煤礦老空水防治唐恩賢

煤礦老空水防治陜西陜煤化集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司唐恩賢目錄一、我國(guó)煤礦老空水水害形勢(shì)二、老空水及水害的基本特征三、老空水防治的技術(shù)途徑與方法四、黃陵礦業(yè)老空水防治案例2一、我國(guó)煤礦老空水水害形勢(shì)3事故特點(diǎn)：1、較大以上事故比例較大：危害大，影響大。2、老空水為主要水害水源，比例達(dá)占70～80%。對(duì)老空水探查、治理技術(shù)手段不能滿足安全生產(chǎn)要求。43、鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦水害事故所占的比例較大。反映了煤礦安全管理水平和水害事故之間的關(guān)系。54、掘進(jìn)工作面為主要的透水地點(diǎn)反映超前探技術(shù)和隱伏構(gòu)造探查技術(shù)落后；越層越界開采嚴(yán)重。6針對(duì)目前煤礦水害的特點(diǎn)，根據(jù)我國(guó)煤層賦存和開采的實(shí)際情況，在一段時(shí)間里，老空水仍是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要水害類型，其防治任重而道遠(yuǎn)。7二、老空水及水害的基本特征老空水，也稱老空區(qū)積水，一般指由于采礦活動(dòng)形成的地下空間長(zhǎng)期沒(méi)有排水或排水不足造成的積水。8由于煤層開采的時(shí)間、方法不同，形成的老空區(qū)形狀、范圍、積水量也不同。一般而言，從古至今，采空區(qū)規(guī)模越來(lái)越大。老空積水包括歷史上開采或其它礦井開采形成的采空區(qū)，其范圍、位置、水壓、水質(zhì)不清，積水區(qū)域不明確，積水量難以預(yù)測(cè)，也包括本礦自己采礦形成的采空區(qū)，其范圍、位置、水壓、水質(zhì)等基本清楚，積水區(qū)域相對(duì)明確，積水量可確定。

910特點(diǎn)1：老空區(qū)積水來(lái)源復(fù)雜老窯區(qū)充水水源有以下幾種形式老窯區(qū)充水水源形式種類1種類2種類3補(bǔ)給通道1地表水體大氣降水河流湖泊地裂縫2采空區(qū)周圍地下含水層儲(chǔ)導(dǎo)水?dāng)嗔褞У亓芽p3臨近的其它老窯水體新采空區(qū)老采空區(qū)地裂縫4共同補(bǔ)給源地表水采空區(qū)周圍的含水層等地裂縫特點(diǎn)2:地表地形條件復(fù)雜11省煤田面積（km2）地點(diǎn)煤系地層賦存環(huán)境（地形）河北省7000開灤、峰峰、邢臺(tái)、邯鄲、蔚縣、井陘、興隆、柳江等市縣以石炭二疊系太原組、山西組為主，個(gè)別為侏羅系下花園組井陘、興隆為中低山煤田，其它都是山前（燕山、太行山)沖積、洪積斜坡，沖洪積覆蓋的隱伏煤田，第四系厚度0~800m山西省57000大同、陽(yáng)泉、太原西山、汾西、潞安、軒崗、晉城、霍縣、平朔、寧武、離石、柳林等縣市主要為石炭二疊系太原組、山西組，僅大同礦區(qū)有侏羅系大同組大部分屬中低山區(qū)，第四系覆蓋不厚，一般0~5m，有的可達(dá)250~300m陜西省45000銅川、蒲城、自水、澄城、合陽(yáng)、韓城、黃陵、神府、彬長(zhǎng)、子長(zhǎng)等縣東部的蒲城、白水，澄城、合陽(yáng)、神府、彬長(zhǎng)主要為侏羅系，其它為石炭二疊系大部分為黃土覆蓋，覆蓋厚度0~250m，僅韓城為低山區(qū)、局部平原特點(diǎn)3:探查干擾因素多12噪聲干擾因素干擾結(jié)果地質(zhì)噪聲地表附近的局部不均勻體產(chǎn)生靜位移畸變地勢(shì)起伏不平產(chǎn)生地形影響測(cè)區(qū)構(gòu)造異常復(fù)雜,很難找到與此構(gòu)造相適應(yīng)的資料處理分析和解釋方法用近似方法與簡(jiǎn)化模型代替而必然導(dǎo)致的誤差人文噪聲電力傳輸系統(tǒng)，如高壓線路噪聲信號(hào)能量可以是正常信號(hào)的數(shù)倍甚至幾個(gè)數(shù)量級(jí),直接影響測(cè)量結(jié)果工業(yè)用電、有線廣播只集中在少數(shù)幾個(gè)頻率或某個(gè)有限頻帶電器設(shè)備與電信工程中的電磁信號(hào)及輻射現(xiàn)象大地游散電流直接干擾直流電法、瞬變電磁法探測(cè)結(jié)果車輛運(yùn)行、風(fēng)臨時(shí)、隨機(jī)干擾等天然噪聲天然電磁場(chǎng),如大氣放電、磁暴隨機(jī)干擾等老空水的特征：以水體形式存在，其賦存空間為人為因素造成，水源來(lái)自于與受采礦活動(dòng)擾動(dòng)的圍巖含水層或含水體，徑流不暢，水交替活動(dòng)弱，水質(zhì)受煤層化學(xué)成分影響較大，多為酸性水，有較強(qiáng)的腐蝕性，含有大量硫化氫氣體。由于開采歷史久遠(yuǎn)，無(wú)序開采，濫采濫掘，資料不清，探查技術(shù)手段相對(duì)落后，目前對(duì)采空積水區(qū)的范圍、積水量等還難以查明。13煤礦老空水害特點(diǎn)：水量以靜儲(chǔ)量為主，持續(xù)時(shí)間短，來(lái)勢(shì)兇猛，瞬時(shí)破壞力強(qiáng)，常伴有硫化氫等有害氣體涌出。

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危害性大、隱蔽性強(qiáng)

成因特點(diǎn)災(zāi)害事故嚴(yán)重性多害性煤礦開采遺留的采空區(qū)、煤炭資源整合及煤礦兼并重組遺留的采空區(qū)誘發(fā)透水、有害氣體中毒、火災(zāi)、瓦斯爆炸及誘發(fā)其它工程地質(zhì)災(zāi)害老窯采空區(qū)15中國(guó)煤礦突水傷亡統(tǒng)計(jì)中國(guó)近幾十年煤礦突水傷亡之最（不完全統(tǒng)計(jì)，2010年）排序日期煤礦名稱死亡人數(shù)出水原因備注12005.8．7廣東省興寧市大興煤礦123老窯透水占66%21985.四川廣安李家溝礦61巖溶突水巖溶水31990.四川樂(lè)山東風(fēng)礦57老空透水42006.5.18山西省大同市新井煤礦56老空透水51991.四川自貢富順中壩礦42老空透水62005.12.2

河南新安縣寺溝煤礦42老空透水72001.5.16四川宜賓青龍嘴礦39老空透水82010.3.28山西華晉焦煤王家?guī)X煤礦38老空透水92008.7.21廣西百色市右江那讀煤礦36老空透水102004.12.12貴州省思南縣天池煤礦36巖溶突水巖溶水112003.7.26山東省棗莊市木石煤礦35頂板突水地表水122010.3.1神華集團(tuán)駱駝山煤礦32陷落柱突水巖溶水162005年8月7日震驚中外的廣東梅州大興煤礦發(fā)生特大水害事故，該礦開采急傾斜煤層造成頂板抽冒，上部采空區(qū)積水涌入礦井，121人死亡。2010年3月28日，山西華晉焦煤王家?guī)X礦20101工作面發(fā)生特大老空突水事故，152名礦工被困，38名工人遇難。17采空區(qū)數(shù)量多、范圍大據(jù)2013“國(guó)家煤礦安監(jiān)局科技裝備司”

普查報(bào)告，僅2005年以來(lái)，累計(jì)取締非法生產(chǎn)煤礦、非法采煤窩點(diǎn)5.4萬(wàn)處次，關(guān)閉各類小煤礦1.6萬(wàn)余處。隨著兼并重組力度的加大，遺留了大量未有效處置的采空區(qū)。18三、老空水防治的技術(shù)途徑與方法

《煤礦安全規(guī)程》從制度、人員、裝備以及防治水規(guī)劃、礦井水文地質(zhì)類型劃分、水文地質(zhì)條件勘探等方面做了具體的規(guī)定，明確提出了探放老空水的技術(shù)要求和技術(shù)方法。

《煤礦防治水規(guī)定》則在如何執(zhí)行規(guī)程要求方面提出了詳細(xì)的規(guī)定。規(guī)程和規(guī)定是煤礦防治水工作的最基本要求，是指導(dǎo)防治水工作的“紅頭文件”。（有法律效應(yīng)，不可違反）19對(duì)老空水而言，防與治的原則依然是：預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采。防治老空水的途徑：探查治理監(jiān)測(cè)20老空水的探查1、地質(zhì)調(diào)查2、物探（地面、井下）3、鉆探強(qiáng)調(diào)上述探查方法的綜合性。老空水的監(jiān)測(cè)多指對(duì)本礦或已知采空區(qū)積水水位、水量、水質(zhì)以及徑流的監(jiān)測(cè)。21探測(cè)積水老空區(qū)的物探方法22方法基本原理主要適用條件常規(guī)直流電法傳導(dǎo)類直流電法1、接地條件良好2、地形平坦高密度電阻率法超高密度激發(fā)極化法直流超前探測(cè)音頻電穿透法瞬變電磁法感應(yīng)類時(shí)間域、頻率域電磁法1、無(wú)較強(qiáng)的電磁干擾源2、不需接地3、地形不能太陡CSAMT地質(zhì)雷達(dá)高頻電磁測(cè)深法EH-4無(wú)線電波透視法地震類震波類1、面積狀采空區(qū)效果好2、巖石界面平整瞬態(tài)瑞利波放射性利用巖石放射性異常采空區(qū)有氡射氣傳播時(shí)微重力利用重力異常深度淺、范圍小的采空區(qū)H<100m老空水的治理1、疏放（定向鉆，疏干孔）2、留設(shè)安全煤巖柱3、防水設(shè)施（防水閘墻，排水系統(tǒng)等）23小煤窯或礦井采掘的廢巷老窯積水，一旦采掘工作面接近或揭露它們時(shí)，常常造成人身傷亡事故，必須在采掘前預(yù)先探放。一般

探放水工程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：（1）查明老窯積水范圍、積水量，確切的水頭高度（水壓），老窯與上、下采空區(qū)、相鄰積水區(qū)、地表河建筑物及斷層構(gòu)造的關(guān)系，以及積水區(qū)與其他充水含水層的水力聯(lián)系程度等。（2）探放水巷道的開拓方向、施工次序、規(guī)格和支護(hù)形式。（3）探放水鉆孔組數(shù)、個(gè)數(shù)、方向、角度、深度和施工技術(shù)要求及采用的超前距與幫距。24探放老空水的技術(shù)途徑與原則：1．查明老空區(qū)積水情況。2．探放老空積水。3、探放水施工與掘進(jìn)工作的安全措施制定4、防排水設(shè)施，如水閘門、水閘墻等的設(shè)計(jì)以及水倉(cāng)、水泵、管路和水溝等排水系統(tǒng)及能力的具體安排等。5、制定應(yīng)急預(yù)案。6、探放標(biāo)注在采掘工程平面圖上。25探放老窯水的原則：（1）積極探放（2）先隔離后探放（3）先降壓后探放（4）先堵后探放26積水區(qū)探水線積水線＞30m＞50m警戒線《煤礦防治水手冊(cè)》27四、黃陵礦業(yè)公司老空水防治案例28舉例1：黃陵一號(hào)礦老窯透水事故1999年3月24日，倉(cāng)村小煤礦老空區(qū)透水291999年3月24日，黃陵一號(hào)煤礦老窯透水，速度很快，來(lái)不及防范！——數(shù)小時(shí)后淹沒(méi)三條大巷平硐！井下突水情況30出水點(diǎn)平面圖31出水點(diǎn)平面圖32突水位置：于1999年3月24日，在一號(hào)煤礦三個(gè)主平硐西側(cè)入口附近發(fā)生老窯透水事故，峰值水量約800m3/h。危害：直接造成一號(hào)煤礦三個(gè)出入口主平硐淹沒(méi)，被迫全礦停產(chǎn)，威脅著整個(gè)一號(hào)礦井的安全。33出水點(diǎn)附近的地表情況34探查難點(diǎn)1、沒(méi)有周邊小煤窯采空區(qū)的地質(zhì)資料；2、一號(hào)礦口位于沮水河北岸，其主巷道位于2號(hào)煤層頂板附近；該沮水河兩岸小煤窯遍布無(wú)數(shù)，且相互連通。半年前其上游小煤窯連續(xù)被河水淹沒(méi)，小煤窯采空區(qū)中肯定大量積水，但水量未知；3、出水點(diǎn)附近地形屬于半原始森林，樹木叢生，黃土溝壑高差約百米，勘探非常困難。4、194勘探隊(duì)曾經(jīng)做過(guò)初步勘探，但拿不出物探結(jié)果。35采用綜合物探方案，先探后堵中煤科工集團(tuán)西安研究院在沒(méi)有已知地質(zhì)資料的情況下，根據(jù)現(xiàn)有條件，研究采用以高分辨電測(cè)深法為主、自動(dòng)地電阻率法、瑞利波法、淺層地震法、明渠流量?jī)x等為輔的綜合物探手段，對(duì)黃陵一號(hào)井突水點(diǎn)附近100m寬的保安煤柱內(nèi)進(jìn)行綜合物探。36瑞利波、電法剖面物探成果圖37井下直流電法探測(cè)斷面圖（西大巷側(cè)幫透水點(diǎn)附近）地面高分辨直流電法解釋斷面圖（第2測(cè)線）38第一通道（寬度）第二通道（寬度）第三通道（寬度）物探結(jié)果鉆探結(jié)果物探結(jié)果鉆探結(jié)果物探結(jié)果鉆探結(jié)果30m28.5m10.5m10.5m25m23.5m主要透水通道，物探結(jié)果與鉆探驗(yàn)證對(duì)比為成功堵水提供了可靠的依據(jù)。3940

舉例2：治理老空水害的成功案例

2012年，一號(hào)礦四號(hào)風(fēng)井老窯積水治理41四號(hào)風(fēng)井老窯積水治理2012年，在四號(hào)風(fēng)井建設(shè)過(guò)程中，在四號(hào)風(fēng)井排矸進(jìn)場(chǎng)公路西側(cè)發(fā)現(xiàn)一個(gè)已關(guān)閉多年的老窯?？赡艽嬗写罅糠e水和伴生有毒有害氣體，一旦非預(yù)期揭露，就可能造成人員傷亡或淹井事故，必須采取有效手段對(duì)其進(jìn)行探查和防治。42難點(diǎn)：1、是重大礦井隱蔽致災(zāi)因素：老窯采空區(qū)位于一號(hào)煤礦北一大巷開拓前方及四號(hào)風(fēng)井底附近，嚴(yán)重影響四號(hào)風(fēng)井建設(shè)。2、老窯采掘資料未知，年久積水，老窯采空區(qū)積水范圍未知，防治難度大。所以需要考慮多種勘察手段的綜合勘探方式。43老窯與礦井對(duì)應(yīng)位置示意圖

小煤窯初步調(diào)查結(jié)果

44綜合水害探測(cè)技術(shù)路線的確定由于各種探查手段均存在局限性和優(yōu)缺點(diǎn)，采用單一技術(shù)手段難以探查清楚老窯采空區(qū)范圍，決定采用綜合探測(cè)技術(shù)，以達(dá)到成功避開老窯采空區(qū)，順利防治老窯積水的目的。一是按照《煤礦防治水規(guī)定》要求，實(shí)施地面啟封老窯井筒探查，二是采用地面高密度三維地震勘探技術(shù)對(duì)老窯采空區(qū)積水范圍進(jìn)行探查；三是井下采用超前直流電法物探手段對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步精確探查；四是按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方針，在井下實(shí)施定向鉆探進(jìn)行鉆探驗(yàn)證。45老窯井筒啟封探查，查明積水水位在制定了嚴(yán)密的安保措施后，由礦區(qū)救護(hù)隊(duì)對(duì)老窯井筒進(jìn)行啟封探查，發(fā)現(xiàn)老窯外側(cè)1#井筒（靠近溝口，井口標(biāo)高稍低）積水水面距井口斜長(zhǎng)46米，推算水面標(biāo)高1110.5米。平均積水標(biāo)高1109.4米。該區(qū)煤層底板標(biāo)高890米，推斷積水水頭高度219.4米，水壓大于2Mp。46高密度三維地震勘探該老窯采空區(qū)埋深為250m左右，因此，選擇地面高密度三維地震勘探技術(shù)對(duì)其采空區(qū)范圍進(jìn)行勘探。三維高密度地震勘探區(qū)位于一號(hào)煤礦的中東部，勘探區(qū)由四個(gè)拐點(diǎn)組成，面積約為2.1km2，采用5×5CDP網(wǎng)格觀測(cè)網(wǎng)，測(cè)點(diǎn)布置10m×80m間距，觀測(cè)采用0.5毫秒/次，通過(guò)提高時(shí)間、空間的采集密度，提高探查精度，確保結(jié)果精確、可靠。三維區(qū)地形鳥瞰圖探測(cè)斷面圖47地面瞬變電磁法探測(cè)結(jié)果48勘探結(jié)果圈定了一個(gè)采空區(qū)域，面積約為0.15平方公里。確定了沿北一大巷東側(cè)的小煤窯采空區(qū)西側(cè)邊界。老窯采空區(qū)及異常區(qū)位置示意圖

小煤窯采空區(qū)綜合物探成果平面圖

49水質(zhì)分析對(duì)四號(hào)風(fēng)井附近的溝流水、井水、老窯涌水和一號(hào)煤礦北一大巷滲水分別進(jìn)行了水質(zhì)化驗(yàn)，通過(guò)化驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，基本確定老窯井筒積水水源主要為第四紀(jì)黃土層河谷砂礫含水層，其次為直羅組砂巖含水層。50井下物探及鉆探驗(yàn)證采用井下超前直流電法物探及鉆探驗(yàn)證來(lái)進(jìn)一步探查驗(yàn)證老窯采空區(qū)范圍，按照“先探后掘”的原則，保障掘進(jìn)安全。首先，為了降低水頭高度，消除水壓威脅，實(shí)施老窯井筒抽排水工程：由于老窯上部處于低山林區(qū)，地面打鉆排水條件不