【正文】 煤層厚度大，開(kāi)采時(shí)對(duì)底板的破壞深度大，因此隔水層有效厚度較其它區(qū)域小，防突水能力減弱。采掘時(shí)應(yīng)注意對(duì)裂隙裂隙帶和斷層的探查治理，在裂隙發(fā)育帶進(jìn)行注漿加固；⑵ 對(duì)石炭系太原組灰?guī)r水，由于距離4號(hào)煤層底板較近，防治水措施主要為疏水降壓結(jié)合注漿封堵，探采結(jié)合，綜合防治。其中“疏水降壓”是4號(hào)煤開(kāi)采必須實(shí)踐的技術(shù)路線；‘探采結(jié)合，綜合防治’是指實(shí)施防治水的工作方法；‘以防為主’是強(qiáng)調(diào)增強(qiáng)排水系統(tǒng)、強(qiáng)化探測(cè)試驗(yàn)、跟綜預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、嚴(yán)格規(guī)章制度在防治水工作中的先導(dǎo)地位；⑶ 對(duì)于老空水的防治方針是以探放為主，嚴(yán)格地進(jìn)行采空區(qū)積水范圍、潛在導(dǎo)水通道、與采掘活動(dòng)之間的相互關(guān)系等因素的研究，嚴(yán)防老空水的突入；⑷ 對(duì)斷層、陷落柱等垂向?qū)畼?gòu)造，主要的防治方法應(yīng)以預(yù)防為主，在充分掌握各種構(gòu)造發(fā)育程度及相互位置的基礎(chǔ)上，采取注漿封堵和留設(shè)防水煤柱等方法，防止構(gòu)造突水的影響；⑸ 目前的礦井主要充水水源還有4號(hào)煤層頂板砂巖水。砂巖水的涌入，增大了礦井排水量，影響工作面環(huán)境，降低了回采及掘進(jìn)的效率，是目前礦井日常防治水的主要對(duì)象。圖51 礦井防治水技術(shù)路線6礦井防治水規(guī)劃與設(shè)計(jì)針對(duì)雙柳煤礦水文地質(zhì)條件及目前的礦井防治水現(xiàn)狀，下列工作應(yīng)當(dāng)是今后防治水工作的主要內(nèi)容： 水文地質(zhì)物探針對(duì)雙柳煤礦的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并根據(jù)各種物探方法在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用效果，本規(guī)劃選用瞬變電磁法，直流電法和音頻電穿透法三種水文地質(zhì)物探方法，探測(cè)和確定斷層、陷落柱和裂隙密集帶等地質(zhì)異常體的位置、大小、分布范圍和賦水情況。水文地質(zhì)物探地面物探井下物探瞬變電磁音頻電透直流電法三維地震瞬變電磁 圖61 雙柳煤礦水文地質(zhì)物探方法圖系⑴ 三維地震勘探法國(guó)家有關(guān)部委已明文規(guī)定，在首采區(qū)必須進(jìn)行地震勘探。由于該方法探查地質(zhì)異常體效果好，近年來(lái)在許多大型煤礦已將該方法用于整個(gè)井田的勘探。該方法主要在地面進(jìn)行，勘探費(fèi)用和勘探效果與地形起伏關(guān)系密切。本規(guī)劃建議在下組煤首采區(qū)及其礦井西部做地面三維地震。地震勘探的地質(zhì)任務(wù)及要求： 查明測(cè)區(qū)內(nèi)落差大于5m的斷層，解釋斷層的性質(zhì)、落差、傾角等要素和位置，平面位置誤差不大于20m。 查明測(cè)區(qū)內(nèi)上組煤及下組煤的底板起伏情況，并提交煤層底板等高線圖，%。③ 查明測(cè)區(qū)內(nèi)波幅大于20m、褶幅大于5m的褶皺，解釋其形態(tài)。④ 查明測(cè)區(qū)內(nèi)覆蓋層厚度，并提交覆蓋層厚度等值線圖。%。⑵ 瞬變電磁法瞬變電磁法屬于電磁感應(yīng)類探測(cè)法，該方法通過(guò)觀測(cè)和研究二次場(chǎng)的空間特性，推測(cè)地質(zhì)目標(biāo)的幾何和物理特征。由于該方法對(duì)低阻體異常敏感，因此能較好地確定與低阻異常有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題，歸納起來(lái)主要是：①煤礦區(qū)含水層、富水區(qū)探測(cè)；②構(gòu)造富水性探測(cè)，主要是斷層、陷落柱富水性探測(cè)；③充水老窯探測(cè)，確定充水老窯邊界；④地下巖溶探測(cè)，確定地下溶洞、巖溶裂隙和暗河分布特征；與其它物探方法比較，該方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：①因?yàn)樵摲椒ㄓ^測(cè)和研究的是二次場(chǎng)，不存在一次場(chǎng)的干擾，不同于常規(guī)電法，使異常簡(jiǎn)化；②有穿透高阻覆蓋層的能力，不存在接地困難；③采用同點(diǎn)組合進(jìn)行觀測(cè)，可與探測(cè)目標(biāo)體達(dá)到最佳耦合，異常響應(yīng)強(qiáng)，形態(tài)簡(jiǎn)單，對(duì)高阻圍巖中的低阻反應(yīng)敏感；④地形影響小，測(cè)地簡(jiǎn)單，工作效率高，成本低。在雙柳煤礦選用地面瞬變電磁法主要主要探測(cè)兩個(gè)方面：① 確定斷層、陷落柱和褶皺的平面位置，并對(duì)它們的富水性進(jìn)行解釋；特別是對(duì)聚財(cái)塔斷層導(dǎo)水性的探查。② 查明上、下組煤充水水源－太原組灰?guī)r含水層的富水性分布；可以在地震方法進(jìn)行的區(qū)域同時(shí)開(kāi)展，以便相互補(bǔ)充，更好地完成補(bǔ)充勘探工作。⑶ 井下直流電法井下直流電法主要用于巷道頂?shù)装逄讲椋ぷ髅骓敯逄讲楹途蜻M(jìn)堵頭超前探測(cè)。具體解決以下問(wèn)題： 巷道頂?shù)装逄讲槔矛F(xiàn)有的巷道工作，探查深度可達(dá)100米，可探測(cè)含水層深度，局部富水體深度范圍、導(dǎo)升高度及沿巷道方向分布寬度；提供沿巷道方向垂向電阻率切片剖面，用于解釋工作面巷道底板100米深度內(nèi)的含水、導(dǎo)水體，潛在的突水通道、底板隔水厚度、含水層厚度、含水層原始導(dǎo)升高度；要求巷道內(nèi)無(wú)大范圍積水。工作面頂?shù)装逄讲楦淖児ぷ鞣椒ɡ孟锏纻?cè)壁可以探測(cè)工作面內(nèi)的隱伏含水構(gòu)造；利用多條巷道（上巷、下巷、切眼等）的數(shù)據(jù)進(jìn)行立體成圖——對(duì)工作面底板不同深度進(jìn)行類似“CT”成像的斷面、平面切片，分離出電法含水異常區(qū)域，得到視電阻率異常斷面圖、平面圖，進(jìn)行立體解釋。掘進(jìn)堵頭超前探查利用巷道超前探測(cè)使用三極空間交匯探測(cè)法，可以預(yù)測(cè)堵頭前方80米范圍內(nèi)存在的導(dǎo)、含水構(gòu)造（斷層、裂隙破碎帶、老空巷道），提供前方80米范圍內(nèi)巖石的視電阻率變化信息；異常為相對(duì)異常，可以肯定解釋異常區(qū)不會(huì)存在突水或出水的危險(xiǎn)，解釋的異常區(qū)不能肯定一定出水；預(yù)測(cè)堵頭的后方必須有不小于前方探測(cè)深度的施工空間；根據(jù)雙柳礦的實(shí)際情況，建議井下直流電法勘探盡快在5－205工作面及下一步的規(guī)劃工作面中實(shí)施，進(jìn)行工作面的富水區(qū)和導(dǎo)水通道的探測(cè)。 構(gòu)造導(dǎo)水性探查 陷落柱導(dǎo)水性探查⑴ 工作任務(wù)雙柳煤礦目前在上組煤的開(kāi)采過(guò)程中，揭露了17個(gè)大小不等的陷落柱。，最大直徑104m，除X1X15～X17陷落柱在平巷掘進(jìn)時(shí)發(fā)生出水外，其它均未發(fā)生導(dǎo)水現(xiàn)象。但是從分布特點(diǎn)上來(lái)看，這些陷落柱分布比較密集，其中在201運(yùn)巷和203運(yùn)巷的IV、V采區(qū)附近分布著大小六個(gè)陷落柱，相鄰兩個(gè)陷落柱之間的最大距離為150m，從這一現(xiàn)象我們可以分析出該處基底奧灰?guī)r溶溶孔、溶洞發(fā)育比較強(qiáng)烈。雖然這些陷落柱在上組煤開(kāi)采時(shí)并未發(fā)生導(dǎo)水，但這并不意味開(kāi)采下組煤時(shí)沒(méi)有導(dǎo)水的危險(xiǎn)，我國(guó)諸多大水礦區(qū)實(shí)際發(fā)生的陷落柱導(dǎo)水并淹井事故，提醒我們切不可忽視陷落柱的導(dǎo)水性。因此，在采掘過(guò)程中應(yīng)結(jié)合井下物探（井下直流電法或井下音頻透視）、鉆探等手段對(duì)陷落柱進(jìn)行導(dǎo)水性探查，以明確其對(duì)煤層開(kāi)采的危害程度，若其導(dǎo)水性很強(qiáng)，則必須對(duì)導(dǎo)水陷落柱進(jìn)行注漿封閉，具體注漿方案視陷落柱具體情況而定。⑵ 技術(shù)方案陷落柱井下探查以物探、鉆探相結(jié)合的勘探技術(shù)方法。物探主要采用TEM瞬變電磁法和直流電法，目的是探查陷落柱位置、邊界形態(tài)及陷落柱的富水性。在物探成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合井巷地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，分析突水陷落柱的水文地質(zhì)特征，安排井下鉆孔予以探查驗(yàn)證，最終確定陷落柱導(dǎo)水性。①井下物探瞬變電磁法(TEM法)勘探主要針對(duì)突水點(diǎn)及導(dǎo)含水構(gòu)造形態(tài)的探查，其主要地質(zhì)任務(wù)是探查工作面測(cè)區(qū)內(nèi)突水構(gòu)造平面位置以及突水構(gòu)造在測(cè)區(qū)內(nèi)的分布范圍及其富水性，并對(duì)潛在突水通道作出預(yù)測(cè)。直流電法勘探主要探查工作面陷落柱的富水性及隱伏導(dǎo)水構(gòu)造。②井下鉆探 根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程，探查孔在施工中的有關(guān)技術(shù)要求如下：≤，鉆孔開(kāi)孔方位及俯角偏差≤1176。，孔口必須按照設(shè)計(jì)做好直通閥門等孔口安全裝置?？卓诠芎吞坠鼙仨毢涂妆诠探Y(jié)牢固，套管和閥門安裝結(jié)束后要做抗壓試驗(yàn)，各項(xiàng)安全指標(biāo)符合要求后以上方可施工下一道工序。，記錄水壓、水量、水質(zhì)的變化和沖洗液的消耗情況，嚴(yán)格按照有關(guān)要求做好鉆探原始記錄和巖芯編錄工作。，陷落柱內(nèi)部全段取芯。此外，如條件許可，也可采用井下放水試驗(yàn)和連通試驗(yàn)探測(cè)陷落柱導(dǎo)水性。 聚財(cái)塔斷層（導(dǎo)）富水性探測(cè)雙柳煤礦前期對(duì)聚財(cái)塔斷層利用鉆探及物探方法初步勘探了其導(dǎo)、含水性。主要使用鉆探物探相結(jié)合的技術(shù)措施，在斷層兩盤施工三個(gè)鉆孔，再使用二維地震探測(cè)斷層富水性。受工程量限制，對(duì)斷層的控制程度不足，勘探結(jié)果不明確。聚財(cái)塔斷層的富水性對(duì)上、下組煤開(kāi)采有重要的意義，其導(dǎo)水、富水與否涉及到斷層防水煤柱的留設(shè)尺寸及采取何種采掘防治水技術(shù)措施。鑒于目前對(duì)聚財(cái)塔斷層的勘探現(xiàn)狀以及本礦生產(chǎn)實(shí)際需求，需對(duì)聚財(cái)塔斷層進(jìn)行進(jìn)一步補(bǔ)充勘探，具體技術(shù)路線為井上下相結(jié)合，地面以物探為主，井下物探先行，鉆探驗(yàn)證。⑴ 地面物探—瞬變電磁法瞬變電磁法屬于電磁感應(yīng)類探測(cè)法，該方法通過(guò)觀測(cè)和研究二次場(chǎng)的空間特性，推測(cè)地質(zhì)目標(biāo)的幾何和物理特征。由于該方法對(duì)低阻體異常敏感，因此能較好地確定與低阻異常有關(guān)的地質(zhì)問(wèn)題，對(duì)于構(gòu)造富水性探測(cè)具有良好的效果。⑵ 井下防治措施對(duì)于物探方法測(cè)出的富水區(qū)段，按照規(guī)范要求留設(shè)防水煤柱。井下巷道掘進(jìn)靠近該斷層時(shí)，應(yīng)采取以下幾個(gè)技術(shù)措施： A、直流電法超前探，探測(cè)掘進(jìn)頭前方80m有無(wú)低阻異常；B、對(duì)探測(cè)出的異常體進(jìn)行鉆探探放水；C、若探放水時(shí)水量、水壓大，長(zhǎng)時(shí)間難以疏干，則有導(dǎo)通奧灰水的可能，在查明充水水源的基礎(chǔ)上，建議注漿封堵； D、合理留設(shè)斷層防水煤柱。在計(jì)算煤柱留設(shè)寬度時(shí)，注意應(yīng)從斷層邊界算起，而不能以斷層中心為計(jì)算起點(diǎn)。 太原組灰?guī)r水的探查及疏放雙柳煤礦上組煤底板距離太原組灰?guī)r較近，且太灰水壓大，上組煤煤底板承受水壓在2～5MPa，并且底板隔水層厚度較小，平均厚度20～30m。隔水層在大部分地方完全位于采動(dòng)底板破壞帶內(nèi)，灰?guī)r水勢(shì)必通過(guò)采動(dòng)裂隙進(jìn)入回采空間，增大工作面的涌水量，在個(gè)別富水區(qū)段還可能引起涌水量過(guò)大而影響生產(chǎn)。太原組灰?guī)r同時(shí)又是下組煤直接頂板充水水源，對(duì)下組煤開(kāi)采影響更大。通過(guò)分析離柳井田其他礦區(qū)的勘探資料，普遍認(rèn)為太原組灰?guī)r富水性弱且不均勻。因此需要針對(duì)太原組灰?guī)r采取系統(tǒng)、可行的防治水措施，進(jìn)行探查和疏放，提高下組煤開(kāi)采的效率，節(jié)約生產(chǎn)成本，做到安全生產(chǎn)。太灰含水層的防治物探 直流 電法太灰水文地質(zhì)條件探查太灰井下放水試驗(yàn)頂板水疏放若水量很大且難以疏干進(jìn)一步查明水力聯(lián)系其它防治水措施圖62 下組煤頂板太灰水防治技術(shù)路線太灰水的探查應(yīng)遵循有疑必探、物探先行、鉆探驗(yàn)證的方針。物探方法主要以直流電法為主，探測(cè)下組煤頂板太灰含水層的富水區(qū)分布范圍。井下直流電法主要用于巷道、工作面頂板探查和掘進(jìn)頭超前探測(cè)。⑴ 巷道頂、底板太灰含水層富水區(qū)探查利用已有的巷道工作，探查深度可達(dá)100米，可探測(cè)含水層高度，局部富水區(qū)深度范圍及沿巷道方向分布；提供沿巷道方向垂向電阻率切片剖面，用于解釋工作面巷道頂100米深度內(nèi)的含水、導(dǎo)水體，含水層厚度。⑵ 工作面頂、底板太灰含水層富水區(qū)探查改變工作方法利用巷道側(cè)壁可以探測(cè)工作面內(nèi)的隱伏含水構(gòu)造；利用多條巷道（上巷、下巷、切眼等）的數(shù)據(jù)進(jìn)行立體成圖——對(duì)工作面頂?shù)装宀煌疃冗M(jìn)行類似“CT”成像的斷面、平面切片，分離出電法含水異常區(qū)域，得到視電阻率異常斷面圖、平面圖，進(jìn)行立體解釋。⑶ 掘進(jìn)頭超前探查利用巷道超前探測(cè)使用三極空間交匯探測(cè)法，可以預(yù)測(cè)堵頭前方80米范圍內(nèi)存在的導(dǎo)、含水構(gòu)造（斷層、裂隙破碎帶、老空巷道），提供前方80米范圍內(nèi)巖石的視電阻率變化信息。利用井下直流電法探查下組煤頂板太原組灰?guī)r富水性分布，技術(shù)成熟，具有較強(qiáng)的可行性，可做為首選探查手段。⑷ 放水試驗(yàn)通過(guò)太灰放水試驗(yàn)，了解太灰的富水性、連通性、裂隙發(fā)育程度，還可揭示一些潛伏構(gòu)造，同時(shí)可獲取較為準(zhǔn)確的水文地質(zhì)參數(shù)，為下一步太灰水的疏放提供了可靠的依據(jù)。 所謂疏水降壓防治礦井水害技術(shù)就是對(duì)威脅礦井安全生產(chǎn)的主要充水含水層水，通過(guò)專門的工程和技術(shù)措施在人工受控的條件下進(jìn)行超前預(yù)疏水或疏降水壓，進(jìn)而減少或消除其在礦山建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)礦井安全的威脅。疏水降壓一般應(yīng)在主要充水含水層中進(jìn)行。由于灰?guī)r裂隙的不均一性，采用一種方法進(jìn)行疏降效果較差，因此采用多種方法對(duì)太灰水進(jìn)行疏降是十分有必要的，根據(jù)礦井的水文地質(zhì)情況，可以采用疏水鉆孔、疏水巷道等。⑴ 利用突水點(diǎn)實(shí)施疏水降壓由于灰?guī)r的富水性不均勻，利用現(xiàn)有的條件尋找富水區(qū)有一定的困難和額外的投入，如果能利用在巷道掘進(jìn)中出現(xiàn)的突水點(diǎn)，在人為控制下有目的的放水，把突水點(diǎn)作為井下施工的自然疏放基地；則會(huì)在整個(gè)井田內(nèi)形成以突水點(diǎn)為中心的水位下降漏斗，為礦井淺部及深部一定區(qū)域內(nèi)安全回采創(chuàng)造較好的水文地質(zhì)條件，并對(duì)深部的井巷工程施工起到降壓掩護(hù)效果，但對(duì)遠(yuǎn)離突水點(diǎn)的深部井巷工程不會(huì)帶來(lái)水文地質(zhì)條件的根本改善，因此需要配合其它疏水措施，以期取得預(yù)期的疏降效果。⑵ 井巷疏水所謂井巷疏水是指在礦井開(kāi)拓及工作面準(zhǔn)備過(guò)程中，直接利用掘進(jìn)于含水層中的井巷進(jìn)行預(yù)先疏水或并行疏水。在采用井巷疏水時(shí)，必須認(rèn)真分析水文地質(zhì)條件，在必要的條件下，需要配合其它疏水方法在井巷進(jìn)入含水層之前進(jìn)行預(yù)先疏水，以確保井巷掘進(jìn)的安全和疏降效果。⑶ 鉆孔疏水通過(guò)在井下的開(kāi)拓巷道中施工專門的鉆孔，并使鉆孔直接進(jìn)入需要疏降的充水巖層（體），利用地下水的壓力水頭，將含水層中的地下水有控制地疏放到井巷，再通過(guò)礦井排水系統(tǒng)將疏放的水排出地表以實(shí)現(xiàn)含水層水的疏水或降壓。井下疏水鉆孔分水平孔、上仰孔、俯斜孔、下行垂直孔和上行垂直孔等多種形式。井下疏水孔多用于分散疏水或局部疏水，疏水系統(tǒng)一般由泄水鉆孔、鉆井硐室、引水管線（或水溝）等組成。雙柳礦的太灰水疏降方案采用疏水鉆孔結(jié)合突水點(diǎn)實(shí)施疏水降壓方案。同時(shí)，建議進(jìn)行水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作，利用地面和井下物探、化探、鉆探、抽放水試驗(yàn)等綜合立體勘探方法查明地質(zhì)異常的分布，健全排水系統(tǒng)，為疏水降壓方案的具體實(shí)施提供相應(yīng)的保障。 采空積水疏放上組煤開(kāi)采后形成的采空區(qū)為封閉的積水區(qū)，積水補(bǔ)給來(lái)源于山西組砂巖含水層。雙柳煤礦在未來(lái)開(kāi)采下組煤時(shí)，其頂板導(dǎo)水裂隙帶能夠溝通上組煤底板破裂帶，這意味著上組煤采空區(qū)積水完全有可能沿導(dǎo)水裂隙帶涌入下組煤工作面。因此，對(duì)采空區(qū)積水的防范是下組煤開(kāi)采過(guò)程中的重要內(nèi)容。雙柳井田內(nèi)未見(jiàn)小煤窯生產(chǎn)，因而上組煤采空區(qū)均為本礦所為，其分布范圍和積水量是明確的。防范措施是工作面回采之前鉆孔預(yù)疏放。1 探水鉆孔的布置由于開(kāi)采煤層為單斜構(gòu)造，因此疏放鉆孔應(yīng)盡可能布置在工作面下順槽，鉆空間距依據(jù)放水效果可逐步加密。2 鉆孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般情況下，鉆孔結(jié)構(gòu)如圖65所示。⑶ 單孔涌水量預(yù)計(jì)疏放老空積水的傾斜鉆孔屬于壓力管道水力類型。其流量公式：其中：為鉆孔過(guò)水?dāng)嗝娣e； 為積水標(biāo)高與孔口標(biāo)高水柱高差；為鉆孔流速系數(shù)，即小口徑圓管進(jìn)口阻力系數(shù)，謝才系數(shù)C=（由管壁糙度n決定，鋼管糙度n=）,重力加速度g=，壓力管水力半徑（為濕周，圓管水力半徑R=d/4）。下表給出不同口徑套管，固定長(zhǎng)度放水孔的流量計(jì)算式：