带压开采研究

目 录

一、项目名称、承担单位………………………………………………………………………… 1 二、项目现状、研究的目的、意义及国内外技术发展概况…………… 1

1、项目现状………………………………………………………………………………………… 1 2、研究的目的、意义…………………………………………………………………………… 2 3、国内外技术发展概况……………………………………………………………………… 3

三、项目研究的关键技术、方案、路线…………………………………………… 3

1、项目研究关键技术………………………………………………………………………… 3 2、项目研究技术方案………………………………………………………………………… 3 3、项目研究技术路线………………………………………………………………………… 8 4、项目技术方案、路线的先进性、可行性分析………………………………… 22 5、主要技术、经济指标‥………………………………………………………………… 24

四、项目实施的措施、条件……………………………………………………………… 24

1、项目实施的措施…………………………………………………………………………… 25 2、项目实施条件……………………………………………………………………………… 26

五、经济效益、社会效益分析预测………………………………………………… 27 六、符合国家安全、环保、资源利用、技术政策的依据…………… 27 七、推广应用前景或市场需求情况预测………………………………………… 27 八、项目所需资金预算依据及明细………………………………………………… 28 九、项目进度、主要承担单位、成员及分工安排………………………… 29

一、项目名称、承担单位

1、项目名称：带压开采技术研究 2、承担单位：XX单位地测部、总办室

二、项目现状、研究的目的、意义及国内外技术发展概况

1、项目现状

ＸＸ矿，东至31８勘探线，北以二l煤露头及断层为界，南到河断层、庄断层及六4煤层-400水平一线。东西长8公里，南北宽2．5公里，面积13．5平方公里。19８０年建井，19８6年简易投产，建有一对竖井和一对斜风井，设计生产能力１００万吨／年，现实际年产量１２0万吨左右，采用中央边界式通风，单水平上、下山开拓，采掘范围位于300—310勘探线之间，二l煤层－200米水平以浅，目前己采面积约1．58平方公里。

目前采用炮采放顶煤一次采全高的方法开采-200m水平以上二

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煤。东大巷突水淹井后，经注浆堵水105天后堵水成功,于2006年6月26日正式全面恢复生产。

矿井排水系统：上山采区涌水由采区轨道，皮带上山水沟排入大巷水沟，下山采区涌水由采区水仓排至大巷，最后经主石门水沟排入井底水仓，水仓全长660m (内水仓280m，外水仓380m)，容量为3600m3，东西区均安装有水闸门。中央泵房共有水泵9台，其中7台型号为MD500-57×7，2台型号为MD200-63×6，电机电压等级为6000V，功率440KW，为保证排水的供电安全，中央泵房采用三回路供电。排水管路有5趟，其中管径300mm3趟，200mm1趟，150mml趟，目前矿井

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涌水量为270m3/h，排水能力为1800m3／h。(2005年10月19日东大巷突水后，为今后配合采区疏降和抢险排水，急需对现有排水系统进行改扩建)。

2、研究的目的、意义

我国煤炭资源丰富 ,是能源组成的重要部分 ,然而随着浅部煤层的枯竭 ,开采强度的增加 ,矿井的深度不断延伸 ,来自煤层底部奥陶纪灰岩高承压水的危害日趋加剧 ,仅在华北地区受其危害的矿井就有2 30多个 ,造成 40 %左右的煤炭不能正常开采。因此带压开采的研究多年来一直是许多矿业工作者关注的问题 ,但因我国地质条件复杂 ,开采方法各异 ,带压开采理论、技术还不够完善 ,以至于矿井突水事故时有发生 ,造成巨大的经济损失和人员伤亡。

当前带压开采的存在的主要问题是：

（1）查清带压开采的矿井或采区地质、水文地质条件 （2）编制突水系数图

（3）编制带压开采地质、水文地质条件说明书 （4）建立强有力的排水设施 （5）险区备灾问题 （6）隔水层薄弱带的加固 （7）留设断层防水煤柱 3、国内外技术发展概况

带压开采主要是针对底板存在较强承压充水含水层的煤层。由于煤层与底板强岩溶承压充水含水层之间往往沉积一定厚度的隔水岩

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体，故对于底板存在充水含水层的煤层，无需进行疏干开采，只要使煤层底板承压充水含水层的水头压力疏降至安全开采高度，即可进行安全带压回采。

为在复杂矿井水文地质条件下进行带(水)压开采，并获得经济效益，目前有待解决的问题有：（1）查清带压开采的矿井或采区地质、水文地质条件；（2）编制突水系数图；（3）编制带压开采地质、水文地质条件说明书；（4）建立强有力的排水设施；（5）险区备灾问题；（6）隔水层薄弱带的加固；（7）留设断层防水煤柱。

三、项目研究的关键技术、方案、路线 1、项目研究关键技术

（1）查清带压开采的矿井或采区地质、水文地质条件； （2）编制突水系数图；

（3）编制带压开采地质、水文地质条件说明书； （4）建立强有力的排水设施； （5）险区备灾问题； （6）隔水层薄弱带的加固； （7）留设断层防水煤柱； 2、项目研究技术方案

针对平煤股份带压开采过程中存在的主要问题，本项目以岩体力学、工程力学、采矿学、矿井通风与安全、电工与电子技术、采矿机械等为基础，深入分析煤矿现场资料，结合煤矿井下水文地质条件、

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实验过程中对力学性质的研究结果，以防治带压开采过程中造成巨大的经济损失和人员伤亡为主线，确定以下研究方案： 一）、查清带压开采的矿井或采区地质、水文地质条件

除应对区域水文地质条件有所认识外，对井田或采区的水文地质条件也应了解清楚，对充水含水层组的补、径、排条件和不同充水含水层组问的水力联系程度以及保护层的防隔水性能等均应予以研究，以便更好地选择合理的防治水方法和制定出具体的带(水)压开采的措施。

二）、编制突水系数图

所谓突水系数就是指煤层底板每米厚度隔水层可以承受的临界地下水水压值(MPa／m)，它可以作为确定带压开采的临界安全水头的依据之一。突水系数的应用是通过突水系数图来体现的。一般包括两种突水系数图，一种是矿区或井田的突水系数图，比例尺常为1：5 000～l：10 000；另一种是大比例尺的采区突水系数图，比例尺一般为1：1 000 1：2 000，甚至更大些。采区突水系数图的编制方法如下：

(1)以采煤底板等高线图为底图，将已知断层和开采上部煤层新发现的断层以及有用的矿井水文地质资料(如口突水点)标于图上。 (2)根据水位资料编制等水位线图。

(3)根据以上两种资料绘制底板等水压线图，等水压线是编制突水系数图的基础资料。

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(4)编制有效隔水层厚度等值线图。根据勘探、生产和补充勘探等资料，确定一些点从煤层底板至底板充水含水层之间的总隔水层厚度，并从中减去煤层开采过程诱发的矿压破坏带和底板充水含水层的原始导升厚度，即得到这些点的有效隔水层厚度；然后把各点数据相应地标在相应比例尺的井田平面图上，用内插

法绘制成图。这张图同样是绘制突水系数图的基础图件。 (5)根据煤层底板充水含水层等水压线图和有效隔水层厚度等值线图，即可绘制出突水系数等值线图。

三）、编制带压开采地质、水文地质条件说明书

开采受水害威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之前，必须编制该地区的地质、水文地质条件说明书，作为上述设计的依据。说明书的编制，除按一般规程要求的内容外，还应注意以下几个问题： (1)说明书的研究范围应按开采范围所在的水文地质单元或以构造为边界的地质块段来圈定，这有利于分析充水含水层的补给、径流和排泄条件以及充水含水层之间的水力联系，更便于水文地质勘探和疏水降压钻孔的设计。

(2)说明书除应具备底板等高线图、剖面图等图件外，还应编制1：1 000、1：2 000或更大比例尺的有关带压开采的专门水文地质图，如等水压线图、煤层底板隔水层等厚线图以及突水系数等值线图。根据等值线图，按突水临界值划分采区内具体的带压开采范围和降压开采范围及降压值，并根据降压范围结合巷道布

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臵排水系统，设计放水降压钻孔和观测孔。在设计放水钻孔时，要根据降压漏斗的延展规律，布臵在可获得最大效益的位臵，以求以最少的钻孔数、最小的排水量来获得最大的经济效益。

(3)对开采区内的所有断层进行分析。根据断层造成局部隔水层厚度变薄的情况，核实突水系数，对造成局部不符合安全开采条件的断层，要提出具体处理意见和措施，如留设防水煤柱、断层两盘预注浆、加强断层带支护或局部疏水降压等。根据沿断层方向的充水含水层层位错动及接触关系，分析回采时断层的受

力情况，尽可能杜绝沿断层走向掘进运料和回风道。如必须沿断层送巷时，要采取相应措施减少矿山压力，以预防由于剪切力高度集中而引起断层面重新滑动，避免造成突水或淹井事故。

(4)要对开采区所在地质块段或水文地质单元的主要充水含水层进行水文地质条件分析。在断层多且错动复杂的地段，要编制以充水含水层为主体的断层接触关系图，通过此图分析充水含水层的补给、排泄、水力联系等情况，确定水文地质边界和充水通道。必要时对重要充水含水层还要进行水文地质勘探和试验，

以查明充水含水层的厚度、岩溶发育情况、含水层间在断层接触段的联通情况，还要组织放水试验，确定充水含水层的动储量、影响半径及地下水的传导和渗透性能等，预测降压放水的涌水’量、发生意外突水时的最大涌水量和稳定涌水量等。 四）、建立强有力的排水设施

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排水设施主要包括水泵、排水管路、适当容量的水仓和保险电源。位于奥陶系灰岩充水含水层富水带且又临近排泄带的矿井，其排水基地的建立更为重要。如我国的大水矿井——焦作演马庄矿1977年南区一50 m水平发生突水，突水量达100 m3／min以上，矿井累计涌水量高达220 m3／rain。幸运的是由于该矿的

排水能力较大，才幸免发生淹井事故。又如四川红岩矿，1974年曾发生突水，突水量达152 m3／rain，由于排水设施得力，大大减轻了突水损失。

各大水矿井排水设施的增量可以当地或条件相似矿井的突水水量作为依据，并结合其他措施，如水闸门、各矿间排水基地的相互串通等，合理确定增量，采用直通式排水设施效果最佳。为了实现带压开采综合治水，峰峰二矿、四矿和邯郸王凤矿已建立起排水能力为120 m3／rain的排水基地，大大增强了矿井御水防 患的能力。

五）、险区备灾问题

(一)建立防水线保护排水基地

大水矿井强有力的排水基地建成后，要有良好的维护制度以保持其额定的排水能力。排水基地与其他防水设施(如水闸门)结合使用更为有力。大水矿井在掘进通往水患煤层的巷道时，均应建立防水闸门，在发生超过排水基地排水能力的突水时，可关闭水闸门，保住基地，防_止发生恶性水患事故。 (二)建立警报系统

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开采受水患威胁煤层的矿井，特别是在大于突水临界值的采区作业时，采掘工作面要设专职水情监视员。水情监视员应具有很强的责任心和一定的防水经验。采掘面还应建立水情记录，设臵专用的电话和警报器。一旦发现恶性突水征兆，能及时发出信号，组织撤离。报警制度和细则应使全体人员熟知。 (三)标明应急撤退路线

在大水矿井开采水患煤层，特别是在险区作业，应确定并及时修订井下人员遭遇水险的撤退路线。路线应标在采矿防险撤退路线图上，沿线特别是分岔点应设有明显标记，使井下作业人员对此熟知。 六）、留设断层防水煤柱

实际资料表明，大水矿井大多数突水通道均系断层，因此在导水或易于突水的断层带留设防水煤柱是常用的防水方法，也是带压开采综合防治水方法中重要的防水措施之一。匈牙利利用隔水系数经验公式，计算留设煤柱，收到了较好的效果，我们用自己的突水系数经验公式在突水系数临界值之内留设煤柱，通过实际验证也是可行的。 七）、隔水层薄弱带的加固

由于沉积变薄或构造破坏都会降低隔水层的防隔水作用，以致成为发生突水的条件，因此隔水层的薄弱带需要加固。峰峰、焦作、龙山等矿进行的巷道穿过隔水层薄弱带的加固实践，收到了良好的效果。

3、项目研究技术路线

二1煤开采的水文地质条件分析：

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(一)突水情况及水量变化原因分析

从单点出水看，出水点的水量变化有以下特征，

(1)开采初期-200m水平以浅含水层水位较高，水压较高，弹性释放强度大，因此出水点涌水量大，如1972年l号点太原群上组L7～8灰岩，突水量最大达350m3／h，23天后减小到25m3／h，现在干枯。1975年2号点L7-8灰岩突水，最大164m3／h，后减小到淋水状态。4号点最初60m3／h，后期衰减至2m3／h，水量水压皆明显降低。

(2)因浅部长期开采疏排，目前-240m以上顶板砂岩水基本处于疏干状态，2002年7月出现的14021风巷顶板砂岩出水点仅表现为淋水，水量0．025m3／h，且近年来在开采中未见顶板砂岩涌水现象。L7-8灰岩水的水压、水位也大幅度降低，目前L7-8灰岩突水点的水量减少至5～18m3／h。

(3)随着开采深度的加大，底板承受水压加大，造成突水机会增加，涌水量随突水发生时间的延长而增加，涌水量长期较稳定，反映为深部强含水层寒灰水的突出。从开采水平看，位于-160m以浅涌水点有17个，其中老空水5个，井筒1个，断层引起寒武灰岩水1个，顶板砂岩水3个，L7-8灰岩水3个，Ll-4灰岩水4个。-160m以深涌水点24个，其中老空水3个，寒武水3个，顶板水5个，L7-8灰岩11个，L1-4灰岩水2个。由此可以看出太原组灰岩涌水点在－160m以深数量较多，就目前正常疏排而言，水压、水量与开采水平呈正相关关系，但相关程度已小于初期，这是由于主要含水层随着大量疏排，已大幅度降压或接近疏干，但由于二l煤的开采深度逐年增加，承受

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寒灰水压加大，采动后导通寒灰的可能性也大为增加，2004年3月9日，14061工作面回采区发生的多处出水和揭露L7灰处的重新出水，2005年10月19日的东大巷突水,都表现为寒灰水导通所发生的突水,并使太原群L7重新充水的情况。

(二)构造控水与突水点情况

从突水点平面分布情况看，其主要分布在以下几种构造带： 1．大断层影响带

具有代表性的是19９６年7月+30m回风巷在张断层影响带发生的寒武系大突水，因水量超出当时的矿井排水能力，最后造成淹井事故。

2. 小断层影响带

位于东大巷水闸门里15m的出水点，此处有一落差约lm的断层，其水源为L7-8水，水量减小快，补给差。

3. 垂向导水通道

如2001年10月发生的二下12041工作面大面积分散突水，虽然附近无大的断层，但因其位于几条断层之间，应力集中，形成一垂向导水通道带,导通了寒武系灰岩水，涌水量达770m3／h，导致二下山被淹。

4．地层产状褶曲变形处

如西部和东部等多个出水点，其表现为裂隙涌水，数量多，但涌水量较小，多为L7-8、顶板砂岩水，易疏干。

5．断层的转折、分枝、尖灭处

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这些地段张裂隙发育，突水点较多，有些地段属构造应力集中带，张节理极为发育，在煤层开采前，具有一定的止水作用，煤层采后岩石应力释放，发生底鼓、片帮等现象，形成裂隙型导水通道，使L7-8甚至L1-4及寒武系灰岩水涌入矿井。 (三)突水水源分析

根据一矿的充水条件情况，可以确定：

与矿井充水有直接关系的含水层,主要为二l煤顶板砂岩含水层和太原群上组L7-8灰岩含水层，因长期疏排，含水层水压、水位皆大幅度降低，因此目前这些含水层(组)不会对-200m水平以上的开采形成威胁。

从与二l煤的间距看，寒武系上统及太原群下组灰岩水含水层本为本矿的间接充水含水层，因其间本溪组铝质泥岩和太原群中段砂泥岩段皆为隔水性能良好的隔水层，若无构造裂隙破坏，是可以阻隔寒武系灰岩含水层与太原群下组Ll—4含水层及与上组L7-8含水层之间的水力联系的，在无落差较大断层的情况下，不会对二1煤层的开采造成直接影响。但由于本井田内断层发育，使得寒灰水与L7-8和L1-4灰水之间由于含水层对接造成阶梯状导水而产生了水力联系，造成多层含水层相互连通，导致矿井涌水量大幅度增加，有时由于构造破坏造成垂向直接导水通道，成为矿井灾难性水患的主要因素，甚至成为矿井突水的直接充水含水层,如+30m西总回风巷推进,在接近桐树张断层影响带时的突水和-200m东大巷的突水。断层带的直接导通与垂向导水通道的存在,使寒武系灰岩含水层水，直接涌入巷道，

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前者最大水量2375m3／h稳定水量1446m3／h; 后者最大水量38056m3／h，稳定水量5000～7000m3／h。

需要指出的是，因本矿内石炭系本溪组铝土泥岩厚度的不均一性，在较薄的地段，L1-4灰含水层可能直接接受寒灰水的越流补给，这使多个L1-4突水点水与寒灰水难于区分。特别是延深-200m水平后,增水量550m3／h，表明该次突水与寒水的导通有关。预计-200m水平以下的二1煤开采时，寒灰水的水害因素将大为增加。 分析历年来一矿涌水量资料，矿井涌水量在雨季后期水量有所增大，即大气降水与矿井涌水量增加呈正相关关系，峰值滞后丰水期约2个月，这说明矿区内含水层接受降雨补给的距离较远，由地面下渗较慢。

(四)补给水源及含水层间的水力联系

煤田西北部为低山丘陵区东南地势平坦为冲积平原区，含水层多出露在西部及北部,均接受大气降水直接补给，如西部及北部寒灰均有大面积出露接受大气降水大面积直接渗入补给，由于地势较高寒灰水位在补给区可在+140～+160m左右，向东及东南经过岩层的断层破碎带迳流，这种迳流运移至东部后，再顶托补给其它太灰含水层及排泄入冲积层中，故寒灰含水层及太灰含水层的水位在平原区常会高出地面，其水压传递均来自西北部，如西部云盖山地区寒灰水位均在+140～+168m左右，东部平禹一矿的平3孔的孔内寒灰水位就高出地面约7米之多，其水位标高在+140米左右。其自流喷出量达6Om3／h左右。

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在煤系地层太灰含水层段，太灰下组灰岩Ll-4由于距寒灰很近，在穿入寒灰的10个钻孔中有五个孔的中间隔水层---铝土泥岩厚度均在6.80m以下，其中最小为2.63m、最大为18.24m，只要隐伏有落差大于3～15m断层,就有可能使L1灰岩与寒灰对接，断层落差大于30m时，不仅L1-4与寒灰对接导水，上组灰岩含水层也会与Ll-4层对接,造成阶梯式串水。还有,虽断层落差不大于30m，但二l煤开采时将破坏L7-9与二1煤之间的隔水层，从而被迫疏降L7-9层灰岩水，使L7-9灰岩水位下降,从而造成L1-4灰水压与L6-9层之间产生较大的差值,使LI-4灰岩含水层水突破己被小构造断裂破坏和缩小的隔水保护带,与L7-9层导通,并突入二l煤采空区。同样原因，Ll-4层导通后，被受到间接疏放而水位下降，造成与寒灰的水压差，使寒灰的高压水突破残余隔水段补给Ll-4层，从而寒灰便由矿井突水的间接补给水源，一跃而充当了间接充水含水层。

一矿矿井涌水量常年维持在一个较高的水平上，且在丰水期后的一段时间内涌水量亦有不同程度的增加(约增加50m3／h)，也证明由于寒灰水导通补给矿井，涌水量随寒灰水受到降水补给水位升高而升高的特点。

寒灰水和上部太灰段水从理论上看,不会发生水力联系，或者只能发生微弱水力联系。但事实上因本矿属构造复杂型矿井，不但本井田的西、北、西南均以断层为边界，且井田内部也有上百条落差不同的正断层，其中南西段边界肖庄正断层、西部边界小王庄、桐树张正断层，东部边界魏庄断裂等皆属导水边界，有些断层，如东部的魏庄

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断层等，多条断层相互作用，特别是在魏庄转折部位一带，是应力集中裂隙极发育的场所，具有极强的富水导水性，寒灰水可以通过边界断层对上部太灰水进行补给，也可以垂直方向由构造裂隙直接导通，发生突水。

在井田西北沿李楼正断层和贺庄正断层一带，形成了寒武系灰岩的两个富水带，它们通过桐树张正断层和石王正断层相互导通，并通过断层与太原组灰岩含水层发生水力联系，使本区的太原组灰岩水在北、北东向形成较广阔的补给来源，因此，当矿井+30m西总回风巷突水时，粤庄水井(太原组下段灰岩水)和北东8公里外的唐寨水井(寒武水)都相继干枯，这充分地说明了它们之间具有明显的水力联系。

矿区内断层破碎带在煤层采动前，原始平衡没受破坏，含水性，导水性不佳，但一旦煤层采动，节理及某些构造裂隙形成较宽较长的导水裂缝，往往使下部寒武系灰岩水与Ll—4灰水与上部L7-8灰水相导通，发生水力联系，在采动破坏后形成滞后型的突水。 (五)矿床充水特征与矿床充水类型

1、根据井田内现有的17个钻孔的统计,二1煤距C3上组L7-9层灰岩含水层的距离最大为24.74m，最小为6.53m，其中有13个孔均小于12.68m。根据兄第局矿的经验10m左右的隔水层，买际上很难起到有效隔水的作用，故二l煤开采时冲击地压可以破坏10m左右的隔水层，从而沟通L7-9灰，造成采空区底板涌水。但由于L7-9灰岩，富水性较差，从已有勘探资料3008、CK9孔的抽水试验，

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(1)-250m标高以浅区。

本区共有钻到寒灰的地质勘探孔CK2、2991、30010、3008、3035等五个孔，实际揭露的二1煤至L4灰岩的层间距，最大80.90m，最小55.61m平均64.06m；二1煤至寒灰的层间距，最小82.11m，最大100.71m，平均90.19m。以寒灰和下组灰岩水位+130m、底板采后影响深度10m，进行概略计算得：下组灰岩突水系数为0.833 (以最小间距计算)和0.73(以平均间距计算)，寒灰的突水系数为0.527(以最小间距计算)和0.474(以平均间距计算)。表明在不受构造断裂影响的正常情况下，已存在下组灰岩突水的危险，部份地点如采前下组灰岩与寒灰岩之间己有良好的水力联通，还存在着寒灰水间接介入或突出的危险，需要采用疏水降压开采方案(于-250m水平布设一条疏水平巷进行较大规模的疏放,把下组灰岩的水位降至安全水位以下)；寒灰突水系数尚属于安全区，如无构造断裂和隔水层厚度变薄等异常，应无直接突寒灰水的危险(但不排除寒灰构造突水的可能性)。。

(2)-250至-350标高区

区内钻入寒灰的勘探钻孔只有3058一个孔，不过附近还有3008和3035两个孔的资料可供参照，上述三孔实际揭露二1煤至L4灰岩的层问距，最小57.00m，最大77.5m，平圴平均为67.10m；二1煤至寒灰的层间距最小85.63m最大95.07m，平均为89.44m。按前述方法概略计算得：下组灰岩的突水系为1.021(按最小间距计算)和0.641(按平均厚计算)，均已高于安全值，不仅存在直接突下组灰岩水的危险，在与寒灰有水力联通的点位，还存在着寒灰水介入或间接

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突出的危险。本区寒灰突水系数接近或略高于安全值，如无构造断裂或隔水层变薄等异常出现，直接突寒灰水的危险性不大(但不排除寒灰构造突水的可能性)。

本区的上组灰岩水实际上已无法回避，在大巷开拓掘进前，必须采取以时间换空间的预疏干方案；对于下组灰岩水，必须采取疏水降压等相应的预治理方案，预计通过-250水平的进一步強力疏放，有可能把下组灰岩的水位降至安全水平。

(3)-350至-450标高区

本区只有3058一个勘探孔钻到寒,附近也没有别的钻孔资料可供参照，为此暂取3058、3008、3035等三个孔的平均值进行突水系数的概略测算，下组灰岩的突水系数高达1.18,属于严重危险区，必须采取疏水降压等相应的预治理方案；寒灰突水系数也已升至0.73而具有直接突水的危险，对此必须进一步做工作,区别3-1、3-2和3-3等三个亚类，针对不同情况，采取不同的预治理方案

(4)-450至-800标高区

本区范围内己无钻入寒灰的勘探孔，二1煤至下组灰岩及至寒灰的层间距不清。若按上述不完整资料和太、寒水位+130m继续向下推算，由-450m往下每延深100m的下组灰岩突水系将以0.175的幅度递增，到-800水平约将累增至1.792；寒灰突水系数每100m的递增幅度约为0126，到-800水平约将累增至1.171。为此，-450m以深，非采取以大幅度降低太寒水位为核心的综合防治方案不可。

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最后需要强调指出，上述概略分区只是在总体上反映了一矿防底板突水的紧迫性和发展前景，还不足以具体指导当前的安全生产，一切尚有待于下一步工作，加以进一步完善。

4、项目技术方案、路线的先进性、可行性分析

二1煤开采中对底板的冲击破坏,造成太原组上组灰岩，在水压作用下突水，井下巷道特别是+30m西翼主回风巷道及-200m东，西翼主运输巷开掘层位有时有的地段进入L7灰岩以下,造成太原组下组灰岩水的突出。采掘工程在施工中接近较大的构造破碎带，这些破碎带又有水力联系发生串通时,造成太原群下组灰岩及寒灰高压水的突出。其主要原因在于隔水岩层的破坏和含水层高压水的存在。因此,二l煤开采时水害防治的对策，总起来说主要应采用：

（一）.加强防隔水地带（煤岩柱）的留设，不接近高压强含水一层。

（二）.对含水层进行疏放降压，使水压降低到对隔水层不会发生突破的安全水头值以下。

（三）.对无法避免、必然要遭受破坏的强含水层和富水的导水构造带进行注浆改造，使其成为不仅不会发生突水的地层，而且改造成为隔水保护层。

这三个方面相结合的综合治理技术方法，是行之有效的方法。为了准确、因地制宜地．合理使用这些技术方法，就必须在水压超限的工作面进行疏放水试验，对可以疏水降压的工作面进行疏放降压；对水量较丰富，补给水源充足，难于疏水降压的地区采用注浆改造含水

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层为隔水层的技术方法；对于某些具有突水危险的导水富水区、导水带,进行探放水，根据探放水的情况分别选择适宜的防治水技术方法。

分析认为一矿的几次寒灰大突水，其深层次的原因都与构造断裂有关，从东大巷注浆堵水吃浆量那么大，而且大部份都是沿着构造面大量扩散，这是否与本区存在的滑动构造有关。此外，在正常情况下寒灰与大巷所在层位之间尚有一定厚度的隔水层存在,怎么会发生这样大的寒灰突水，很明显，其主要原因就是断裂构造，而本井田的构造确实很复杂，如肖庄正断层、小王庄正断层、桐树张正断层、魏庄断层等，从断层上下盘的对接关系看，有的可能属于矿井的进水边界。在井田西北沿曹楼正断层一带形成了寒武系灰岩的两个富水带，它们通过桐树张正断层和王石正断层相互导通与太原组灰岩发生水力联系。但上述分析尚有待于进行专项水文地质勘探查明,今后随着对上述主要断层水文地质特征的确切掌握,在一矿进行边界断裂带注浆截流的可能性是存在，但现在尚无可靠的资料和依据，条件还不成熟。

带压开采可行性分析 （一）、根据斯列沙辽夫公式

H临=2(t2/L2)Kp+rt (公式一) t临＝L/4Kp（√r2L28KpH-rL） (公式二) H临--------隔水层底板的临界水压水压值（t/m2） t临--------隔水层底板的临蜀厚度（m）

L------------采区巷道底宽或工作面最大控顶距（m） Kp-----------底板隔水层岩石的抗张强度（t/m2）

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r--------------底板隔水层岩石的容重（t/m3） H-----------作用于隔水层底板的水压值（t/m2）

根据以上公式算出的临界值，与矿井实际存在的水压值及隔水层厚度比较，若：

1、作用于隔水层底板的实际水压值小于H临，但实际的底板隔水层厚度大于t临，则认为底板稳定，一般可正常采掘；2、作用于隔水层底板的实际水压值小于H临，但实际的底板隔水层时间表度小于t临，则认为底板不稳定，要保证安全生产，必须采取安全措施；3、作用于隔水层底板的实际水压值大于H临，但实际的底板隔水层厚度也大于t临，则认为底板基本上是稳定的，但在岩石比较破碎地段，要采取安全措施；4、作用于隔水层底板的实际水压值大于H临，但实际的底板隔水层厚度小于t临，则认为底板不稳定，要保证安全生产，必须采取安全措施。

5、主要技术、经济指标

（1）.加强防隔水地带（煤岩柱）的留设，不接近高压强含水一层。

（2）.对含水层进行疏放降压，使水压降低到对隔水层不会发生突破的安全水头值以下。

（3）.对无法避免、必然要遭受破坏的强含水层和富水的导水构造带进行注浆改造，使其成为不仅不会发生突水的地层，而且改造成为隔水保护层。

四、项目实施的措施、条件

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1、项目实施措施

1、在开采时要通过勘探查明底板承压含水层的赋存及补给水源情况，为安全生产及防治水工作提供可靠的依据。

2、查明各采掘工作面煤层底板富水情况，以便及时为生产提供安全保证。

3、查明各采掘面底板与含水层间的隔水层厚度，并与安全隔水层厚度比较，当局部区域底板隔水层厚度小于临界值时，应采取局部注浆加固底板隔水层，改造含水层为隔水层，增加隔水底板的厚度和强度，增强隔水底板的隔水能力等特殊措施或留设煤柱禁止开采。

4、在隔水底板完整地段，但突水系数大于1.0的地段，或者在隔水底板构造破坏突水系数大于0.7的地段开采时，回采前应对隔水底板构造破坏带采取局部注浆加固措施，改造含水层为隔水层，增加隔水底板的厚度和强度，增强隔水底板的隔水能力等特殊措施或留设煤柱禁止开采。

5、要采用三维地震、瞬变电磁等物探手段，结合钻探等手段查明井田内落差大于5m的断层具体位臵、含水性、导水性等水文地质条件，分析是否在与L3、寒武灰岩含水层导通的可能性，并按规程规定留设防水煤柱。按权限上报上级有关部门批准。在断层防水煤柱内严禁开采，若巷道必须过与L3、寒武灰岩含水层有水力联系的导水断层时，要采取超前预注浆的方法封堵加固围岩特别是加固底板及断层破碎带。并采取超前探放水、边探边掘及增加排水能力等措施。

6、在采掘中，对有怀疑的地区，要严格执行?有疑必探，先探

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后掘、先探后采?的原则。

7、对有突水危险的地区，需进行局部注浆加固底板隔水层时，则另行编制专门的防治水措施，并按权限上报上级有关部门批准后方可进行生产。

8、加强对L3、寒武灰岩含水层水位观测，及时掌握水位变化情况，指导煤矿生产。

9、矿井主排水系统及各水平采区排水系统要定期进行检修，确保正常运转。

2、项目实施的条件 1、项目实施的措施

本项目实施中从资源上保证人、才、物的投入，确保实施的进度；

2、项目实施条件 1）组织保障

为确保该项目顺利实施，按期完成各阶段目标，成立课题组，课题组主要成员依据专业特长进行了合理分工，课题组负责制定项目实施计划、目标和实施细则、组织项目的的实施，分阶段对项目的实施情况进行考察、评估和分析，提出改进意见，项目完成后对项目工业应用情况是否达到预期目的和效果情况进行全面的考察、总结，为项目的组织验收收集完备的资料。 2）资金保障

平禹煤电公司专门设立专项资金用于该项目的研究。

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3）技术保障

平禹煤电公司董事长和总经理的领导下，公司抽调防治水研究治理经验丰富具有中、高级职称的工程技术人员，并外聘河南理工大学地下水研究的教授，在平禹煤电公司一矿地测科建立工作站，专门从事水害研究治理工作。 五、经济效益、社会效益分析预测

采用该种技术成果后，成功解放受水害威胁区域，保障工人的人身安全及矿井的安全生产，增加了采面可采储量，减少矿井的经济损失。也为向深部延深的矿井增加矿井寿命提供了技术保障具有较高的社会经济效益，推广应用前景广阔。

六、符合国家安全、环保、资源利用、技术政策的依据

国家已将单位GDP生产安全事故死亡率和工矿商贸就业人员生产安全事故死亡率控制指标纳入?十一五?规划纲要中。明确指出：到2010年，要实现单位GDP事故死亡率下降35％、工矿商贸就业人员生产安全事故死亡率下降25％的目标，在煤炭的回采过程中，突水事故是矿同开采中发生的不安全现象之一。这种灾害会造成支架与设备、井巷的破坏以及人员的伤亡等。因此，本项目的研究将有助于控制煤矿的灾害事故和降低煤矿百万吨死亡率，提高煤矿安全性，符合我国的政策方针。

项目的实施将大幅度提高采面的回采速度和回采安全，节省大量的防治水费用，符合国家的技术产业政策。 七、推广应用前景或需求情况预测

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项目直接来源于煤矿安全生产的重大科技要求，直接服务于煤矿安全生产，满足煤炭工业和煤矿安全的市场需求。煤矿安全生产中的水害灾害治理特别是大采长综采面的水害治理成为煤矿安全生产工作中的重中之重，煤矿安全形势的好转直接关系到安全形势的好转。据不完全统计，全国有各类煤矿2.8万余家。煤矿灾害的发生往往具有潜在性、突发性特点，并极具破坏性和灾难性，煤矿水害灾害一直是煤矿灾害治理重点和难点。运用该技术在钻进的过程中，对二1煤层以下的寒水层水压的大小，使用不同的注浆压力，进行逐层加固直到目的层位。通过注浆使导水层、含水层变成隔水层，从而达到加固底板的作用，避免下伏含水层高压水导入工作面发生突水事故，确保安全生产。

该项目的实施对提高我国煤矿的高承压水害防治的总体技术水平和能力起到重要的推动作用。

综上，项目的立项具有重大的市场需求，本项目形成的成果不仅适用于禹州矿区，也同样可在其它水害威胁严重的矿区应用，推广、应用前景十分广阔。

八、项目所需资金预算依据及明细

项目研究经费预算总额为 31万元。分类预算见下表所示。 表2：研究分类经费预算

费用名称 1、现场调研、资料搜集 2、论证、验收（鉴定） 金额(万元) 5 2 28

3、理论研究及分析 4、计算机数值模拟 5、实验验证及参数测试 6、方案设计 7、技术培训 8、资料费 9、差旅、咨询费 10、效果考察及测试 合计 小写：31万元 5 2 6 5 2 1 1 2 大写：叁拾壹万圆 九、项目进度、主要承担单位、成员及分工安排

1、项目进度安排

2009年7-11月，完成调研、收集资料工作，确定实施方案，完成区构造的调查与分析、技术条件的调查与分析;

2009年11-2010年4月，完成主采采面底板注浆情况分析、及各种突水情况分析研究;完成几个底板注浆的试验研究;

2010年4-6月，总结改进已有的底板注浆方案，并编写项目总结报告，项目验收或鉴定。

2.主要承担单位及分工 1）项目主要承担单位

平煤集团平禹煤电有限责任公司一矿 地测部、总办室 2）项目具体分工

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（1）负责对注浆孔现场资料收集整理工作 （2）对注浆孔业务指导 （3）组织项目验收和鉴定工作 地测科、总办室

（1）负责对注浆孔的总体方案设计 （2）负责对注浆材料配臵 （3）撰写注浆孔总结

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十、总结

随着浅部煤层的枯竭 ,开采强度的增加 ,矿井开采深度不断延伸 ,来自煤层底部高承压水的危害日趋加剧。带压开采已成为所有矿业工作者共同重视的问题。平禹一矿是水文地质条件复杂的大水矿井。目前,该矿主要可采煤层为二1、二3煤层,主要受二l煤顶板砂岩含水层和太原群上组L7-8灰岩含水层威胁,在采动过程中各采面均发生过不同程度的突水。突水点主要分布在：断层影响带、垂向导水通道、地层产状褶曲变形处、断层的转折、分枝、尖灭处。

平禹一矿技改副井井底车场至皮带输送机大巷联巷施工中要穿过DF12正断层，2008年12月在施工过程中出现底板渗水，根据出水情况及出水点水温、水量初步判断水源为二1煤下伏下部石炭系太原组灰岩含水层水，经研究制定对DF12断层底板注浆加固方案，本次注浆的重点为L5及L1-3灰岩。施工过程中严格进行测压试验，根据实际揭露情况及注浆情况分析，钻孔落孔及注浆加固均达到L4灰岩层位，经有关部门论证，工程已达到底板加固及封堵水的目的。

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带压开采研究

论证报告

一矿

平地测部、总办室 2009年6月18日

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s5wr.html