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1、煤矿水害探查与治理技术及发展趋势,董书宁 研究员、博士生导师 中煤科工集团西安研究院有限公司,1,1,1,2,3,我国煤矿水害特点,煤矿水害隐患探查技术,煤矿水害治理技术,汇报提纲,2,4,煤矿水害探查与治理技术发展趋势,1,我国煤矿水害特点,3,西北侏罗纪煤田 裂隙水水害区,华北石炭二叠纪煤田岩溶裂隙水水害区,东北侏罗纪煤田裂隙水水害区,华南晚二叠世煤田岩溶水水害区,台湾古近纪煤田裂隙孔隙水水害区,西藏滇西中生代煤田裂隙水水害区,1.我国煤矿水害特点,4,1.我国煤矿水害特点,近年来，煤矿重大水害事故数量及死亡人数总体呈下降趋势，但仍造成重大的经济损失和人员伤亡,1.煤矿水害的特点,6,6,
2、20002015年全国煤矿水害事故起数与死亡人数统计图,据统计，近五年发生的16起重大水害事故中，老空水害事故14起，占87.5%。,7,20112015年重大水害事故类型统计柱形图,1.煤矿重大水害的特点,7,2,煤矿水害隐患探查技术,8,2.煤矿水害隐患探查技术,9,9,房柱式采空区,房柱式开采,探测方法：物探先行、化探跟进、钻探验证、综合探测探查思路：地面与井下相结合、物探与钻探相结合探查目的：有无？范围？充水？积水量？,老空水探查技术及方法,10,10,2.1 老空水物探探查技术,“一查”：地面调查“一震”：地面三维地震“两电”：地面瞬变电磁法+井下直流电法“一钻”：井下钻探,2.煤矿
3、水害隐患探查技术,11,11,2.1 老空水物探探查技术,“一查”地面调查,2.煤矿水害隐患探查技术,12,12,2.1 老空水物探探查技术,三维地震成果发现老窑越界开采范围，为陕煤集团西固煤矿避免了潜在的老空透水事故的发生！,大矿掘进巷道,老窑越界范围,矿界,“一震”地面三维地震,2.煤矿水害隐患探查技术,13,13,2.1 老空水物探探查技术,“两电”地面瞬变电磁法,2.煤矿水害隐患探查技术,14,14,2.1 老空水物探探查技术,“两电”井下直流电法,掘进工作面直流电法超前探测,2.煤矿水害隐患探查技术,15,15,2.1 老空水物探探查技术,“一钻”井下钻探,2.煤矿水害隐患探查技术,
4、16,16,2.1 老空水物探探查技术,王家岭3.28事故反思,地面物探工作矿井物探成果井下钻探验证,瑞利波探测,直流电法探测,实际揭露情况,2.煤矿水害隐患探查技术,2.煤矿水害隐患探查技术,2.2 底板水（导水通道）地面高密度全数字地震勘探,高密度全数字三维地震,常规三维地震,18,18,2.煤矿水害隐患探查技术,2.2 底板水（导水通道）地面高密度全数字地震勘探,19,19,兰色-坑透、黑色-槽波、红色-实际,槽波透视,探测实例,2.2 采煤工作面构造探测槽波地震勘探,2.煤矿水害隐患探查技术,2.2 煤层底板下富水异常区探测音频电透视,治理前,治理后,2.煤矿水害隐患探查技术,黄陵一号
5、煤矿402工作面富水性探测,2.煤矿水害隐患探查技术,2.3 煤层顶板水探查井下直流电法,陕西铜川照金煤矿4.25突水溃沙事故,2016年4月25日，陕西铜川照金煤矿202工作面回采过程中发生突水溃沙事故，造成11人死亡。,2.煤矿水害隐患探查技术,XZ平面,2.3 煤层顶板两带微震监测,2.煤矿水害隐患探查技术,3,煤矿水害治理技术,24,2010年3月28日，华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿在20101回风巷掘进时，因老空区积水情况未探明，防水煤柱失效导致老空区透水事故，造成38人死亡、115人受伤。,造成38人死亡,老空透水案例,1）老空水害超前治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理
6、,老空水害特点,多数是由矿井周边小窑遗留下来的；数量、位置、分布范围、积水情况不清楚；探测难度大 难以疏放彻底,26,1）老空水害超前疏放,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,1）老空水害超前疏放,井下探放老空水示意图,老空水超前探放,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,探放老空水前，应当首先分析查明老空水体的空间位置、积水量和水位（压）探放水孔应当钻入老空水体，并监视放水全过程，核对放水量，直到老空水放完为止超前探放距离不得小于30m止水套管长度不得小于10m,老空水探放要求,探水钻孔的超前距、帮距和允许掘进距离示意图,当钻孔接近老空时，预计可能发生瓦斯或者其它有害气体涌出的，应当设
7、有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班，随时检查空气成分,1）老空水害超前疏放,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,平朔矿区东坡矿913工作面掘进巷道按照“一查一震两电一钻”的工作流程，在掘进前方68m处探测出积水巷道，打钻放出20万m积水，避免了一次透水淹井事故,直流电法超前探测成果图,总放水量20万m3,积水老空巷道,913工作面掘进巷道,积水老空巷道,异常区（6670m）,913工作面,8 m,68 m,掘进面,1）老空水害超前疏放工程实例,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,30,1984年6月2日,开滦范各庄矿2171工作面第一次发生了煤层底板奥陶纪灰岩岩溶陷落柱突水灾害。突
8、水高峰期平均涌水量为2053m3/min，造成重大损失；2003年4月12日，河北金牛能源东庞矿在2903工作面掘进过程中发生了2#煤层奥灰陷落柱突水灾害；2014年7月27日峰峰集团梧桐庄矿底板隐伏陷落柱突水灾害等,底板突水案例,2）底板岩溶水害超前治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,底板岩溶水害特点,煤层底板灰岩含水层地下水在矿井采掘过程中通过天然（断层、陷落柱）或人为扰动（采掘扰动裂隙）的导水通道进入矿井并造成灾害。,突水水源：主要为煤层底板灰岩（薄层灰岩、厚层奥灰）含水层突水通道：断层、陷落柱、采掘扰动裂隙等高水压、大流量、补给充沛,31,2）底板岩溶水害超前治理,3.煤矿水
9、害治理技术,3.1 超前治理,以穿层钻孔方式施工，有效孔段短，盲区范围大可靠性差，不能有效预防岩溶水害事故,常规注浆改造示意图,有效段,穿层钻孔,陷落柱,陷落柱,盲区,(a)剖面图,(b)平面图,常规钻进及注浆改造底板含水层,2）底板岩溶水害超前治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,井下定向钻进及注浆改造（加固）底板含（隔）水层,33,特点：无效孔段短，盲区小应用：焦作赵固一矿、韩城桑树坪矿等,2）底板水害超前治理,3.煤矿水害治理技术与装备,3.1 超前治理,定向钻孔最大孔深：687m；注浆量总计：17275m3；岩石普氏硬度:平均:6.56；13个注浆效果检查孔涌水量:0.23m3
10、/h，平均:1.6m3/h。,工程实例赵固一矿定向钻进煤层底板加固,34,2）底板岩溶水害超前治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,工程实例韩城桑树坪矿奥灰顶部定向钻进注浆改造,砂岩,灰岩,35,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,地面超前区域注浆改造底板灰岩含水层,特点：地面施工定向分支钻孔，一主孔，多分支地面注浆，实现超前、区域治理水患可适用于硬度大、水压高的灰岩地层钻进应用：峰峰九龙矿、淮北朱庄矿,2）底板岩溶水害超前治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,朱庄矿采区多个工作面发生200-400m3/h涌水，严重影响安全生产。采用地面超前区域治理技术后，工作面最大涌水量
11、5m3/h，实现了安全回采,朱庄矿采区区域改造钻孔布置图,改造前富水区（蓝色）,区域改造前后物探探查成果图,改造后富水区消失,工程实例朱庄矿地面区域治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,地面径向射流造孔注浆改造灰岩含水层,径向射流造孔速度快（灰岩中100m仅需要10多分钟），与注浆工程衔接良好。在冀中能源集团邢台矿开展示范工程。,38,引进美国技术装备，原用于石油部门,2）底板岩溶水害超前治理,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,39,邢煤西井地面区域治理工程布置,红柳1121工作面离层透水过程,离层水探放钻孔平面图,离层水探放钻孔剖面图,3.煤矿水害治理技术,3.1 超前治理,3
12、)顶板离层水害治理技术,携袋钻进双液注浆孔底混合袋内固结抛袋分离在水量较大、水流较快时，这种方法不但可以快速封堵巷道，而且可以节省大量的浆液,动水大通道突水钻孔控制注浆封堵技术,41,1）快速复矿（封堵巷道）,3.2 灾后治理,3.煤矿水害治理技术与装备,过水通道底部淤积现象高压射流注浆，劈裂、分割、置换淤积层结石体“生根”，消除“溃坝”风险,大断面过水通道“一步法”淤积层置换技术,42,3.2 灾后治理,3.煤矿水害治理技术与装备,1）快速复矿（封堵巷道）,陷落柱柱顶垂直钻孔注粗颗粒骨料定向钻孔注水泥浆液骨料和水泥浆液在陷落柱体内相向混合固结,导水陷落柱水泥-骨料反过滤快速封堵技术,43,2）根治水患（封堵水源通道）,3.2 灾后治理,3.煤矿水害治理技术与装备,骆驼山煤矿发生岩溶水突水淹井事故，突水量65000m/h应用地面快速抢险封堵过水通道技术，仅用31天成功封堵巷道，并有效封堵陷落柱,瞬变电磁法陷落柱探测成果图,导水陷落柱,突水点,工程实例,骆驼山煤矿水害事故抢险工程示意图,3.2 灾后治理,3.煤矿水害治理技术与装备,4,煤矿水害探查与治理技术发展趋势,45,全国煤矿防治水技术网络服务平台建设 矿井水“防、治、用、环”综合技术体系建设 大数据技术在煤矿水害防治中的应用 关闭、休眠矿井水治理、利用及环境保护技术研究,4.煤矿水害防治技术发展趋势,敬请批评指正！,47,
