礦井突水相關知識點培訓

① 「礦井涌水」、「突水」、「透水」的區別是什麼

「礦井涌水」：水從巷道的地板或者頂板流出，注意：是流出，也可以理解為是水從煤壁裂內隙容中不斷滲出，只不過量稍微大點而已；

「礦井突水」：水挖到帶壓水了，注意：是帶壓水，水是帶著壓力的，就和煤與瓦斯突出一樣，不過換成了水，壓力很大，一般是奧灰水；

「礦井透水」：挖到積水了或者是地下河流的主流了，但是也沒有什麼壓力，比涌水要嚴重。

② 礦井突水

礦井突水事故的發生也嚴重破壞著地下水資源，給國家財產及人民生命帶來嚴重損失。如1935年5月13日山東淄博北大井煤礦發生重大突水，潰水巷道的瞬時水量達443m³/min，僅78h就使礦井全部淹沒，538名礦工遇難，這是震撼世界的煤礦災害事故。河北開灤范各庄煤礦於1984年6月2日發生在2171工作面的岩溶陷落柱突水，突水高峰期平均涌水量達到2053m³/min，造成范各庄礦和呂家坨礦淹沒。突水點水位由+7m降到-310m，降深317m。距出水點12.5km的觀測孔水位下降達51.44m，由於地下水位下降，使20萬居民的供水中斷，這次突水估計損失達40億元之巨，更嚴重的是11名礦工死亡。1985年5月14日，山東淄博市夏庄煤礦二立井-430米水平遇斷層突水，初期突水量66.7m³/min，距突水點370m遠的34號觀測孔水位迅速下降184.35m，影響半徑達5.7km，不到半個月時間，城區部分水井水位受影響迅速下降，吊泵、枯井連連出現，供水緊張。河南焦作中馬村礦，1958年兩次突水淹井，水量最大時為104m³/min，8年後經過注漿堵水、排水後又恢復了生產。由於基本矛盾沒有解決，1985年11月15日又發生突水，水量增至150m³/min，礦井再一次淹沒。1979年3月9日河南焦作演馬庄礦發生斷層突水，水量達240m³/min，其影響范圍迅速波及全區，並沿鳳凰嶺斷層形成一個下降幅度大於1m的低水位槽，1985年5月又在原突水點發生特大型突水淹井事故，突水量達320m³/min。河北峰峰一礦1960年6月1532工作面奧陶系灰岩水突出，突水量達150m³/min。江蘇徐州礦區張集煤礦於1997年2月18日發生底板奧灰岩溶含水層突水，最大突水量達402m³/min^［100］。徐州大黃山煤礦於2000年1月11日發生突發透水事故，突水量達80m³/h，造成22人死亡的特大事故。山東肥城煤田郭家莊礦於1993年1月5日在-210m北大巷沿7煤掘進過程中，發生大型突水，涌水量達549.5m³/min^［102］。

國外由於沒有做好礦床水文地質工作而使礦井發生災害的事故也很多，例如南非西德里西豐泰茵金礦1968年10月26日發生突水，水量30萬m³/d，三天以後把東區（四號豎井）淹沒，西區也受淹，全礦85%工作面處於水下；日本常盤煤礦1913年發生突水，水量達850m³/min，頃刻之間采場全部被淹；匈牙利多羅格煤田至1979年曾發生50次局部或全部淹井事故^［103］。

據不完全統計，自建國以來至1988年，北方已發生岩溶水災害性突水事故130次，淹沒礦井60次，局部淹井70次。

③ 礦井出現突水怎樣逃生

採掘工作面或其它地點發現有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現霧氣、水叫、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起或產生裂隙出現滲水、水色發渾、有臭味等突水預兆。

④ 礦井突水特徵

鄭州礦多次礦井突水資料表明，太原群L_7—8灰岩水未疏放前突水矛盾主要表現在工作面。L_7—8灰岩水疏放後，工作面突水基本減少，突水主要表現在開拓、掘進的大巷中，在巷道掘進時，突水點、突水帶往往與斷層或張性裂隙發育有關，各礦礦井突水點主要分布在下列構造部位：

（1）正斷層的上盤，本礦區廣泛發育著東西或北西西向正斷層，上盤在相對下降過程中，產生較多的張裂隙，因此正斷層上盤灰岩富水性強，如王溝礦三號井絞車道下部車場施工在接近五里店斷層上盤時，發生底崩現象，混黃色的濁水伴著巨響湧入巷道，推倒支架4棚，4個突水點總突水量1400m³／h，淹井兩年之久。東風礦太平水倉遇染匠溝斷層上盤，突水800m³／h，造成淹井事故，其他一些遇正斷層突水點也基本是屬這種情況。

（2）斷層交叉處，斷層交叉部位往往是應力集中區，岩石破碎最為嚴重的地段，因此，這種地段極易突水，如米村礦東大巷盡頭發育有東西向和北東向兩條斷層，其交叉點即為突水位置，突水量260m³／h。

（3）構造裂隙密集發育段，任何堅硬的岩層（如本區的灰岩）都發育著不同性質和不同規模的裂隙，特別是溶蝕裂隙，往往是突水通道。米村礦東大巷水閘門西100m處發育3條北西西向張裂隙，向下溝通奧灰含水層，突水時最大水量4515m³／h，穩定水量420m³／h。據統計全礦區68.9%的突水點就發生在裂隙發育的部位上。

（4）底板隔水層構造變薄或原生變薄部位，隔水層厚度對抵抗地下水壓起著關鍵的作用。本區蘆溝、裴溝、超化等井田地下水壓大，在隔水層變薄處就有可能突水，如超化礦西大巷6號交叉點，巷底距L₇灰只有6.3m，水壓20kg／cm²，1987年1月掘進到此地段時發生突水，突水量205m³／h，蘆溝礦、楊家窪礦等因隔水層薄而突水也經常發生。

（5）小背斜軸部，這里裂隙發育密集，易於突水，超化礦區黃固寺背斜曾發生突水，使黃固寺礦被淹至今。

（6）小向斜褶皺兩側，向斜核部由於兩翼向核部流動的砂泥岩充填了橫張裂隙、扭動裂隙，所以透水性弱，相反向斜兩側裂隙充填性差，富水性相對較強，大平礦比較典型，幾個小型向斜褶皺兩側多次發生涌水，總涌水量為68.6m³／h。

本區比較大的突水之初都有「底鼓」現象發生，蘆溝礦東大巷在-8m水平掘進到L₇與L₆灰之間發生「底鼓」現象，半小時內巷道「底鼓」1.25m高，兩幫劇烈片幫，接著突水，水量250m³／h，穩定在200m³／h；再如：米村礦1972年1月東大巷突水前也是先發生「底鼓」，而後大量湧出混黃色水。

突水時水量變化特點是，較大型突水顯示開始突水量大，繼而逐漸減少至穩定，這是地下水動、靜儲量都參與突水的表徵，一般中小型突水，突水水量是由小到大又降至穩定，這是反映導水裂隙或斷層充填物逐步被帶出，突水以動儲量為主的特點。

由於灰岩岩溶發育的不均一性，反映了地下水網路系統的復雜性，不同的突水點，都有一定的補給范圍，范圍內有新突水點出現往往對老突水點有水量「襲奪」現象，方向是向水源主要補給方向轉移，如超化礦西風井，井筒掘進中，深部突水點對淺部水點呈完全「襲奪」狀態，即深部出水，淺部水點乾涸，井筒總水量增加不明顯，蘆溝礦東翼A₃石門-11m標高突水500m³／h，當在其160m遠的21車場（-9m水平）和在其330m遠的東大巷（-8m水平）相繼突水時，A₁石門水量不斷被「襲奪」，所余水量只有200m³／h。

另一情況是突水點間關系不明顯，就是在相距很近的同一條巷道亦是如此，如超化礦東風井，由淺而深掘進，不斷有新突水點出現，水量41～188m³／h，深部後出現的突水點對淺部老突水點呈部分「襲奪」，這種情況可能是反映突水點補給水源充沛，也可能是水點間的水力聯系不夠密切。

總之，本區各礦反映的突水特徵，表徵著礦區復雜的水力關系，系統的研究將有助於突水預報。

⑤ 礦井突水與預測

礦井建設前，一般要根據勘探階段預測的礦坑涌水量設計相應的排水工程。因此，礦山開采時的正常涌水量，一般不會影響正常的采礦工作。採掘工作中最可怕的是突發性的突水，當突水量超過正常排水量時，則會導致災害事故的發生。因此，防治礦井突水，是礦床水文地質人員的又一項重要任務。

一、礦山巷道突水類型與突水過程

按采礦工序，可將巷道突水分為「掘進突水」和「回採突水」兩類。通常，掘進突水發生頻率比回採突水大，如河北井陘煤礦，兩種突水發生次數之比為1∶2.7。按突水與掘進工程進行的時間關系，又可把巷道突水劃分為「突發型突水」和「滯後型突水」（即在採掘工作進行之後發生的突水）。突發性突水的突水量一般來勢兇猛，並很快達到高峰值，常有岩塊泥沙沖出；滯後突水，突水量通常由小而大，高峰值有段滯後時間（由數小時到數日，甚至數年）。此外，按礦井突水量最大峰值，還可把突水劃分為特大型、大型、中型和小型四類：特大型突水的水量為≥30 m³/min；大型突水水量為30～10 m³/min；中型突水水量為10～1 m³/min；小型突水水量≤1 m³/min。最後，按突水與地質構造關系，還可把突水劃分為構造突水和非構造突水兩類。據統計，採掘面突水，有80%～90%與斷層或褶皺構造有關。

二、造成巷道突水的力源

礦山巷道突水，一般有以下幾種力源：

（1）靜水壓力：在隔水層厚度不變化的情況下，深度越大，井巷承受的靜水壓力越大，突水幾率越高。

（2）動水壓力：動水壓力一般隨著岩石滲透性和滲透流量的增強而加大。

（3）礦山壓力：它是在礦山井巷開拓後出現的，它對采場圍岩起到破壞作用，從而降低岩層的隔水性能，在礦山應力集中的地方易發生突水。

（4）地應力（現代和殘余構造應力）：在現代構造應力集中的地方，易產生地震，也易發生突水。

在上述四種力源中，礦山壓力和水壓力是采場圍岩破壞和造成突水的主要力源，它們隨著採掘工作面的推進而加大。地應力只有在條件適當時才起作用。

三、巷道突水預測

巷道突水可分為頂、底板突水與側向突水兩種方式。現分別研究其突水產生條件和突水的預測方法。

圖7-1為典型岩溶充水礦床的示意剖面圖。礦層中井巷的開拓，必然使承壓含水層靜水壓力（H_突）與隔水層重力（rt）和抗張強度（K_p）間的天然平衡關系遭到破壞。在井巷周圍出現「礦山壓力」現象。這時，巷道頂、底板的受力情況，可概化為兩端固定，均布荷重的梁（見圖7-1和7-2）。В.Д.斯列薩列夫按梁和強度理論，得出頂、底板理論安全水壓值的理論計算公式（7-1）和防止巷道側向突水的隔水層安全寬度計算公式（7-2）。

圖7-1 巷道頂底板安全水壓值計算示意剖面圖

現代水文地質學

式中：P_1理安——巷道前方或側幫承受的靜水壓力（Pa），以水柱高度表示（m）；

L——巷道高度（m）；

a——前方或側幫隔水層或礦柱的寬度（m）；

K_P——隔水層或礦柱的平均抗張強度（Pa）。

將它們和礦山巷道頂底板實際承受的水壓值（或實際的巷道前方或側向隔水層厚度）相比較，當理論安全值大於實際水壓值時，則巷道不會發生突水，反之則可能發生突水。此外我國采礦部門依據實際突水資料，總結出以下預測巷道底板突水的經驗公式（7-3）：

現代水文地質學

式中：K_臨——臨界突水系數（又稱水壓比或阻力系數）；

P——底板承受的靜水壓力；

M——隔水層厚度。

國內許多礦區依據突水和試驗資料，已總結出適用於判斷本礦區是否發生突水的臨界經驗突水系數值。例如焦作煤礦，在突水系數＞0.66的塊段，則可能發生突水；而突水系數＜0.66的塊段，則比較安全。

四、回採工作面突水預測

回採是指為采礦工作進行的井巷開拓任務完成之後，正式采出礦石的整個生產過程。回採工作面即采礦工作面。

回採采空區面積較大，且隨著采礦工作的進行不斷擴大。回採必然破壞礦岩受力的自然平衡狀態，在巷道及采空區周圍岩體中產生的礦山壓力也將隨之加大。如處理不當，在礦山壓力和地下水壓力的作用下則將導致巷道變形、冒頂、塌落、底鼓和突水、突泥砂及淹井事故的發生，其事故的規模和頻率，常常要比井巷開拓階段大得多。

回採工作面是否會產生突水，除與整個礦床剖面上的岩性、結構、構造、含水層埋藏條件和采礦方式等因素有關外，主要與頂板岩層冒落帶（又稱頂板破裂帶）的高度和底板岩層破壞帶深度有關。我國礦井水文地質工作者在總結分析了礦井回採突水事故基礎上提出了建立在「功能轉換」理論基礎上的頂底板破壞帶計算的半經驗公式（胡寬王容等，1985年）。

為預測回採工作時頂、底板發生突水的危險程度，在以上采場圍岩破壞帶高度、深度計算的基礎上，還必須根據頂板之上有無第四系鬆散層覆蓋、覆蓋層厚度、有無隔水層分隔、隔水層厚度、斷裂發育等情況，結合破壞帶是否達到主要充水含水層等情況，列出具體的突水判斷標准，最後進行突水危險程度的評價。

⑥ 礦井突水點根據突水量大小共分幾個等級

礦井突水點根據突水量大小共分4個等級，分別是小突水點、中突水點、大突水點、特大突水點。

⑦ 礦井突水淹井情況

1985年11月12日中馬村礦23061工作面發生突水，水量達128m³/min，超過礦井排水能力，經全力搶救無效，於版11月權14日礦井淹沒，淹井時全井涌水量達153m³/min，人員全部脫險。

23061工作面於1985年9月1日開始回採，10月13日采空面積2240m²時，發現底板出水，15時測得水量為2.88m³/min，22日減為1.49m³/min，取樣化驗水質與一水平東大巷L₈水質相似，11月12日早班一水平（-160m）東大巷下邦部L₈灰岩出水點水色變渾，呈土黃色。21 時發現工作面采空區向外流出水量增大，22 時30分測得水量為8.42m³/min，6時42分二三泵房（-250m）水泵停止運轉，水位不斷上漲，於14日2時水溢入一水平，流入水倉，此時全井總涌水量153m³/min，大大超過了排水能力，於14日7時3分電機進水，開關跳閘，礦井淹沒。

⑧ 礦井突水是什麼意思

就是礦井裡面突然冒出大量的水來。
地下水是在地下對吧，礦井在地下回面把水隔離開，不讓答地下水進入礦井的巷道。可是挖煤要不停的往前挖，你不知道前面是啥情況，有的時候就突然挖出大量水來，處理不當還會造成淹井，就是礦井下面填滿水，使礦井廢掉。

⑨ 煤礦礦井突水點台賬怎麼填

一般要求填寫突水點位置，坐標及高程，突水類型，突水水源，突水通道，水位，突水前、回後的水位（水壓）答，最大、最小及穩涌水量，突水時間、描述及危害程度，觀測人，應採取的措施等。

另外，也可附上突水點位置平面圖、突水巷道斷面圖，以及出水點簡易地層柱狀圖。

⑩ 礦井突水的防治

（一）礦井突水及突水徵兆

凡是井巷掘進或工作面回採過程中，接近或溝通含水層、被淹巷道、地表水體、含水斷裂帶、溶洞、陷落柱而突然產生的突水事故稱為礦井突水。這是因為井下採掘活動破壞岩層天然平衡，採掘工作面周圍水體在靜水壓力和礦山壓力作用下，通過斷層、隔水層和礦層的薄弱處進入採掘工作面。礦井突水的發生與發展有一個逐漸變化的過程，有的表現很快（一兩天或更短）、有的表現較慢（採掘後數日至半個月），這與工作面具體位置、采場地質情況、水壓力、礦山壓力大小有關。從開拓工作面開始到產生突水事故期間，在工作面及其附近往往顯示出某些異常現象，這些異常現象統稱為「突水徵兆」。

1.承壓水和與承壓水有關的斷層水突水徵兆

1）工作面頂板來壓、掉渣、冒頂、支架傾倒或折梁、斷柱現象。

2）底軟膨脹、底臌脹裂。這種徵兆多在底板來壓之後發生，且較普遍。在採掘面圍岩內出現裂縫（特別是底板為脆性岩層），當突水量大、來勢猛時，底臌脹裂的同時還伴有「底爆」響聲。在受到壓力最大地段，柔性岩層變薄；相應地，壓力小的地段會出現增厚現象。

3）先出小水，後出大水。由出小水至大突水，時間長短不一。據統計，有1～2h至20～30d不等。如某煤礦某工作面1960年5月8日正式回採，6月2日發現工作面有底臌現象，在近F₁斷層的溜子道的煤層由1.8m增厚至2.4m，到6月4日，采場底臌趨於明顯，並出現一條長11m、寬0.1m的裂隙，先出風、後出水，底板破裂時產生巨響，涌水量達4.8m³/min。隨著礦山壓力的增大，底臌更加明顯，裂縫增多、涌水量愈來愈大，6月5日23時涌水量達到70.2m³/min。突水水色開始為灰色，後轉為棕黃色，不久變清。

4）采場或巷道內瓦斯量顯著增大。這是因為裂隙溝通、增多所致。

2.沖積層水突水徵兆

1）突水部位岩層發潮、滴水，且水量逐漸增大，仔細觀察可發現水中有少量細砂。

2）發生局部冒頂，水量突增並出現流砂，流砂常呈間歇性，水色時清時渾。總的趨勢是水量、砂量增加，直到流砂大量湧出。

3）發生大量潰水、潰砂，這種現象可能影響到地表，導致地表出現塌陷坑。如吉林舒蘭豐廣礦三井二路石門，在揭露13層煤底板砂岩時，水、砂湧出，造成嚴重透水事故。最大涌水量為26m³/min，含砂量為60％，地表80m×700m的范圍內先後出現大量塌陷坑。

3.老窯水突水徵兆

1）礦層發潮、色暗無光。需挖去一薄層進行觀察，若仍發暗，表明附近有水；若裡面的礦體乾燥、光亮，則是由附近頂板流下的「表皮水」所造成。

2）礦層「掛汗」。礦層一般不含水也不透水，若其上或其他方向有高壓水，則在礦層表面會有水珠，似流汗一樣。其他地層若有積水，也可能有類似現象。

3）採掘面、礦層和岩層內溫度低———「發涼」。若走進工作面感到涼，且時間越長越感到涼；用手摸礦時，開始感到冷，且時間越長越冷，此時應注意可能會突水。

4）在採掘面的岩層內有「吱吱」的水呼聲時，表示因水壓大，水向裂隙中擠壓發出的響聲，說明採掘面離水體不遠，有突水危險。

5）老窯水呈紅色，含有鐵，水面泛油花，有臭雞蛋味，口嘗時發澀；若水甜且清，則是「流砂」水或斷層水。

（二）礦井突水的防治

礦井突水的防治工作應以防為主，即礦井防水是有效防治礦井突水災害的重要手段。礦井防水就是根據井田地質、水文地質條件構築各種必要的工程設施，防止礦井大量涌水，發生突水事故。礦井防水的措施可概括為地面防水、井下防水兩大類。

1.地面防水

地面防水是指在地表修築各種防排水工程，防止或減少大氣降水或地表水滲入井下，它是保證礦井安全生產的第一道防線，特別是以大氣降水和地表水為主要充水水源的礦井尤為重要，常採用以下方法：

1）河流改道。礦區范圍內有常年性河流流過且與礦井直接充水含水層接觸，河水滲漏量大，是礦井的主要充水水源時，會給生產帶來嚴重影響。這種情況下，可在河流進入礦區的上游地段築水壩，將原河流截斷，用人工河道將河水引出礦區。若因地形條件不允許改道，而河流又很彎曲時，可在井田范圍內將河道截彎取直，縮短河道流經礦區的長度，減少河水下滲量。

2）鋪整河底。礦區內有季節性河流、沖溝、渠道，當水流沿河床或溝底裂縫滲入井下時，則可在滲漏地段用粘土、料石或水泥修築不透水的人工河床，阻止河水滲漏或減少滲漏量。

3）填堵通道。礦區內因採掘活動而出現的地面塌陷或地面開裂，經查明是礦坑涌水通道時，可用粘土或水泥填堵這些通道。對較大的溶洞或塌陷裂縫，可下部填碎石，上部用粘土覆蓋，並分層夯實，要求填土層略高出地面，以防積水。

4）挖溝排（截）洪。地處山麓或山前平原區的礦井，因山洪或潛水湧入井下，而構成水害隱患或增大礦井排水量時，可在井田上方垂直來水方向沿地形等高線布置排（截）洪溝、渠，攔截洪水和淺層地下水，將其通過安全地段引出礦區。

5）排除積水。有些礦區開采後引起地面塌陷，塌陷坑內常年積水，且隨開采面積增大，塌陷區范圍增大，積水增多。此時，可將積水排走，造地復田，消除水害隱患。

上述這些方法，從施工角度都是可行的，但採取何種方法應視礦區具體條件而定，可以採用單一方法，也可採用多種方法綜合防治。

2.井下防水

井下防水措施可歸結為「查、探、堵、排」四個字，即查明水源、超前探放水、堵擋水源、排水降壓。井下防水工程主要有防水閘門、防水礦（岩）柱、礦井注漿堵水等。

（1）防水閘門

防水閘門是井下防水的主要安全設施，以分區隔離為目的，可縮小災情范圍，控制水勢危害。一般設計為人工啟閉的弧形鐵門，四周用混凝土牆加固，牆內鑲有放水管及電纜、電話線管路等，水管一端進水並挖有水池，出水口設有閥門與壓力表，放水時可觀測水壓和調整水量。閘門向來水方向打開，並能承受設計水壓力。若水壓高時，需用高壓水閘門，構築時，需對四周岩層注漿，並做耐壓試驗。目前我國礦井所用的防水閘門均為鋼制，有平板型、圓弧拱型和膜型扁殼型3種基本類型，其中膜型扁殼型防水閘門具有門扇質量輕、抗壓能力大、結構合理、技術先進等優點，深受礦山開采部門的歡迎。

防水閘門一般設置在井下運輸巷內，正常生產時防水閘門敞開著，當水患突然發生時，可將防閘門關閉，切斷水路。凡受水患威脅嚴重的礦井，在井下巷道布置和生產礦井開拓延伸或采區設計時，應在適當的地點預留防水閘門的位置，使礦井形成分翼、分水平或分區隔離開采。

1）防水閘門位置的選擇至關重要，一般應考慮幾方面問題：①防水閘門應設置在對水害具有控製作用的部位和井下重要設施部位（如井底車場出入口處），能使水害控制在盡可能小的范圍內，並考慮即使水害發生，也能恢復生產及繞過事故地點開拓新區。②防水閘門應設置在不受鄰近采動影響的地點，以免破壞防水閘門的結構和閘門周邊圍岩的隔水性與穩定性，防止防水閘門關閉後高壓水通過裂縫外泄。③防水閘門應建在圍岩穩定性與隔水性好的地段（要求圍岩硬度系數必須大於4），盡量避免在較弱岩層或礦層內砌築。若必須在礦層中砌築時，必須使閘身的混凝土結構和基岩結合成一體。④防水閘門應盡量修築在單軌巷道內，以減少掘進量和防水閘門的規模。

2）防水閘門的分類。從使用的角度出發，防水閘門可分為臨時性和永久性兩種。若預計突水量不大，水頭壓力較小時，可修築臨時性防水閘門，一旦突水，臨時性防水閘門可起緩沖作用，以便採取進一步的防治措施。永久性防水閘門投資大、施工要求高，只有在保證施工質量前提下，當關閉防水閘門後才能起到封堵水害的作用。

（2）防水礦（岩）柱

在地表水體周圍、強含水層或導水斷層附近採掘時，為防止地表水或地下水潰入井巷，在可能發生突水處保留最小寬度（或厚度）的礦（岩）柱，這種為保證地下采礦工程地段的水文地質條件不致明顯變壞而留設的最小寬度（或厚度）的礦（岩）柱稱為防水礦（岩）柱。

1）防水礦（岩）柱的種類及留設原則，一般包括幾個方面：①有突水威脅又不宜疏忽的地區，採掘時必須留設防水礦（岩）柱；②應在安全可靠的基礎上，把礦柱厚度降低到最低程度，以提高資源利用率；③一個井田或一個水文地質單元內的防水礦（岩）柱，應在總體開采設計中確定，即開采方式和井巷布局與礦柱留設相適應，避免以後礦柱留設的困難；④多礦層地區防水礦（岩）柱留設必須統一考慮，以免某一礦層所留礦柱因另一礦層開采而遭破壞，致使整個防水礦（岩）柱失效；⑤同一地點若按不同條件留設礦柱時，最終選定留設礦（岩）柱的寬度，應滿足所有條件；⑥留設防水礦（岩）柱所需數據，必須就地取得，鄰區或外區數據僅供參考。若需採用其他地方的數據，應適當加大安全系數。

2）防水礦（岩）柱留設，包括兩種方法。

A.斷層礦（岩）柱的留設。礦層位於導水斷層上盤時的礦（岩）柱留設，分兩種情況。一是斷層上盤礦層與下盤含水層接觸或位於其上；二是礦層與導水斷層接觸，斷層溝通地表河流且與下盤含水層接觸，如圖4－11所示。可利用均布荷載「簡支梁」理論導出順層防水礦（岩）柱寬度計算公式為

地質災害防治技術

式中：L為順層防水礦柱寬度（m）；M為礦層厚度或采高（m）；P為礦層所承受的水壓（MPa）；K為礦層的抗張強度（MPa）；A為安全系數，一般取2～5，取值應考慮斷層產狀要素可靠程度、破碎帶的寬度和強度、礦層變化及其強度值的可靠性、水壓變化及其可靠程度、采後礦柱破壞情況等諸多因素。

圖4－11 礦層位於導水斷層上盤時的防水礦柱

當岩層傾角較大時，可用下式計算水平防水礦柱寬度：

地質災害防治技術

式中：L_p為岩層傾角較大時，順層防水礦柱的寬度（m）；L為順層防水礦柱的寬度（m）；β為礦層傾角（°），當岩層與斷層間夾角較小時，應考慮底板突水可能性，並用底板防水岩柱厚度來校驗。校驗時先確定底板防水岩柱，再根據礦層與斷層間的夾角用下式計算順層防水礦柱的寬度：

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式中：H_a為安全防水礦（岩）柱寬度（m）；θ為礦層與斷層夾角（°）；其他符號意義相同。

將式（4－21）和式（4－22）計算結果進行比較，取大值作為防水礦（岩）柱寬度的最終選定值。

圖4－12 礦層位於導水下盤的防水礦柱圖

B.安全防水岩柱厚度（H_a）確定方法。

a.根據礦井實際觀測資料確定。H_a可根據各礦具體情況和經驗確定，應大於隔水層受采動影響而遭到直接破壞的無效隔水層厚度。我國峰峰、焦作、淄博等礦區採煤對底板破壞深度為6～14m，有些地區大於14m，在無資料情況下，可利用直接破壞帶厚度與采場岩體試驗資料作為參考（堅硬岩層為11～20m，中硬岩為10～17m，軟弱岩層為8～12m）。

b.突水系數（T_s）的估算。突水系數指突水點處突水臨界水壓力與其有效隔水層厚度的比值（MPa/m）。先根據礦區各突水點資料算出臨界突水系數值，再利用突水系數值計算安全防水岩柱厚度。根據定義，突水系數及安全防水岩柱厚度（H_s）表達式分別為

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式（4－23）和式（4－24）中：P₀為臨界水壓力（MPa）；P為隔水層承受水壓力（MPa）；M₁為隔水層厚度（m）；M₀為礦壓對底板破壞的最大深度（m）。

斯烈薩列夫隔水層底板臨界厚度（t）的計算公式為

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式中：L為巷道底寬或回採工作面最大控頂距離（m）；γ為隔水層容重（t/m³）；K為隔水層抗張強度（t/m²）；其他符號意義同前。

再計算安全防水岩柱厚度（H_a），公式為

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當L不大時，M₀→0，則H_a＝t。

礦層位於導水斷層下盤時，礦（岩）柱的留設除按式（4－21）計算順層安全防水礦柱外，還需計算導水裂隙帶與斷層保持一定安全厚度的防水岩柱時，順層防水礦柱寬度（圖4－12）。比較兩者大小，取大值。計算公式為

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式中：L為順層防水礦柱寬度（m）；L₁、L₂、L₃分別為順層防水礦柱分段寬度（m）；H_a為斷層安全防水岩柱寬度（m）；H_ml為導水冒裂帶高度（m）；θ為斷層面與煤層的銳夾角（°）；δ為走向塌陷角（°）。

礦層位於不導水斷層上盤時，礦（岩）柱留設根據斷層兩盤的礦層與含水層的相對位置可分為：含水層高於冒裂帶高度、含水層處於冒裂帶中和含水層低於礦層等3種情況。

（3）礦井注漿堵水

注漿堵水就是將制好的漿液壓入井下圍岩裂隙或巷道中，使其擴散、凝固和硬化，從而提高岩層強度、完整性和不透水性，從而達到封堵、截斷補給水源和加固圍岩的目的，也是礦井防治水害的重要手段之一。目前已廣泛用於礦井井筒注漿、封堵突水點、恢復被淹礦井，在帷幕注漿堵水截流減少礦井涌水量，底板注漿加固防止突水等方面，已取得良好的效果。

1）注漿材料與注漿工作程序。

A.注漿材料：注漿材料的選擇應根據注漿堵水的目的、地質條件、施工條件、注漿工藝和投資多少等諸多因素決定。一般情況下，凡是水泥漿能解決問題的，盡量不採用化學漿。化學漿主要用於彌補水泥漿的不足，解決一些水泥漿難以解決的問題。當地下水流速小於25m/h時，採用單液水泥漿；流速大於25m/h時，採用水泥、水玻璃雙液漿。用於底板岩溶、斷層破碎帶的注漿堵水及處理井下突水事故時，多採用先灌注惰性材料（如砂、爐渣、礫石、鋸末等）充填過水通道，縮小過水斷面，然後灌注快凝水泥、水玻璃漿液，再用強度較高的化學漿進一步封堵。

B.注漿工作程序：

a.注漿段高和注漿方式。注漿段高是指一次注漿的長度，可分為全段一次注漿和分段注漿兩種。前者是在注漿孔終孔後進行一次性注漿，適用於含水層距地表近、厚度不大、裂隙發育較均勻的岩層。其優點是一次鑽進，一次完成注漿，可縮短施工時間；缺點是段高大時，不易保證質量。當岩層吸漿量大時，要求注漿設備能力大，易出現不均勻擴散，影響注漿堵水效果。當注漿深度較大且穿過裂隙大小不同的多個含水層時，為防止漿液在大裂隙擴散遠、小裂隙擴散近，或上部岩層的裂隙進漿多、下部岩層裂隙進漿少等問題，宜採用後者，即分段注漿。段高可按岩層破碎程度劃分，我國經驗數據是：極破碎岩層一般為5～10m；破碎岩層為10～15m；裂隙岩層為15～30m；重復注漿可取30～50m。注漿方式是指注漿順序，分下行式和上行式兩種。自上而下依次注漿稱為下行式注漿，即從地表鑽進含水層開始，鑽一段，注一段漿，反復交替，直至全孔。其優點是：上段注漿後，下段高壓注漿時，不跑漿，上段同時獲得復注，注漿堵水效果好；缺點是：鑽孔與注漿交替進行，工期長。該方式適用於岩層破碎或裂隙發育的地層。自下而上的注漿稱為上行式注漿，即在注漿孔鑽進結束後，使用止漿塞，自下而上逐段注漿。優點是無重復鑽進，能加快注漿速度。該方法適用於岩層較穩定，垂直節理不發育的地層。

b.注漿前壓水。目的在於將裂隙中松軟的泥質充填物推送到注漿范圍以外，使漿液進入裂隙後增加填充的密閉性和膠結強度。對於大裂隙，壓水時間約為10～20min，中小裂隙則需15～30min或更長。重復注漿鑽孔壓水時間適當延長，一般為30～60min。壓水時，壓力應由小增大，最大不得超過注漿終壓。

c.下放止漿塞及注漿。止漿塞放至規定位置後，接好輸漿管，壓縮漿塞止漿並經壓水試驗檢查後，即可進行注漿。注漿過程中應特別注意堵漿、跑漿及冒漿，並採取措施保證注漿工作順利。

C.注漿參數：

a.漿液擴散半徑。裂隙中漿液的擴散半徑隨岩石的滲透系數、注漿壓力、注漿時間的增加而增大，隨漿液的濃度和粘度的增加而減小。據實際經驗，岩溶地層的漿液平均擴散半徑為10～15m，裂隙地層平均為4～8m。

b.注漿壓力。注漿壓力對漿液的擴散影響很大。經驗表明，隨著注漿壓力的提高，填充物質的強度急劇增加，這就保證了填充物具有足夠強度和不透水性。當地下水流速大時，應設法增加漿液的流動阻力，則需降低注漿壓力。合理運用注漿壓力是注漿的關鍵，宜根據水文地質條件選擇注漿壓力，如有的地區選用注漿壓力為靜水壓力的2～2.5倍，有的則根據岩石裂隙採用合適的壓力值。

c.漿液注入量。可根據擴散半徑和岩石裂隙率進行粗略計算，計算公式為

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式中：Q為漿液注入量（m³）；r為漿液擴散半徑（m）；n為裂隙率，一般取1％～5％；H為注漿段長度（m）；β為漿液在裂隙內的有效充填系數，約為0.3～0.9，視岩層性質而定。

2）井筒注漿堵水。井筒注漿堵水一般可分為井筒地面預注漿、井筒工作面注漿兩種方式。

井筒地面預注漿就是在井筒開鑿前，從地面打孔，採用閉合帷幕方式進行預先注漿，封堵含水層中的孔隙、裂隙、溶洞，將水隔離於井筒開鑿范圍以外，保證井筒施工順利進行。該方法適用於含水層較厚且離地表較近，或含水層較薄且層數多的水文地質條件，它具有施工條件好、速度快、不佔施工工期等優點。

A.注漿孔的布置：一般多呈外環式布孔。即注漿孔布置在井筒毛斷面（荒徑斷面）的外圍，由注漿孔組成注漿外環。外環圈的直徑大於井筒荒徑0～1m，各孔的間距不應小於3～4m。對裂隙小、耗漿少的地層，間距可略大些（圖4－13）。

圖4－13 外環式注漿孔布置

注漿孔孔數的確定與岩石裂隙發育程度、井筒斷面、注漿泵能力等因素有關，可由下式確定：

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式中：N為注漿孔數（個）；D為井筒掘進直徑（m）；L為注漿孔間距，一般取3～5m；A為注漿孔至井筒掘鑿邊界距離（m），一般取0.5～1.5m，當注漿孔深度小於200m時，且鑽孔水平偏距不大時，A值可取小些。

注漿孔應按由稀到密的原則分組施工，待第一組鑽孔施工並注漿完畢後，再進行第二組，依此類推。這樣可根據施工和注漿情況，檢查注漿效果和修改必要的注漿參數，如調整孔距、漿液濃度、注漿段長度等，也便於鑽機交叉施工。注漿孔結構應盡量簡單，在鑽機設備能力允許的條件下，終孔直徑盡可能大些，一般以不小於89～108mm為宜。

B.井筒工作面預注漿：該方法是在井筒掘進工作面鑿至距含水層尚有一定距離處，停止掘進，從工作面上打鑽至含水層預先注漿堵水。優點是可節省鑽孔工程量及鑽進時間、漿液消耗量低、對上段岩層情況和注漿效果檢查直觀，還可作為下段注漿施工參考的依據；缺點是鑽孔注漿在工作面進行，場地小、施工不便、鑽孔直徑和深度均受到限制，而且佔用建井工期。

3）突水點（口）注漿堵水。礦井因突水事故被淹沒後，可以採取強排疏干法和注漿堵水法，使其恢復生產。強排疏干法即利用大流量水泵（水泵排水量要大於礦井突水後的總涌水量）強行排水，並採取相應措施恢復生產。它適用於突水點（口）涌水量和含水層靜儲量小、礦井排水設備及電力供應條件好、排水後對工農業和居民用水無影響等條件下。注漿堵水是指用各種方法和材料（水泥、水玻璃、化學材料等）堵塞井下突水點，切斷通道和水源，增加突水點及其周圍岩層和隔水層的強度，故又稱為突水點（口）注漿堵水。適用於突水點埋藏深且涌水量大、井巷斷面有限、不能安裝大型排水設備、突水點水源與工農用水和居民供水屬同一水源、排水後會引起水源地枯竭或產生環境水文地質問題時。

按注漿孔的位置，突水點（口）注漿堵水可分為地面注漿堵水和井下注漿堵水。按堵水的先後順序，突水點（口）注漿堵水分為先堵後排法和先排後堵法。我國淹沒礦井恢復注漿堵水常採用的是地面注漿先堵後排法。

A.注漿堵水前的水文地質工作。注漿堵水時應解決的問題是：井下突水點的具體位置在哪裡？在什麼部位注漿效果最好？根據什麼原則布置勘探注漿孔？突水點堵水效果如何判斷等。為了正確選擇堵水方案，確保注漿鑽孔能命中堵水的關鍵地點或部位和正確評價堵水效果，一般需進行下列水文地質工作：

a.分析已有水文地質資料，進行野外地質調查，補充必要的勘探工作，查清突水點的位置，確定或判斷突水水源，查明突水點附近斷裂構造與含水層的特徵及岩溶發育程度和規律，分析突水點與它們之間的水力聯系等。

b.測定地下水流速、流向和地下水的水質與水溫。

c.布設地下水動態觀測網，進行堵水前、後和堵水過程中的動態觀測，並編制注漿觀測孔歷時曲線和等水位（壓）線圖。

d.利用鑽孔和被淹礦井抽（放）水試驗，進一步分析各含水層與突水點（口）的水力聯系，並利用注漿工程前後放水資料對比，評價堵水效果。

e.注漿前必須進行沖洗鑽孔及壓水試驗。沖洗鑽孔的目的是疏通岩層的空隙通道，有利於漿液擴散與膠結圍岩，提高堵水效果；通過壓水試驗可計算岩層單位吸水量、了解岩層的滲透性，以選擇漿液材料及其濃度與壓力。

B.待封堵於井巷內的水停止流動後，在接近防水閘門的正常巷道內向出水點附近的斷層或含水層打注漿孔，並用高壓注漿泵注漿，以封堵水源和加固突水點周邊的圍岩。