承压水的特点与监测布控项目研究报告教材.docx

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承压水的特点与监测布控项目研究报告教材

承压水的特点与监测布控

项目研究报告

河南平禹新凯煤业有限公司

二O一二年二月

承压水的特点与监测布控

项目研究报告

1、概况

新凯煤业，主要开采二1煤层，根据勘探工程，矿井地质报告，瞬变电磁二1煤底部灰岩岩溶水分布规律研究与治理及矿井揭露等已掌握资料分析，区内大中型构造较多，地质及水文地质条件复杂，煤层顶板砂岩水及底部灰岩岩溶水对采掘生产影响较大，特别是底部灰岩岩溶水。

由于长期受底板灰岩承压水影响，工作面向下布置困难。

掌握承压水的特点并对其进行监测布控有助于下一步防治水工作的开展及采掘活动的安全。

二、矿井二1煤底板承压水的特点

经对矿井水文地质条件、充水水源、充水因素、充水强度及危害程度全面总结分析表明，矿井主要涌水来源为底板水，次为顶板淋水。

对老空水进行水质全分析，发现其主要来源也是二1煤层底板灰岩承压水，这就说明矿井主要涌水来源为矿井承压水。

矿井实测正常涌水量74m³/h，最大涌水量105m³/h。

预测矿井正常与最大涌水量分别为121m3/h和242m3/h。

其中，煤层顶板砂岩裂隙水及煤层底板石炭系太原组上段灰岩水，均以弱富水为主，即便发生出水，水量在可控制范围以内，在正常的防治措施情况下，一般对矿井安全生产构不成危害。

老空水，由于积水范围大，且位置、积水量及通道难以准确确定，是构成对矿井安全生产的主要隐患；煤层底板间接含水层寒武系灰岩承压水，可通过断裂构造对矿井充水，由于含水层厚度大，储水空间大，一旦发生突水，将对矿井安全构成严重危害。

1、石炭系太原组灰岩承压水的特点

上段灰岩主要由L5～L11五层深灰色隐晶质石灰岩组成，夹砂质泥岩和细粒砂岩，含薄煤六层（一14～一19），其中L10和Lll不稳定，顶部为灰黑色致密状菱铁质泥岩，其中L8、L9层位稳定并常常合层，裂隙多被方解石充填。

该段厚20～37m，一般厚度27m。

单位涌水量0.000847～0.0263L/s·m，渗透系数为0.062～O.18m/d，该层上距二l煤层一般12～16m，富水性弱，导水性弱～中等，是二l煤层底板直接充水含水层。

充水形式以裂隙涌水为主，出水点的初始水量较大，但衰减很快。

下段灰岩由四层深灰色灰岩（L1-4）组成，L4上距二l煤层42m。

其间太原组中段砂泥质岩段隔水层，阻隔了其与太原组上段灰岩含水层间的水力联系，是二l煤层底板间接充水含水层，涌水量达到50m3/h以上。

石炭系太原组灰岩井田范围埋深在70～400m以下，由西至东逐渐增大，直接和间接补给条件均较差.。

补给区主要位于井田露头带及其以西区域，主要通过露头及隐伏露头分布区直接或间接接受大气降水的补给。

依据赋存特征，地下水径流方向沿地层倾向由西至东，岩溶裂隙是构成地下水径流的主要通道。

依据地面瞬变电磁物探测试的富水异常区分布特征，推测井田石炭系太原组灰岩地下水补给与径流条件相对较差。

2、奥陶系与寒武系灰岩地下水的特点

构成煤系地层的基底，井田区埋深在130m以下，由西至东逐渐增大，直接和间接补给条件均较差.。

补给区主要位于井田露头带及其以西区域，主要通过露头区直接接受大气降水的补给，由于分布范围大，风化和构造裂隙发育，大气降水入渗条件良好。

依据地层产状特征，灰岩地下水径流方向主要沿地层倾向由西至东，岩溶裂隙是构成地下水径流的主要通道。

依据地面瞬变电磁物探测试的富水异常区分布特征，推测井田灰岩地下水径流条件相对较差。

该层上距二l煤75m左右，岩溶裂隙发育，为含水丰富但不均一的强含水层，水质类型为HCO3—Ca·Mg型水，目前静止水位标高+200～+220m，为二l煤层底板间接充水含水层。

其间本溪组铝土质泥岩和太原组中段砂泥岩隔水层，阻隔了寒武系上统的白云质灰岩、白云岩与太原组下段灰岩含水层、上段灰岩含水层间的水力联系。

根据焦作、邯郸、邢台及开滦等矿区开采受岩溶水威胁的二1煤经验，如果没有导水构造（断层、陷落柱）或封闭不良钻孔，在这样的水压条件下，寒灰水是不可能突破75m厚的地层（隔水层和含水层组合）进入采掘工作面的。

但新凯煤业断层构造发育，二1煤底板隔水层存在着潜在的导水通道，使得寒灰水成为威胁矿井安全生产的最危险突水水源。

三、矿井主要隔水层

1、石炭系中统本溪组铝土质泥岩隔水层

灰白色、紫红色铝土页岩、铝土质泥岩，其层位稳定，厚度5～29m，一般10m左右，是寒武系上统灰岩岩溶裂隙承压含水层与石炭系上统太原组下段灰岩裂隙岩溶承压含水层间的隔水层，在无构造破坏的情况下隔水性能良好。

2、石炭系太原组中段砂泥质岩段隔水层

主要由灰～深灰色砂质泥岩、泥岩、细粒砂岩和薄煤层等组成，夹两层不稳定石灰岩（L5～L6），含薄煤七层（一7～一13），中部为灰色中粒砂岩，含云母片，俗称胡石砂岩。

该段厚12～31m，一般厚20m，层位稳定，为太原组上、下段灰岩含水层间的隔水层段，正常情况下能起到良好的隔水作用。

但在断层带和褶曲轴部，受裂隙影响该层有效隔水层厚度减小，隔水性能将大大弱化或失去隔水作用。

3、二l煤层底板砂泥岩隔水层

二1煤层底板至L9灰岩或菱铁质泥岩间为深灰色砂质泥岩、炭质泥岩组成，一般厚度为12～16m，具有一定隔水能力。

断层或褶曲轴部附近其完整性和强度变差，隔水能力相应降低。

四、采动破坏对二1煤底板的影响

采动也会造成煤层底板岩层发生变形甚至破坏，根据破坏程度不同可以划分为“三带”，依次为：

底板破坏带、完整岩层带和承压水原始导高带（见图）。

（1）底板破坏带：

是指由于开采引起的矿山压力的作用，底板岩层连续性遭到破坏，导水性发生明显改变的层带，该带的厚度即为“底板破坏深度”。

底板破坏带包含有层向裂隙带和竖向裂隙带，它们相互穿插无明显界线。

层向裂隙主要是底板受矿压作用，底板经压缩—膨胀—压缩，产生反向位移所致，竖向裂隙主要是剪切及层向拉力破坏所致。

在底板破坏深度范围之内，底板岩层产生大量的裂隙，其连续性和隔水性受到破坏，当裂隙与深部的含水层（或承压水导升带或导水断层）沟通时，则发生底板突水。

（2）完整岩层带：

是指煤层底板岩层保持采前的完整状态及其阻水性能的部分，包含所谓矿山压力影响带的未变形部分的底板。

其特点是保持采前岩层的连续性，其阻水性能采后未发生变化。

（3）承压水原始导高带：

是指含水层中的承压水沿隔水底板中的裂隙或断裂破碎带上升的高度（即出含水层顶面到承压水导升上限之间的部分）。

有时受采动影响，采前原始导高还可再导升，但上升值很小，由于裂隙发育的不均匀性，故导高带的上界是参差不齐的。

不同的矿区因其底部岩层性质及地质构造差异，承压水原始导高大小不一，有的矿区也许无原始导高带存在。

煤层采动过程中，对底板造成扰动破坏，破坏底板隔水层完整性，在破坏带内形成导水通道使得煤层底板承压含水层水涌入井巷。

五、矿井承压水防治与监测措施

坚持预防为主，防治结合的方针。

为了防止防治水工程零打碎敲，达不到良好效果，应在查明矿区和矿井水文地质的条件基础上，按照当前与长远、局部与整体、地面防治和井下防治、防治与利用相结合的原因，根据不同水文地质条件，分别采用防、疏、堵、截的方法予以防治，通过先进技术手段对矿井主要含水层水文情况进行监测，及时掌控其动态变化。

新凯煤业属于水文地质条件中等的矿井，底板石炭系和寒武系岩溶水水害是威胁着矿井安全生产的最不利因素。

在多年的防治水工作中，通过不断摸索和总结，把底板注浆改造和疏水降压作为防治煤层底板岩溶水水害的关键措施，并大幅度提高矿井排水能力。

安全生产实践表明，底板注浆改造及疏水效果显著，保证了安全生产。

1、疏水降压工程措施

（1）矿井七车场施工了一寒灰疏放孔，初始水量为20m³/h，水压2.5Mpa，持续放水至今。

（2）-138m水平施工了一寒灰疏放孔，初始水量为30m³/h，水压为0.6Mpa，持续放水至今。

（3）继续施工水文孔，加大疏放水量。

（4）目前随着矿井不断往深处延伸，矿井水文地质越来越复杂化，泄水任务也空前重要，下山排水系统亟需完善。

2、承压水的监测布控

（1）水文监测、监控全天候化，达到早预测、早预防、早控制，不断提高矿井抗灾、防灾能力

（2）针对新凯煤业水文地质条件中等的情况，随着开采深度的不断增加，煤层开采受石炭系和寒武系灰岩岩溶承压水的威胁程度越来越严重，水文地质条件也会逐步变得复杂起来；传统的水文监测方法一般由人工定期对所选定的观测点逐点测量，难以获得各测点的同时涌水量，不利于分析涌水点的涌水情况，特别是有突水发生时，不能及时发现。

既浪费人力、物力,也浪费财力,已不能适应时代的发展、并且井下各水文观测点又比较分散等情况。

经矿井领导及有关技术部门详细研究与分析后，在副斜井井底车场及轨道下山、七车场等水文监测地点布置一套基于光纤传输的矿井水文监测及其分析系统。

该系统利用先进的传感器技术、光纤传输技术,采集地下水的水温、水位、水压、明渠流量等信息,利用无线传输技术采集水文观测孔的水温、水位、水压信息,并对采集到的数据传输至地面计算机后，进行处理分析,及时有效地为煤矿安全生产提供了预警机制。

该系统集水文数据采集、数据处理、数据网络共享、水害预警、辅助决策于一体，采用现代化监测手段对地下水的各种参数进行监测，从而能够及时掌握水文动态，达到对水害事故的早发现、早预报、早防治等效果。

应用该系统可以及时掌握地下水的变化情况,为煤矿的安全生产提供保障，具有重要意义。

3、水文自动监测系统的安装

（1）技术准备

A、由厂家提供全套图纸及设备合格证、说明书等随机技术资料；

B、组织工程技术人员及施工人员熟悉和审查图纸、资料；

（2）材料准备

根据图纸提出材料计划并及时落实到货情况，检查材料的材质、型号规格、数量是否符合设计要求。

（3）施工机具准备

根据工程情况及特点配备施工机械、设备、工具等。

（4）安装

根据厂家提供的设备，井下人员通过各种机械、设备、工具分别在副斜井井底车场及轨道下山、七车场等水文监测地点，安装好水文自动监测系统然后铺设数据传输线路，一直铺设至地面，与地面电脑数据分析处理系统相连接。

通过调试后，形成整个水文自动监测系统。

五、水文自动监测系统优缺点

优点

1、实现水文监测全天候化，能同时得出整个矿井涌水量情况；

2、大大减少由于人工监测时，带来的各种困难；

3、大大减少各种费用支出，为矿井节约了各种资金；

缺点；

1、在自动监测出现故障时，无法准确实现全方位监测；

2、安装过程复杂化，自动监测系统容易损坏，必须保护好设备的完整性；

六、结论

任何事物都有它的优劣性，对于新凯煤业的水文地质情况来说。

监测地点多、水文地质条件复杂、路途遥远等问题。

使用水文自动监测系统无疑是最佳选择。

通过近期使用情况来看，水文自动监测系统的优越性，已很明显。

水文自动监测系统的使用，不仅减少了各种费用的支出、还大大降低了职工的劳动强度，真正实现了新凯煤业的水文自动监测系统的自动化、全天候化。

为今后其他兄弟单位在承压水的水文观测方面，提供了一个很好的借鉴平台。

也提高了新凯煤业的防治水水平，增强了抗灾、防灾能力。

承压水的特点及监测布控实施报告

河南平禹新凯煤业有限公司

二O一二年二月

新凯煤业充分利用已掌握的地质地层资料，对矿井承压水的特点做了深入分析研究，对水文监测系统经过充分研究论证，在技术上可行、经济上合理，具有明显的经济效益和社会效益，实践证明水文监测系统在承压水的监测布控应用上符合新凯煤业实际。

现将实施情况汇报如下：

2011年10月1日——12月31日由技术组成员在对新凯煤业井下副斜井井底车场及轨道下山、七车场等地点进行现场实地考察，收集资料，通过综合分析和技术经济比较，总结出承压水的特点，提交水文自动自动监测系统方案设计。

并组织相关技术人员和矿、井领导进行技术论证，确定方案。

2012年1月1日——2012年2月20日经过一个多月的紧张安装施工，建立起水文自动监测系统，新凯煤业实现水文监测自动化。

为新凯煤业的安全生产、持续、稳定、发展奠定了基础。

承压水的特点及监测布控经济与社会效益

分析报告

平煤股份朝川矿

二O一一年四月

承压水的特点及监测布控经济与社会效益

分析报告

《承压水的特点及监测布控》项目属于煤矿防治水领域研究范属。

新凯煤业，采用两立一斜单水平开拓，主要开采二1煤层，根据勘探工程、矿井地质报告、瞬变电磁及矿区二1煤底板承压水水分布规律研究与治理等已掌握资料分析，区内大中型构造较多，地质及水文地质条件复杂，底部灰岩岩溶水对采掘生产影响较大。

由于长期受底板灰岩承压水影响，工作面向下布置困难。

目前新凯煤业正在向深部延伸，及时掌握水位、水压的变化，对于下一步的探水、泄水工作显得尤为重要。

2011年10月1日——12月31日由技术组成员在对新凯煤业井下副斜井井底车场及轨道下山、七车场等地点进行现场实地考察，收集资料，通过综合分析和技术经济比较，总结出承压水的特点，提交水文自动自动监测系统方案设计。

并组织相关技术人员和矿、井领导进行技术论证，确定方案。

2012年1月1日——2012年2月20日经过一个多月的紧张安装施工，建立起水文自动监测系统，新凯煤业实现水文监测自动化。

一、经济效益分析

该项目集承压水防治与水文自动观测于一体，采用现代化监测手段对地下水的各种参数进行监测，从而能够及时掌握水文动态，达到对水害事故的早发现、早预报、早防治等效果。

应用该系统可以及时掌握地下水的变化情况,为煤矿的安全生产提供保障，具有重要意义。

经济效益分析如下：

1、减少了水文监测工若干名，为矿井节约资金约10万元。

2、通过及时反馈信息，及时分析、及时预警给矿井的防突水系统增强了可靠保证，进一步增强了矿井防灾能力。

给矿井创造了不可估量的经济价值。

二、社会效益分析

1、分析承压水的特点，针对其特点采取防治措施，降低承压水的威胁，杜绝承压水事故的发生。

2、及时掌握地下水的变化情况,为煤矿的安全生产提供保障。

3、实现了监测点水文资料管理科学化和系统化，确保了安全生产。