(一)基本原理
针对我国煤矿赋存地质条件极为复杂,矿井水害造成人员财产损失严重的问题,对各类煤矿水害区(华北石炭-华北石炭-二叠纪煤田的岩溶-裂隙水、华南晚二叠纪煤田的岩溶水和西北侏罗纪煤田的砂砾岩裂隙水)开展了巷道断层型突水和裂隙型突水的灾变演化和动力失稳机理研究。基于我国煤矿巷道突水事故资料的深入分析,首先明确了煤矿巷道水害类型及分布,分析了突水的各种条件(富水层或水体、动力源或水压、突水通道),揭示了突水主控因素(致灾因素和防突因素)的主要特征。从煤矿水害防治原
则、多种方法预测预警和水害治理技术(疏水降压、注浆改造、帷幕截流、注浆堵水、留设煤柱)等角度提出了煤矿巷道水害综合防治技术体系,解决了煤矿巷道突水灾害防治的技术问题。
(二)关键技术描述
(1) 巷道致灾构造综合物探方法
本课题通过以突破含水构造空间位置、赋存形态的定量描述和水量的定量预报为目标,将探测断层、陷落柱等构造的地震法、探查导水断层、溶洞等含水体的电法和探查区域性富水构造等含水层的电磁法进行深度综合,建立基于多元地球物理信息联合反演理论的突水灾害源综合定量超前预报方法及集成系统,为巷道突水灾害源的超前预报定量识别、监测预警与灾害控制提供科学方法。
(2) 巷道突水在害防治技术
①疏水降压:根据物探方法探测的致灾构造形态和补给条件,在具有足够排水能力且经济合理的条件下选用;
②在承压含水层周边构筑止水帷幕,截断井田区域径流补给,改造井田含导水构造, 保障下组煤安全开采与解放可采储量;
③注浆堵水作为超前改造的一种补充手段,对于涌水量不大的地层可先行通过后注浆堵水,注浆堵水难度和成本通常远大于超前改造。
(三)工艺流程
(1) 涌水治理基本原则如下。
①先分类,后治理:对围岩类型和含水构造进行分类,针对性制定相应的治理方案。
②先探测,后封堵:物探钻探等方法确定通道及裂隙展布,为钻孔布置提供依据(关键孔)
③先引排,后注浆:钻孔引流、降低治理区域水量,利于浆液扩散与留存封堵。
④先加固,后止水:破碎围岩先期加固,提高强度,保证注浆安全,解决跑串浆。
⑤先试验,后施工:连通、材料选择配比试验,提出注浆施工相关参数。
(2) 结合地质分析、物探与钻探、连通试验,查明含导水构造基本特征:水源— 水压—水量—导水通道。
(3) 各类注浆设计关键技术:①富水断层破碎带涌水型,②节理裂隙涌水型,③ 管道或溶腔涌水型,④孔隙和微裂隙涌水型。
(4)以地质资料、探测资料、监测信息、试验研究及施工反馈信息指导后续施工, 以关键孔为载体进行设计的综合治理技术体系见图 1。