7.3防水煤柱留设7.3.1断层防水煤柱留设因本矿井3号煤层开采时断层、陷落柱是奥陶灰突水的重要通道。

因此，必须对导水断层留设防水煤柱，防水煤柱的留设方法可依据《煤矿防治水规定》附录三的公式计算，本矿区含水或导水断层防隔水煤柱的留设方案如下：由于本井内没有发现较大的断层，因此，本报告只考虑小断层的煤柱留设情况。

当断层落差小于隔水层厚度（取3号煤层的99.09m ）时，含水或导水断层防隔水煤柱的留设参照经验公式计算： L=0.5KM P3K P ≥20m (7-1) H a =ST P +10,L= αsin a H ≥20m (7-2) 式中：L —防隔水层煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —煤层厚度或采高，m ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；H a —导水裂隙带至含水层防水岩柱的厚度，m ；α—断层倾角，（°）经以上公式（7-1）和（7-2）计算，所得结果取较大值为留设的防水煤柱宽度。

今后如在地质勘探和采掘活动后，发现有新的断层，矿方应按照以上计算方法自行计算断层防水煤柱的宽度；对落差小于5m的断层应在探明去其导水性后，再确定是否留设防水煤柱或采取注浆加固措施。

7.3.2陷落柱保护煤柱留设目前本矿井内尚未发现陷落柱，但不排除存在隐伏陷落柱的可能。

陷落柱是奥灰突水的主要通道，为防止陷落柱突水事故，确保矿井安全生产，对导水陷落柱必须留设防水煤柱。

现分述如下：①导水陷落柱对于一些导水陷落柱，如果所处的位置对回采影响不大，可以只留设保护煤柱而不封堵。

这类落陷柱突水隐患很大，留设防水煤柱时一定要考虑其特征，做到万无一失。

首先，必须查明有无与陷落柱连通的导水断层。

如果存在断层，即使断层距很小，也会作为突水通道将陷落柱内的水导入矿井，从而导致断层突水事态扩大。

即使没有人为干扰的情况，突水通道也会在高压水作用下发生冲刷或扩容，随时有增大涌水、发生灾害的可能。

因此，必须圈定陷落柱的突水边界。

陷落柱的边界不等于突水边界，因为陷落柱在坍塌过程中或坍塌后的重力作用下，在柱体周围的脆性煤、岩层中形成大量的张裂隙，这些裂隙将成为良好的突水通道。

一些陷落柱甚至内部完全充水不导水，而断层小裂隙发育的陷落柱周边环带反而成为导水的主要通道。

因此，确定陷落柱的出水边界，必须考虑周边裂隙的发育带，将其划在突水边界内。

突水边界确定以后，可将突水边界视为一个断层面，参照《煤矿防治水规定》有关导水断层防水煤柱的留设方法比照计算。

计算陷落柱的防水煤岩柱用下面的公式： L=0.5KM P 3K P(7-3)式中，L —防隔水煤柱宽度，m ；K —安全系数，一般取2～5；M —煤层厚度或采高，m ；P —水头压力，Mpa ；Kp —煤的抗拉强度，Mpa ；②不导水陷落柱不导水陷落柱可分为两种类型，一种是陷落柱基底的灰岩不含水或含水不丰富，陷落柱无水可导；第二种是陷落柱局部挤压变形形成隔水层，从而使陷落柱无法导水。

对于第一种类型的陷落柱，可以不留设防水煤柱。

对于第二种，尤其是曾经有过陷落柱导水的矿区出现的不到水陷落柱，如果不留设防水煤柱而强行通过，在采动应力的作用下隔水层可能受到破坏而出现突水现象。

7.4掘进巷道防治水工作武甲煤矿3号煤层为全井田带压开采。

因此巷道掘进也为带压作业，对巷道掘进的防治水工作也应当加强。

掘进过程中应严格按照《煤矿防治水规定》的要求执行，本着“有疑必探、先探后掘”的原则，做好超前物探和超前钻探工作。

（1）超前物探在巷道掘进过程中，巷道前方如果发现或揭露断层，且断层导含水性存在一定的不确定性，断层确切位置可能与已有的资料不符，其突水存在不可预知性，所以必须进行掘进头超前探查工作。

带高压掘进应将超前探测作为日常防治水的重要内容，超前探的主要方法有：直流电法、瞬变电磁技术、地质雷达。

掘进头超前物探主要采用井下直流电法进行超前探，可探测80m,安全掘进50m。

这一方法在煤巷中使用效果较好，因为煤为高阻介质，在有含水构造时介质的电阻差异很大，易于发现异常；而在砂、泥岩中使用效果不好，原因是砂、泥岩为低阻层，其内的含水构造电性差异小。

主要用于超前探测矿井含水构造（包括陷落柱）、含水层、老空积水层。

瞬变电磁技术利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。

地质雷达是通过特定仪器向地下发送脉冲形式的高频、甚高频电磁波，电磁波在介质中传播，当遇到存在电性差异的地下目标体，如空洞、分界面等时，电进波便发生反射，根据接收到的雷达波形、强度、双程时频等参数便可推断地下目标体的空间位置、结构、电性及几何形态，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。

这是一种非破坏性的探测技术，并具有较高的探测精度和分辨率。

可超前探测30m范围内的断层、陷落柱、含水带等地质构造异体。

（2）掘进探放水工作带压掘进过程中，在水文地质异常地段，如断裂富水带、向斜轴部富水区及老空水等，都要进行超前钻探。

打探查孔或探放水，具体时间安排应根据掘进工作实际进度与现场需要来确定。

探放方法要按照《煤矿安全规程》和《煤矿防水治水规定》进行。

井田总体为一向东倾斜的单斜构造，在此基础上发育次一级的背向斜褶曲构造，地层倾角2°-6°。

断裂不发育，仅井田北部边缘发育一小型正断层（落差5-15m）,掘进靠近断层时，必须进行探放水工作。

1）探放水钻孔布置应遵循下列规定：①探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探放水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。

钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各钻孔的垂距不得超过1.5m；②探放构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。

底板方向的钻孔不得少于2个；③煤层内，原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。

如确实需要的，可以先建筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水；④上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和汇水，另一条用来安全撤人。

双巷间每隔30～50m掘1个联络巷，并设挡水墙；⑤井下探放水应当使用专用的探放水钻机，严禁使用煤电钻探放水。

⑥钻机安装、孔径、超前距离和止水套管长度必须满足《煤矿防治水规定》第九十六条至第九十九条的规定。

2）探水钻孔的布置布置原则：①“有掘必探”，不可盲目自信造成漏探；②“先探后掘”，保证掘进安全掘进；③“经济有效”，在满足上述勘探原则的基础上，提高工程进度，减少探水工作量。

超前距、允许掘进距离、帮距和钻孔间距的确定：①超前距探放老空水的过程中，一般情况下从探放水线起钻，超前探查孔一次性揭露老空水的情况很少，根据以往经验，探查老空水试探水—掘进—探水循环进行的过程；而钻探的终孔位置应该始终保持超前掘进头一段安全距离，该距离称为超前距。

超前距的选择与煤层厚度、老空水压力以及煤层强度有关，根据各地探放老空水经验，结合本矿实际情况探放老空水的工程应该保持30m以上的超前距。

②允许掘进距离经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离，允许掘进距离主要决定于探水范围（即探水孔终孔位置）和超前距。

③帮距为使巷道两帮与可能存在的老空积水间保持一定的安全距离，即扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道侧帮之间的距离。

帮距的取值一般情况下与超前距相同。

④钻孔间距指允许掘进距离的终点横剖面上，探水孔之间的距离。

一般情况下该值不得超过3m，以防漏掉老空巷道。

钻孔布置方式见图7-5。

图7-5 探水钻孔超前距、帮距、密度和允许掘进距离示意图在探放的过程中，涌出的地下水需作水质分析、环境同位素测试，以确定来水水源。

如果涌水水量达到200m3,则需要配合水文地质观测，观测方法可参照多孔放水试验的观测方法。

进一步了解水文地质参数，做到“物探、水质与同位素分析、水文地质观测”同步进行。

（3）超前注浆封堵经物探和钻探查明存在构造（如断层、陷落柱）且富水性较好，通过探放水仍无法通过时，应采取超前注浆对其进行封堵，待形成帷幕且钻探验证安全后再进行掘进。

超前注浆工程必须有专门的工程设计方案。

包括注浆层位、注浆孔的布置、注浆方法、注浆系统和注浆工艺等。

7.5工作面防治水工程7.5.1工作面布置及要求开采技术是预防水害实现安全采煤的措施之一，大量开采实践和研究结果表明，煤层底板破坏与工作面的规模，开采顺序有一定的关系。

根据采动矿山压力对底板突水试验与研究，针对预防煤矿水害的开采技术有下列几方面：（1）控制工作面规模：对于当保护层薄强度不够或构造裂隙发育时，可采用大面改小面，适当缩短工作面斜长以减少破坏深度，降低矿井突水的风险。

据初步设计资料工作面长度定为150m。

一般情况下，在无构造地段，工作面回采时在正常地段不会受底板奥灰水的威胁。

因此，将3号煤层的工作面倾斜长度定为150m是合理的，但是根据三维地震勘探资料，采区可能存在隐伏的断层和陷落柱，今后矿方在布置工作面时，长度应尽量小于150m，以减小矿井突水风险。

（2）调整工作面布置：工作面布置应尽量避免在断层带附近和其平行，以降低因矿压作用引起的采面周边剪切带与断层断裂带叠加可能造成工作面突水的概率。

（3）顶板控制：当顶板坚硬不易冒落面形成悬顶跨距过大时，则应人工放顶，减少悬顶面积，降低初次来压强度，应根据相似矿井长期的开采实践和现场测定结果制定相应的控制措施，控制初次来压步距小于10～15m，最好不大于20m。

（4）协调开采顺序：如采区接替分层开采，因采取间歇式开采，避免矿压集中作用和底板在非稳定情况下叠加破坏，一般间歇时间至少保持3～6个月。

（5）底板薄弱带预注浆加固：对有原始导高大的区域、断裂带异常导水带、导水陷落柱等应预先进行注浆封堵加固，增加隔水层阻抗强度，防治底板突水。

此外，应加强分区隔离，一旦发生较大的奥灰突水，把灾害控制到最小。

7.5.2综合物探（1）物探方法选择①探测目的：3号煤及底板隔水层构造；采掘前方及底板富水区段；奥灰水原始导高。

②物探方法的特征：对构造敏感；对富水区段敏感；针对性、有效性、可靠性。

③原则：以井下物探为主，地面物探为辅；一种物探方法为主，其它物探为辅，尽量消减物探解译多解性的不足；适合采区地质、水文地质条件特征。

（2）物探方法图7-6 物探方法及作用井田尚无覆盖全井田物探资料，采掘过程中要加强井下物探工作，带压开采工作面的探测工作应在危险地段如断层、陷落柱水文异常区等地段加强井下超前探测。

常用有效的物探方法有：（1）瞬变电磁侧向探测；（2）无线电波坑道透视等。

7.5.3井下探放水工程工作面探放水工程应在下列情况下进行：①巷道接近落差较大的断层时；②接近勘探阶段遗留的钻孔时；③接近岩溶落陷柱时；④接近其他富水区时；利用综合物探手段对导水构造的具体位置、形态进行更为准确的探测和导水评价可少的工作，由于物探具有多解性的特点，钻探验证不可缺少。