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本书从介绍我国矿井水害的现状及原因分析入手，简要介绍了水文地质条件研究的内容，对矿井水文地质工作、矿井充水条件与水文地质类型划分和矿井涌水量预测等内容进行了较为系统分析与论述，重点介绍了当前矿井水害防治的技术与方法、注浆堵水技术和矿井排水系统设计等内容，对煤矿突水事故的抢险与救灾技术予以必要的介绍，对矿区地质环境与水污染的防治进行简要总结。为了学以致用，书中提供了近40个不同类型、具有较大影响的典型煤矿突水事故与案例。    本书可作为高等院校地质、采矿、安全、测绘、环境等学科专业的高年级学生作为矿井水害防治课程的教学用书，也可作为矿井防治水领域专业技术人员的培训。

我国是世界上煤炭消耗最多的国家,原煤总产量的95%来自井工开采。我国煤田地质条件十分复杂,是世界上煤矿开采受水害最严重的国家之一,受水威胁的煤炭储量占探明储量的27%。煤矿在生产与建设过程中,频繁发生的突(涌)水灾害严重威胁着煤矿的安全生产,轻则影响矿井正常生产,重则直接危及职工生命和国家财产安全。

随着煤炭工业的快速发展,矿井开采的范围和深度不断加大,尤其是随着现代化开采设备的使用和开采方法的改进,大纵深、大面积、大采高、快速度的现代化高效开采,大大提高了开采量和开采强度。开采过程中所面临的地质问题越来越多,受水害的影响越来越强,煤矿水害事故发生的条件、威胁程度及水害形成机理都在发生变化。大气降水、地表水、地下水、老窑(空)水、陷落柱和断层带水等引发的矿井突水、突泥(砂)事故频发,特别是群死群伤重大事故时有发生,给国家和人民带来的经济损失巨大,人身伤害、意外死亡极其惨痛。故此,矿井水害防治工作越来越受到社会的关注,促使各级政府和企业高度重视。

我国幅员辽阔,煤炭种类多,分布范围广,成煤环境与地质条件差异大,煤矿水文地质条件极为复杂。加之,煤矿水文地质人才缺乏,研究方法与技术装备不够先进,对矿井水文地质的研究程度不够,从而造成水文地质的预测预报难度很大。

当前,煤炭行业虽然受“限能压产”等政策性、结构性调整的影响,产量有所降低,但是,矿井防治水形势依然严峻,为了预防矿井水害,减少水害的威胁,一方面需要提出矿井水害防治的新技术、新方法,探索新理论,研发新设备;另一方面需要认真踏实地做好日常的矿井水文地质工作,准确作出预测预报,合理使用防治措施,确保煤矿安全生产。

本书紧密结合当前矿井水害防治的实际,大量参考我国各类矿井水害防治的理论和实践,广泛汲取前人的研究成果,较为全面地吸纳各家之所长,相对完善地集成了矿井水害防治的理论、原理与方法,凝聚作者多年教学与科研工作的体会,结合高等教育的特点,以安全生产为目标,从知识结构上,尽可能保证知识与理论体系的完整性;从内容上,尽可能吸纳我国目前防治水领域的最新成果,力求翔实、全面。

本书的特点可以用“四个注重”来表述,其一注重理论联系实际,结合案例教学,增强了实用性;其二注重现场,特别是突出生产一线矿井水害防治工作的内容、方法与技术要求;其三注重操作性,本书编写过程注重各种行业规范、规定的应用,弥补了其他教材在此方面的不足;其四注重知识体系的完整性,既重视基础理论,又突出水害防治的实践效果。

本书大量参阅了前人的文献和同类教材与专著,以无比崇敬之心,在认真品读的基础上,撷取各家之所长而聚于此,在此深表感激与谢意。统稿与修改过程中得到西安科技大学夏玉成教授的精心指导,提出了许多宝贵意见和建议,在章节安排、内容和结构上均有了很大改善。在编写过程中,得到了蒋泽泉、姬中奎、徐建民、梁俊峰、牛超等同志的大力协助与支持,

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他们提供了大量的现场资料,完善了相关章节的内容。参与整理材料、清绘图件的有周英、袁延西、刘美乐、杨韬、高哲等,他们为本书的编写、组稿付出了艰辛的劳动。

本书的编写得到了西安科技大学教务处、西安科技大学地质与环境学院、陕西煤业化工集团和国土资源部煤炭资源勘察与综合利用重点实验室等单位、领导和专家的大力协助与支持,在此一并表示衷心的感谢。

由于编者水平有限,书中难免有错误与不妥之处,敬请批评指正。

作者

2016年3月

第一章 矿井水害现状及原因分析…………………………………………………………… 1

第一节 矿井水害的概念………………………………………………………………… 1

第二节 我国煤矿水害事故的现状……………………………………………………… 2

第三节 我国煤矿水害分区……………………………………………………………… 4

第四节 矿井水害类型………………………………………………………………… 11

第五节 矿井水害的管理原因………………………………………………………… 14

第六节 矿井水害的技术原因………………………………………………………… 15

第七节 矿井水害防治技术概述……………………………………………………… 19

第二章 水文地质条件研究………………………………………………………………… 23

第一节 岩石的水文地质特征………………………………………………………… 23

第二节 岩石的水理性质……………………………………………………………… 31

第三节 蓄水构造与地层富水性……………………………………………………… 34

第四节 地下水的分类及其特征……………………………………………………… 38

第五节 控水构造及水文地质单元…………………………………………………… 47

第六节 地下水系统…………………………………………………………………… 51

第七节 地下水的运动………………………………………………………………… 55

第八节 地下水化学分析与分类……………………………………………………… 61

第三章 矿井水文地质工作………………………………………………………………… 66

第一节 矿区水文地质勘探…………………………………………………………… 67

第二节 水文地质补充勘探…………………………………………………………… 69

第三节 矿井水文地质调查…………………………………………………………… 76

第四节 矿井水文地质动态观测……………………………………………………… 105

第五节 综合物探技术的应用………………………………………………………… 108

第六节 放水试验……………………………………………………………………… 111

第七节 示踪连通试验………………………………………………………………… 114

第八节 矿井水文地质图……………………………………………………………… 116

第四章 矿井充水条件与水文地质类型划分……………………………………………… 131

第一节 矿井充水水源………………………………………………………………… 131

第二节 矿井充水通道………………………………………………………………… 148

第三节 矿井充水强度………………………………………………………………… 160

第四节 水文地质类型划分方法……………………………………………………… 166

第五节 矿床水文地质勘查类型划分………………………………………………… 167

第六节 矿床水文地质类型的基本特点……………………………………………… 169

第七节 矿井水文地质类型划分……………………………………………………… 176

第五章 矿井涌水量预测…………………………………………………………………… 183

第一节 矿井涌水量预测的内容、方法、步骤与特点………………………………… 183

第二节 经验公式法…………………………………………………………………… 186

第三节 Q-S 曲线外推法……………………………………………………………… 188

第四节 相关分析法…………………………………………………………………… 200

第五节 解析法………………………………………………………………………… 203

第六节 数值法………………………………………………………………………… 226

第七节 水均衡法……………………………………………………………………… 235

第八节 作图法………………………………………………………………………… 238

第九节 灰色系统法…………………………………………………………………… 239

第十节 常用预测矿井涌水量的数值模拟软件……………………………………… 241

第六章 矿井水害防治技术………………………………………………………………… 243

第一节 地面防治水…………………………………………………………………… 244

第二节 井下防治水…………………………………………………………………… 253

第三节 疏放排水技术………………………………………………………………… 288

第四节 带压开采技术………………………………………………………………… 299

第七章 注浆堵水技术……………………………………………………………………… 308

第一节 注浆堵水中的水文地质工作………………………………………………… 308

第二节 注浆堵水的施工要求………………………………………………………… 309

第三节 注浆堵水材料………………………………………………………………… 313

第四节 常见浆液的配制……………………………………………………………… 317

第五节 注浆堵水工程设计…………………………………………………………… 322

第六节 注浆施工中的疑难问题及处理方法………………………………………… 327

第七节 淹没井巷的处理与注浆堵水………………………………………………… 329

第八节 几种常见注浆堵水的技术要求……………………………………………… 332

第八章 矿井排水系统……………………………………………………………………… 346

第一节 水泵…………………………………………………………………………… 346

第二节 排水管、排水沟与水仓……………………………………………………… 348

第三节 排水系统选型………………………………………………………………… 350

第四节 排水系统的维护……………………………………………………………… 354

第五节 强排系统……………………………………………………………………… 355

第九章 突水事故抢险与救灾……………………………………………………………… 357

第一节 矿井突水事故综合分析……………………………………………………… 357

第二节 矿井突水事故抢险救灾工作的现场应急…………………………………… 359

第三节 救灾过程的控水、排水与堵水技术………………………………………… 363

第四节 救灾中的水文地质工作……………………………………………………… 367

第五节 防水闸门的使用……………………………………………………………… 375

第六节 矿井水灾应急救援预案……………………………………………………… 376

第十章 矿区地质环境与水污染…………………………………………………………… 385

第一节 矿区地质环境问题…………………………………………………………… 387

第二节 矿井水污染特征及其资源化………………………………………………… 407

附录 煤矿突水事故与案例分析…………………………………………………………… 423

附录一 地表水体引发的水害事故…………………………………………………… 423

附录二 松散层(冲积层)水引发的水害事故………………………………………… 430

附录三 老窑(空)积水引发的水害事故……………………………………………… 435

附录四 煤层底板水害事故…………………………………………………………… 450

附录五 煤层顶板水害事故…………………………………………………………… 483

附录六 防水闸门、防水闸墙突水事故……………………………………………… 487

附录七 封堵不良钻孔、断层及陷落柱等水害(突泥)事故………………………… 490

附录八 煤矿综合防治水……………………………………………………………… 501

参考文献……………………………………………………………………………………… 506