、礦井充水類(lèi)型劃分的依據(jù)、礦井充水程度主要取決于有無(wú)充足的水源，以及進(jìn)水通道的特征。因此，水源和通道問(wèn)題是充水類(lèi)型劃分的主要依據(jù)；、各類(lèi)充水因素，如煤層埋藏條件與侵蝕基準(zhǔn)面的關(guān)系、區(qū)域降水量、地表水的影響、地形、地表覆蓋層的巖性和厚度、斷層的導(dǎo)（含）水性、礦井正常涌水量的大小等諸因素，可以作為確定礦井充水復(fù)雜程度的主要指標(biāo)；、礦井充水進(jìn)水條件有多種，可能是直接揭露含水層進(jìn)

2、水，可能是通過(guò)斷層進(jìn)水，也可能是通過(guò)間接補(bǔ)給的途徑進(jìn)水。進(jìn)水方向有來(lái)自頂板的，也有來(lái)自底板的。這些因素應(yīng)該在分類(lèi)中充分體現(xiàn)。二、礦井充水類(lèi)型的劃分方案類(lèi)型命名采用“水文地質(zhì)條件（按水文地質(zhì)規(guī)程分類(lèi)）”、“充水巖層”、“進(jìn)水方式”三者的組合。如：水文地質(zhì)條件復(fù)雜的溶隙水底板間接進(jìn)水型礦井。第二節(jié)沖積層水害及其防治方法以第四系松散層孔隙水為主要來(lái)源的出水危害叫孔隙水害。水體下開(kāi)采，當(dāng)由于基巖面起伏情況沒(méi)有查明掘進(jìn)巷道直接揭露沖積層時(shí)、當(dāng)通過(guò)斷層或構(gòu)造裂隙導(dǎo)通孔隙水時(shí)、當(dāng)采煤工作面冒落帶（導(dǎo)水裂隙帶）溝通孔隙水時(shí)、當(dāng)異常冒頂區(qū)發(fā)育到?jīng)_積層時(shí)，都可能造成大量涌水、甚至潰砂，危及礦井和人身安全。一、孔隙

3、水害危害程度第四系孔隙水相當(dāng)豐富，但由于第四系底部隔水層的存在，一般不會(huì)造成災(zāi)害。它主要是建井時(shí)的井筒施工揭露含水層和上限開(kāi)采時(shí)工作面冒落裂隙導(dǎo)通含水層才會(huì)造成危害。個(gè)別存在施工質(zhì)量問(wèn)題的井筒，第四系孔隙水沿井壁滲入，大量淋水，不僅增加排水負(fù)擔(dān)，而且惡化作業(yè)環(huán)境，實(shí)際上也叫水害。第四系孔隙水害一旦發(fā)生，危害程度極大。2001年11月25日，準(zhǔn)備12月26日投產(chǎn)的祁東礦322綜采工作面，冒落裂隙導(dǎo)通了四含發(fā)生突水，最大涌水量達(dá)1520 m3/h,超過(guò)礦井排水能力，造成淹井，損失上億。祁東突水僅幾天，桃園礦的觀測(cè)孔水位下降了好幾米?？梢?jiàn)第四系孔隙水的水力聯(lián)系非常密切。桃園礦1022上工作面“抽冒”

4、溝通四含，大量“泥巖流”潰入，造成4人遇難。二、防治方法對(duì)于生產(chǎn)礦井，防治沖積層水害的關(guān)鍵問(wèn)題是留設(shè)上限安全煤（巖）柱。上限安全煤（巖）柱留設(shè)要考察以下幾個(gè)方面：、水體采動(dòng)等級(jí)“三下”規(guī)程根據(jù)水體的性質(zhì)、規(guī)模、賦存條件及允許采動(dòng)影響程度，將受開(kāi)采影響的水體分為三個(gè)采動(dòng)等級(jí)：I類(lèi)水體I類(lèi)水體是指直接位于基巖上方，底界無(wú)穩(wěn)定粘土隔水層的強(qiáng)中等富水性的孔隙含水層。如祁東礦3采區(qū)，桃園礦六采區(qū)上方的“四含”。底界面無(wú)穩(wěn)定泥巖隔水層的強(qiáng)中等富水性的裂隙（巖溶）含水層。如朱仙莊的“五含”。急傾斜（55°90°）煤層上方各種類(lèi)型的水體。需要特殊保護(hù)的水體。I類(lèi)水體下開(kāi)采，必須留設(shè)“防水安

5、全煤（巖）柱”，不允許導(dǎo)水裂縫帶波及到含水層。II類(lèi)水體II類(lèi)水體是指底界無(wú)穩(wěn)定粘土隔水層但含水性弱的松散含水層。有疏降條件的松散層的基巖含水層。II類(lèi)水體下開(kāi)采，必須留設(shè)“防砂安全煤（巖）柱”，允許導(dǎo)水裂縫帶波及到弱含水層，但不允許冒落帶波及到該含水層。III類(lèi)水體III類(lèi)水體是指底界面下有穩(wěn)定的粘土隔水層，或已經(jīng)接近疏干的松散含水層。如蘆嶺礦88采區(qū)的“四含”。III類(lèi)水體下開(kāi)采，也要留設(shè)“防塌安全煤（巖）柱”，允許冒落帶波及該弱含水層。2、安全煤（巖）柱設(shè)計(jì)、煤層開(kāi)采覆巖破壞規(guī)律采用垮落法開(kāi)采的煤層，覆巖中依次發(fā)育有冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶和彎曲下沉帶（整體移動(dòng)帶），俗稱“上三帶”（圖3-2-

6、1）。其中：冒落帶和導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度主要取決于采高和覆巖巖性、結(jié)構(gòu)、厚度和強(qiáng)度。彎曲下沉帶將不斷向上發(fā)育，達(dá)到地表。所謂安全煤（巖）柱，是指冒落帶、導(dǎo)水裂縫帶與上覆含層之間的距離。由于彎曲下沉帶一般不導(dǎo)水，不是安全煤（巖）柱設(shè)計(jì)研究的對(duì)象。、安全煤（巖）柱的類(lèi)型安全煤（巖）柱有三種：防塌安全煤（巖）柱：簡(jiǎn)稱防塌煤柱，是指冒落帶可以進(jìn)入弱含水層或已經(jīng)疏干的含水層下部。即煤層與弱含水層之間的距離達(dá)到冒落帶高度即可，不再另外加保護(hù)層。防砂安全煤（巖）柱：簡(jiǎn)稱防水煤柱，是指冒落帶不能波及弱含水層。即煤層與含水層之間的距離除冒落帶高度處，還要加上保護(hù)層厚度。這時(shí)的保護(hù)層實(shí)際上還處于導(dǎo)水裂縫帶中，弱含水

7、層的水仍然可以進(jìn)入工作面，但流砂不能進(jìn)入工作面，所以叫防砂煤柱。防水安全煤（巖）柱：簡(jiǎn)稱防水煤柱，是指導(dǎo)水裂縫帶不能波及中等以上的含水層。即煤層與含水層之間的距離不僅要達(dá)到導(dǎo)水裂縫帶高度，還要加上保護(hù)層厚度。這時(shí)的保護(hù)層是不導(dǎo)水的彎曲下沉帶，可以防止中等以上的含水層或沒(méi)有疏降條件的含水層中的水進(jìn)入工作面，所以叫做防水煤柱。安全煤(巖)柱尺寸的確定礦井礦井水文地質(zhì)規(guī)程、“三下規(guī)程”等有關(guān)規(guī)范，都有“兩帶”高度預(yù)測(cè)公式，對(duì)保護(hù)層進(jìn)度也進(jìn)行了具體規(guī)定，是設(shè)計(jì)安全煤（巖）柱的法律依據(jù)。一般采用“三下規(guī)程”附錄六計(jì)算。在使用這些規(guī)范時(shí)特別注意：不同規(guī)程的理論體系不同，同一名詞概念所表示的意義不完全相同。

8、由于“兩帶”發(fā)育高度受多種因素影響，進(jìn)行“兩帶”實(shí)際觀測(cè)研究是非常必要的。由于實(shí)際觀測(cè)成果資料代表了該礦井真實(shí)情況下的“兩帶”發(fā)育高度，是設(shè)計(jì)安全煤（巖）柱尺寸的首要依據(jù)。三、沖積層下開(kāi)采安全評(píng)價(jià)1、松散含水層水文地質(zhì)條件已經(jīng)查明。含水層厚度、巖性、分布面積、單位涌水量和滲透系數(shù)、補(bǔ)給強(qiáng)度等參數(shù)已經(jīng)掌握，并可以確定采動(dòng)等級(jí)。2、基巖界面標(biāo)高和起伏變化情況已經(jīng)查明?？刂平缑娴木舷裸@探網(wǎng)度要達(dá)到250250m。否則，必須有用鉆孔標(biāo)定的三維地震資料。3、覆巖巖性尤其是硬度指標(biāo)已經(jīng)查明。4、斷層構(gòu)造已經(jīng)查明。5、采取了防止“抽冒”、“切冒”的頂板管理措施。6、具有井上下水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)。7、預(yù)計(jì)了正

9、常涌水量和最大涌水量，排水系統(tǒng)完善。8、建立了通暢的避災(zāi)路線，人員可以安全撤離。第三節(jié) 灰?guī)r水害及其防治方法以灰?guī)r含水層為主要出水水源的出水災(zāi)害叫灰?guī)r水害，也叫巖溶水害。處于灰?guī)r承壓含水層上開(kāi)采的工作面，當(dāng)?shù)装甯羲畬拥淖杷芰Σ荒艿钟畨簳r(shí)，就會(huì)發(fā)生灰?guī)r含水層大量出水。按出水通道的不同，可分為陷落柱突水、斷層突水和無(wú)構(gòu)造底板突水等幾個(gè)類(lèi)型。工作面無(wú)構(gòu)造底板突水多發(fā)生在初次來(lái)壓或周期來(lái)壓地段。一般認(rèn)為在底板隔水層中存在“三帶”， 即“下三帶”（圖3-3-1）：一是采礦壓力對(duì)底板造成的破壞帶，位于煤層直接底板下一定范圍，也稱底導(dǎo)水裂縫帶，是一個(gè)喪失隔水作用的巖石段。二是承壓水在水頭壓力作用下向底板

10、隔水層潛入一定范圍的帶，也稱原始導(dǎo)升高度，是隔水作用很小的一個(gè)巖石段，它位于隔水層底部，發(fā)育高度極不均一，時(shí)有時(shí)無(wú)，有時(shí)可能到達(dá)煤層（桃園礦1044工作面煤層掘進(jìn)出水，表現(xiàn)為灰?guī)r水質(zhì)特征）。三是完整巖層帶，即除去破壞帶和導(dǎo)升帶以后的有效隔水層帶。無(wú)構(gòu)造采場(chǎng)底板突水，就是因?yàn)橛行Ц羲畬拥淖杷芰Σ荒艿钟袎旱撵o水壓力，在水頭壓力的作用下，突破有效隔水層而大量出水。事實(shí)上，有效隔水層厚度是一個(gè)很難掌握的參數(shù)。實(shí)際工作中，人們總是首先根據(jù)典型工作面一般規(guī)律情況下測(cè)定的破壞帶深度和物探方法探測(cè)的導(dǎo)升帶高度，然后根據(jù)整個(gè)隔水巖柱的厚度確定有效帶厚度?；?guī)r突水，不僅取決于隔水層的阻水能力，而且還與含水層水

11、頭壓力有關(guān)。在無(wú)壓（已經(jīng)疏干）含水層上開(kāi)采，即使隔水層再薄，也不會(huì)發(fā)生突水?？疾焖畨号c有效隔水層的關(guān)系問(wèn)題，是評(píng)價(jià)承壓水上開(kāi)采安全性的關(guān)鍵?；?guī)r水害災(zāi)害程度，主要取決于含水層的富水性和補(bǔ)給強(qiáng)度。陷落柱突水之所以危害嚴(yán)重，主要是溝通了奧灰，含水層富水性強(qiáng)，往往發(fā)生難以預(yù)料的后果。一、灰?guī)r水害的危害底板灰?guī)r，不僅含水豐富，而且水壓高；由于6（10）煤層底板隔水層的存在，阻止了灰?guī)r水進(jìn)入采掘工作面，多數(shù)礦井都可以進(jìn)行帶壓開(kāi)采；但是，這個(gè)隔水層并非鐵板一塊，有些地段可能存在斷層、陷落柱、原生導(dǎo)水裂隙或人工鉆孔等導(dǎo)水通道，高壓灰?guī)r水順著這些通道進(jìn)入礦井，從而造成災(zāi)害?；?guī)r水害占全國(guó)各類(lèi)水害事故的70左右

12、，往往發(fā)生惡性事故。88年10月24日，楊莊礦2617綜采面發(fā)生底板灰?guī)r突水，水量為3153 m3/h，超過(guò)當(dāng)時(shí)排水能力的3倍多，造成二水平被淹，損失上億元。朱莊、桃園等礦，也曾多次發(fā)生底板灰?guī)r突水，水量60到1400 m3/h不等，對(duì)礦井安全威脅很大。2005年1月27日，朱莊礦3622綜采面發(fā)生水量達(dá)1420m3/h的突水災(zāi)害，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。96年，皖北的任樓礦8煤層工作面，遇到了陷落柱，使距煤層180多米的奧陶系灰?guī)r水涌入礦井，涌水量近3.8萬(wàn)m3/h，水溫42以上，造成淹井，損失兩個(gè)多億。84年，開(kāi)灤范各莊礦2171綜采面，發(fā)生了世界罕見(jiàn)的突水災(zāi)害，奧灰高壓水經(jīng)陷落柱潰入礦井，水量

13、達(dá)12萬(wàn) m3/h，23小時(shí)就淹了一個(gè)年產(chǎn)310萬(wàn)噸，開(kāi)采20年的大型機(jī)械化礦井。9名礦工未及時(shí)撤出遇難。并將與其相鄰的呂家砣礦因礦界煤柱突破而淹沒(méi)，同時(shí)，與這兩個(gè)礦相鄰的林西礦、唐家莊礦、趙各莊礦井下滲水而處于半停產(chǎn)警戒狀態(tài)。三、灰?guī)r水害的防治方法1、水文地質(zhì)勘探具有灰?guī)r水害的礦井，要進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探。重點(diǎn)做好以下幾項(xiàng)工作：通過(guò)地面鉆探或井下放水試驗(yàn)等方法，查明灰?guī)r含水層富水性、厚度、補(bǔ)給條件和水位（壓）等參數(shù)；通過(guò)物探、鉆探等方法，查明底板隔水層厚度及其變化情況，繪制底板隔水層厚度等值線圖（包括水壓、突水系數(shù)等值線）。通過(guò)三維地震、電法等手段，查明陷落柱、斷層構(gòu)造及其含水、導(dǎo)水情況。2

14、、掘進(jìn)施工超前探具有明顯出水通道的灰?guī)r水害，大都發(fā)生在掘進(jìn)施工過(guò)程中。因此，為了防止掘進(jìn)施工誤揭露導(dǎo)水構(gòu)造或陷落柱，要堅(jiān)持?jǐn)鄬雍拖萋渲浇蜻M(jìn)施工超前探措施。一般是先物探，后鉆探。物探方法有直流電法超前探測(cè)、瞬變電法超前探測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)超前探測(cè)等。其中，以直流電法的分辨率和可靠性為最高，瞬變電法因施工方便也被廣泛使用。3、采煤工作面底板探測(cè)根據(jù)煤礦安全規(guī)程規(guī)定，承壓水上開(kāi)采必須進(jìn)行工作面物探。其目的主要是查明底隔水層的厚度和完整性，尤其是確定灰?guī)r水導(dǎo)升高度，以評(píng)價(jià)開(kāi)采的安全性。同時(shí)，查明底板巖層和含水層富水異常區(qū)，為防治水工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)依據(jù)。物探方法有直流電測(cè)深法、底板音頻電透視法等。4、底板

15、注漿加固根據(jù)“下三帶”理論，提高底板隔水巖層的阻水能力，是防止灰?guī)r突水的有效措施之一。注漿加固的主要目的是增加有效隔水層厚度，使其達(dá)到適應(yīng)承壓水水頭壓力的要求。“底板注漿加固”的提法不夠準(zhǔn)確。以往認(rèn)為的注漿加固是為了提高巖層強(qiáng)度，從而達(dá)到阻水目的的說(shuō)法有一定的片面性。單層巖層的阻水能力總是有限的，一般不超過(guò)0.15 Mpa/m，提高阻水能力的關(guān)鍵是增加有效隔水層厚度。所謂注漿加固，是將制備的漿液壓入巖層的空隙，并擴(kuò)散到一定范圍，在巖層中固結(jié)成巖，達(dá)到封閉導(dǎo)水通道，變透水層為隔水層的目的。底板加固注漿要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：、確定受注層位受注層位選擇是加固注漿的首要問(wèn)題。一些礦僅在煤層下40m左右的

16、砂巖段注漿的做法，科學(xué)依據(jù)不充分。確定受注層位要考慮以下問(wèn)題：一是保證注漿后的有效隔水層厚度達(dá)到適應(yīng)水壓的要求。即，根據(jù)水壓按突水系數(shù)確定注漿段的深度。實(shí)踐證明，注漿時(shí)順層擴(kuò)散的距離較大，層間擴(kuò)散的距離非常有限。所以，受注層深度一定要達(dá)到突水系數(shù)要求的下限。二是要選擇滲透性較好的巖層。為擴(kuò)大漿液的擴(kuò)散范圍，提高注漿效果，減少鉆探工程量，一般在滲透性較好的砂巖、灰?guī)r中注漿，而不在泥巖中注漿（含水異常時(shí)除外）。三是要避開(kāi)采動(dòng)破壞帶。礦壓破壞的能力極強(qiáng)，控制破壞帶深度的有效方法是采場(chǎng)尺寸的設(shè)計(jì)和頂板管理，靠加固注漿的辦法是不明智的。根據(jù)當(dāng)前的工作實(shí)踐，一般的做法是處于破壞帶巖層中采用控制注漿的方法穿

17、過(guò)，砂巖段重點(diǎn)注漿，再向下的泥巖段加壓注漿，灰?guī)r段充填注漿。、選擇注漿材料最普遍使用的注漿材料是水泥。注漿用水泥一般為普通硅酸鹽水泥。這種水泥粒度小，不含礦渣，不直接堵塞裂隙，有利于漿液的擴(kuò)散。靜水注漿以提高擴(kuò)散距離為目的，漿液濃度不易太濃。水灰比 水灰比的測(cè)定方法：一般情況下，水泥的容重（）為3.1，當(dāng)用比重稱或比重計(jì)測(cè)定漿液的比重（d）后，可以用下式計(jì)算水灰比（）： 控制在1:12:1為宜。有人采用10:1 的漿液注漿，看上去像清水，但也能達(dá)到很好的結(jié)石效果。充填性注漿時(shí)，為節(jié)約成本和提高漿液的流動(dòng)性，可以采用粘土漿或粘土、水泥漿，粘土、石灰漿。、確定注漿壓力注漿壓力是大小，直接影響漿液的

18、擴(kuò)散距離和結(jié)石體強(qiáng)度。一般要求最終壓力達(dá)到69Mpa。井筒預(yù)注漿時(shí)的壓力達(dá)到十幾Mpa。但是，由于受到設(shè)備能力的限制，注漿壓力總是有限的。為提高注漿壓力，一些礦采用在地面建立注漿站，通過(guò)輸漿管（鉆孔）直接對(duì)注漿孔進(jìn)行注漿，充分利用高差形成的注漿壓力，彌補(bǔ)設(shè)備能力的不足。這一方法的最大優(yōu)勢(shì)，是大大地減少了注漿孔數(shù)量，材料選擇方便，安全可靠性提高。、設(shè)計(jì)注漿工藝注漿工藝也是注漿成敗的關(guān)鍵。靜水注漿一般要求連續(xù)注漿，中途不能停頓，否則，將極大地影響注漿效果。但是，井下現(xiàn)場(chǎng)注漿由于受到貯料、供電、設(shè)備、人員等諸多因素的影響，很難做到連續(xù)注漿。因此，要建立井下集中注漿站，以盡量減少因事故造成的停頓。注漿

19、段長(zhǎng)度的大小，也會(huì)直接影響注漿效果，一般采用分段下行式注漿。注漿鉆孔不要一次打完，當(dāng)?shù)竭_(dá)破壞帶深度時(shí)，停鉆利用現(xiàn)場(chǎng)注漿泵進(jìn)行封孔式注漿，這樣可減少下部砂巖段高壓注漿時(shí)跑漿；當(dāng)鉆進(jìn)到砂巖底部時(shí)，進(jìn)行高壓連續(xù)注漿，以擴(kuò)大注漿范圍；當(dāng)?shù)竭_(dá)灰?guī)r段時(shí)，進(jìn)行充填式注漿，同時(shí)，也是對(duì)上段進(jìn)行復(fù)注。、注漿效果檢驗(yàn)以往不注意效果檢驗(yàn)，是一個(gè)很?chē)?yán)重的失誤。沒(méi)有檢驗(yàn)的注漿工程是一個(gè)不合格的工程。今后，必須加強(qiáng)檢驗(yàn)工作，并保留檢驗(yàn)記錄。效果檢驗(yàn)的方法有：透孔壓水試驗(yàn)法：一是在上層段注漿結(jié)束進(jìn)行下層段鉆進(jìn)時(shí)，進(jìn)行壓水試驗(yàn)。二是在全孔注漿結(jié)束后，進(jìn)行透孔壓水試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)記錄壓水泵量和壓力，計(jì)算單位吸水量（q）。注漿后的單

20、位吸水量必須比注漿前的單位吸水量顯著降低，并且達(dá)到設(shè)計(jì)要求。相鄰鉆孔壓水試驗(yàn)法：一個(gè)地點(diǎn)有多個(gè)注漿孔時(shí)，可采用后期鉆孔注漿前單位吸水量對(duì)比的方法來(lái)評(píng)價(jià)注漿效果。當(dāng)后期鉆孔單位吸水量明顯比前期鉆孔小，則可認(rèn)為達(dá)到了注漿要求。該方法的原理與鉆探壓水試驗(yàn)檢驗(yàn)相同，只是不專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)質(zhì)量檢驗(yàn)孔，利用后期的注漿孔或機(jī)動(dòng)注漿孔檢驗(yàn)注漿效果而已。二次電法檢驗(yàn)法：一個(gè)工作面注漿工程結(jié)束后，在注漿區(qū)域采用電法探測(cè)，并與第一次電法資料對(duì)比，視電阻率明顯改善的認(rèn)為達(dá)到要求。5、疏水降壓通過(guò)含水層一定流量的放水，降低承壓水頭，使其降至“安全水頭”以下，從而達(dá)到安全開(kāi)采的目的。這也是灰?guī)r水害防治的有效手段之一。皖北劉橋、淮

21、南老區(qū)等一些礦井，建立了井下放水和觀測(cè)系統(tǒng)，長(zhǎng)時(shí)間放水，使礦井開(kāi)采下限以上地段的突水系數(shù)均小于0.05Mpa/m，從本質(zhì)上解決無(wú)構(gòu)造采場(chǎng)底板突水安全問(wèn)題。疏降開(kāi)采必須考察以下幾個(gè)問(wèn)題：、灰?guī)r含水層的可疏性含水層的可疏性尚沒(méi)有統(tǒng)一的定義。一般用單位放水量引起的水頭降低值來(lái)表示，也有用單位降深所需要的放水量來(lái)表示的。兩者應(yīng)該是同一概念。廣義上講，含水層的可疏性主要取決于補(bǔ)給強(qiáng)度，與本身的富水性關(guān)系不大。按照傳統(tǒng)理論，含水層分動(dòng)儲(chǔ)量和靜儲(chǔ)量。只有當(dāng)放水量大于動(dòng)儲(chǔ)量而不斷消耗靜儲(chǔ)量時(shí)，地下水位才開(kāi)始下降，而下降到安全水頭所需要的時(shí)間，則取決于靜儲(chǔ)量的大小和超過(guò)動(dòng)儲(chǔ)量部分的放水量的大小。放水試驗(yàn)的主要任

22、務(wù)是確定含水層的動(dòng)、靜儲(chǔ)量。其計(jì)算方法可借鑒“開(kāi)采試驗(yàn)確定水資源量”的計(jì)算方法。這時(shí)至少要有兩個(gè)放水孔，分別用不同的放水量試驗(yàn)，每個(gè)放水量條件下，初期會(huì)出現(xiàn)水位快速下降的現(xiàn)象，但一定時(shí)期后，單位時(shí)間內(nèi)的降幅開(kāi)始減緩，當(dāng)出現(xiàn)地下水位等幅下降時(shí)可以結(jié)束這個(gè)水量的試驗(yàn)，投入第二孔、第三孔放水。這樣，可以獲得不同累計(jì)水量下的水位降低速度。根據(jù)水均均衡原理，含水層的儲(chǔ)量變化量（）等于同期放水量減去同期補(bǔ)給量：即：式中，為水位等幅下降時(shí)的下降速度，通過(guò)水位觀測(cè)資料可以確定。Q放為累計(jì)放水量，通過(guò)放水孔的水表或丈量噴射水柱高度 直立鉆孔水柱噴射高度（孔口管到水柱最高點(diǎn)距離）為h，管徑為D。根據(jù)機(jī)械能守恒定律

23、，有：。所以： 。 傾斜鉆孔孔口管到水柱最高點(diǎn)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，傾角為，管徑為D，有。來(lái)觀測(cè)。Q補(bǔ)為含水層的補(bǔ)給量，是待求參數(shù)。為整個(gè)放水影響區(qū)域的貯水系數(shù)，即區(qū)域面積上含水層水位每下降1m釋放出來(lái)的水量。如果有兩個(gè)不同的放水量和水位下降速度，代入上式并聯(lián)立方程，就可確定含水層的補(bǔ)給量和貯水系數(shù)。如果有多個(gè)放水量，則可以兩兩組合求解，更真實(shí)地反映水文地質(zhì)參數(shù)。由上式可以看出，含水層可疏性指標(biāo)由補(bǔ)給量和貯水系數(shù)兩部分構(gòu)成。一般情況下，基巖承壓水的貯水系數(shù)較小，只有10-310-5。因此，可疏性指標(biāo)主要由補(bǔ)給量構(gòu)成。在沒(méi)有開(kāi)展礦井水綜合利用的情況下，一般認(rèn)為補(bǔ)給量> 500 m3/h ，不易采用疏

24、降措施。臨渙礦區(qū)的奧灰水資源勘探資料表明，補(bǔ)給量不到200 m3/h，太灰含水層的補(bǔ)給量會(huì)更小，有關(guān)各礦完全可能進(jìn)行可疏性試驗(yàn)，如果不考慮疏降引起四含水位下降造成地表沉陷，則可以達(dá)到疏干（無(wú)壓）開(kāi)采的要求。、安全水頭的確定安全水頭值是疏降開(kāi)的關(guān)鍵指標(biāo)。一般采用突水系數(shù)法確定安全水頭。安全水頭是指底板有效隔水層所能承受的水頭壓力。在此是指疏降條件下的自開(kāi)采下限算起的殘留水頭值。安全水頭值越小，說(shuō)明需要降低的水頭越大。如果安全水頭值大于實(shí)際水頭值，則可以不進(jìn)行放水而直接帶壓開(kāi)采。、汛期調(diào)節(jié)系數(shù)疏降開(kāi)采試驗(yàn)不一定是在汛期進(jìn)行，沒(méi)有考慮補(bǔ)給量的變化。在進(jìn)行疏降開(kāi)采設(shè)計(jì)中，必須考慮汛期調(diào)節(jié)系數(shù)。含水層的

25、補(bǔ)給強(qiáng)度一般與大氣降水有關(guān)，特別在大降深的情況下，雨季的補(bǔ)給強(qiáng)度會(huì)增加，引起地下水位的升高，可能造成殘留水頭高于安全水頭，威脅礦井安全。調(diào)節(jié)系數(shù)可以根據(jù)長(zhǎng)觀資料，通過(guò)相關(guān)曲線圖或回歸分析的方法，確定地下水位與降水量的相關(guān)關(guān)系，并按豐水年的降水量計(jì)算地下水位上升值。疏降開(kāi)采時(shí)，在汛前加大放水量，使地下水位降至安全水頭和調(diào)節(jié)系數(shù)以下，這樣才可以保證開(kāi)采安全。6、建立井上下水位觀測(cè)系統(tǒng)略7、完善工作面巷道排水系統(tǒng)工作面突水占灰?guī)r突水的70%以上，當(dāng)發(fā)生小量突水時(shí)，如果巷道排水系統(tǒng)通暢，能夠做到煤水分流，可以采取繼續(xù)推采措施，促使頂板冒落，利用上覆巖層壓制底板破壞進(jìn)一步發(fā)展，避免災(zāi)害擴(kuò)大。同時(shí)，在有巷

26、道排水條件的情況下，可以采取井下直接治理措施，解決地面治理?xiàng)l件差、工程量大、工期長(zhǎng)、費(fèi)用高等一系列問(wèn)題。8、擴(kuò)大礦井排水能力礦井排水能力，是防止突水淹井的最后一道防線。有突水危險(xiǎn)的礦井，其排水能力要大于正常涌水量的5倍?；幢钡V區(qū)是采用預(yù)計(jì)“災(zāi)變涌水量”的方法確定排水能力的。目前，大水礦都已經(jīng)進(jìn)行或正在進(jìn)行擴(kuò)排，不斷提高礦井抗災(zāi)能力。9、實(shí)行分區(qū)隔離開(kāi)采具有突水威脅的煤層單獨(dú)設(shè)計(jì)采區(qū)，在采區(qū)進(jìn)出口巷道中設(shè)置水閘門(mén)，采邊界留設(shè)完整的隔水煤柱。采區(qū)內(nèi)部采掘工作面一旦發(fā)生突水，立即撤出人員，關(guān)閉水閘門(mén)，把災(zāi)害控制在有限范圍，保證礦井和其它采區(qū)正常生產(chǎn)。四、灰?guī)r水上開(kāi)采安全性評(píng)價(jià)1、突水系數(shù)法突水系數(shù)是

27、一個(gè)綜合考察含水層壓力和隔水厚度的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)，即PM曲線。它是根據(jù)不同礦井突水的實(shí)際資料整理出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)值，可以用來(lái)宏觀評(píng)價(jià)安全性。與之相類(lèi)似的是上節(jié)所介紹的安全水頭法。礦區(qū)采用的是當(dāng)Ts>0.7時(shí)，就可能突水。突水系數(shù)法的缺點(diǎn)是，當(dāng)突水系數(shù)超限時(shí)，并不一定突水（突水系數(shù)不超限極少發(fā)生突水）。在無(wú)構(gòu)造采場(chǎng)突水的實(shí)例中，其它因素也占有很大比例。2、巖水應(yīng)力說(shuō) 因不是規(guī)程的規(guī)定，所以稱為“說(shuō)”一些學(xué)者提出了底板突水的“巖水應(yīng)力學(xué)”理論，認(rèn)為突水與否，取決于含水層水壓與隔水巖層地應(yīng)力（順層方向的應(yīng)力）之間的關(guān)系。當(dāng)水壓小于或等于地應(yīng)力時(shí)，不會(huì)發(fā)生突水。當(dāng)大于地應(yīng)力時(shí)，必定發(fā)生突水。試驗(yàn)室模擬已

28、經(jīng)證實(shí)該結(jié)論的正確性。但在實(shí)際評(píng)價(jià)時(shí)，地應(yīng)力測(cè)定比較困難。目前多采用鉆孔致裂法直接測(cè)定地應(yīng)力和取芯送樣間接測(cè)定地應(yīng)力。這兩種方法都已經(jīng)在礦區(qū)使用過(guò)。楊莊礦的262采區(qū)，通過(guò)地應(yīng)力測(cè)量，地應(yīng)力普遍大于實(shí)際水壓的2倍，全部采用直接帶壓開(kāi)采并安全開(kāi)采了整個(gè)采區(qū)。海孜礦在7煤頂板水害查治過(guò)程中，系統(tǒng)地采集巖芯，送到“中礦”進(jìn)行地應(yīng)力測(cè)量，也取得較為可信的資料。就目前的技術(shù)水平而言，在有效隔水層段采集巖芯，送到“礦大”測(cè)試，然后根據(jù)地應(yīng)力與實(shí)際水壓的對(duì)比，評(píng)價(jià)開(kāi)采安全性的方式應(yīng)該是可行的。在采用巖水應(yīng)力說(shuō)評(píng)價(jià)安全性是，要考慮在采動(dòng)時(shí)應(yīng)力的重新分布問(wèn)題。一般情況下，采動(dòng)時(shí)地應(yīng)力衰減30%至50%。作為安全

29、評(píng)價(jià)指標(biāo)，要求地應(yīng)力要大于實(shí)際水壓的2倍。3、關(guān)鍵層說(shuō)關(guān)鍵層理論認(rèn)為，在底板隔水巖層中，在破壞帶以外，有一個(gè)關(guān)鍵層，它在巖層（在水壓的作用下）移動(dòng)或破壞過(guò)程中起關(guān)鍵作用。如底板巖層中的具有一定厚度的砂巖巖層，當(dāng)它不破壞時(shí)，其它巖層不至于破壞。但當(dāng)它破壞時(shí)，其它巖層也跟著破壞。該理論把底板關(guān)鍵層看作以工作面長(zhǎng)度為長(zhǎng)邊，走向來(lái)壓（或初次來(lái)壓）步距為短邊的板，在其上的巖層（包括冒落帶矸石）自重和靜水壓力共同作用下，發(fā)生變形或破壞從而導(dǎo)至突水。破壞特點(diǎn)是“OX”裂隙的形成。即，在板的四周是“O”形破壞，在板的中間，是沿長(zhǎng)軸的“X”形破壞(圖3-3-2)。工作面開(kāi)采初期，長(zhǎng)邊（b）為一定值，短邊（a）還

30、不大，板不會(huì)發(fā)生破壞。隨著開(kāi)采長(zhǎng)度的增加，短邊不斷加長(zhǎng)，到達(dá)一定程度時(shí)，發(fā)生“OX”形破壞。這時(shí)的短邊為：上式給出了突水發(fā)生時(shí)極限破斷距。根據(jù)其它工作面開(kāi)采的觀測(cè)，初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距已經(jīng)掌握。如果極限破斷距大于或等于來(lái)壓步距，可以安全開(kāi)采。如果小于來(lái)壓步距，就會(huì)發(fā)生突水。計(jì)算極限破斷距（a）時(shí)，首先根據(jù)采高（用于計(jì)算冒落帶高度）、關(guān)鍵層以上的巖層厚度和容重、水壓等數(shù)據(jù)，計(jì)算分布于關(guān)鍵層下面的勻步壓力（q）。再確定關(guān)鍵層的厚度（h）、工作面長(zhǎng)度（b）和關(guān)鍵層的抗變形極限強(qiáng)度（一般為2Mpa）,代入公式即可。關(guān)鍵層理論（不管它是否實(shí)用）給我們一個(gè)提示：采場(chǎng)四周的底板處于煤層或老頂冒落的支撐壓力

31、區(qū)，不會(huì)產(chǎn)生位移。而工作面后方一定范圍內(nèi)由于頂板沒(méi)有充分冒落，底板隔水層處于除自重外的“卸壓區(qū)”，在水壓的作用下，有向上移動(dòng)的趨勢(shì)。當(dāng)空頂面積增加到一定程度后，就會(huì)發(fā)生破斷而突水。因此，適當(dāng)減小空頂面積，也是防止底板突水的有效措施之一。就承壓水上開(kāi)采而言，短壁工作面更有利于安全生產(chǎn)。走向空頂距是由于老頂?shù)膸r性決定的，除采用深孔注水或深孔爆破外，不易進(jìn)行人為控制。但工作面開(kāi)采速度與走向空頂距有關(guān)，承壓水上開(kāi)采的工作面應(yīng)保持勻速推進(jìn)，速度不易太快。4、傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法斯列沙遼夫臨界水壓和臨界隔水層厚度計(jì)算公式式中：H、M（含下標(biāo)“臨”的指臨界）為水頭、隔水層厚度。 Kp為隔水層巖層的抗張強(qiáng)度。 L為巷

32、道底板寬度或工作面最大空頂距。 r為巖層的容重。當(dāng)實(shí)際水壓小于臨界水壓或?qū)嶋H隔水層厚度大于臨界隔水層厚度時(shí)，開(kāi)采是安全的。第四節(jié) 其它水害防治方法一、老塘水防治回采工作面的老塘，廢棄巷道等空間，如果沒(méi)有自流排水條件，往往積水，水量的大小取決于積水面積。當(dāng)采掘工作面遇到這些積水區(qū)時(shí)，會(huì)發(fā)生老空水直接潰入工作面，危及人身安全。89年蘆嶺礦一個(gè)從切眼施工的風(fēng)巷放炮時(shí)擊穿上階段老塘，大量老塘水瞬間涌出，水和煤通過(guò)切眼進(jìn)入機(jī)巷的洼窩處，堵住了撤退路線，排水和清理工作十分困難，9名礦工遇難。90年石臺(tái)礦在一個(gè)聯(lián)眼中探放上階段的老塘水放水鉆孔被堵，用壓風(fēng)吹孔時(shí)，被水侵軟的煤柱垮了一個(gè)大洞，老塘水一下子涌出，

33、沖壞軌道，沖挎棚子，兩名礦工犧牲。97年8月，桃園礦1022工作面邊界上山探放老塘水；鉆孔被堵，誤以為老塘水放凈，放炮時(shí)大量老塘水潰入，除躲避峒中的人外，五名礦工全部死亡。防治方法：1、加強(qiáng)水害預(yù)報(bào)；2、堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的原則，積極探放老塘水。推行無(wú)壓探放水措施，煤層上山巷道原則上不準(zhǔn)探放老塘水；3、堅(jiān)持探放水工程由職能部門(mén)認(rèn)定原則和復(fù)工管理規(guī)定；二、煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水害及其防治方法正常地段，砂巖裂隙水以靜儲(chǔ)量為主，補(bǔ)給來(lái)源不豐富，即使出水，也是初期大隨后很快衰減，不會(huì)構(gòu)成大的威脅。但在局部（如含水層加厚，斷層發(fā)育，尤其巨厚堅(jiān)硬巖層下可能產(chǎn)生“離層水體”）地段，也會(huì)出現(xiàn)水量大，時(shí)間長(zhǎng)的出水，