什麼是疏水降壓開采

1. 帶壓開采疏水降壓措施

疏水降壓開采，即通過大量疏放煤層底板含水層水，使其水位降至安全水頭以下，達到安全開采目的。底板含水層高水壓是導升底板隔水層破壞的重要力源，水壓越高，含水層導升破壞帶的高度越大。因此，對於工作面底板富水區或者斷層構造處，疏降底板含水層高承壓水壓能有效地減小底板突水的可能性，能防止采動礦壓破壞裂隙帶與底板含水層導升破壞裂隙帶相溝通，避免底板突水事故的發生。目前，在承壓水體上開采時，疏降底板含水層水壓是許多礦井預防底板突水事故發生的重要措施。

本書針對萬年礦的地質及水文地質條件，利用彈性、塑性力學理論計算了底板采動礦壓破壞深度、底板極限突水壓力，利用試驗得出的半經驗公式計算了導高帶殘余水壓，通過底板極限突水壓力與導高帶殘余水壓的比較，對萬年礦各煤層正常開采時的評價為：2^＃、4^＃、6^＃、7^＃煤三個開采水平k＜0，極限突水壓力P_l均大於殘余水頭壓力P_c，其完全不受奧灰突水的威脅；8^＃煤－200m開采水平k＜0，極限突水壓力P_l也大於殘余水頭壓力P_c，也不會發生奧灰突水；8^＃煤－400m開采水平、8^＃煤－600m開采水平及9^＃煤三個開采水平k＞0，極限突水壓力P_l均小於殘余水頭壓力P_c，存在奧灰突水的可能。。故本書分三個水平對萬年礦9^＃煤的先後開采進行了突水評價與預測，對三個水平的帶壓開采臨界疏水降壓排水量及疏干時間給出了預測，得出：2007年8月萬年礦礦區奧灰含水層水頭為＋35m，其中9^＃煤層－200m水平、－400m水平、－600m水平開採的臨界安全水頭分別為－68m、－280m、－488m，為使9^＃煤帶壓開采不發生突水威脅，本書取疏干降深值為：－200m水平為105m，9^＃煤－400m水平為320m，9^＃煤－600m水平為525m；對應於疏水時間為300d，則9^＃煤三個開采水平每天的排水量分別為64279m³/d、96830m³/d、122402m³/d。

按照上述方法對萬年礦9^＃煤實施帶壓開采前的疏水降壓，相對於無壓開采，可以在安全開採的基礎上保護地下水資源量分別為：－200m水平為828.03×10⁴ m³；－400m水平為521.34×10⁴ m³；－600m水平為470.82×10⁴ m³。在當前我國地下水水位持續下降，用水緊張的國情下，對地下水資源進行了充分而可靠的保護，達到了減少噸煤排水費用和保護地下水資源的雙重效果，從經濟、環境及地下水資源的利用上，該方法是可行的。

2. 正常開采底板極限突水系數法

由第三章計算可得，在正常開采階段，底板有效隔水層帶所能承載的突水極限壓力為P_l，底板有效隔水層帶的殘余水頭壓力為P_c，故可將其作為判據來進行帶壓開采底板突水預測。其判斷依據為：

煤礦底板突水

式中：k稱作極限突水系數，若k＜0，則不會發生突水；若k＞0，則發生突水；若k＝0，則為臨界突水點。

通過對於萬年礦各煤層極限突水系數的計算（表7.2），可得正常開采時：2^＃、4^＃、6^＃、7^＃煤三個開采水平k＜0，極限突水壓力P_l均大於殘余水頭壓力P_c，其完全不受奧灰突水的威脅；8^＃煤－200m開采水平k＜0，極限突水壓力P_l也大於殘余水頭壓力P_c，也不會發生奧灰突水；8^＃煤－400m開采水平、8^＃煤－600m開采水平及9^＃煤三個開采水平k＞0，極限突水壓力P_l均小於殘余水頭壓力P_c，存在奧灰突水的可能。

表7.2 萬年礦各煤層突水判別計算表

註：P_l為正常開采時底板有效隔水層帶的突水極限壓力，P_c正常開采階段導高帶殘余水壓值，k為極限突水系數。

本著先淺後深的開采原則，萬年礦欲帶壓開采8^＃煤－400m開采水平、8^＃煤－600m開采水平及9^＃煤的三個開采水平，則需疏水降壓，正常開採的臨界疏降水位值計算公式為：

煤礦底板突水

式中：ΔH為水位的降低值，m；ΔP為殘余水頭壓力與極限突水壓力的壓力差，ΔP＝P_c－P_l，MPa；γ_w為水的容重，1000kg/m³；g為重力加速度，9.8m/s²。

通過（7.8）式計算可得萬年礦各煤層開采水平正常開采所需要的臨界疏降水位值見表7.3。

表7.3 萬年礦各煤層帶壓開采疏降水位值

2007年8月，萬年礦奧灰水位標高為＋35m，萬年礦欲帶壓安全開采8^＃、9^＃煤的臨界水位標高為：8^＃煤－400m水平為－161m，8^＃煤－600m水平為－367m，9^＃煤－200m水平為－68m，9^＃煤－400m水平為－280m，9^＃煤－600m水平為－488m。

為使各煤層不發生突水威脅，本書取疏干降深值為：8^＃煤－400m水平為200m，8^＃煤－600m水平為405m，9^＃煤－200m水平為105m，9^＃煤－400m水平為320m，9^＃煤－600m水平為525m。

3. 地下水資源保護與利用

焦作市地處豫西北，北依太行，南臨黃河，總面積6014km²，全區總人口348萬，有煤炭、石灰石、鋁土及鐵礦石等礦產資源，工業以電力、化工、機械和煤炭為主，目前已發展成為以能源化工為主的新興工業城市。焦作礦區工農業和生活用水，主要依靠地下水。焦作地區的地下水天然補給資源量為10.583m³/s，其中喀斯特水補給量為8.86m³/s，孔隙水補給量為1.723m³/s。

一、地下水資源開發利用現狀

焦作市地下水資源由喀斯特水、孔隙水組成，且以喀斯特水為主，喀斯特水資源約佔全部地下水資源85%左右。焦作礦區山前地區是九里山泉域喀斯特水的集中排泄區，地下水資源極為豐富。近年來，隨著城市及工農業的發展及煤礦區的大量開采，在局部地段出現了小范圍的降落漏斗，地下水位呈現明顯下降的趨勢。盡管如此，降落漏斗范圍及漏斗中心水位穩定，多年來地下水位基本上處於動平衡狀態，在豐水期、豐水年因地下水位回升，降落漏斗范圍縮小乃至消失^［4］。

目前人工開采已成為孔隙水、喀斯特水的主要排泄方式。地下水的開采方式有廠礦自備水源地（井）集中和分散式開采、焦作市自來水公司水源地集中開采、礦井排水和農業零星分散式開采。

1.自備水源地（井）開采地下水狀況

1994年全市共有自備井234眼，年開采地下水量6347.86×10⁴m³，平均2.013m³/s。其中全年開采孔隙地下水1939.36×10⁴m³，平均0.615m³/s；喀斯特地下水4408.50×10⁴m³，平均1.4000m³/s。1994與1993年相比減少了5.77%，1993年自備井開采地下水量6736.86×10⁴m³。自備水源井除焦作電廠、中州鋁廠、焦作鋁廠、熱電廠、焦作市水泥廠、化工一廠、造紙廠等廠礦企業屬井群開采地下水外，其餘多屬零星分散式開采，且多以喀斯特水做供水水源。

（1）孔隙水開采量：受氣候及人工開采雙重因素影響，近年來焦作市區內孔隙水位呈下降趨勢，焦作市區南部形成了孔隙水水位下降漏斗，且水質變差。為改善這一狀況，自1990年開始對孔隙水的開采進行了限制，自備井開采量有所下降。1992年降至1466×10⁴m³，1993年有所增加，達1765×10⁴m³，1990年自備井開采孔隙水1991×10⁴m³。1994年孔隙水開采量為1989.36×10⁴m³，比1993年增加了173.86×10⁴m³。自備井地下水開采總量年際變化較大，月最大采量為566.092×10⁴m³（7月），月最低開采量為484.562×10⁴m³（12月）。

（2）喀斯特水的開采量：焦作市喀斯特水資源豐富，水質好，是城市工業及居民生活的最佳供水水源。焦作市區各用水大戶多開采喀斯特水。1994年自備井共開采喀斯特水4408.50×10⁴m³，占自備井開采地下水總量的70%。1993年自備井開采喀斯特地下水4972.31×10⁴m³，1994年與1993年大致相同。

2.焦作市自來水公司開采地下水狀況

焦作市自來水公司現有6座水廠，其中第一水廠、第四水廠開采喀斯特地下水，第二水廠由新東公司（礦井排水）和焦作電廠崗庄自備水源聯合供水，第三水廠由焦西公司（礦井排水）和東小庄水源地（開采喀斯特水）聯合供水。焦作市自來水公司開采地下水的水源地只有第一水廠、第四水廠、東小庄水源地（崗庄水源地因屬焦作電廠自備水源地，未計入其中）共三處。1994年焦作市自來水公司總供水量5425.74×10⁴m³，其中地下水開采量2071.68×10⁴m³，占總供水量的38.2%。

第一水廠位於焦作市中心新華街，利用已報廢的2號、3號礦井供水，與1993年的142×10⁴m³相比，增加了160.53×10⁴m³，1994年共開采喀斯特地下水310.53×10⁴m³，全年平均開采量0.0985m³/s。

第四水廠位於焦作市區北部近山前地帶，現有開采井22眼。該水廠是焦作市自來水公司以地下水做水源的主要供水水源地，占焦作市自來水公司開采地下水總量的53.68%，占焦作市自來水公司總供水量的20.46%。1994年全年共開采喀斯特水1112×10⁴m³，平均0.3527m³/s。

東小庄水源地位於焦作市區西部東小庄，現有開采井19眼，全年開采喀斯特地下水649.00×10⁴m³，平均0.2058m³/s，比去年增加了15.89%左右。

3.礦井排水及利用

（1）礦井排水：分為焦東礦區和焦西礦區兩部分。

焦東礦區的演馬庄礦、九里山礦井排水量居各礦之首，多年來礦井排水量一直超過1.0m³/s。相比之下，中馬村礦、小馬村礦、馮營公司、方庄礦等礦井，礦井水文地質條件相對簡單，礦井排水量小。1994年焦東礦區內的7個礦井，年平均排水量總計為3.3778m³/s，與1993年以前相比，略有下降。焦東礦區礦井排水總量季節變化不明顯，相對穩定。

1994年焦東礦區內的演馬庄礦礦井排水量仍居各礦之首，為1.0847m³/s，該礦近年來發生2次惡性煤層底板突水災害，礦井排水量比較穩定。九里山礦井排水量平均為0.7903m³/s，該礦由於對煤層底板突水點進行了注漿堵水和工作面煤層底板注漿改造，因此自5月份起礦井排水量有所減小。其他礦如韓王公司、馮營公司、小馬村礦、中馬村礦等礦井，排水量比較穩定，多年變化不明顯。1994年韓王公司礦井平均排水量為0.3840m³/s，馮營公司為0.3098m³/s，小馬村礦為0.1248m³/s，中馬村礦為0.6535m³/s，位村礦為0.0307m³/s。

焦西礦區的王封公司由於礦井關閉停產，礦井排水量呈下降並逐步穩定趨勢，平均排水量1989年為1.50m³/s，1990年為1.26m³/s，1991年為1.02m³/s，1994年為1.0915m³/s。王封公司礦井排水量年內變化比較明顯，月最高排水量1.1605m³/s，月最低排水量1.0182m³/s。焦東公司礦井排水量因礦井報廢，礦井排水量呈下降至逐步穩定趨勢。1991年為0.38m³/s，1992年為0.35m³/s，1994年則降為0.3033m³/s。朱村礦礦井排水量相對較大，並呈逐年增加趨勢。1990年為0.80m³/s，1991年增至0.84m³/s，1994年則增至0.9013m³/s。1994年焦西公司礦井排水量是0.5970m³/s，與1993年相比，略有增加。焦西礦區的焦東公司、王封公司已經關閉停止採煤，沒有開采新的工作面，整個礦區礦井排水量呈逐年減少並趨於穩定的狀況，原煤層底板突水點已經作為供水井水源。1989年平均排水量3.25m³/s，1990年減至3.09m³/s、1991年進一步減至2.85m³/s，1994年略有增加，達2.8931m³/s。

（2）礦井水利用情況：目前，焦作市地下水開採的主要方式是礦井排水及農業灌溉利用，礦井排水量6.2707m³/s，綜合利用礦井排水是開發利用地下水的有效途徑。焦作市礦井水的利用有3個方面：

一是焦作市自來水公司利用礦井水情況。焦作市自來水公司所屬的第五、第六水廠全部以礦井水做供水水源，第二、第三水廠部分利用的礦井水做供水水源。1994年，焦作市自來水公司四座水廠累計用礦井水3363.04×10⁴m³，占焦作市自來水公司總供水量的61.8%。

第二水廠位於焦作市東北部，以焦東公司井排水做供水水源，1993年供水量1456×10⁴m³，1994年供水量1571.66×10⁴m³，較1993年略有增加。由於焦東公司已經關閉，礦井水的利用量一定會受到限制，目前，第二水廠正在建設新的水源地。

第三水廠位於解放西路，主要利用焦西公司礦井排水，1993年供水量1821×10⁴m³，1994年為1288.50×10⁴m³，較1993年相比減少了532.5×10⁴m³。

第五水廠位於焦作市馬村區，利用中馬村礦礦井水作為供水水源供給馬村區居民生活用水。1993年供水量239×10⁴m³，1994年為297.68×10⁴m³，比1993年增加了24.55%。

第六水廠位於焦作市中站區，利用李封公司礦井排水向焦作市中站區供水，1993年總供水131×10⁴m³，1994年為196.2×10⁴m³，較1993年增加了49.79%。

1994年焦作市自來水公司各水廠利用礦井總計達3363.04×10⁴m³，全年平均1.0664m³/s。1993年礦井利用量3570×10⁴m³，1994年較1993年減少了206.96×10⁴m³。

二是焦作煤業集團公司各礦自用礦井水量。焦作煤業集團公司的朱村礦、九里山礦和演馬庄礦，生產及生活用水全部或部分依賴礦井水做水源，據1994年調查，各礦利用礦井水量為0.282m³/s。

三是焦作市農業灌溉引用礦井排水。礦井排水除部分被焦作市自來水公司及焦作煤業集團公司各礦及焦作電廠、焦作市化工三廠等廠礦利用外，剩餘部分經河渠排出礦外。流出礦外的礦井排水部分做為區內農田灌溉的水源，剩餘部分則流出礦區。據河南省焦作市水利局資料，1994年焦東灌區和焦西灌區共利用礦井水1971.0×10⁴m³，平均0.625m³/s。經過綜合計算，礦井水利用總量平均為1.973m³/s，占礦井排水總量的31.47%。因而，礦井水資源利用程度較低。

4.焦作市農業開采地下水量

焦作市現有耕地面積16.7萬畝，其中井灌面積6.7萬畝，據河南省焦作市水利局資料，1994年農作物灌溉7次，灌水定額一般為75m³/畝次，由此算得1994年焦作市區各鄉農業開采孔隙水3517.5×10⁴m³，平均1.1154m³/s。加上焦作市修武縣境內方庄鄉、周庄鄉、李萬鄉和五里源鄉孔隙水農灌開采量0.7746m³/s，全區農業共開采淺層地下水平均1.89m³/s。

5.焦作市全區地下水開采總量

綜合上述各項，1994年全區工農業生產及生活共開采地下水14379.73×10⁴m³，平均4.56m³/s，其中開采喀斯特水6480.07×10⁴m³，平均2.055m³/s，開采淺層孔隙水7899.66×10⁴m³，平均2.505m³/s，焦作市自來水公司開采喀斯特水2071.68×10⁴m³，平均0.6569m³/s，自備井開采地下水總計6347.86×10⁴m³，平均2.013m³/s，農業灌溉開采淺層孔隙水5960.30×10⁴m³，平均1.89m³/s（表3-18）。

表3-18 1993、1994年地下水排泄量 （單位：1000m³）

二、影響焦作地區地下水資源的主要因素

1.地下水補給量減小和排泄量增大

焦作地區除礦井排水和地下水污染嚴重影響著地下水資源外，地下水主要接受大氣降水入滲和河流滲漏補給。因此，降水量和河流流量的大小是影響地下水資源的直接因素。

降水量的大小直接影響著地下水資源量，降水入滲是焦作地區地下水的主要補給源。自新中國成立以來，隨著工農業的快速發展，地下水的開采量愈來愈大，地下水位愈來愈低，地表水資源枯竭，河流斷流等，破壞水循環系統比較嚴重，大氣降水量趨於下降趨勢。1952～1964年平均降水量為826.1mm，1965～1977年平均降水量為681.56mm，1978～1982年平均降水量為662.55mm，1982～1988年平均降水量為642.4mm，1989年以來降水量一直偏低，影響了地下水資源的補給比較嚴重。

焦作市地下水位下降表現為4個階梯，1952～1964年為第一階梯，地下水位105m，1965～1977年為第二階梯，地下水位91～98m，1978～1988年為第三階梯，地下水位85～92m，1982年以來為第四階梯，地下水位72～89m。主要原因為由於降水量的減小和開采量的增大，其地下水位與降水量和開采量關系見圖3-36。

圖3-36 地下水位與降水量和開采量關系圖

丹河、西石河、山門河、紙坊溝、新河和翁澗河均為流經焦作礦區的河流，由於地表喀斯特發育，河流滲漏量比較大。例如，1994年對丹河480電廠至後陳庄段，取3個斷面分枯水期、豐水期兩次實測丹河流量，480電廠至後陳庄段河流漏失量平均為1.7338m³/s。近十幾年來除丹河滲漏補給地下水外，盡管丹河流量也在逐年減小，新河和翁澗河為排污河，其他河流均已斷流，因此，總的來說河流滲漏量也在減小。

焦作礦區所採煤層為石炭系、二疊系煤層，其直接充水水源主要為石炭系薄層灰岩，底部奧陶系灰岩喀斯特水間接充水水源，該層富水性好，補給水量大，嚴重威脅著煤炭的安全生產。為此對石炭系薄層灰岩進行疏水降壓排水，對O₂灰岩採取斷層防水煤柱，實施「立足礦井、以防為主、疏堵結合、分類治理」的防治水方針。隨著開采深度的增加，石炭系薄層灰岩煤層底板突水頻率增高，O₂灰岩水參與發生惡性煤層底板突水，排水量也越來越大，從用水角度來看，O₂灰岩水開采量也與日俱增。例如，1952～1964年O₂灰岩水開采量為1.501m³/s，1965～1977年O₂灰岩水開采量4.964m³/s，1978～1982年O₂灰岩水開采量5.5m³/s，1983以來O₂灰岩水開采量8.463m³/s。據不完全統計，歷年來煤層底板突水達1000餘次，最大煤層底板突水量達320m³/min。因此，煤層底板突水是造成地下水資源枯竭的另一因素。

2.地下水污染狀況

焦作地區河流中，丹河、西石河、山門河和紙坊溝水質好，符合飲用水標准。翁澗河水化學類型

型，總硬度、氯化物超標；新河河水礦化度2782.99mg/L，總硬度1669.63mg/L，Cl^-含量149.21mg/L，均已超過標准。因而，翁澗河和新河有不同程度的污染。據河南省焦作市監測站資料，翁澗河非離子氨、高錳酸鉀指數、生物耗氧量、化學耗氧量、六價鉻均超標。翁澗河和新河均已成為嚴重污染的河流，成為地下水污染的源頭。

孔隙水污染主要表現在焦作市區以南孔隙水的徑流和排泄區，該區岩性細，滲透性差，水位埋深淺，長期蒸發濃縮作用，水中的離子含量特別是Cl^-、K⁺+Na⁺升高，礦化度增加。更為嚴重的，該區農業採用礦井水及工業生活污水灌溉，致使孔隙水水質惡化。焦作市區南部東王褚至恩村一帶及焦作市區東南部仇化庄至焦作市修武楊樓、大高村一帶的孔隙水水質類型為

型、

Mg²⁺型和

型，水質最差，本區所檢測的18種項目中，超過飲用水標準的項目有總硬度、礦化度、氯化物、硫化物、硝酸鹽、氟化物，各污染組分的超標率見表3-19。

表3-19 孔隙水水質狀況統計表

根據近幾年的監測與研究，喀斯特水水質正在逐漸惡化，且惡化速度也愈來愈快。主要表現在離子Cl^-增加，水質變咸，個別水井水已失去飲用價值。據前人研究，本區喀斯特水Cl^-背景值為26.69mg/L，到1998年喀斯特水Cl^-已達到40～75mg/L，最高為128.73mg/L，2000年至少有三口喀斯特水源井Cl^-含量超過國家飲用水標准（≤250mg/L），最高達1191.22mg/L。焦作地區內某單位喀斯特水自備井1999年Cl^-含量為141.1mg/L，2000年為517.61mg/L，2001年為1258.6mg/L，2002年4月上升至2135mg/L，是國家飲用水標準的8.54倍。喀斯特水Cl^-超標的水源井雖然是個別的，但由於整個焦作地區的喀斯特地下水同屬於一個喀斯特水系統，水質如按目前速度繼續惡化，整個焦作礦區喀斯特水未來都有被嚴重污染的危險。造成喀斯特水Cl^-污染的原因為：喀斯特水補給區地表污水的滲漏；孔隙水、礦井排水通過O₂灰岩「天窗」污染喀斯特水；受污染的河水滲漏補給喀斯特水^［21］。

三、地下水保護與利用對策

1.防治水污染，污水資源化

對於沒有處理能力的廠、礦、企業，應交納污水處理費，由城市有關部門統一處理。按照國家產業結構調整政策和淘汰落後生產工藝、技術和裝備，重點進行冶金、化工、水泥、電力、采選等重污染行業的結構調整。污水可以被認為「待生資源」，對於污水治理，應本著誰排放誰治理的原則，企業自建小型污水處理廠，處理達標的水可重復利用，以節約水資源。焦作市是以能源、化工為主的重工業城市，污水排放量相當大，並已對地下水造成不同程度的污染，使可利用的水資源量減少。實行污染物排放總量控制制度，從嚴掌握建設項目的審批，執行限期治理制度，堅持實行「關、停、禁、改、轉」的方針。

2.排供環保三位一體

武強教授認為，採用排供環保結合優化管理，不僅考慮了排水系統的疏降效果和安全運營，而且供水系統的供水需求和環境系統的質量保護也同樣是優化模型設計的重要約束指標，同時還要充分利用礦井排水，以及將排出的礦井水經過一定水質處理後，全部或部分用來代替礦區正在運行中的不同目的的供水水源^{［27，9，26］}。焦作礦區為了安全生產，大量疏排地下水，礦井排水量為6.2707m³/s，占總開采量10.8134m³/s的58%。而且礦井排水的利用率僅為31.47%。

排供環保三位一體的優化模型除涉及地下水水力技術方面的管理外，同時也牽涉經濟評價和環境保護以及產業結構規劃等的管理。排供環保三位一體，就是在保證環境質量和礦井安全的前提下，提供給礦井和其周圍地區一定數量的水資源，可用於生活、工業和農業等方面的供水。排供環保三位一體結合模型，不僅實現了將保證環境質量的礦井排水和地面抽水用於供水目的，而且通過選擇多種供水用戶所產生的經濟效益最大的目標函數和適當的約束條件，完成了利用一個模型，同時綜合制訂排水、供水、環保三位一體的具體水資源優化管理方案。該模型已應用於焦作礦區九里山礦^［27］。

3.加強水利價費改革

按照國家發改委改革水價促進節約用水指導意見通知的要求，進行水價調整，否則浪費水的問題不可能根本解決。逐步提高工程水價（自來水價、水利工程供水水價），水資源費（資源水價），水污染處理費（環境水價）。以水為主要的生產原料和生產手段，應制定較高的水價。水利工程水價要逐步到位，水資源費要適時調整。按照不同的行業實行不同的基本水價和不同的階梯式水價標准，生活用水應有最低保障數量。工業用水要參照國內外先進用水定額定出適應不同地區、不同行業、不同工業產品的用水定額，超定額用水要加價，並責令限期改造設備，降低用水定額。農業水資源費的徵收將會使最有潛力的用水大戶提高節水意識，促進井灌節水，以水養水^［33］。利用經濟杠桿調整用水需求，促進節水工作。調整水價和水資源費，這是節約用水最重要的手段。

4.節約用水

提高重復利用率，節約水源，逐步實現「零」排放。加快工業節水新技術、新工藝和廢水資源化的開發研究以及城市節水設施的研究製造；制定行業節水規劃和用水標準定額，不斷降低耗水量和排水量，提高水的利用率；搞好廢水綜合利用，實現廢水資源化是提高水資源重復利用率的重要措施；通過產品結構、產業結構、企業組織結構和工業布局的調整實現節約用水，達到水資源的供需平衡，也是水污染防治的重點。這是城鎮工業節水應該考慮的幾個重要方面。

大面積發展適合精耕細作特點的高效節水形式，重點發展噴灌。要因地制宜採用管灌、渠灌、滴灌、噴灌等多種節水措施。搞好地面水灌渠的綜合節水措施，發展井渠雙灌。推廣秸稈還田、覆膜栽培、集雨保水等農藝節水措施。無論是旱作農業，還是灌溉農業都必須採用農藝節水措施，以提高水資源的利用率。農業節水的農藝措施、工程措施要和科學管理結合起來。

節約用水是一項長期的根本措施，關繫到社會的可持續發展。以發展農業節水灌溉和工業節水為重點，採取行政、經濟、法制、管理等多項措施，千方百計地提高水的利用率和效益。

四、礦井水的水質處理技術

煤礦巷道是煤炭開採的主要場所。巷道中污染物質主要包括廢機油、廢酸液、煤塵、岩屑顆粒和病源菌以及井下的人工廢棄物、糞便等。如果一些老窯積水與巷道相連通時，礦井水易被酸化。如果礦井接受地表水的補給，它們可能還會受到各種農葯液和工業廢水的污染，工業廢水大都含有有機磷、酚、醛等有毒物質。大量湧入巷道的地下水必然會受到這個採煤環境的不同程度的污染。

因此，礦井排水的綜合利用必須首先解決水質問題，它是排供環保結合的一個很重要環節。解決這個問題既要在井下巷道的輸水過程中，既要根據不同污染類型礦井水和綜合利用的不同供水對象，在地面實施礦井水的水質預處理，以便為各供水用戶提供符合其具體水質要求的礦井排水資源，又要注意清濁水分流，盡量減輕礦井水的污染程度。礦井水的實用性處理技術和方法主要有以下幾類：

1.礦井渾濁水的凈化處理

礦井水中所含雜質大致可以劃分為3類，即懸浮物、膠體物和溶解物^［5］。礦井渾濁水凈化處理的主要去除對象則是懸浮物和膠體物兩類，它們是造成礦井水濁度的主要因素。渾濁水的一般常用凈化處理流程為：

（1）澄清：澄清是指去除引起水渾濁的懸浮物和膠體物等雜質的過程，一般可劃分為3個驟步，即混凝、沉澱和過濾。

（2）消毒：礦井渾濁水經過混凝、沉澱和過濾作用之後，便可著手對其進行消毒處理（消毒處理也可在過濾之前進行）。

礦井渾濁水一般的凈化處理流程，如圖3-37為其流程示意圖。對於某些特殊類型的礦井渾濁水或特殊要求的供水用戶，可根據其具體情況分別予以靈活處理，不必完全照搬以上的全部凈化處理流程。

圖3-37 礦井渾濁水凈化處理流程示意圖

例如，如果礦井排水的渾濁度較低，又無藻類繁殖時，渾濁度經常在100度以下，投放混凝葯劑後可不經過混凝和沉澱作用，直接採用一次性過濾處理，將過濾後的礦井水加氯氣消毒，隨之經泵站送入供水管網。

再如，如果礦井排水的渾濁度較高，既要設法達到預期的凈化目的，又要節約混凝葯劑的投放量。可以在混凝、沉澱前採用自然沉澱方法，將原高渾濁度的礦井水中的粒徑較大的泥沙顆粒預先沉澱掉一部分，所用構築物可以是預沉澱池，也可以是沉砂池。最後，再進行混凝，沉澱、過濾和消毒處理。

2.礦井高硬度水的軟化處理

水的硬度主要是指溶解於其中的Ca²⁺、Mg²⁺離子含量，溶解於水中的Fe²⁺、Mn²⁺、Sr²⁺離子也是影響水硬度的一個因素。下面介紹3種常用的軟化方法：

（1）微生物方法：該種方法包括硫酸鹽還原菌去硫法和鐵細菌去鐵法。

（2）化學方法：化學軟化處理包括石灰、石灰乳中和法和石灰、蘇打軟化法。

（3）物理方法：該種軟化處理方法包括蒸餾法、電滲析法和沖淡法3種。

3.礦井酸性水的中和處理

在煤層或其頂、底板中常含有硫化礦物，它們在氧化條件下形成硫酸化合物。礦井水中一旦溶解了這些硫酸化合物，便導致其

離子含量增高，成為酸性礦井水。

礦區酸性水的形成，對於大多數具有較強破壞性的酸性水，是隨著煤礦開采時間的延長而逐漸形成的。而有的酸性水是在煤礦開采之前，即在硫化礦床氧化帶處就已經富集了酸性水。

酸性水的危害是十分嚴重的。在俄羅斯布利亞礦區勘探中，由於酸性水的腐蝕作用，在8h內鑽桿直徑減少1mm，套管局部被腐蝕，在強酸性水分布地段，經12晝夜，套管壁就被腐蝕穿孔。礦井與儲集酸性水的老窯、老空區溝通，酸性水便可沿通道進入礦井，因而酸性水就會污染井下生產環境。

對於已經形成的酸性水和受其污染的礦井，應採用石灰石中和法或微生物法加以治理。對於酸性的老窯積水，應設立防水煤柱等工程，使其與礦井系統完全隔離；對於含硫礦層要設法消滅充水充氧的環境，使其封閉並失去形成酸性水的環境。消除酸性礦井水的污染，預防和治理應同步進行。

4.礦井高鐵高錳水的處理

當日處理100m³高鐵、高錳水時，濾池可採用鋼制圓形雙級壓力濾池，將濾池分成上、下兩室，上、下室均採用錳砂作濾料。為了達到充分曝氣，盡可能驅散水中游離CO₂，且提高pH值，可採用葉輪式表面曝氣裝置，曝氣池可做成矩形，水在曝氣池停留時間約為20分鍾。表面曝氣雙級濾池過濾除鐵、錳工藝是一項比較經濟且效果良好的技術方法。

除鐵方法主要有兩種，其一是蓮蓬頭曝氣、石英砂過濾除鐵，或者用河砂、卵石、木炭卵石層過濾除鐵，其二是用天然錳砂接觸氧化除鐵，該方法簡單經濟，效果良好，已被廣泛推廣利用，這些工藝都能達到預期除鐵的目的，使水中鐵的含量達到符合國家生活飲用水標准。

20世紀70年代末發展了一種兩級過濾處理系統的處理方法，該方法經過曝氣、兩級過濾，一般水中鐵、錳含量均可被控制在國家生活飲用水標准之下。可同時消除水中的鐵、錳離子含量，其工藝過程是首先將水充分曝氣，然後經第一級濾池除鐵，再經第二級濾池除錳。在除錳技術方面，最初採用的是接觸氧化法除錳工藝，效果也良好。

4. 地下水開采數值預報

1.預報模型環境設置

經過識別的含水層數值模擬模型，雖然已對客觀水文地質實體達到模擬，但還不能直接當作預報模型使用。因為模型未來的狀態變化並非全由開采地下水所引起，還與模型未來的環境因素變化有關。所以，需要將地下水未來開采運行期間的各種環境因素設置在數值模型上，建立地下水數值預報模型，以進行地下水開采預報。

制約模型未來狀態變化的環境因素包括自然環境因素和人為環境因素。在模擬模型已經模擬的前提下，數值預報模型的正確性主要取決於模型未來環境因素設置的合理性。因此，建立地下水數值預報模型，要求先對模型未來的環境變化做正確的處理。

地下水未來開采運行期間人為環境因素的變化，基本上能夠事先預見或可以人為規劃。但其自然環境因素的變化卻帶有某種程度的隨機性，目前只能對其不同頻率的特徵值做出預測，而不能預測其出現的具體時間。基於這種原因，所謂地下水數值預報模型，實際上只能預報各種典型水文年的水資源狀況，卻不能預報典型年出現的具體時間和具體到某一年的水資源狀況。

對於模型未來的自然環境變化，目前尚無法作出准確的長期預報。因此根據歷史上較長系列的觀測資料，採用歷史重現法來設置，即認為歷史上曾經出現過的各種情況，今後還會出現。按歷史重現法，從東山降水量系列資料中，選取一段有代表性的包括豐、平、枯等各種典型年逐月降水量系列，並且使其系列的平均值不偏離歷史觀測系列的平均值。以此作為預報模型的水文環境。其中包括歷史上曾經觀測到的對長期開采地下水最為不利和對礦井開采最為有利的最枯年和連續枯水年，以考驗開采資源量的可靠性；也包括對開采很有利的和對礦井開采最為不利的豐水年。

據此，從東山31年的降水資料中選取1968～1977年逐月降水量觀測系列，其平均值為443.92mm，接近多年平均值440.4mm，並且包括近30年中最枯年（1972年215.5mm）和最豐年（1969年749.1mm），在預報中每月累計降水量不到20mm者，計為無效降水量。

2.預報方案

由於東山岩溶水地區既包括棗溝和觀孟前水源地，又包含東山煤礦，因此，地下水的預報考慮水源地開采和東山煤礦的安全開采兩個方面。

（1）水源地開採的預報包括四個方案：① 在水源地開采量和煤礦突水量維持在目前不變的條件下，預報各典型年地下水位狀況。② 在水源地開采量和煤礦突水量維持在目前不變的條件下，按以上設置的降水量，預報10年間地下水位的變化狀況和10年末的地下水流場。③ 考慮到未來需水量的增加，在棗溝水源地增采30000m³/d時，預報10年間地下水位的變化狀況和10年末的地下水流場。④ 考慮到未來需水量的增加，在觀孟前水源地增采30000m³/d時，預報10年間地下水位的變化狀況和10年末的地下水流場。

（2）東山煤礦安全開採的預報方案：由於奧陶系灰岩含水層水位高，水頭壓力大，要保證530水平15^＃煤的安全開采，就必須對下伏奧陶系灰岩含水層實施疏水降壓。水壓必須降到安全水頭以下。

根據突水系數公式進行計算，安全水頭：

華北煤田排水供水環保結合優化管理

式中：P為隔水底板承受的靜水壓力（MPa）；M為隔水層有效厚度（m）；C為突水系數，每米隔水層允許承受的水壓力（MPa/m）。

由上公式可計算出理論安全水頭壓力，然後換算出安全水位。根據中華人民共和國國家標准《礦區水文地質工程地質勘探規范》^［152］，底板受構造破壞塊段突水系數一般不大於0.06，為安全起見，本次預報取0.05。由東山煤礦750下山18個鑽孔資料，15^＃煤底板至奧陶系灰岩頂面，間距最大者101.53m（M5），最小者63.53m（B9），考慮到向深部變厚，15^＃煤隔水底板厚度取70m，參考《山西省太原市東山煤礦750下山礦床水文地質勘察報告》，扣除15^＃煤礦壓破壞底板有效厚度10m，有效防水厚度取60m，奧陶系灰岩頂板標高為460m，由上式計算可承受的安全壓力為3.0MPa，安全水頭為300m，安全水位為760m。

本次預測是對開采范圍內水位降到安全水位以下的疏降水量及疏降范圍內的水位進行預測，同時也包括不同疏降量條件下，水位降到安全水位以下所需的時間。降水量取多年平均值。

3.預報結果

（1）水源地開采預報結果：① 在水源地開采量和煤礦突水量維持在目前不變的條件下，預報各典型年典型地段地下水位下降值見表6-6。② 在水源地開采量和煤礦突水量維持在目前不變的條件下，按以上設置的降水量，預報10年間地下水位的變化狀況和10年末的地下水流場見圖6-15、圖6-16。③ 考慮到未來需水量的增加，在棗溝水源地增采30000m³/d時，預報10年間地下水位的變化狀況和10年末的地下水流場見圖6-17、圖6-18。④ 考慮到未來需水量的增加，在觀孟前水源地增采30000m³/d時，預報10年間地下水位的變化狀況和10年末的地下水流場見圖6-19、圖6-20。

圖6-15 現狀開采條件下預報10年間地下水位變化曲線

圖6-16 現狀開采條件下預報10年末地下水流場圖

圖6-17 棗溝水源地增采30000m³/d時，預報10年間地下水位變化曲線圖

圖6-18 棗溝水源地增采30000m³/d時，預報10年末地下水流場圖

圖6-19 觀孟前水源地增采30000m³/d時，預報10年間地下水位變化曲線圖

圖6-20 觀孟前水源地增采30000m³/d時，預報10年末地下水流場圖

水源地開采預報（b）～（d）計算結果見表6-7。

表6-6 典型年典型地段地下水位降深值

表6-7 不同開采條件下，10年末地下水水位降深表

（2）東山煤礦安全開採的預報方案結果：其預報結果見表6-8和圖6-21～26。

表6-8 安全預報結果表

圖6-21 疏乾量80000m³/d，10年間地下水位變化曲線

圖6-22 疏乾量80000m³/d，10年末地下水流場圖

圖6-23 疏乾量50000m³/d，15年間地下水位變化曲線

圖6-24 疏乾量50000m³/d，15年末地下水流場圖

圖6-25 疏乾量26000m³/d，20年間地下水位變化曲線

圖6-26 疏乾量26000m³/d，20年末地下水流場圖

5. 主要補充勘探工程

生產礦井主要水文地質補充勘探需進一步查清的礦井水文地質條件包括：井田地下水補給邊界、井田內斷層的導水性、井田內導水通道。在方法上主要是物探、化探、鑽探相結合，井上下抽水試驗與放水試驗相結合，有針對性進行立體綜合勘探。通過綜合勘探，結合礦井開採的實際水文地質資料，確定導水通道，圈定水害危險區，比較准確評價礦井涌水量。每個礦井應建立健全地下水觀測系統（包括水量、水位、水質、水溫等），特別應健全各含水層的長觀孔，為礦井突水後判斷水源提供正確決策。

（一）二₁煤水文地質補充勘探

1.水文地質補充勘探的目的

1）進一步探查規劃采區的構造分布范圍及導水性情況，為防水煤柱的留設提供依據；

2）探查井田范圍小煤窯的採掘邊界情況、積水范圍、煤柱尺寸及導水通道等，為防治小窯水提供科學依據；

3）探查二₁煤下伏主要含水層之間的隔水層岩性、厚度、穩定性，隔水性能，構造破碎帶對隔水層的破壞程度等；

4）探查太原組薄層灰岩及奧陶系灰岩的厚度、裂隙、岩溶發育程度、水頭高度和富水性，以及兩者的水力聯系程度；

5）科學預測評價采區涌水量。

2.勘探工程的主要內容

（1）二₁煤物探工程

根據需要解決的水文地質問題，本次規劃擬對二₁煤採用的物探方法有：地面三維地震和地面瞬變電磁法。

1）三維地震勘探法。三維地震是進行構造探查最有效的物探方法，此種方法對斷層、陷落柱、褶曲等構造的解析度及定量解釋精度較高。本次三維地震勘探在11采區東翼、16采區東翼和21采區進行。

11采區東翼內發育有板橋河逆斷層；16采區東翼發育有吳庄逆斷層，邊界發育有F₆斷層；21采區位於大冶向斜軸部，且其采區邊界發育有F₅斷層、周山斷層和F₆斷層。在這3個采區內進行三維地震勘探，主要目的是查明采區內斷層、裂隙密集帶以及21采區邊界周山斷層和F₅斷層的性質、分布和斷層導水情況等，為合理留設斷層煤柱及采區設計提供依據。

本次勘探面積0.8km²。

2）地面瞬變電磁法。在大平井田15采區和13采區部分工作面受老窯水威脅嚴重，本次規劃選用地面瞬變電磁法對采區內充水采空區范圍進行圈定，探清井田范圍小煤窯的採掘邊界情況、積水范圍、煤柱尺寸及導水通道等，為防治老窯水提供科學依據。

21采區在三維地震確定斷層具體位置的基礎上，進一步用瞬變電磁法對斷層富水性進行探查。

本次瞬變電磁勘探面積約0.65km²。

（2）二₁煤水文地質鑽探工程

大平礦現有的觀測孔數目較少（目前奧陶系灰岩水觀測孔1個，太原組L_7-8薄層灰岩沒有觀測孔），無法對奧陶系灰岩水和太原組薄層灰岩水進行有效的動態監測，而礦井大平煤礦現已全部轉入下山開采階段，且所有工作面均帶奧陶系灰岩水水壓開采，此外二₁煤底板太原組灰岩水對煤層安全開採的威脅也越來越大。但考慮到礦井已進入生產後期，大規模地構建觀測網路已不太現實，所以根據礦井采區規劃，在重點地段，有針對性的布置少量鑽孔，為下部開采提供依據是最經濟有效的。

本次共設計奧陶系灰岩長期觀測孔3個，太原組L_7-8灰岩長觀孔1個。各觀測孔的位置、作用、深度如表4-7所示。

1）奧陶系灰岩孔。大平井田二₁煤水文地質鑽探工程布置見表4-6。

表4-6 大平井田二₁煤水文地質鑽探工程布置

本次規劃實施對礦井增補3個地面奧陶系灰岩孔：O_d1，O_d2和O_d3。O_d1設計在15采區板橋河逆斷層保護煤柱內，其目的是對礦區西部奧陶系灰岩水位進行觀測；O_d2和O_d3孔分別布置在21采區周山斷層留設的保護煤柱內和F₅斷層保護煤柱內，目的是作為長觀孔對井田東南部奧陶系灰岩水位進行觀測，並對周山斷層和F₅斷層的物探結果進行驗證。

2）太原組灰岩孔。本次規劃在井田下一步開採的21采區布置一個太原組L_7-8灰岩地面長觀孔C_d1，對太原組L_7-8灰水岩位進行長期觀測。

O_d1，O_d2，O_d3和C_d1全孔進行簡易水文觀測，在鑽孔施工完成後進行簡易抽水試驗。

（二）一₁煤水文地質補充勘探

大平礦對一₁煤的勘探程度尚停留在建井初期的精查階段，對一₁煤開採的水文地質條件認識也不是很清楚。基於大平礦一₁煤層埋深，井田內構造發育情況和承受奧陶系灰岩水壓的大小等綜合因素考慮，一₁煤最佳開采地段為礦井北部一₁煤埋深較淺地段。

1.勘探任務

1）詳細探明勘探區地質地層情況及構造發育情況；

2）探查勘探區一₁煤層頂板太原組薄層灰岩厚度，岩溶裂隙發育程度，含（富）水性及相關水文地質參數；

3）針對奧陶系灰岩富水性分布不均勻的特徵，對一₁煤勘探區范圍內奧陶系灰岩含水層富水性進行探查，查明奧陶系灰岩水壓力，奧陶系灰岩補、徑、排條件和水位動態規律，奧陶系灰岩富水性和富水強度垂直、水平方向分帶規律，導水構造發育程度和頂底板含水層水力聯系情況；

4）探查一₁煤層底板本溪組隔水層岩性、厚度、完整程度及隔水性能；

5）通過帶壓系數測試重點探查奧陶系灰岩頂部古風化殼的岩溶裂隙發育情況及阻水性能；

6）探明勘探區范圍內有無小煤礦開采，如有要探明其采空區范圍、積水范圍、積水量、積水壓力及其與待掘井巷工程之間的空間關系。

2.勘探方法

（1）一₁煤水文地質補勘階段

本階段對一₁煤水文地質補充勘探主要可以運用的勘探技術有：地面三維地震勘探技術、地面瞬變電磁勘探技術、地面水文地質鑽探技術和放水試驗技術。具體方法如下：

1）採用地面三維地震勘探技術，探查勘探區地質、地層和構造發育情況，重點對一₁煤頂底板含（隔）水層的探查；

2）採用地面瞬變電磁勘探技術，探查勘探區含、隔水層分布情況、富水情況以及勘探區范圍內本礦一₁煤采空區積水情況和小煤礦采空區分布情況和積水情況；

3）根據三維地震、瞬變電磁勘探結果，布置地面勘探孔，對物探結果進行探查驗證，並通過在鑽探過程中開展簡易水文地質觀測，簡易抽水試驗及岩石物理力學試驗，具體通過對水位、單位涌水量、漿液消耗量、滲透系數、水質、同位素等參數綜合分析一₁煤頂、底板各含水層組的富水情況。地面勘探孔兼做放水試驗觀測孔。

4）根據上述勘探結果，對本區一₁煤層底板奧陶系灰岩水進行井下放水試驗。在井下巷道系統、排水系統形成後，在井下施工放水孔並補充少量觀測孔，放水試驗孔應在物探基礎上合理選擇孔位（井下放水孔和觀測孔還兼作帶壓系數測試孔）。在井下放水孔放水過程中，利用已有地面勘探孔和新增的井下觀測孔對一₁煤層底板下伏奧陶系灰岩水、頂板L_1-4含水層進行同步水位觀測和水化學、同位素試驗。

放水試驗的主要目的：①奧陶系灰岩含水層的富水性，降落漏斗的形態及其擴展情況，確定影響半徑；②查明水文地質邊界條件，查明奧陶系灰岩水的補給、徑流情況；③確定太原組薄層灰岩L_1-4含水層和奧陶系灰岩含水層之間的水力聯系；④求取水文地質參數（包括滲透系數、儲水系數等），為計算礦區涌水量提供依據，並預測礦井的涌水量。

放水試驗後，保留部分放水試驗孔進行水位（壓）、水量動態長期觀測；保留部分地面觀測孔作為長觀孔，並將其納入礦井井上下水情監測系統。因一₁煤水文地質補充勘探不確定因素較多，其水情監測系統，需在勘探結束後根據具體情況而定，本次不對其作具體規劃。

（2）一₁煤巷道掘進和工作面回採階段

1）音頻電透視法。音頻電透視法是利用電磁波在介質中傳播時，其電流強度隨介質層電阻率的大小而有規律變化的特徵，進而計算出穿透各點的視電阻率相對關系，作出反映探測區域富水性的等視電阻率平面等值線圖，並可結合具體水文地質條件推斷出頂底板含水體的性質，富水性大小，空間形態及分布范圍，為防治水工作提供依據。該方法的主要用途為：①採煤工作面底板下100m內富水區域探測；②採煤工作面頂板100m內富水范圍探測；③工作面內老窯、陷落柱平面分布范圍探測；④注漿效果檢查。

本次一₁煤開采，在採煤工作面形成後，應用音頻電透視方法對工作面內部及工作面上部50m范圍內富水區進行探測，為疏放頂板水提供依據。本規劃還選用這種方法探測井下工作面隱伏含水斷層和破壞帶空間位置及其賦水性變化，注漿檢查，為疏水降壓等治理工作提供指導。

2）井下直流電法。井下直流電法主要用於巷道頂底板探查，工作面頂板探查和掘進堵頭超前探測。具體解決以下問題：

i.巷道頂底板探查。①利用現有的巷道工作，探查深度可達100m，可探測含水層深度，局部富水體深度范圍、導升高度及沿巷道方向分布寬度；②提供沿巷道方向垂向電阻率切片剖面，用於解釋工作面巷道底板100m深度內的含水、導水體，潛在的突水通道、底板隔水厚度、含水層厚度、含水層原始導升高度；③要求巷道內無大范圍積水。

ii.工作面頂底板探查。①改變工作方法利用巷道側壁可以探測工作面內的隱伏含水構造；②利用多條巷道（上巷、下巷、切眼等）的數據進行立體成圖——對工作面底板不同深度進行類似「CT」成像的斷面、平面切片，分離出電法含水異常區域，得到視電阻率異常斷面圖、平面圖，進行立體解釋。

iii.掘進堵頭超前探查。①利用巷道超前探測使用三極空間交匯探測法，可以預測堵頭前方80m范圍內存在的導、含水構造（斷層、陷落柱、裂隙破碎帶、老窯巷道），提供前方80m范圍內岩石的視電阻率變化信息；②異常為相對異常，可以肯定解釋異常區不會存在突水或出水的危險，解釋的異常區不能肯定一定出水；③預測堵頭的後方必須有不小於前方探測深度的施工空間；④智能傻瓜化資料處理，容易掌握使用。巷道掘進過程中，依據「有疑必探，先探後掘」的原則，採用井下巷道直流電法超前、垂向、側向探測技術對一₁煤層底板導水構造進行探查；採用井下鑽探技術對直流電法結果進行驗證，並對探查清楚的煤層底板導水構造進行綜合治理；在採煤工作面形成後，直流電法在下巷中進行，同時應用音頻電透視法同時在上巷和下巷中進行探查。直流電法對地質異常體在垂向上分辨比較清晰，而音頻電穿透法對地質異常體的位置分辨比較清晰，因此兩者結合可以取得滿意的效果。

3.勘探工程布置

本次一₁煤水文地質補充勘探初步在礦井北部二₁煤露頭區與一₁煤露頭區之間的區域進行，勘探步驟如下：

一₁煤開采補充勘探設計→地面三維地震勘探→地面瞬變電磁勘探→地面及井下鑽探工程及鑽孔帶壓系數測試→井下放水試驗。

6. 遇斷層底板極限突水系數法

根據萬年礦地質資料與對實際揭露斷層的分析，礦區地質構造較發育。假設在工作面機巷遇一非導水斷層，走向N50°，遇斷層時導高帶按10m計算。底板主要為砂質泥岩，滲透系數取0.01m/d。在第三章應景對回採至該斷層附近時底板隔水層所能承受的極限水壓力P_l及底板有效隔水層帶的殘余水頭壓力P_c進行了計算。根據（7.7）式，將極限突水系數k作為判據來進行帶壓開采底板突水預測：若k＜0，則不會發生突水；若k＞0，則發生突水；若k＝0，則為臨界突水點。根據極限突水系數法得萬年礦各煤層突水判別見表7.4。

由表7.4可得當煤層開采遇斷層時：2^＃煤、4^＃煤±0m水平、4^＃煤－240m水平及6^＃煤±0m水平k＜0，其完全不受奧灰突水的威脅；4^＃煤－440m水平、6^＃煤－240m水平、6^＃煤－440m水平、7^＃煤、8^＃煤及9^＃煤的三個開采水平k＞0，存在奧灰突水的可能。通過（7.8）式可得萬年礦各煤層開采水平遇斷層時的臨界疏降水位值見表7.5 。

表7.4 疏水降壓前遇斷層（非導水）時底板突水判別計算表

表7.5 萬年礦各煤層遇斷層帶壓開采時的疏降水位值

2007年8月，萬年礦奧灰水位標高為＋35m，由表7.5得萬年礦遇斷層時欲帶壓安全開采4^＃、6^＃、7^＃、8^＃、9^＃煤的臨界水位標高為：4^＃煤－440m水平為－30m，6^＃煤－240m水平為1m，6^＃煤－440m水平為－195m，7^＃煤－200m水平為－20m，7^＃煤－400m水平為－217m，7^＃煤－600m水平為－416m，8^＃煤－200m水平為－54m，8^＃煤－400m水平為－253m，8^＃煤－600m水平為－452m，9^＃煤－200m水平為－49m，9^＃煤－400m水平為－247m，9^＃煤－600m水平為－446m。

故對於2^＃煤的三個開采水平、4^＃煤±0水平、4^＃煤－240m水平及6^＃煤±0水平可以實現安全的帶壓開采；對於4^＃煤－440m水平、6^＃煤－240m水平、6^＃煤－440m水平、7^＃煤的三個開采水平、8^＃煤－200m開采水平，遇斷層開采時必須實施注漿措施，以加固底板；對於8^＃煤－400m開采水平、8^＃煤－600m開采水平及9^＃煤的三個開采水平，除進行疏水降壓外，遇斷層時還應進行疏水降壓。