煤矿防治水基本理论及方法(1).ppt
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煤矿防治水基本理论及技术方法煤矿防治水基本理论及技术方法靳德武靳德武博士、研究员博士、研究员博士生导师博士生导师导导语语n矿井水害与瓦斯、煤尘、火和顶板灾害并称煤矿五矿井水害与瓦斯、煤尘、火和顶板灾害并称煤矿五大灾害大灾害n灾害形成机理、灾害探测、灾害预防和治理技术是灾害形成机理、灾害探测、灾害预防和治理技术是同一问题的几个不同侧面,本次讲座紧紧围绕矿井同一问题的几个不同侧面,本次讲座紧紧围绕矿井地下水害这一特定地质灾害形成规律及防治技术进地下水害这一特定地质灾害形成规律及防治技术进行研讨行研讨矿井水害的定义及特点矿井水害的定义及特点n地地下下水水广广义义上上讲讲,地地面面以以下下所所有有的的水水均均称称为为地地下下水水。
狭狭义义上上讲讲,地地球球浅表与人类活动密切相关的潜水和承压水才称为地下水浅表与人类活动密切相关的潜水和承压水才称为地下水n含含水水层层指指能能够够透透过过并并给给出出相相当当数数量量水水的的岩岩层层,在在自自然然条条件件或或人人为为条条件件下下,能能流流出出水水来来的的岩岩石石,由由于于这这种种含含水水的的岩岩石石大大多多呈呈层层状状,所所以以叫叫做做含含水水层层,如砂层、砂卵石层等等。
如砂层、砂卵石层等等。
n含水层含水层松散层松散层n断层带断层带含水带含水带n可溶岩可溶岩岩溶含水系统岩溶含水系统n隔水层隔水层不能透过并给出水,或透过并给出水的数量微不足道的岩层为不能透过并给出水,或透过并给出水的数量微不足道的岩层为致密岩石,其中没有空隙,既不含水,也不透水;另一种是孔隙度很大,致密岩石,其中没有空隙,既不含水,也不透水;另一种是孔隙度很大,但孔隙直径很小,孔隙中存在的水绝大部分是结合水,在常压下不能靠但孔隙直径很小,孔隙中存在的水绝大部分是结合水,在常压下不能靠重力自由流出,因此也不能透水。
重力自由流出,因此也不能透水。
地下水的基本概念地下水的基本概念矿井水害的定义及特点矿井水害的定义及特点按埋藏条件(含水层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情按埋藏条件(含水层在地质剖面中所处的部位及受隔水层限制的情况)况)u包气带水包气带水u潜水潜水u承压水承压水按含水介质类型按含水介质类型u孔隙水孔隙水u裂隙水裂隙水u岩溶水岩溶水地下水分类地下水分类矿井水害的定义及特点矿井水害的定义及特点n矿矿井井水水指指在在煤煤矿矿基基建建和和生生产产过过程程中中以以渗渗、滴滴、淋淋、流流、涌涌和和溃溃的的形形式式进入采掘空间(井巷、工作面)的地下水。
进入采掘空间(井巷、工作面)的地下水。
n矿矿井井水水害害凡凡是是影影响响生生产产、增增加加吨吨煤煤成成本本或或者者使使矿矿井井局局部部或或全全部部被被淹淹的的矿井水。
矿井水。
n轻轻则则影影响响生生产产,重重则则造造成成淹淹井井人人亡亡的的恶恶性性事事故故,是是煤煤矿矿生生产产中中一一种种经经常性的地质灾害。
常性的地质灾害。
n透(透(TouTou)水)水地面或井下水体引发的水害事故;地面或井下水体引发的水害事故;n突(突(TuTu)水)水由于直接揭露或各种通道引发的含水层水害事故由于直接揭露或各种通道引发的含水层水害事故矿井水害的基本概念矿井水害的基本概念矿井突水的特点矿井突水的特点n矿井突水是地下水非正常涌入井巷和工作面的现象,矿井突水是地下水非正常涌入井巷和工作面的现象,这里,一方面要强调它的这里,一方面要强调它的突发性突发性,另一方面要强调它的另一方面要强调它的灾害性灾害性,其次,强调它的其次,强调它的可预控性可预控性,即绝大多数矿井突水,即绝大多数矿井突水都是可以预防的(都是可以预防的(可预测、可控制可预测、可控制)矿井突水征兆矿井突水征兆n煤层内部有煤层内部有“吱吱吱吱”的水叫声的水叫声n煤煤层失去光失去光泽n煤煤层发汗、潮湿、汗、潮湿、结成水珠成水珠n掌子面掌子面变冷冷n水色水色变为铁锈红n老空水具嗅老空水具嗅鸡蛋气味蛋气味n底鼓、片帮底鼓、片帮矿井突(涌)水量变化曲线矿井突(涌)水量变化曲线按不同分类标准划分的矿井水害类型按不同分类标准划分的矿井水害类型按水源类型按水源类型按导水通道类型按导水通道类型按水源含水介质类型按水源含水介质类型n按水源类型划分:
按水源类型划分:
n顶板水顶板水n底板水底板水n老空水、小煤窑水老空水、小煤窑水n地表水地表水n储水断层水:
张扭性断层脉状含水带储水断层水:
张扭性断层脉状含水带n大气降水大气降水n按导水通道划分按导水通道划分n断层突水断层突水n陷落柱突水陷落柱突水n裂隙岩体或煤裂隙岩体或煤(岩岩)柱突水柱突水n封闭不良钻孔突水封闭不良钻孔突水n总总体体上上讲讲,可可分分为为直直通通式式通通道道和和渗渗透透性性通通道道突突水水,前前者者如如陷陷落柱、断层,后者如节理、裂隙落柱、断层,后者如节理、裂隙n按水源含水介质类型划分:
按水源含水介质类型划分:
n孔隙孔隙元宝山露天煤矿元宝山露天煤矿n裂隙裂隙焦作九里山矿、邢台东庞矿焦作九里山矿、邢台东庞矿n岩溶岩溶以溶隙充水为主的岩溶充水矿床如焦作中马村矿、以溶隙充水为主的岩溶充水矿床如焦作中马村矿、莱芜业庄铁矿;以溶洞充水为主的岩溶充水矿床如广东莱芜业庄铁矿;以溶洞充水为主的岩溶充水矿床如广东凡口铅锌矿;以暗河管道为主的岩溶充水矿床如湖南香凡口铅锌矿;以暗河管道为主的岩溶充水矿床如湖南香花岭多金属矿花岭多金属矿矿井水文地质条件评价矿井水文地质条件评价矿井水文地质条件主要包括如下矿井水文地质条件主要包括如下55个方面:
个方面:
n含水层、隔水层的结构及空间展布规律;含水层、隔水层的结构及空间展布规律;n地下水的补给、径流及排泄条件;地下水的补给、径流及排泄条件;n不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区特征;不同含水层及同一含水层地下水水化学特征及分区特征;n地下水动态及均衡特征;地下水动态及均衡特征;n矿井涌水量大小。
矿井涌水量大小。
n矿井充水条件矿井充水条件n研究矿井充水条件是矿床水文地质学的核心内容研究矿井充水条件是矿床水文地质学的核心内容n矿坑充水特点、水量大小及动态取于充水条件矿坑充水特点、水量大小及动态取于充水条件n只有查明矿井充水条件,才能正确预测矿坑涌水量只有查明矿井充水条件,才能正确预测矿坑涌水量n矿井充水条件包括两个方面:
矿井充水条件包括两个方面:
n充水水源充水水源n充水途径充水途径n矿井充水条件矿井充水条件n充水水源:
指与矿坑有水力联系的水体或含水层充水水源:
指与矿坑有水力联系的水体或含水层n充水途径:
水源进入矿坑的通道充水途径:
水源进入矿坑的通道n二者统一和有机结合构成矿坑充水二者统一和有机结合构成矿坑充水n主要的充水水源主要的充水水源n总体来看,矿井充水水源主要包括大气降水、地表水、地下总体来看,矿井充水水源主要包括大气降水、地表水、地下水和老空积水。
水和老空积水。
n地表水又可分为河水、湖水、海水、水库水。
地表水又可分为河水、湖水、海水、水库水。
n地下水可分为第四系松散沉积层潜水、砂岩裂隙水、岩溶裂地下水可分为第四系松散沉积层潜水、砂岩裂隙水、岩溶裂隙水。
隙水。
n充水水源的分类充水水源的分类n按照水源与矿体按照水源与矿体(煤层煤层)的相对位置关系及充水特点分的相对位置关系及充水特点分为三种基本形式:
为三种基本形式:
n间接充水水源间接充水水源n直接充水水源直接充水水源n自身充水水源自身充水水源n间接充水水源间接充水水源通过导水通道进入矿坑通过导水通道进入矿坑n直接充水水源直接充水水源直接顶板含水层、直接底板含水层及露天直接顶板含水层、直接底板含水层及露天矿井剥离第四纪含水层矿井剥离第四纪含水层n自身充水水源自身充水水源本身就是含水层,如伊敏河露天煤矿,孟本身就是含水层,如伊敏河露天煤矿,孟加拉国的加拉国的BarapukuriaBarapukuria煤矿主采煤矿主采VIVI煤层(平均煤层(平均3636米厚)本身就米厚)本身就是含水层是含水层n老空水老空水n以静储量为主且储量与采空区分布范围有关以静储量为主且储量与采空区分布范围有关n老空水为多年积水,水循环条件差,多为酸性水含老空水为多年积水,水循环条件差,多为酸性水含有大量有大量HH22SS气体,有较强的腐蚀性气体,有较强的腐蚀性n老空突水一般水势迅猛,硫化氢气体对人体危害性老空突水一般水势迅猛,硫化氢气体对人体危害性较大较大n采空区采空区n采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区采空区是指地下矿产被采出后留下的空洞区,按矿产按矿产被开采的时间被开采的时间,可分为可分为老采区老采区、现采区和未来采区。
、现采区和未来采区。
矿体被采出后矿体被采出后,自顶板岩层向上形成自顶板岩层向上形成“三带三带”垮垮落落带带、导水裂隙带导水裂隙带和弯曲带和弯曲带水害总体特点水害总体特点华北石炭二叠纪矿区和南方晚二叠世矿区,属典型的喀斯特华北石炭二叠纪矿区和南方晚二叠世矿区,属典型的喀斯特水文地质类型;黄淮一松辽平原的煤田,受第四纪冲积层水水文地质类型;黄淮一松辽平原的煤田,受第四纪冲积层水危害;南方型煤田雨季充水问题,东北矿区地面塌陷坑积水,危害;南方型煤田雨季充水问题,东北矿区地面塌陷坑积水,煤矿老空区积水对采掘安全的影响不容忽视煤矿老空区积水对采掘安全的影响不容忽视突水系数理论突水系数理论矿区名称区名称峰峰峰峰焦作焦作淄博淄博井井陉TsTs临界突水系数界突水系数(MPa/m)(MPa/m)0.0660.0660.0760.0760.060.060.100.100.060.060.100.100.060.060.150.15T=P/MT=P/M当当TTTsTs,突水,突水TTTsTs不突水或处于临界突水状态不突水或处于临界突水状态MPaMPa与水柱高度之间的换算关系与水柱高度之间的换算关系n按按1kg=10N1kg=10N进行近似计算进行近似计算n按按1kg=9.8N1kg=9.8N进行精确计算进行精确计算标准大气压标准大气压11标准大气压标准大气压=101325Pa=0.101325MPa=101325Pa=0.101325MPa=0.101325MPa=0.101325MPa100m/MPa100m/MPa=10.1325m=10.1325m10m10m11标准大气压标准大气压=76=76厘米高水银柱所产生的压强厘米高水银柱所产生的压强=1033.6=1033.6厘米高水柱所产生的压强厘米高水柱所产生的压强=1.013=1.013巴(巴(barbar)“下三带下三带”理论理论n山东矿业学院与井陉矿务局经过多年实际观测并结合室内模山东矿业学院与井陉矿务局经过多年实际观测并结合室内模型试验及有限元计算后提出的型试验及有限元计算后提出的n开采煤层底板与顶板覆岩一样存在着三带,从煤层往下分别开采煤层底板与顶板覆岩一样存在着三带,从煤层往下分别是底板破坏带(是底板破坏带(hh11)、完整岩石带()、完整岩石带(hh22)、承压水导高)、承压水导高带(带(hh33)n当采矿引起的当采矿引起的“三带三带”发生时,其第发生时,其第带保护层带(带保护层带(hh22)厚度很薄甚至完全没有时,则必定造成开采不够安全直至引厚度很薄甚至完全没有时,则必定造成开采不够安全直至引起突水起突水“强渗通道说强渗通道说”n中国科学院地质研究所与开滦矿务局共同实践的结果中国科学院地质研究所与开滦矿务局共同实践的结果n底板水文地质结构存在与水源沟通的固有的富水和强渗通道,底板水文地质结构存在与水源沟通的固有的富水和强渗通道,当采掘工程揭穿时,即可能发生突水当采掘工程揭穿时,即可能发生突水n底板中不存在这种固有的强渗通道,但在工程应力、地壳应底板中不存在这种固有的强渗通道,但在工程应力、地壳应力及地下水的共同作用下,沿袭底板岩体结构和水文地质结力及地下水的共同作用下,沿袭底板岩体结构和水文地质结构中的有的薄弱环节发生变形、破坏,形成新的贯穿性强渗构中的有的薄弱环节发生变形、破坏,形成新的贯穿性强渗通道而诱发突水通道而诱发突水n前者称为原生通道突水,后者称为次
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- 煤矿 治水 基本理论 方法