煤礦老空水防治唐恩賢

煤礦老空水防治陜西陜煤化集團黃陵礦業(yè)公司唐恩賢目錄一、我國煤礦老空水水害形勢二、老空水及水害的基本特征三、老空水防治的技術途徑與方法四、黃陵礦業(yè)老空水防治案例2一、我國煤礦老空水水害形勢3事故特點：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，比例達占70～80%。對老空水探查、治理技術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系。54、掘進工作面為主要的透水地點反映超前探技術和隱伏構(gòu)造探查技術落后；越層越界開采嚴重。6針對目前煤礦水害的特點，根據(jù)我國煤層賦存和開采的實際情況，在一段時間里，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。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形成的地下空間長期沒有排水或排水不足造成的積水。8由于煤層開采的時間、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，積水量難以預測，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)域相對明確，積水量可確定。

910特點1：老空區(qū)積水來源復雜老窯區(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)周圍地下含水層儲導水斷裂帶地裂縫3臨近的其它老窯水體新采空區(qū)老采空區(qū)地裂縫4共同補給源地表水采空區(qū)周圍的含水層等地裂縫特點2:地表地形條件復雜11省煤田面積（km2）地點煤系地層賦存環(huán)境（地形）河北省7000開灤、峰峰、邢臺、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250~300m陜西省45000銅川、蒲城、自水、澄城、合陽、韓城、黃陵、神府、彬長、子長等縣東部的蒲城、白水，澄城、合陽、神府、彬長主要為侏羅系，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)生靜位移畸變地勢起伏不平產(chǎn)生地形影響測區(qū)構(gòu)造異常復雜,很難找到與此構(gòu)造相適應的資料處理分析和解釋方法用近似方法與簡化模型代替而必然導致的誤差人文噪聲電力傳輸系統(tǒng)，如高壓線路噪聲信號能量可以是正常信號的數(shù)倍甚至幾個數(shù)量級,直接影響測量結(jié)果工業(yè)用電、有線廣播只集中在少數(shù)幾個頻率或某個有限頻帶電器設備與電信工程中的電磁信號及輻射現(xiàn)象大地游散電流直接干擾直流電法、瞬變電磁法探測結(jié)果車輛運行、風臨時、隨機干擾等天然噪聲天然電磁場,如大氣放電、磁暴隨機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，水源來自于與受采礦活動擾動的圍巖含水層或含水體，徑流不暢，水交替活動弱，水質(zhì)受煤層化學成分影響較大，多為酸性水，有較強的腐蝕性，含有大量硫化氫氣體。由于開采歷史久遠，無序開采，濫采濫掘，資料不清，探查技術手段相對落后，目前對采空積水區(qū)的范圍、積水量等還難以查明。13煤礦老空水害特點：水量以靜儲量為主，持續(xù)時間短，來勢兇猛，瞬時破壞力強，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

成因特點災害事故嚴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、瓦斯爆炸及誘發(fā)其它工程地質(zhì)災害老窯采空區(qū)15中國煤礦突水傷亡統(tǒng)計中國近幾十年煤礦突水傷亡之最（不完全統(tǒng)計，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31990.四川樂山東風礦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“國家煤礦安監(jiān)局科技裝備司”

普查報告，僅2005年以來，累計取締非法生產(chǎn)煤礦、非法采煤窩點5.4萬處次，關閉各類小煤礦1.6萬余處。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要求和技術方法。

《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，是指導防治水工作的“紅頭文件”。（有法律效應，不可違反）19對老空水而言，防與治的原則依然是：預測預報，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、鉆探強調(diào)上述探查方法的綜合性。老空水的監(jiān)測多指對本礦或已知采空區(qū)積水水位、水量、水質(zhì)以及徑流的監(jiān)測。21探測積水老空區(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音頻電穿透法瞬變電磁法感應類時間域、頻率域電磁法1、無較強的電磁干擾源2、不需接地3、地形不能太陡CSAMT地質(zhì)雷達高頻電磁測深法EH-4無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、留設安全煤巖柱3、防水設施（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，常常造成人身傷亡事故，必須在采掘前預先探放。一般

探放水工程設計內(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)格和支護形式。（3）探放水鉆孔組數(shù)、個數(shù)、方向、角度、深度和施工技術要求及采用的超前距與幫距。24探放老空水的技術途徑與原則：1．查明老空區(qū)積水情況。2．探放老空積水。3、探放水施工與掘進工作的安全措施制定4、防排水設施，如水閘門、水閘墻等的設計以及水倉、水泵、管路和水溝等排水系統(tǒng)及能力的具體安排等。5、制定應急預案。6、探放標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》27四、黃陵礦業(yè)公司老空水防治案例28舉例1：黃陵一號礦老窯透水事故1999年3月24日，倉村小煤礦老空區(qū)透水291999年3月24日，黃陵一號煤礦老窯透水，速度很快，來不及防范！——數(shù)小時后淹沒三條大巷平硐！井下突水情況30出水點平面圖31出水點平面圖32突水位置：于1999年3月24日，在一號煤礦三個主平硐西側(cè)入口附近發(fā)生老窯透水事故，峰值水量約800m3/h。危害：直接造成一號煤礦三個出入口主平硐淹沒，被迫全礦停產(chǎn)，威脅著整個一號礦井的安全。33出水點附近的地表情況34探查難點1、沒有周邊小煤窯采空區(qū)的地質(zhì)資料；2、一號礦口位于沮水河北岸，其主巷道位于2號煤層頂板附近；該沮水河兩岸小煤窯遍布無數(shù)，且相互連通。半年前其上游小煤窯連續(xù)被河水淹沒，小煤窯采空區(qū)中肯定大量積水，但水量未知；3、出水點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勘探隊曾經(jīng)做過初步勘探，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西安研究院在沒有已知地質(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深法為主、自動地電阻率法、瑞利波法、淺層地震法、明渠流量儀等為輔的綜合物探手段，對黃陵一號井突水點附近100m寬的保安煤柱內(nèi)進行綜合物探。36瑞利波、電法剖面物探成果圖37井下直流電法探測斷面圖（西大巷側(cè)幫透水點附近）地面高分辨直流電法解釋斷面圖（第2測線）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)果與鉆探驗證對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，一號礦四號風井老窯積水治理41四號風井老窯積水治理2012年，在四號風井建設過程中，在四號風井排矸進場公路西側(cè)發(fā)現(xiàn)一個已關閉多年的老窯?？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其進行探查和防治。42難點：1、是重大礦井隱蔽致災因素：老窯采空區(qū)位于一號煤礦北一大巷開拓前方及四號風井底附近，嚴重影響四號風井建設。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老窯與礦井對應位置示意圖

小煤窯初步調(diào)查結(jié)果

44綜合水害探測技術路線的確定由于各種探查手段均存在局限性和優(yōu)缺點，采用單一技術手段難以探查清楚老窯采空區(qū)范圍，決定采用綜合探測技術，以達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對老窯采空區(qū)積水范圍進行探查；三是井下采用超前直流電法物探手段對其進行進一步精確探查；四是按照“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水方針，在井下實施定向鉆探進行鉆探驗證。45老窯井筒啟封探查，查明積水水位在制定了嚴密的安保措施后，由礦區(qū)救護隊對老窯井筒進行啟封探查，發(fā)現(xiàn)老窯外側(cè)1#井筒（靠近溝口，井口標高稍低）積水水面距井口斜長46米，推算水面標高1110.5米。平均積水標高1109.4米。該區(qū)煤層底板標高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對其采空區(qū)范圍進行勘探。三維高密度地震勘探區(qū)位于一號煤礦的中東部，勘探區(qū)由四個拐點組成，面積約為2.1km2，采用5×5CDP網(wǎng)格觀測網(wǎng)，測點布置10m×80m間距，觀測采用0.5毫秒/次，通過提高時間、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)地形鳥瞰圖探測斷面圖47地面瞬變電磁法探測結(jié)果48勘探結(jié)果圈定了一個采空區(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)分析對四號風井附近的溝流水、井水、老窯涌水和一號煤礦北一大巷滲水分別進行了水質(zhì)化驗，通過化驗結(jié)果對比分析，基本確定老窯井筒積水水源主要為第四紀黃土層河谷砂礫含水層，其次為直羅組砂巖含水層。50井下物探及鉆探驗證采用井下超前直流電法物探及鉆探驗證來進一步探查驗證老窯采空區(qū)范圍，按照“先探后掘”的原則，保障掘進安全。首先，為了降低水頭高度，消除水壓威脅，實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