矿井突水相关知识点培训

① “矿井涌水”、“突水”、“透水”的区别是什么

“矿井涌水”：水从巷道的地板或者顶板流出，注意：是流出，也可以理解为是水从煤壁裂内隙容中不断渗出，只不过量稍微大点而已；

“矿井突水”：水挖到带压水了，注意：是带压水，水是带着压力的，就和煤与瓦斯突出一样，不过换成了水，压力很大，一般是奥灰水；

“矿井透水”：挖到积水了或者是地下河流的主流了，但是也没有什么压力，比涌水要严重。

② 矿井突水

矿井突水事故的发生也严重破坏着地下水资源，给国家财产及人民生命带来严重损失。如1935年5月13日山东淄博北大井煤矿发生重大突水，溃水巷道的瞬时水量达443m³/min，仅78h就使矿井全部淹没，538名矿工遇难，这是震撼世界的煤矿灾害事故。河北开滦范各庄煤矿于1984年6月2日发生在2171工作面的岩溶陷落柱突水，突水高峰期平均涌水量达到2053m³/min，造成范各庄矿和吕家坨矿淹没。突水点水位由+7m降到-310m，降深317m。距出水点12.5km的观测孔水位下降达51.44m，由于地下水位下降，使20万居民的供水中断，这次突水估计损失达40亿元之巨，更严重的是11名矿工死亡。1985年5月14日，山东淄博市夏庄煤矿二立井-430米水平遇断层突水，初期突水量66.7m³/min，距突水点370m远的34号观测孔水位迅速下降184.35m，影响半径达5.7km，不到半个月时间，城区部分水井水位受影响迅速下降，吊泵、枯井连连出现，供水紧张。河南焦作中马村矿，1958年两次突水淹井，水量最大时为104m³/min，8年后经过注浆堵水、排水后又恢复了生产。由于基本矛盾没有解决，1985年11月15日又发生突水，水量增至150m³/min，矿井再一次淹没。1979年3月9日河南焦作演马庄矿发生断层突水，水量达240m³/min，其影响范围迅速波及全区，并沿凤凰岭断层形成一个下降幅度大于1m的低水位槽，1985年5月又在原突水点发生特大型突水淹井事故，突水量达320m³/min。河北峰峰一矿1960年6月1532工作面奥陶系灰岩水突出，突水量达150m³/min。江苏徐州矿区张集煤矿于1997年2月18日发生底板奥灰岩溶含水层突水，最大突水量达402m³/min^［100］。徐州大黄山煤矿于2000年1月11日发生突发透水事故，突水量达80m³/h，造成22人死亡的特大事故。山东肥城煤田郭家庄矿于1993年1月5日在-210m北大巷沿7煤掘进过程中，发生大型突水，涌水量达549.5m³/min^［102］。

国外由于没有做好矿床水文地质工作而使矿井发生灾害的事故也很多，例如南非西德里西丰泰茵金矿1968年10月26日发生突水，水量30万m³/d，三天以后把东区（四号竖井）淹没，西区也受淹，全矿85%工作面处于水下；日本常盘煤矿1913年发生突水，水量达850m³/min，顷刻之间采场全部被淹；匈牙利多罗格煤田至1979年曾发生50次局部或全部淹井事故^［103］。

据不完全统计，自建国以来至1988年，北方已发生岩溶水灾害性突水事故130次，淹没矿井60次，局部淹井70次。

③ 矿井出现突水怎样逃生

采掘工作面或其它地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆。

④ 矿井突水特征

郑州矿多次矿井突水资料表明，太原群L_7—8灰岩水未疏放前突水矛盾主要表现在工作面。L_7—8灰岩水疏放后，工作面突水基本减少，突水主要表现在开拓、掘进的大巷中，在巷道掘进时，突水点、突水带往往与断层或张性裂隙发育有关，各矿矿井突水点主要分布在下列构造部位：

（1）正断层的上盘，本矿区广泛发育着东西或北西西向正断层，上盘在相对下降过程中，产生较多的张裂隙，因此正断层上盘灰岩富水性强，如王沟矿三号井绞车道下部车场施工在接近五里店断层上盘时，发生底崩现象，混黄色的浊水伴着巨响涌入巷道，推倒支架4棚，4个突水点总突水量1400m³／h，淹井两年之久。东风矿太平水仓遇染匠沟断层上盘，突水800m³／h，造成淹井事故，其他一些遇正断层突水点也基本是属这种情况。

（2）断层交叉处，断层交叉部位往往是应力集中区，岩石破碎最为严重的地段，因此，这种地段极易突水，如米村矿东大巷尽头发育有东西向和北东向两条断层，其交叉点即为突水位置，突水量260m³／h。

（3）构造裂隙密集发育段，任何坚硬的岩层（如本区的灰岩）都发育着不同性质和不同规模的裂隙，特别是溶蚀裂隙，往往是突水通道。米村矿东大巷水闸门西100m处发育3条北西西向张裂隙，向下沟通奥灰含水层，突水时最大水量4515m³／h，稳定水量420m³／h。据统计全矿区68.9%的突水点就发生在裂隙发育的部位上。

（4）底板隔水层构造变薄或原生变薄部位，隔水层厚度对抵抗地下水压起着关键的作用。本区芦沟、裴沟、超化等井田地下水压大，在隔水层变薄处就有可能突水，如超化矿西大巷6号交叉点，巷底距L₇灰只有6.3m，水压20kg／cm²，1987年1月掘进到此地段时发生突水，突水量205m³／h，芦沟矿、杨家洼矿等因隔水层薄而突水也经常发生。

（5）小背斜轴部，这里裂隙发育密集，易于突水，超化矿区黄固寺背斜曾发生突水，使黄固寺矿被淹至今。

（6）小向斜褶皱两侧，向斜核部由于两翼向核部流动的砂泥岩充填了横张裂隙、扭动裂隙，所以透水性弱，相反向斜两侧裂隙充填性差，富水性相对较强，大平矿比较典型，几个小型向斜褶皱两侧多次发生涌水，总涌水量为68.6m³／h。

本区比较大的突水之初都有“底鼓”现象发生，芦沟矿东大巷在-8m水平掘进到L₇与L₆灰之间发生“底鼓”现象，半小时内巷道“底鼓”1.25m高，两帮剧烈片帮，接着突水，水量250m³／h，稳定在200m³／h；再如：米村矿1972年1月东大巷突水前也是先发生“底鼓”，而后大量涌出混黄色水。

突水时水量变化特点是，较大型突水显示开始突水量大，继而逐渐减少至稳定，这是地下水动、静储量都参与突水的表征，一般中小型突水，突水水量是由小到大又降至稳定，这是反映导水裂隙或断层充填物逐步被带出，突水以动储量为主的特点。

由于灰岩岩溶发育的不均一性，反映了地下水网络系统的复杂性，不同的突水点，都有一定的补给范围，范围内有新突水点出现往往对老突水点有水量“袭夺”现象，方向是向水源主要补给方向转移，如超化矿西风井，井筒掘进中，深部突水点对浅部水点呈完全“袭夺”状态，即深部出水，浅部水点干涸，井筒总水量增加不明显，芦沟矿东翼A₃石门-11m标高突水500m³／h，当在其160m远的21车场（-9m水平）和在其330m远的东大巷（-8m水平）相继突水时，A₁石门水量不断被“袭夺”，所余水量只有200m³／h。

另一情况是突水点间关系不明显，就是在相距很近的同一条巷道亦是如此，如超化矿东风井，由浅而深掘进，不断有新突水点出现，水量41～188m³／h，深部后出现的突水点对浅部老突水点呈部分“袭夺”，这种情况可能是反映突水点补给水源充沛，也可能是水点间的水力联系不够密切。

总之，本区各矿反映的突水特征，表征着矿区复杂的水力关系，系统的研究将有助于突水预报。

⑤ 矿井突水与预测

矿井建设前，一般要根据勘探阶段预测的矿坑涌水量设计相应的排水工程。因此，矿山开采时的正常涌水量，一般不会影响正常的采矿工作。采掘工作中最可怕的是突发性的突水，当突水量超过正常排水量时，则会导致灾害事故的发生。因此，防治矿井突水，是矿床水文地质人员的又一项重要任务。

一、矿山巷道突水类型与突水过程

按采矿工序，可将巷道突水分为“掘进突水”和“回采突水”两类。通常，掘进突水发生频率比回采突水大，如河北井陉煤矿，两种突水发生次数之比为1∶2.7。按突水与掘进工程进行的时间关系，又可把巷道突水划分为“突发型突水”和“滞后型突水”（即在采掘工作进行之后发生的突水）。突发性突水的突水量一般来势凶猛，并很快达到高峰值，常有岩块泥沙冲出；滞后突水，突水量通常由小而大，高峰值有段滞后时间（由数小时到数日，甚至数年）。此外，按矿井突水量最大峰值，还可把突水划分为特大型、大型、中型和小型四类：特大型突水的水量为≥30 m³/min；大型突水水量为30～10 m³/min；中型突水水量为10～1 m³/min；小型突水水量≤1 m³/min。最后，按突水与地质构造关系，还可把突水划分为构造突水和非构造突水两类。据统计，采掘面突水，有80%～90%与断层或褶皱构造有关。

二、造成巷道突水的力源

矿山巷道突水，一般有以下几种力源：

（1）静水压力：在隔水层厚度不变化的情况下，深度越大，井巷承受的静水压力越大，突水几率越高。

（2）动水压力：动水压力一般随着岩石渗透性和渗透流量的增强而加大。

（3）矿山压力：它是在矿山井巷开拓后出现的，它对采场围岩起到破坏作用，从而降低岩层的隔水性能，在矿山应力集中的地方易发生突水。

（4）地应力（现代和残余构造应力）：在现代构造应力集中的地方，易产生地震，也易发生突水。

在上述四种力源中，矿山压力和水压力是采场围岩破坏和造成突水的主要力源，它们随着采掘工作面的推进而加大。地应力只有在条件适当时才起作用。

三、巷道突水预测

巷道突水可分为顶、底板突水与侧向突水两种方式。现分别研究其突水产生条件和突水的预测方法。

图7-1为典型岩溶充水矿床的示意剖面图。矿层中井巷的开拓，必然使承压含水层静水压力（H_突）与隔水层重力（rt）和抗张强度（K_p）间的天然平衡关系遭到破坏。在井巷周围出现“矿山压力”现象。这时，巷道顶、底板的受力情况，可概化为两端固定，均布荷重的梁（见图7-1和7-2）。В.Д.斯列萨列夫按梁和强度理论，得出顶、底板理论安全水压值的理论计算公式（7-1）和防止巷道侧向突水的隔水层安全宽度计算公式（7-2）。

图7-1 巷道顶底板安全水压值计算示意剖面图

现代水文地质学

式中：P_1理安——巷道前方或侧帮承受的静水压力（Pa），以水柱高度表示（m）；

L——巷道高度（m）；

a——前方或侧帮隔水层或矿柱的宽度（m）；

K_P——隔水层或矿柱的平均抗张强度（Pa）。

将它们和矿山巷道顶底板实际承受的水压值（或实际的巷道前方或侧向隔水层厚度）相比较，当理论安全值大于实际水压值时，则巷道不会发生突水，反之则可能发生突水。此外我国采矿部门依据实际突水资料，总结出以下预测巷道底板突水的经验公式（7-3）：

现代水文地质学

式中：K_临——临界突水系数（又称水压比或阻力系数）；

P——底板承受的静水压力；

M——隔水层厚度。

国内许多矿区依据突水和试验资料，已总结出适用于判断本矿区是否发生突水的临界经验突水系数值。例如焦作煤矿，在突水系数＞0.66的块段，则可能发生突水；而突水系数＜0.66的块段，则比较安全。

四、回采工作面突水预测

回采是指为采矿工作进行的井巷开拓任务完成之后，正式采出矿石的整个生产过程。回采工作面即采矿工作面。

回采采空区面积较大，且随着采矿工作的进行不断扩大。回采必然破坏矿岩受力的自然平衡状态，在巷道及采空区周围岩体中产生的矿山压力也将随之加大。如处理不当，在矿山压力和地下水压力的作用下则将导致巷道变形、冒顶、塌落、底鼓和突水、突泥砂及淹井事故的发生，其事故的规模和频率，常常要比井巷开拓阶段大得多。

回采工作面是否会产生突水，除与整个矿床剖面上的岩性、结构、构造、含水层埋藏条件和采矿方式等因素有关外，主要与顶板岩层冒落带（又称顶板破裂带）的高度和底板岩层破坏带深度有关。我国矿井水文地质工作者在总结分析了矿井回采突水事故基础上提出了建立在“功能转换”理论基础上的顶底板破坏带计算的半经验公式（胡宽王容等，1985年）。

为预测回采工作时顶、底板发生突水的危险程度，在以上采场围岩破坏带高度、深度计算的基础上，还必须根据顶板之上有无第四系松散层覆盖、覆盖层厚度、有无隔水层分隔、隔水层厚度、断裂发育等情况，结合破坏带是否达到主要充水含水层等情况，列出具体的突水判断标准，最后进行突水危险程度的评价。

⑥ 矿井突水点根据突水量大小共分几个等级

矿井突水点根据突水量大小共分4个等级，分别是小突水点、中突水点、大突水点、特大突水点。

⑦ 矿井突水淹井情况

1985年11月12日中马村矿23061工作面发生突水，水量达128m³/min，超过矿井排水能力，经全力抢救无效，于版11月权14日矿井淹没，淹井时全井涌水量达153m³/min，人员全部脱险。

23061工作面于1985年9月1日开始回采，10月13日采空面积2240m²时，发现底板出水，15时测得水量为2.88m³/min，22日减为1.49m³/min，取样化验水质与一水平东大巷L₈水质相似，11月12日早班一水平（-160m）东大巷下邦部L₈灰岩出水点水色变浑，呈土黄色。21 时发现工作面采空区向外流出水量增大，22 时30分测得水量为8.42m³/min，6时42分二三泵房（-250m）水泵停止运转，水位不断上涨，于14日2时水溢入一水平，流入水仓，此时全井总涌水量153m³/min，大大超过了排水能力，于14日7时3分电机进水，开关跳闸，矿井淹没。

⑧ 矿井突水是什么意思

就是矿井里面突然冒出大量的水来。
地下水是在地下对吧，矿井在地下回面把水隔离开，不让答地下水进入矿井的巷道。可是挖煤要不停的往前挖，你不知道前面是啥情况，有的时候就突然挖出大量水来，处理不当还会造成淹井，就是矿井下面填满水，使矿井废掉。

⑨ 煤矿矿井突水点台账怎么填

一般要求填写突水点位置，坐标及高程，突水类型，突水水源，突水通道，水位，突水前、回后的水位（水压）答，最大、最小及稳涌水量，突水时间、描述及危害程度，观测人，应采取的措施等。

另外，也可附上突水点位置平面图、突水巷道断面图，以及出水点简易地层柱状图。

⑩ 矿井突水的防治

（一）矿井突水及突水征兆

凡是井巷掘进或工作面回采过程中，接近或沟通含水层、被淹巷道、地表水体、含水断裂带、溶洞、陷落柱而突然产生的突水事故称为矿井突水。这是因为井下采掘活动破坏岩层天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱处进入采掘工作面。矿井突水的发生与发展有一个逐渐变化的过程，有的表现很快（一两天或更短）、有的表现较慢（采掘后数日至半个月），这与工作面具体位置、采场地质情况、水压力、矿山压力大小有关。从开拓工作面开始到产生突水事故期间，在工作面及其附近往往显示出某些异常现象，这些异常现象统称为“突水征兆”。

1.承压水和与承压水有关的断层水突水征兆

1）工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或折梁、断柱现象。

2）底软膨胀、底臌胀裂。这种征兆多在底板来压之后发生，且较普遍。在采掘面围岩内出现裂缝（特别是底板为脆性岩层），当突水量大、来势猛时，底臌胀裂的同时还伴有“底爆”响声。在受到压力最大地段，柔性岩层变薄；相应地，压力小的地段会出现增厚现象。

3）先出小水，后出大水。由出小水至大突水，时间长短不一。据统计，有1～2h至20～30d不等。如某煤矿某工作面1960年5月8日正式回采，6月2日发现工作面有底臌现象，在近F₁断层的溜子道的煤层由1.8m增厚至2.4m，到6月4日，采场底臌趋于明显，并出现一条长11m、宽0.1m的裂隙，先出风、后出水，底板破裂时产生巨响，涌水量达4.8m³/min。随着矿山压力的增大，底臌更加明显，裂缝增多、涌水量愈来愈大，6月5日23时涌水量达到70.2m³/min。突水水色开始为灰色，后转为棕黄色，不久变清。

4）采场或巷道内瓦斯量显著增大。这是因为裂隙沟通、增多所致。

2.冲积层水突水征兆

1）突水部位岩层发潮、滴水，且水量逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂。

2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时浑。总的趋势是水量、砂量增加，直到流砂大量涌出。

3）发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，导致地表出现塌陷坑。如吉林舒兰丰广矿三井二路石门，在揭露13层煤底板砂岩时，水、砂涌出，造成严重透水事故。最大涌水量为26m³/min，含砂量为60％，地表80m×700m的范围内先后出现大量塌陷坑。

3.老窑水突水征兆

1）矿层发潮、色暗无光。需挖去一薄层进行观察，若仍发暗，表明附近有水；若里面的矿体干燥、光亮，则是由附近顶板流下的“表皮水”所造成。

2）矿层“挂汗”。矿层一般不含水也不透水，若其上或其他方向有高压水，则在矿层表面会有水珠，似流汗一样。其他地层若有积水，也可能有类似现象。

3）采掘面、矿层和岩层内温度低———“发凉”。若走进工作面感到凉，且时间越长越感到凉；用手摸矿时，开始感到冷，且时间越长越冷，此时应注意可能会突水。

4）在采掘面的岩层内有“吱吱”的水呼声时，表示因水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，说明采掘面离水体不远，有突水危险。

5）老窑水呈红色，含有铁，水面泛油花，有臭鸡蛋味，口尝时发涩；若水甜且清，则是“流砂”水或断层水。

（二）矿井突水的防治

矿井突水的防治工作应以防为主，即矿井防水是有效防治矿井突水灾害的重要手段。矿井防水就是根据井田地质、水文地质条件构筑各种必要的工程设施，防止矿井大量涌水，发生突水事故。矿井防水的措施可概括为地面防水、井下防水两大类。

1.地面防水

地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水或地表水渗入井下，它是保证矿井安全生产的第一道防线，特别是以大气降水和地表水为主要充水水源的矿井尤为重要，常采用以下方法：

1）河流改道。矿区范围内有常年性河流流过且与矿井直接充水含水层接触，河水渗漏量大，是矿井的主要充水水源时，会给生产带来严重影响。这种情况下，可在河流进入矿区的上游地段筑水坝，将原河流截断，用人工河道将河水引出矿区。若因地形条件不允许改道，而河流又很弯曲时，可在井田范围内将河道截弯取直，缩短河道流经矿区的长度，减少河水下渗量。

2）铺整河底。矿区内有季节性河流、冲沟、渠道，当水流沿河床或沟底裂缝渗入井下时，则可在渗漏地段用粘土、料石或水泥修筑不透水的人工河床，阻止河水渗漏或减少渗漏量。

3）填堵通道。矿区内因采掘活动而出现的地面塌陷或地面开裂，经查明是矿坑涌水通道时，可用粘土或水泥填堵这些通道。对较大的溶洞或塌陷裂缝，可下部填碎石，上部用粘土覆盖，并分层夯实，要求填土层略高出地面，以防积水。

4）挖沟排（截）洪。地处山麓或山前平原区的矿井，因山洪或潜水涌入井下，而构成水害隐患或增大矿井排水量时，可在井田上方垂直来水方向沿地形等高线布置排（截）洪沟、渠，拦截洪水和浅层地下水，将其通过安全地段引出矿区。

5）排除积水。有些矿区开采后引起地面塌陷，塌陷坑内常年积水，且随开采面积增大，塌陷区范围增大，积水增多。此时，可将积水排走，造地复田，消除水害隐患。

上述这些方法，从施工角度都是可行的，但采取何种方法应视矿区具体条件而定，可以采用单一方法，也可采用多种方法综合防治。

2.井下防水

井下防水措施可归结为“查、探、堵、排”四个字，即查明水源、超前探放水、堵挡水源、排水降压。井下防水工程主要有防水闸门、防水矿（岩）柱、矿井注浆堵水等。

（1）防水闸门

防水闸门是井下防水的主要安全设施，以分区隔离为目的，可缩小灾情范围，控制水势危害。一般设计为人工启闭的弧形铁门，四周用混凝土墙加固，墙内镶有放水管及电缆、电话线管路等，水管一端进水并挖有水池，出水口设有阀门与压力表，放水时可观测水压和调整水量。闸门向来水方向打开，并能承受设计水压力。若水压高时，需用高压水闸门，构筑时，需对四周岩层注浆，并做耐压试验。目前我国矿井所用的防水闸门均为钢制，有平板型、圆弧拱型和膜型扁壳型3种基本类型，其中膜型扁壳型防水闸门具有门扇质量轻、抗压能力大、结构合理、技术先进等优点，深受矿山开采部门的欢迎。

防水闸门一般设置在井下运输巷内，正常生产时防水闸门敞开着，当水患突然发生时，可将防闸门关闭，切断水路。凡受水患威胁严重的矿井，在井下巷道布置和生产矿井开拓延伸或采区设计时，应在适当的地点预留防水闸门的位置，使矿井形成分翼、分水平或分区隔离开采。

1）防水闸门位置的选择至关重要，一般应考虑几方面问题：①防水闸门应设置在对水害具有控制作用的部位和井下重要设施部位（如井底车场出入口处），能使水害控制在尽可能小的范围内，并考虑即使水害发生，也能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。②防水闸门应设置在不受邻近采动影响的地点，以免破坏防水闸门的结构和闸门周边围岩的隔水性与稳定性，防止防水闸门关闭后高压水通过裂缝外泄。③防水闸门应建在围岩稳定性与隔水性好的地段（要求围岩硬度系数必须大于4），尽量避免在较弱岩层或矿层内砌筑。若必须在矿层中砌筑时，必须使闸身的混凝土结构和基岩结合成一体。④防水闸门应尽量修筑在单轨巷道内，以减少掘进量和防水闸门的规模。

2）防水闸门的分类。从使用的角度出发，防水闸门可分为临时性和永久性两种。若预计突水量不大，水头压力较小时，可修筑临时性防水闸门，一旦突水，临时性防水闸门可起缓冲作用，以便采取进一步的防治措施。永久性防水闸门投资大、施工要求高，只有在保证施工质量前提下，当关闭防水闸门后才能起到封堵水害的作用。

（2）防水矿（岩）柱

在地表水体周围、强含水层或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水溃入井巷，在可能发生突水处保留最小宽度（或厚度）的矿（岩）柱，这种为保证地下采矿工程地段的水文地质条件不致明显变坏而留设的最小宽度（或厚度）的矿（岩）柱称为防水矿（岩）柱。

1）防水矿（岩）柱的种类及留设原则，一般包括几个方面：①有突水威胁又不宜疏忽的地区，采掘时必须留设防水矿（岩）柱；②应在安全可靠的基础上，把矿柱厚度降低到最低程度，以提高资源利用率；③一个井田或一个水文地质单元内的防水矿（岩）柱，应在总体开采设计中确定，即开采方式和井巷布局与矿柱留设相适应，避免以后矿柱留设的困难；④多矿层地区防水矿（岩）柱留设必须统一考虑，以免某一矿层所留矿柱因另一矿层开采而遭破坏，致使整个防水矿（岩）柱失效；⑤同一地点若按不同条件留设矿柱时，最终选定留设矿（岩）柱的宽度，应满足所有条件；⑥留设防水矿（岩）柱所需数据，必须就地取得，邻区或外区数据仅供参考。若需采用其他地方的数据，应适当加大安全系数。

2）防水矿（岩）柱留设，包括两种方法。

A.断层矿（岩）柱的留设。矿层位于导水断层上盘时的矿（岩）柱留设，分两种情况。一是断层上盘矿层与下盘含水层接触或位于其上；二是矿层与导水断层接触，断层沟通地表河流且与下盘含水层接触，如图4－11所示。可利用均布荷载“简支梁”理论导出顺层防水矿（岩）柱宽度计算公式为

地质灾害防治技术

式中：L为顺层防水矿柱宽度（m）；M为矿层厚度或采高（m）；P为矿层所承受的水压（MPa）；K为矿层的抗张强度（MPa）；A为安全系数，一般取2～5，取值应考虑断层产状要素可靠程度、破碎带的宽度和强度、矿层变化及其强度值的可靠性、水压变化及其可靠程度、采后矿柱破坏情况等诸多因素。

图4－11 矿层位于导水断层上盘时的防水矿柱

当岩层倾角较大时，可用下式计算水平防水矿柱宽度：

地质灾害防治技术

式中：L_p为岩层倾角较大时，顺层防水矿柱的宽度（m）；L为顺层防水矿柱的宽度（m）；β为矿层倾角（°），当岩层与断层间夹角较小时，应考虑底板突水可能性，并用底板防水岩柱厚度来校验。校验时先确定底板防水岩柱，再根据矿层与断层间的夹角用下式计算顺层防水矿柱的宽度：

地质灾害防治技术

式中：H_a为安全防水矿（岩）柱宽度（m）；θ为矿层与断层夹角（°）；其他符号意义相同。

将式（4－21）和式（4－22）计算结果进行比较，取大值作为防水矿（岩）柱宽度的最终选定值。

图4－12 矿层位于导水下盘的防水矿柱图

B.安全防水岩柱厚度（H_a）确定方法。

a.根据矿井实际观测资料确定。H_a可根据各矿具体情况和经验确定，应大于隔水层受采动影响而遭到直接破坏的无效隔水层厚度。我国峰峰、焦作、淄博等矿区采煤对底板破坏深度为6～14m，有些地区大于14m，在无资料情况下，可利用直接破坏带厚度与采场岩体试验资料作为参考（坚硬岩层为11～20m，中硬岩为10～17m，软弱岩层为8～12m）。

b.突水系数（T_s）的估算。突水系数指突水点处突水临界水压力与其有效隔水层厚度的比值（MPa/m）。先根据矿区各突水点资料算出临界突水系数值，再利用突水系数值计算安全防水岩柱厚度。根据定义，突水系数及安全防水岩柱厚度（H_s）表达式分别为

地质灾害防治技术

式（4－23）和式（4－24）中：P₀为临界水压力（MPa）；P为隔水层承受水压力（MPa）；M₁为隔水层厚度（m）；M₀为矿压对底板破坏的最大深度（m）。

斯烈萨列夫隔水层底板临界厚度（t）的计算公式为

地质灾害防治技术

式中：L为巷道底宽或回采工作面最大控顶距离（m）；γ为隔水层容重（t/m³）；K为隔水层抗张强度（t/m²）；其他符号意义同前。

再计算安全防水岩柱厚度（H_a），公式为

地质灾害防治技术

当L不大时，M₀→0，则H_a＝t。

矿层位于导水断层下盘时，矿（岩）柱的留设除按式（4－21）计算顺层安全防水矿柱外，还需计算导水裂隙带与断层保持一定安全厚度的防水岩柱时，顺层防水矿柱宽度（图4－12）。比较两者大小，取大值。计算公式为

地质灾害防治技术

式中：L为顺层防水矿柱宽度（m）；L₁、L₂、L₃分别为顺层防水矿柱分段宽度（m）；H_a为断层安全防水岩柱宽度（m）；H_ml为导水冒裂带高度（m）；θ为断层面与煤层的锐夹角（°）；δ为走向塌陷角（°）。

矿层位于不导水断层上盘时，矿（岩）柱留设根据断层两盘的矿层与含水层的相对位置可分为：含水层高于冒裂带高度、含水层处于冒裂带中和含水层低于矿层等3种情况。

（3）矿井注浆堵水

注浆堵水就是将制好的浆液压入井下围岩裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，从而提高岩层强度、完整性和不透水性，从而达到封堵、截断补给水源和加固围岩的目的，也是矿井防治水害的重要手段之一。目前已广泛用于矿井井筒注浆、封堵突水点、恢复被淹矿井，在帷幕注浆堵水截流减少矿井涌水量，底板注浆加固防止突水等方面，已取得良好的效果。

1）注浆材料与注浆工作程序。

A.注浆材料：注浆材料的选择应根据注浆堵水的目的、地质条件、施工条件、注浆工艺和投资多少等诸多因素决定。一般情况下，凡是水泥浆能解决问题的，尽量不采用化学浆。化学浆主要用于弥补水泥浆的不足，解决一些水泥浆难以解决的问题。当地下水流速小于25m/h时，采用单液水泥浆；流速大于25m/h时，采用水泥、水玻璃双液浆。用于底板岩溶、断层破碎带的注浆堵水及处理井下突水事故时，多采用先灌注惰性材料（如砂、炉渣、砾石、锯末等）充填过水通道，缩小过水断面，然后灌注快凝水泥、水玻璃浆液，再用强度较高的化学浆进一步封堵。

B.注浆工作程序：

a.注浆段高和注浆方式。注浆段高是指一次注浆的长度，可分为全段一次注浆和分段注浆两种。前者是在注浆孔终孔后进行一次性注浆，适用于含水层距地表近、厚度不大、裂隙发育较均匀的岩层。其优点是一次钻进，一次完成注浆，可缩短施工时间；缺点是段高大时，不易保证质量。当岩层吸浆量大时，要求注浆设备能力大，易出现不均匀扩散，影响注浆堵水效果。当注浆深度较大且穿过裂隙大小不同的多个含水层时，为防止浆液在大裂隙扩散远、小裂隙扩散近，或上部岩层的裂隙进浆多、下部岩层裂隙进浆少等问题，宜采用后者，即分段注浆。段高可按岩层破碎程度划分，我国经验数据是：极破碎岩层一般为5～10m；破碎岩层为10～15m；裂隙岩层为15～30m；重复注浆可取30～50m。注浆方式是指注浆顺序，分下行式和上行式两种。自上而下依次注浆称为下行式注浆，即从地表钻进含水层开始，钻一段，注一段浆，反复交替，直至全孔。其优点是：上段注浆后，下段高压注浆时，不跑浆，上段同时获得复注，注浆堵水效果好；缺点是：钻孔与注浆交替进行，工期长。该方式适用于岩层破碎或裂隙发育的地层。自下而上的注浆称为上行式注浆，即在注浆孔钻进结束后，使用止浆塞，自下而上逐段注浆。优点是无重复钻进，能加快注浆速度。该方法适用于岩层较稳定，垂直节理不发育的地层。

b.注浆前压水。目的在于将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外，使浆液进入裂隙后增加填充的密闭性和胶结强度。对于大裂隙，压水时间约为10～20min，中小裂隙则需15～30min或更长。重复注浆钻孔压水时间适当延长，一般为30～60min。压水时，压力应由小增大，最大不得超过注浆终压。

c.下放止浆塞及注浆。止浆塞放至规定位置后，接好输浆管，压缩浆塞止浆并经压水试验检查后，即可进行注浆。注浆过程中应特别注意堵浆、跑浆及冒浆，并采取措施保证注浆工作顺利。

C.注浆参数：

a.浆液扩散半径。裂隙中浆液的扩散半径随岩石的渗透系数、注浆压力、注浆时间的增加而增大，随浆液的浓度和粘度的增加而减小。据实际经验，岩溶地层的浆液平均扩散半径为10～15m，裂隙地层平均为4～8m。

b.注浆压力。注浆压力对浆液的扩散影响很大。经验表明，随着注浆压力的提高，填充物质的强度急剧增加，这就保证了填充物具有足够强度和不透水性。当地下水流速大时，应设法增加浆液的流动阻力，则需降低注浆压力。合理运用注浆压力是注浆的关键，宜根据水文地质条件选择注浆压力，如有的地区选用注浆压力为静水压力的2～2.5倍，有的则根据岩石裂隙采用合适的压力值。

c.浆液注入量。可根据扩散半径和岩石裂隙率进行粗略计算，计算公式为

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式中：Q为浆液注入量（m³）；r为浆液扩散半径（m）；n为裂隙率，一般取1％～5％；H为注浆段长度（m）；β为浆液在裂隙内的有效充填系数，约为0.3～0.9，视岩层性质而定。

2）井筒注浆堵水。井筒注浆堵水一般可分为井筒地面预注浆、井筒工作面注浆两种方式。

井筒地面预注浆就是在井筒开凿前，从地面打孔，采用闭合帷幕方式进行预先注浆，封堵含水层中的孔隙、裂隙、溶洞，将水隔离于井筒开凿范围以外，保证井筒施工顺利进行。该方法适用于含水层较厚且离地表较近，或含水层较薄且层数多的水文地质条件，它具有施工条件好、速度快、不占施工工期等优点。

A.注浆孔的布置：一般多呈外环式布孔。即注浆孔布置在井筒毛断面（荒径断面）的外围，由注浆孔组成注浆外环。外环圈的直径大于井筒荒径0～1m，各孔的间距不应小于3～4m。对裂隙小、耗浆少的地层，间距可略大些（图4－13）。

图4－13 外环式注浆孔布置

注浆孔孔数的确定与岩石裂隙发育程度、井筒断面、注浆泵能力等因素有关，可由下式确定：

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式中：N为注浆孔数（个）；D为井筒掘进直径（m）；L为注浆孔间距，一般取3～5m；A为注浆孔至井筒掘凿边界距离（m），一般取0.5～1.5m，当注浆孔深度小于200m时，且钻孔水平偏距不大时，A值可取小些。

注浆孔应按由稀到密的原则分组施工，待第一组钻孔施工并注浆完毕后，再进行第二组，依此类推。这样可根据施工和注浆情况，检查注浆效果和修改必要的注浆参数，如调整孔距、浆液浓度、注浆段长度等，也便于钻机交叉施工。注浆孔结构应尽量简单，在钻机设备能力允许的条件下，终孔直径尽可能大些，一般以不小于89～108mm为宜。

B.井筒工作面预注浆：该方法是在井筒掘进工作面凿至距含水层尚有一定距离处，停止掘进，从工作面上打钻至含水层预先注浆堵水。优点是可节省钻孔工程量及钻进时间、浆液消耗量低、对上段岩层情况和注浆效果检查直观，还可作为下段注浆施工参考的依据；缺点是钻孔注浆在工作面进行，场地小、施工不便、钻孔直径和深度均受到限制，而且占用建井工期。

3）突水点（口）注浆堵水。矿井因突水事故被淹没后，可以采取强排疏干法和注浆堵水法，使其恢复生产。强排疏干法即利用大流量水泵（水泵排水量要大于矿井突水后的总涌水量）强行排水，并采取相应措施恢复生产。它适用于突水点（口）涌水量和含水层静储量小、矿井排水设备及电力供应条件好、排水后对工农业和居民用水无影响等条件下。注浆堵水是指用各种方法和材料（水泥、水玻璃、化学材料等）堵塞井下突水点，切断通道和水源，增加突水点及其周围岩层和隔水层的强度，故又称为突水点（口）注浆堵水。适用于突水点埋藏深且涌水量大、井巷断面有限、不能安装大型排水设备、突水点水源与工农用水和居民供水属同一水源、排水后会引起水源地枯竭或产生环境水文地质问题时。

按注浆孔的位置，突水点（口）注浆堵水可分为地面注浆堵水和井下注浆堵水。按堵水的先后顺序，突水点（口）注浆堵水分为先堵后排法和先排后堵法。我国淹没矿井恢复注浆堵水常采用的是地面注浆先堵后排法。

A.注浆堵水前的水文地质工作。注浆堵水时应解决的问题是：井下突水点的具体位置在哪里？在什么部位注浆效果最好？根据什么原则布置勘探注浆孔？突水点堵水效果如何判断等。为了正确选择堵水方案，确保注浆钻孔能命中堵水的关键地点或部位和正确评价堵水效果，一般需进行下列水文地质工作：

a.分析已有水文地质资料，进行野外地质调查，补充必要的勘探工作，查清突水点的位置，确定或判断突水水源，查明突水点附近断裂构造与含水层的特征及岩溶发育程度和规律，分析突水点与它们之间的水力联系等。

b.测定地下水流速、流向和地下水的水质与水温。

c.布设地下水动态观测网，进行堵水前、后和堵水过程中的动态观测，并编制注浆观测孔历时曲线和等水位（压）线图。

d.利用钻孔和被淹矿井抽（放）水试验，进一步分析各含水层与突水点（口）的水力联系，并利用注浆工程前后放水资料对比，评价堵水效果。

e.注浆前必须进行冲洗钻孔及压水试验。冲洗钻孔的目的是疏通岩层的空隙通道，有利于浆液扩散与胶结围岩，提高堵水效果；通过压水试验可计算岩层单位吸水量、了解岩层的渗透性，以选择浆液材料及其浓度与压力。

B.待封堵于井巷内的水停止流动后，在接近防水闸门的正常巷道内向出水点附近的断层或含水层打注浆孔，并用高压注浆泵注浆，以封堵水源和加固突水点周边的围岩。