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采矿冶金

  • 煤矿巷道突水机理及防治技术

    类型:专利
    成熟度:正在研发
    专利号/型号:
    交易方式:
    简介: 我国水害矿区巷道掘进及灾害防治。我国煤矿赋存地质条件极为复杂,加之浅部资源日益枯竭,井田向大埋深、高地应力、强富水区域发展。受地质条件与开采历史影响,我国煤矿受水威胁的面积、类型与水害威胁程度都是世界罕见的。在煤矿突发事故(除顶板)造成人员财产损失中,瓦斯爆炸排在第一位,水害排在第二位,水害在非煤矿山中占第一位。我国煤矿水害类型包括华北石炭-华北石炭-二叠纪煤田的岩溶-裂隙水水害区、华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区、东北(含内蒙)和西北侏罗纪煤田的砂砾岩裂隙水水害区以及西南、滇西中生代每天的裂隙水水害区等,此外煤矿还普遍面临着老空水的严重威胁。导致煤矿水害事故发生的直接原因涉及工程水文地质条件、采矿设计、防治措施与采动矿压破坏等因素。据统计,“十一五”期间,全国煤矿共发生水害事故 306 起,死亡 1325 人,非煤矿山更为突出。比较著名的煤矿突水事故有:2010 年 3 月 28 日,王家岭煤矿采掘过程中老空区积水突入矿井造成淹井特大事故,37 人遇难;2007 年 8 月 17 日,集中强降雨诱发河堤溃坝,地表水直接灌入矿井,造成矿井 4 个水平全部被淹,172 人遇难;2010 年3 月 1 日骆驼山煤矿采掘过程中煤矿底板奥陶纪灰岩高压岩溶水突出,造成 32 人遇难。煤矿巷道突水机理及防治技术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,适于在水害威胁大的矿区推广使用,另外本技术还适合于在岩溶地区的隧道及地下工程中推广应用。
  • 详细内容
    (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。

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