礦井地質(zhì)學(xué)陷落柱嘟嘟

巖溶陷落柱探查與治理

主講人：嘟嘟現(xiàn)在是1頁\一共有52頁\編輯于星期四主要內(nèi)容1概論1.1陷落柱的概念與基本特征1.2陷落柱分類1.3陷落柱對(duì)煤礦安全的危害1.4典型陷落柱突水淹井案例2陷落柱探查方法2.1“中間層”綜合水文地質(zhì)試驗(yàn)2.2物理探查2.3陷落柱發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)技術(shù)2.4巷道掘進(jìn)與工作面回采陷落柱探測(cè)3陷落柱治理技術(shù)3.1三段式封堵3.2“堵水塞”建造3.3陷落柱與突水水源封堵3.4不（含）導(dǎo)水陷落柱處理3.5效果評(píng)價(jià)現(xiàn)在是2頁\一共有52頁\編輯于星期四

1.1陷落柱的概念與基本特征

1）基本概念陷落柱是1937年德國(guó)人在井陘煤礦誤作“環(huán)形斷層”首先提出的，后因其無序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而被稱為“矸子窩”、“無炭柱”、“塌陷柱”。1944年日本技術(shù)人員將其定名為“陷落柱”。

巖溶陷落柱：在石灰?guī)r等可溶性巖石地區(qū)，由于地下水的溶蝕作用形成洞穴，上覆非可溶性巖層向巖溶洞穴中塌陷的一種地質(zhì)現(xiàn)象，因形成的塌陷體多呈環(huán)形柱狀，俗稱巖溶陷落柱。1概論現(xiàn)在是3頁\一共有52頁\編輯于星期四1.1陷落柱的概念與基本特征2）形成機(jī)理與成因巖溶陷落柱形成機(jī)理的代表性學(xué)說有6種：重力說，

康顏仁（1992）陷落柱形成分三個(gè)階段：首先是巖溶洞穴形成階段，地下水沿著可溶性巖石的節(jié)理裂隙和斷層運(yùn)動(dòng)，使裂隙逐漸擴(kuò)大。于是大量巖溶水匯集其中，不但進(jìn)行化學(xué)溶蝕，而且進(jìn)行機(jī)械侵蝕作用，頂部和兩側(cè)巖層坍塌形成溶洞；第二階段是溶洞再擴(kuò)大并形成第二層溶洞，由于地殼上升溶洞也隨之?dāng)U大，還會(huì)發(fā)育第三、四層溶洞；第三階段是上覆非可溶性巖層的塌陷，形成陷落柱。當(dāng)?shù)貧だ^續(xù)上升，地下水位下降，不僅第一層溶洞坍塌，第二層溶洞也開始坍塌。這樣坍塌不斷增長(zhǎng)，當(dāng)兩層溶洞的位置接近一條垂直線時(shí)，則有可能連接起來，陷落柱的高度增大，這就是為什么有些陷落柱高度達(dá)數(shù)百米的原因。

強(qiáng)調(diào)溶蝕與重力作用1概論現(xiàn)在是4頁\一共有52頁\編輯于星期四1.1陷落柱的概念與基本特征膏巖說，

錢學(xué)博（1960）陷落柱是石膏喀斯特產(chǎn)物。在中奧陶統(tǒng)馬家溝組灰?guī)r中賦存有很厚的硬石膏，峰峰組灰?guī)r中也夾有石膏層。由于地殼不斷上升，在地下水的作用下，硬石膏水化變成石膏。體積膨脹64%，膨脹后的石膏沿著破碎帶的擠入上覆的巖層。然后，這種柱狀的石膏體不斷地被地下水溶蝕，周圍的巖石塌落形成陷落柱。1概論現(xiàn)在是5頁\一共有52頁\編輯于星期四循環(huán)說，王銳（1982）第—階段：為于水平循環(huán)帶成虹吸循環(huán)帶的巖溶洞隙逐漸形成并擴(kuò)大，產(chǎn)生頂板和兩側(cè)巖層塌陷，形成十分復(fù)雜的溶洞。第二階段：由于地殼的上升，溶洞繼續(xù)擴(kuò)大上升，地下水向下運(yùn)動(dòng)，沿著裂隙進(jìn)一步加深，且在深部形成第二層溶洞。開始了第二循環(huán)、以后還可以出現(xiàn)第三循環(huán)、第四個(gè)循環(huán)第三階段：第一層溶洞繼續(xù)坍塌擴(kuò)大．上覆非可溶性巖層塌陷。形成巖溶陷落柱，當(dāng)?shù)貧だ^續(xù)上升，地下水位繼續(xù)下降時(shí)，第二層溶洞也可能開始坍塌、這樣，兩層溶洞坍塌連接起來，使非可溶性巖層塌陷更深。1.1陷落柱的概念與基本特征1概論現(xiàn)在是6頁\一共有52頁\編輯于星期四真空吸蝕說，徐衛(wèi)國(guó)（1972）在相對(duì)密封的承壓巖溶網(wǎng)絡(luò)地下水中，由于地下水的排泄或地殼局部的升降等，引起巖溶腔內(nèi)地下水大幅度下降，當(dāng)水位低于巖溶腔口表面，即巖溶腔內(nèi)水體由承壓轉(zhuǎn)為無壓時(shí)，在巖溶腔內(nèi)水面與巖溶蓋層之間出現(xiàn)空穴，即巖溶空腔。逐漸增大的巖溶空腔必定轉(zhuǎn)化為低氣壓狀態(tài)，形成真空腔（或稱負(fù)壓腔），在真空腔內(nèi)不斷下降的水面猶如巨型吸盤，強(qiáng)有力的抽吸著上面巖層向下塌落，最終形成陷落柱。1.1陷落柱的概念與基本特征1概論現(xiàn)在是7頁\一共有52頁\編輯于星期四熱力巖溶說，陳尚平（1993）燕山期火成巖體和熱液的侵入，造成殘熱水和地下水復(fù)雜的循環(huán)和溶蝕作用。高溫高壓的熱水可極大地提高碳酸鈣的溶解度。熱水巖溶的起始點(diǎn)是從矽卡巖成礦熱液生成鐵礦后殘熱水進(jìn)入碳酸鹽巖開始的，這樣就可以生成高度極大的巖溶洞穴，而且不受地殼升降與侵蝕基準(zhǔn)面變化的影響。當(dāng)?shù)貙玉薨櫬∑饡r(shí)，洞穴塌陷形成陷落柱。1.1陷落柱的概念與基本特征1概論現(xiàn)在是8頁\一共有52頁\編輯于星期四1.1陷落柱的概念與基本特征CaCO3溶解試驗(yàn)主要結(jié)論：（1）CaCO3溶解度隨溫度的升高而降低，但達(dá)到超臨界狀態(tài)時(shí)，溶解度又大幅度提高；CaCO3溶解速度隨溫度的升高而升高，當(dāng)升高到超臨界狀態(tài)時(shí)，升高速度劇增。（2）超臨界水對(duì)CaCO3溶解度是近臨界水的近2倍，又因?yàn)槌R界水對(duì)CaCO3的溶解度與時(shí)間無關(guān)，可以推測(cè)超臨界水對(duì)石灰?guī)r的溶解幾乎是在瞬間完成的。實(shí)驗(yàn)條件：超臨界水387～389℃，26～28MPa；近臨界水301～303℃，28MPa。常溫水18℃，2MPa。常溫條件下加入2MPa的純CO2。1概論現(xiàn)在是9頁\一共有52頁\編輯于星期四構(gòu)造控制說陷落柱一般沿?cái)鄬?、向斜軸部發(fā)育。1.1陷落柱的概念與基本特征1概論向斜軸部陷落柱成因分析示意圖背斜軸部陷落柱成因分析示意圖現(xiàn)在是10頁\一共有52頁\編輯于星期四巖溶陷落柱的成因是以?shī)W灰?guī)r層中地下水的強(qiáng)烈交替為條件，巖溶發(fā)育為基礎(chǔ)，巖體自重重力、地應(yīng)力集中以及溶洞內(nèi)的真空負(fù)壓三重作用為動(dòng)力，經(jīng)過迅速垮落、間歇、溶蝕、搬運(yùn)、塌陷、冒落等周而復(fù)始過程，分階段逐步形成陷落柱。1.1陷落柱的概念與基本特征1概論現(xiàn)在是11頁\一共有52頁\編輯于星期四1.1陷落柱的概念與基本特征3）陷落柱的基本特征（1）平面上陷落柱的形狀一般為橢圓形或者是扁圓形的陷落盆地。外圍的巖層產(chǎn)狀正常而連續(xù)，盆地中常常被不同地層的巖煤的碎塊填充，無層序，混亂堆積。

（2）陷落柱的縱向上總體形態(tài)一般是上小下大的不規(guī)則柱形，頂部多發(fā)于有一定規(guī)模的空腔，中間為松散充填物，基底為奧奧系石灰?guī)r。

（3）導(dǎo)水陷落柱，充填物多為松散狀，膠結(jié)程度差；不導(dǎo)水陷落柱，充填物有二次膠結(jié)作用，視時(shí)間長(zhǎng)短和膠結(jié)物性質(zhì)，膠結(jié)程度不一。

（4）陷落柱與圍巖的接觸界面多呈現(xiàn)出不規(guī)則的鋸齒狀，界線明顯，有的地方表現(xiàn)為斷層，（5）陷落柱錐形體的中心軸與巖層層面近似垂直。因此，在傾斜巖層里陷落柱也發(fā)生歪斜，在水平的投影圖上，各煤層的陷落柱范圍并不是完全地重疊。1概論陷落柱柱面特征陷落柱中心軸變化示意圖現(xiàn)在是12頁\一共有52頁\編輯于星期四平面：圓形、似圓形、橢圓形、長(zhǎng)條形和不規(guī)則形。剖面：圓錐狀、漏斗狀和不規(guī)則狀。1.2陷落柱分類1概論時(shí)代古陷落柱和現(xiàn)代陷落柱含導(dǎo)水性不導(dǎo)（含）水陷落柱：既不含水又不導(dǎo)水。含水陷落柱（充水陷落柱）：柱內(nèi)裂隙充水導(dǎo)水陷落柱：導(dǎo)通陷落柱基底灰?guī)r水。按幾何形態(tài)賦存狀態(tài)發(fā)育規(guī)模裸露型：陷落柱直接發(fā)育至地表。覆蓋型：被第四系松散層覆蓋。埋藏型：陷落柱發(fā)育在上覆非可溶性巖層內(nèi)分大、中、小三種現(xiàn)在是13頁\一共有52頁\編輯于星期四影響和制約著采區(qū)的布置、采面的劃分、計(jì)劃的安排和采掘的接替，而且還直接導(dǎo)致突水，造成人員和財(cái)產(chǎn)的重大損失。1）礦井內(nèi)隱伏陷落柱埋藏隱蔽、分布孤立、導(dǎo)水通道規(guī)模大，且與奧灰強(qiáng)巖溶含水層相通，一旦發(fā)生透水，往往是重特大事故，造成被淹，甚至人員傷亡。因此，隱伏導(dǎo)水陷落柱的探查一直是防治水工作者長(zhǎng)期攻關(guān)的課題。2）未揭露的導(dǎo)水陷落柱從奧灰頂界面發(fā)育至煤系地層，并與開采煤層頂?shù)装搴畬訙贤?，成為煤系含水層的?qiáng)大補(bǔ)給水源，在這些含水層中若井項(xiàng)工程揭露與陷落柱有聯(lián)系的導(dǎo)水裂隙時(shí)，則會(huì)發(fā)生突水，不僅增加了礦井涌水量，而且威脅著礦井安全。如某礦9號(hào)陷落柱最高發(fā)育至7煤頂板，成為7與12號(hào)煤頂?shù)装迳皫r含水層、K3灰?guī)r含水層的補(bǔ)給水源，造成7煤開采時(shí)頂?shù)装逵克枯^大，后經(jīng)陷落柱治理后減少礦井涌水量10m3/min。3）導(dǎo)水煤炭資源受高壓水威脅不能開采，勢(shì)必造成資源浪費(fèi)。1.3陷落柱對(duì)煤礦安全的危害1概論現(xiàn)在是14頁\一共有52頁\編輯于星期四1概論1.4典型陷落柱突水淹井案例發(fā)生地點(diǎn)最大突水量/m3?min-1突水時(shí)間損失程度經(jīng)濟(jì)損失開灤范各莊2171工作面20531984.6.2淹3井，烏海駱駝山16煤回風(fēng)巷10832010.3.1礦井淹沒死亡32人邢臺(tái)東龐礦2903工作面11672003.4.12淹井，3億元皖北任樓礦7222工作面5761996.3.4淹井，3.5億元肥城國(guó)家莊北大巷5501993.1.5淹井徐州張集礦-300水平軌下山4021997.2.18淹井峰峰九龍14123N工作面1202009.1.8淹井焦作李封礦東181201967.3.29淹井輝縣吳村礦32031工作面401999.11.25淹采區(qū)安陽銅冶礦103工作面下順槽231965.8.25淹井現(xiàn)在是15頁\一共有52頁\編輯于星期四所謂“中間層”指開采煤層與奧灰之間的薄層灰?guī)r（或砂巖）含水層，由于導(dǎo)水陷落柱貫通“中間層”含水層，兩者勢(shì)必發(fā)生水力聯(lián)系。井下涌水量大且衰減較小，直至穩(wěn)定，水質(zhì)呈現(xiàn)奧灰水質(zhì)特征。以煤系薄層灰?guī)r（或砂巖）含水層研究對(duì)象，開展井下放水試驗(yàn)，觀測(cè)煤系薄層灰?guī)r（或砂巖）含水層與奧灰含水層地下水流暢變化，圈定奧灰低水位與“中間層”含水層高水位重疊“異常區(qū)”，同時(shí)進(jìn)行示蹤劑連通試驗(yàn)，確認(rèn)奧灰水與“中間層”含水層的水力聯(lián)系，井下向“異常區(qū)”施工驗(yàn)證鉆孔，進(jìn)一步確認(rèn)“異常區(qū)”的性質(zhì)與具體位置。范各莊礦通過此方法確定了3個(gè)導(dǎo)水陷落柱。2.1“中間層”綜合水文地質(zhì)試驗(yàn)2探查方法中間層放水試驗(yàn)圈定陷落柱示意圖現(xiàn)在是16頁\一共有52頁\編輯于星期四（1）三維地震一般情況下，陷落柱內(nèi)常常是松散充填物，而周邊是正常的巖層，兩者存在著明顯的密度與速度差異，這就為地震波的識(shí)別提供了物性前提。2.2物理探查2探查方法圖8三維地震解譯陷落柱示意圖現(xiàn)在是17頁\一共有52頁\編輯于星期四2.2物理探查2探查方法異常體現(xiàn)在是18頁\一共有52頁\編輯于星期四2.2物理探查2探查方法隱伏構(gòu)造體的空間形態(tài)現(xiàn)在是19頁\一共有52頁\編輯于星期四2.2物理探查2探查方法瞬變電磁法勘探是一種電法勘探手段，通過對(duì)目標(biāo)體探測(cè)獲取視電阻率數(shù)據(jù)，分析視電阻率異常區(qū)范圍，推測(cè)陷落柱含導(dǎo)水性。該方法不能探測(cè)陷落柱的邊界，無法確定視電阻率“異常區(qū)”的性質(zhì)，通常在三維地震基本確認(rèn)陷落柱的情況下，采用該方法探測(cè)分析陷落柱的含導(dǎo)水性。不含導(dǎo)水陷落柱由于結(jié)構(gòu)松散、巖石破碎，變現(xiàn)為高阻特征；含導(dǎo)水陷落柱表現(xiàn)為相對(duì)正常的證的低電阻率，這就是瞬變電磁探測(cè)的物性基礎(chǔ)?，F(xiàn)在是20頁\一共有52頁\編輯于星期四16號(hào)煤層附近視電阻率異常平面圖2.2物理探查2探查方法現(xiàn)在是21頁\一共有52頁\編輯于星期四13線視電阻率斷面圖2探查方法現(xiàn)在是22頁\一共有52頁\編輯于星期四15線視電阻率斷面圖

2探查方法現(xiàn)在是23頁\一共有52頁\編輯于星期四2探查方法研究地質(zhì)構(gòu)造與水文地質(zhì)條件，建立已有陷落柱數(shù)據(jù)庫(kù)，研究陷落柱發(fā)育分布規(guī)律，開發(fā)陷落柱預(yù)測(cè)軟件，陷落柱發(fā)育區(qū)進(jìn)行宏觀預(yù)測(cè)。2.3陷落柱發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)技術(shù)區(qū)段指標(biāo)體系發(fā)育區(qū)段較發(fā)育區(qū)段不發(fā)育區(qū)段巖溶陷落柱發(fā)育條件巖溶發(fā)育程度巖溶作用與巖溶率巖溶作用強(qiáng)、巖溶率高巖溶作用較強(qiáng)、巖溶率較高巖溶作用弱、巖溶率低溶洞數(shù)量規(guī)模溶洞多、規(guī)模大溶洞較多、規(guī)模較大溶洞少、規(guī)模小地質(zhì)構(gòu)造因素區(qū)域構(gòu)造背景緩慢升降、間歇性上升特別顯著、伸展性強(qiáng)緩慢升降、間歇性上升較顯著，水平伸展作用較強(qiáng)升降快、幅度大、水平擠壓作用強(qiáng)井田構(gòu)造形態(tài)箕狀斷陷盆地地塹式盆地拗陷盆地或向斜盆地褶皺發(fā)育數(shù)量較多數(shù)量較少?zèng)]有張性斷裂發(fā)育十分發(fā)育比較發(fā)育，張性、壓扭性斷裂并存不夠發(fā)育，壓扭性斷裂較多滑動(dòng)構(gòu)造特征發(fā)育程度好、滑動(dòng)強(qiáng)度大發(fā)育程度較好、滑動(dòng)強(qiáng)度較大不發(fā)育或滑動(dòng)強(qiáng)度弱地下水徑流補(bǔ)給排泄條件好較好差現(xiàn)在是24頁\一共有52頁\編輯于星期四2探查方法根據(jù)對(duì)影響陷落柱發(fā)育條件因素分析，并邀請(qǐng)3位專家打分，最終形成預(yù)測(cè)單元A的各個(gè)指標(biāo)對(duì)于陷落柱比較發(fā)育和不發(fā)育兩個(gè)評(píng)語集的隸屬度以及各指標(biāo)的權(quán)重。2.3陷落柱發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)技術(shù)預(yù)測(cè)指標(biāo)權(quán)重比較發(fā)育隸屬度不發(fā)育隸屬度巖溶發(fā)育程度0.300.800.20地質(zhì)構(gòu)造0.250.720.28力學(xué)條件0.150.650.35地下水徑流0.200.510.49已揭露陷落柱分布特征0.100.620.38現(xiàn)在是25頁\一共有52頁\編輯于星期四2探查方法2.3陷落柱發(fā)育區(qū)預(yù)測(cè)技術(shù)較發(fā)育區(qū)中心點(diǎn)坐標(biāo)X中心點(diǎn)坐標(biāo)Y長(zhǎng)軸長(zhǎng)度（km）短軸長(zhǎng)度（km）發(fā)育區(qū)面積（km2）A區(qū)94.734.50.217340.171790.03059B區(qū)94.134.30.720370.653030.37539C區(qū)93.433.81.115360.789560.70184D區(qū)92.633.21.476700.630900.77852E區(qū)92.032.31.440640.928401.05708F區(qū)91.431.60.696510.404920.22349G區(qū)90.132.60.980930.316900.26168H區(qū)89.332.60.742970.369880.20668Ⅰ區(qū)90.432.91.178930.186830.20125Ⅱ區(qū)90.031.60.501580.300960.12163Ⅲ區(qū)89.533.20.730820.3926370.23555陷落柱較發(fā)育區(qū)及預(yù)測(cè)區(qū)的空間展布屬性測(cè)量結(jié)果陷落柱發(fā)育程度預(yù)測(cè)圖現(xiàn)在是26頁\一共有52頁\編輯于星期四

1）煤層巷道掘進(jìn)陷落柱探測(cè)

東龐9203、烏海16煤回風(fēng)巷、張集-300下山、任樓7222工作面均是巷道掘進(jìn)后方陷落柱突破煤壁發(fā)生滯后突水；范各莊2171工作面是掘進(jìn)巷道前方煤壁突破發(fā)生突水。物探：電法超前探測(cè)，瞬變電磁側(cè)向探，直流電法電測(cè)深等。探測(cè)手段：物探：電法超前探測(cè)，瞬變電磁側(cè)向探，直流電法電測(cè)深等。鉆探：掘進(jìn)前方及側(cè)幫。超前距控制：陷落柱水探放時(shí)，用式（1）求得α值，定為探放水超前距，超前距不得小于20m。

（1）2.4掘進(jìn)、回采陷落柱探測(cè)2探查方法現(xiàn)在是27頁\一共有52頁\編輯于星期四2.4掘進(jìn)、回采陷落柱探測(cè)2探查方法鉆探現(xiàn)在是28頁\一共有52頁\編輯于星期四2.4掘進(jìn)、回采陷落柱探測(cè)2探查方法BA1NMA2A3直流電法超前探無窮遠(yuǎn)現(xiàn)在是29頁\一共有52頁\編輯于星期四2.4掘進(jìn)、回采陷落柱探測(cè)2探查方法探測(cè)疏松體坑透探測(cè)技術(shù)現(xiàn)在是30頁\一共有52頁\編輯于星期四2.4掘進(jìn)、回采陷落柱探測(cè)2探查方法工作面內(nèi)陷落柱探測(cè)現(xiàn)在是31頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)治理技術(shù)發(fā)展過程大概可劃分為三個(gè)階段：第一階段（1984年～1996年），以開灤范各莊礦2171綜采工作面突水陷落柱治理為代表。由于是國(guó)內(nèi)外第一例陷落柱突水災(zāi)害，無成功經(jīng)驗(yàn)借鑒，受當(dāng)時(shí)鉆探技術(shù)水平的限制，其治理技術(shù)最大特點(diǎn)是對(duì)突水陷落柱采用分段下行式注漿實(shí)施全面封堵，共注入水泥70000噸，各類骨料35400m3，注漿孔35個(gè)、進(jìn)尺23000m；第二階段（1996年～2006年），在該階段陷落柱內(nèi)“堵水塞”技術(shù)廣泛應(yīng)用，即在突水陷落柱內(nèi)預(yù)定層位，通過鉆孔注漿建造一定長(zhǎng)度的“堵水塞”，截?cái)嘞萋渲凰ǖ?。如皖北任?277工作面陷落柱、徐州張集-300m水平陷落柱及開灤范各莊10#陷落柱治理工程。由于采用普通地質(zhì)鉆機(jī)施工，其缺點(diǎn)是無法在松散柱體內(nèi)精確控制鉆進(jìn)方向，陷落柱內(nèi)鉆孔軌跡形同“蛇形”，因此也稱“蛇形”鉆進(jìn)；第三階段（2006年～今），隨著美國(guó)雪姆公司汽車鉆機(jī)的引進(jìn)，定向分支造孔技術(shù)得以大量應(yīng)用，使陷落柱內(nèi)“堵水塞”建造技術(shù)更加成熟和完善。如東龐礦2903工作面突水陷落柱，采用該項(xiàng)技術(shù)確保鉆孔在陷落柱松散體內(nèi)精確定向鉆進(jìn)，形成了以定向分支造孔、充填注漿、升壓注漿、引流注漿和加固注漿為主的“堵水塞”建造技術(shù)，該項(xiàng)目獲2010年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。另外，本階段發(fā)生了兩次下組煤開采陷落柱突水淹井災(zāi)害，如峰峰九龍礦12423N工作面陷落柱和神華烏海駱駝山16煤回風(fēng)巷陷落柱突水。與以往不同的是突水陷落柱隱伏于開采煤層之下，由于陷落柱在煤系地層發(fā)育高度有限，開采煤層距離奧灰含水層較近，因此，均采用突水陷落柱與水源封堵方案現(xiàn)在是32頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3治理技術(shù)突水事故開灤范各莊2171工作面邢臺(tái)東龐2903工作面烏海駱駝山16煤回風(fēng)巷皖北任樓7222工作面徐州張集-300m下山峰峰九龍14123工作面時(shí)間1984.6.22003年4.122010.3,11996.3.41997.2.182009.1.8水量(m3/h)123180700006500034570240987200水壓(MPa)3.05.22.33.17.5開采煤層與奧灰距離16012035距太灰165奧灰2904565突水方式掘進(jìn)前方突破煤壁突水掘進(jìn)后方10m突破巷道煤壁突水掘進(jìn)后方2m巷道側(cè)煤壁突破掘進(jìn)后方突破煤壁突水巷道掘進(jìn)后方4m底板回采后方30m突破煤層底板損失情況礦井淹沒死亡13人礦井淹沒礦井淹沒死亡32人礦井淹沒礦井被淹礦井淹沒治理方案全面封堵陷落柱巷道封堵+堵水塞建造巷道封堵+堵水塞建造巷道封堵+堵水塞建造巷道封堵+堵水塞建造封堵陷落柱+封堵奧灰水源國(guó)內(nèi)典型陷落柱突水淹井治理方案匯總表現(xiàn)在是33頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3.1三段式封堵(以范各莊2171為例）（1）上部骨料充填對(duì)陷落柱上部空腔充填骨料，壓實(shí)陷落柱內(nèi)松石堆積物，防治陷落柱進(jìn)一步向上發(fā)育。（2）中部注漿堵截導(dǎo)水通道在12煤底板至K3灰之間建造長(zhǎng)約100m的“堵水塞”。（3）下部水源封堵

在基底奧灰含水層段進(jìn)行充填灌漿，攔截突水水源，對(duì)“堵水塞”起到支撐作用。3治理技術(shù)現(xiàn)在是34頁\一共有52頁\編輯于星期四3.1三段式封堵

(以范各莊2171為例）3治理技術(shù)現(xiàn)在是35頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3.2“堵水塞”建造（1）過水巷道“阻水墻”建造在突水構(gòu)造不明的條件下，如過水巷道位置資料準(zhǔn)確，位置清楚，可先期在過水巷道中實(shí)施“阻水墻”建造，進(jìn)行堵巷截流，實(shí)現(xiàn)早日復(fù)礦之目的。3治理技術(shù)現(xiàn)在是36頁\一共有52頁\編輯于星期四3.2“堵水塞”建造快速定向鉆進(jìn)骨料灌注阻水墻建造旋噴注漿充填注漿升壓注漿引流注漿3治理技術(shù)現(xiàn)在是37頁\一共有52頁\編輯于星期四阻水墻建造流程圖3治理技術(shù)現(xiàn)在是38頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)（2）“堵水塞”建造3治理技術(shù)①最下部可采層煤層之下，采動(dòng)應(yīng)力波及不到；②阻斷所有影響煤層開采的含水層補(bǔ)給通道；③“堵水塞”長(zhǎng)度應(yīng)能抵抗最大靜水壓力。現(xiàn)在是39頁\一共有52頁\編輯于星期四陷落柱阻水塞建造工藝

階段

充填注漿

升壓注漿

引流注漿

加固注漿鉆孔一序孔初期一序孔中后期二、三序前期三序孔后期二、三序孔后期，質(zhì)檢孔漿液類型水灰比0.8:1、1:1，加早強(qiáng)劑1:1的早強(qiáng)漿液為主1:1的純水泥漿液為主1.3:1、1:1的純水泥漿液為主注漿條件靜水無壓定量200-240m3

注漿時(shí)間12-15小時(shí)靜水，注前壓水逐漸升壓定量130-150m3

注漿時(shí)間10-12小時(shí)動(dòng)水孔口顯壓控制定量60-80m3

注漿時(shí)間5-6小時(shí)孔口壓力2MPa定量80-100m3

注漿時(shí)間6-8小時(shí)目標(biāo)充填大裂隙、大通道封堵主要過水通道，構(gòu)筑堵水塞主體構(gòu)架封堵較大裂隙、溶隙鞏固前期效果封堵小裂隙通道，進(jìn)一步減少水量封堵殘留微小裂隙（孔隙）及邊緣裂隙，加強(qiáng)堵水塞封堵效果3治理技術(shù)現(xiàn)在是40頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)（2）“堵水塞”建造3治理技術(shù)現(xiàn)在是41頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3.3陷落柱與突水水源封堵3治理技術(shù)當(dāng)突水陷落柱位于開采煤層之下或進(jìn)入煤系地層層位較低時(shí)，建造“堵水塞”長(zhǎng)度不足，則采用突水陷落柱與奧灰水源封堵方案。峰峰集團(tuán)的九龍礦、烏海能源駱駝山礦的陷落柱采用該方案取得成功。主要工藝技術(shù)：（1）定向分支鉆孔技術(shù)。（2）分段下行式注漿法，定量間歇注漿工藝。（3）陷落柱內(nèi)水泥-骨料反過濾注漿技術(shù)。在對(duì)突水陷落柱灌注骨料的同時(shí)，對(duì)奧灰上部注漿，水泥漿液沿水流通道上行、骨料沿陷落柱通道下行，實(shí)現(xiàn)骨料與漿液在陷落柱通道中的混合，達(dá)到了快速封堵通道的目的?，F(xiàn)在是42頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3治理技術(shù)現(xiàn)在是43頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3治理技術(shù)3.4不（含）導(dǎo)水陷落柱處理（1）直接推采

對(duì)于井巷揭露的未發(fā)生突水陷落柱，應(yīng)進(jìn)一步查明陷落柱的形態(tài)特征、開采煤層底板陷落柱充填特征與邊緣裂隙特征,經(jīng)水文地質(zhì)條件安全評(píng)價(jià)后，確認(rèn)采動(dòng)破壞不會(huì)造成陷落柱“活化”，引起采后突水時(shí)，可直接推采。

安全評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容是：陷落柱充填物的強(qiáng)度、膠結(jié)特征、鉆孔漏失情況、底板破壞深度，以及陷落柱基底奧灰含水層富水性、水壓等。a:陷落柱基底奧灰含水層一定范圍內(nèi)無水，既無水可導(dǎo)；b:開采煤層距離奧灰強(qiáng)含水層較遠(yuǎn)，采動(dòng)應(yīng)力波及不到，且充填物膠結(jié)密實(shí)。

現(xiàn)在是44頁\一共有52頁\編輯于星期四3陷落柱治理技術(shù)3治理技術(shù)3.4不（含）導(dǎo)水陷落柱處理（2）煤柱留設(shè)

若井巷揭露的未發(fā)生突水陷落柱，雖然陷落柱本身既不含水也不導(dǎo)水，但由于陷落柱內(nèi)充填物結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度低、孔隙裂隙率高，且距離奧灰含水層近，奧灰富水性強(qiáng)，為避免采動(dòng)造成陷落柱“活化”，引起采后突水，可留設(shè)陷落柱防水煤柱。