疏水降压主要是指受水害威胁和有突水危险的矿井或采区借助于专门的疏水工程（疏水石门、疏水巷道、放水钻孔、吸水钻孔等，有计划、有步骤地对煤层上覆或下伏强含水层中地下水进行疏放，使其水位（压）值降至安全采煤时的水位（压）值以下的过程。其目的是预防地下水突然涌入矿井造成水灾事故，同时改善劳动条件、提高劳动生产率，是煤矿防治水的重要措施之一。

一、疏放条件

(l)煤层（组）顶板导水断裂带范围内分布有富含水层，必须进行疏干开采。

垮落带与导水断裂带最大高度可根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中的有关公式计算和现场实测等方法综合确定。

(2)被松散富含水层所覆盖、浅埋缓倾斜煤层，需要疏干开采时，应进行专门水文地质勘探或补充勘探，查明水文地质条件，并根据勘探评价成果确定疏于地段、制定疏千方案，由煤矿总工师审批执行。

(3)疏干开采半固结或较松散的含水第三系煤层时，采前应着重解决如下问题：

①查明流砂层的埋藏分布条件，研究其相变及成因类型。

②查明流砂层的富水性、水理性，预计涌水量和预测可疏干性，建立动态观测网，观测疏干速度和疏干半径。

③在疏干开采试验中，应观测研究导水断裂带发育高度，水秒分离方法，跑砂休止角，巷道开口时溃水、溃砂的最小垂直距离，钻孔超前探放水安全距离等。

③研究对溃水、溃砂引起地面塌陷的预测及处理方法。

(4)若煤层顶板受开采破坏后，其导水断裂带波及范围内存在强含水层（体）时，掘进、回采前必须对含水层采取超前疏干措施。要进行专门水文地质勘探和试验，并编制疏千方案，选定疏千方式和方法，综合评价疏干开采条件和技术经济合理性。疏干方案由煤矿总工程师审定。

(5)在矿井疏干开采过程中，应进行定性、定量分析，可应用“三图一双预测法”进行顶板水害分区评价和预测。有条件的矿井可应用数值模拟技术，进行冒裂带发育高度、疏干水量和地下水流场变化的模拟和预测。

“三图一双预测法”是解决煤层顶板充水水源、通道和强度三大问题的顶板水害评价方法。“三图”是指煤层顶板充水含水层富水性分区图、顶板冒裂安全性分区图和顶板涌（突）水条件综合分区图；“双预测”是指顶板充水含水层预处理前、后回采工作面分段和整体工程涌水量预测。

充水含水层富水性分区图可通过影响控制含水层富水程度的厚度和岩性、地质构造、渗透特性、单位涌水量、钻孔岩芯描述和采取率、冲洗液消耗量、抽（放）水试验和井

下涌（突）水形成的地下水渗流场分析、地下水水化学场和地球物理勘探场分析等资料，根据多源信息复合原理，应用GIS的叠加功能编制形成。

顶板冒裂安全性分区图是指煤屡回采过程中诱发的顶板导水断裂带加保护层总高度与煤层至含水层之间覆岩厚度之差图，它是煤层回采过程中顶板突水灾害发生的前提。顶板导水断裂带发育总高度受控因素多，具有非常复杂的非线性特征，除受控于煤层覆岩岩性组合、塑与脆性岩沉积厚度比值和其沉积位置、倾角和构造条件及原岩地应力分布等自然影响因素外，还受控于开采工艺、采高和工作面斜长及具体的顶板控制方式等人为影响因素。导水断裂带发育总高度一般可采用经验统计公式或数值模拟计算评价，也可采用井下现场实测确定。

顶板涌（突）水条件综合分区图是应用GIS的多源信息复合叠加功能，将前述的煤层顶板充水含水层富水性分区图与顶板冒裂安全性分区图复合叠加处理后编制而成的。天然和人为改造状态下的采煤工作面分段和整体工程涌水量预测是根据研究矿井具体的充水

水文地质物理概念模型，建立地下水流系统的三维数值模拟模型，在反演识别基础上，根据采煤工作面周期来压步骤，分别预测在天然和人为改造两种不同状态下的采煤工作面分段和整体工程涌水量。

(6)承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值时，开采后隔水层不易被破坏，煤层底板水突然涌出可能性小，可以进行“带水压开采“，但必须制定安全措施，由煤矿总工程师审批。

(7)承压含水层与开采煤层之间的隔水层厚度，能承受的水头值小于实际水头值进行开采前，必须遵守下列规定：

①采取疏水降压的方法把承压含水层的水头值降到隔水层能允许的安全水头值以下，并制定安全措施，由煤矿总工程师批准；总结适合本矿区（井）的安全水头值，指导安全生产。

②承压含水层的集中补给边界已经基本查清，可预先进行帷幕注浆，截断水源，然后疏水降压开采。

③承压含水层的补给水源充沛，不具备疏水降压和帷幕注浆的条件时，可酌情采用局部注浆加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法，但必须编制专门的设计，在有充分防范措施的条件下进行试采，并制定专门的防止淹井措施。专门设计由煤矿总工程师批准。

(8)有条件的矿井可采用“五图一双系数法”或“脆弱性指数法”等对底板突水危险性进行综合分区评价，预计最大涌水量。预计方法可采用比拟法、解析法和数值模拟法等。

“五图一双系数法”：“五图”是指底板保护层破坏深度等值线图、底板保护层厚度等值线图、煤层底板上的水头等值线图、有效保护层厚度等值线图和带水压开采评价图；

“双系数”是指带压系数和突水系数。“五图一双系数法”是一种带压开采工作面评价的方法。该方法用于采煤工作面评价时涉及许多细致的工作内容，其中最重要的是围绕“五图”、“双系数”和“三级判别”来进行，如图6 -14所示。

“五图”的概念和意义如下：

①在工作面回采过程中，由于矿压等因素综合作用的结果，在煤层底板稀产生一定深度的破坏，这种破坏后的岩层具有导水能力，故称之为导水破坏深度。通过实验和计算可获得该值的分布情况。据此绘制“底板保护层破坏深度等值线图”（第一图）。

②煤层底面至含水层顶面之间的这段岩层称为底板保护层。底板保护层是阻止承匿水涌入采掘空间的屏障，需查明其厚度及其变化规律，并据此绘制“底板保护层厚度等值线图”（第二图）。

③煤层底板以下含水层的承压水头将分别作用在不同标高的地板上。根据计算绘制“煤层底板上的水头等值线图”（第三图）。

④把导水破坏深度从底板保护层厚度中减去，所得厚度为有效保护层。有效保护层是真正具有阻抗水头压力能力且起安全保护作用的部分。据此绘制“有效保护层厚度等值图”（第四图）。

⑤最后根据有效保护层的厚度的存在与否和厚度大小，依照“双系数”和“三级判别”综合分析，即可绘制带压开采技术的最重要图件――“带压开采评价图”（第五图）。

“双系数”和“三级判别”的概念和意义如下：

①在研究保护层时，要同时进行阻抗水头压力能力的测试，根据所获参数计算保护层的总体带压系数。它是表示每米岩层可以阻抗多大水头压力的指标，是双系数之一。另一系数是突水系数，它是有效保护层厚度与作用其上的水头值之比。

②“三级判别”是与“双系数”配合，用来判别突水与否、突水形式和突水量变化的3个指标。I级判别是判别工作面必然发生直通式突水的指标；Ⅱ级判别是判别工作面发生非直通式突水可能性及其突水形式的指标；Ⅲ级判别是判别已被Ⅱ级判别定力突水工作面的突水量变化状况的指标。

“脆弱性指数法”是将可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息集成与具有强大空间信息分析处理功能的GIS耦合于一体的煤层底板水害评价方法。它是指评价在不同类型构造破坏影响下，由多岩层组成的煤层底板岩段在矿压和水压联合作用下的突水风险的一种预测方法。它不仅可以考虑煤层底板突水的众多主控因素，而且可以刻画多因素之间复杂的相互作用关系和对突水控制的相对权重，并可实施脆弱性的多级分区。根据信息融合的不同数学方法，脆弱性指数法可划分为非线性和线性两大类。非线性脆弱性指数法包

图6-14 “五图一双系数法”流程图

括基于GIS的ANN型脆弱性指数法、基于CrIS的证据权重法型脆弱性指数法和基于GIS的贝叶斯法型脆弱性指数法等；线性脆弱性指数法包括基于GIS的AHP型脆弱性指数法等。

脆弱性指数法评价的具体步骤如下：

①根据对矿井充水水文地质条件分析，建立煤层底板突水的水文地质物理概念模型。

②确定煤层底板突水主控因素。

③采集收集各突水主控因素基础数据，并进行归一化无量纲分析和处理。

④应用地理信息系统，建立各主控因素的子专题图层。

⑤应用信息融合理论，采用非线性数学方法（如ANN法、证据权重法、Logistic回归法或其他方法）或线性数学方法（如AHP等其他方法），通过模型的反演识别或训练学习，确定出煤层底板突水的各主控因素的权重系数，建立煤层底板突水脆弱性的预测预报评价模型。

⑥根据研究区各单元计算的突水脆弱性指数，采用频率直方图的统计分析方法，合理确定突水脆弱性分区阈值。

⑦提出煤层底板突水脆弱性分区方案。

⑧进行底板突水各主控因素的灵敏度分析。

⑨研发煤层底板突水脆弱性预测预报的信息系统。

⑩根据突水脆弱性预测预报结果，制定底板水害防治的对策、措施与建议。

二、疏放程序

矿井疏放可分为疏放勘探、试验疏放和经常疏敖3个程序，应与矿井生产建设密切配合。

1．疏放勘探

疏放勘探是以疏放为目的的补充水文地质勘探，其目的是进一步查明矿井疏放水所需要的水文地质资料，包括地下水的补给条件及运动规律，水文地质边界条件，地下水水量预计；被疏放含水层与地表水体或与其他含水层之间的水力联系及可能产生的变化；含水层的导水系数和储水系数等。

确定疏放的可能性，提出疏水方案。制订方案应遵循的原则是，疏放时机要与矿井生产建设阶段相适应，疏放能力要超过含水层的天然补给量；疏放工程的布置应靠近防护地段并尽可能从含水层底板地形低洼处开始；疏放钻孔数应采用多种方案验算，孔间干扰要达到最大值，且水位降低能满足采掘安全的要求；水平含水层采用环状疏放系统，倾斜含水层采用线状疏放系统。

2．试验疏放

试验性疏放方案的正确性表现为开采初期的水位降低，能经受6 -12个月，尤其是雨季的考验，试验性疏放要尽可能利用疏放勘探工程，并适当补充疏放装置，通过试验、视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。

3．经常疏放

经常疏放是生产矿井日常性的疏放工作。随着开采范围的扩大和水平的延深，疏放工作要不断地进行调整、补充，甚至重新制定疏放方案，以满足矿井生产的要求。水丈地质人员要定期对疏放孔进行水量观测和水位观测，编制疏放水量、水位动态、疏放降落漏斗平面图；定期进行水质分析，掌握水质动态，及时分析有无可能出现新的补给水源，围绕不同开采阶段修改补充疏放方案和施工设计，保证疏放工作顺利举行。

三、疏放方式

疏放工程按其进行时间可分为超前疏放和平行疏放。超前疏放是在井巷开掘前进行的；平行疏放是在井巷开拓过程中进行的，一直到矿井全部采完。疏放方式按其疏放工程所处的位置来分，有地表疏放、地下疏放和联合疏放3种方式。

（一）地表疏放

地表疏放主要用于超前疏放阶段，是指在需要疏放降压的地段在地表施工大口径钻孔，安装深井泵或潜水泵排水，预先降低含水层水位的疏放方法。适用条件是被疏放含水层的渗透性能好，含水丰富。潜水含水层的渗透系数要大于3 m/d，承压含水层渗透系数要大于0.5 m/d，疏放降压深度不超过水泵的扬程。地表疏放的优点是施工简单，施工工期短，费用较低，安全可靠，且水质未受煤层污染，可供工业和民用供水之用等。根据疏放地段的地质和水文地质条件，疏放降压孔的布置有两种形式：一是直线孔群，适用于地下水一侧补给的条件；二是环形孔群，适用于地下水为环形补给的条件。

（二）地下疏放

地T疏放用于平行疏放阶段，通常采用巷道疏放和井下钻孔（放水孔和吸水孔）疏放方法。

1．巷道疏放

当煤层直接顶为含水层时，常将采区巷道或采煤工作面的准备巷道提前开拓出来，利用采准巷道预先疏放顶板含水层水。例如，平顶山矿区开采太原组各煤层时，其直接顶板有灰岩水，常充分利用采准巷道进行疏放，煤层开采时，采区涌水量减少了70% - 80%。这是一种既经济又有效的方法，不需要专门的设备和额外的巷道工程，又能保证疏放水的效果。在有利的地形条件下，即在开采侵蚀基准面以上的煤层时，还可以自行排水。

2．钻孔疏放

我国不少煤矿煤层上部为砂岩裂隙含水层，其中的裂隙水常沿裂缝进入采掘工作面，造成顶板滴水和淋水，影响采掘作业，甚至在矿山压力的作用下，伴随着回采放顶有大量水涌入井下，造成停产和人身伤亡事故。对于煤层直接顶板为水量不大的含水层，利用采区和采煤工作面的巷道布置钻孔预先疏放顶板水，降低水头压力，避免回采期间顶板突水，为采掘工作创造安全条件。

（三）联合疏放

水文地质条件复杂的矿井，单一方式的疏放不能满足矿井生产的需要时，采用地表疏放和地下疏放相结合的疏放方式，称为联合疏放。如果一个矿井疏放达不到疏放目的时，可几个矿井同耐疏放。例如，我国湖南煤炭矿区，采用单井或两井共同疏干时经常发生淹井，后来采用四个矿井同时疏放，总排水量达到8000 m3/h，形成区域降落漏斗，顶板（长兴灰岩）水位降低196 m，底板（茅日灰岩）水位降低257 m，取得了良好的疏放效果。

四、疏放方法

在地下开采的煤矿中，疏放水工作主要是在井下巷道中进行的，这里着重介绍在井下疏放含水层中地下水的基本方法。

（一）顶板水的疏放

1．利用巷道或石门疏放

利用巷道或石门疏放的方法主要应用于开采太原群一组煤的煤矿，太原群薄层灰岩岩溶裂隙发育，富水性强，而灰岩为一组煤直接顶，必须采用降压开采的防治水策略，利用巷道或石门疏放水可以取得良好的技术经济效果，如图6 -15和图6-16所示。

图6 -15巷道疏放顶板水

图6 -16利用石门疏放顶板水

利用采准巷道疏放顶板含水层时应注意：①采准巷道提前掘进的时间应根据疏放水量和疏放速度决定，超前时间过长会影响采掘计划的平衡，造成巷道长期闲置，有时还会增加巷道的维护工程量，超前时间太短又会影响疏放效果；②疏放强含水层时，应视水量大小考虑是否要扩大排水沟、水仓及增加排水设备。

2．放水钻孔

当含水层距离煤层较远，采准巷道起不到疏放作用时，可在巷道中每隔一定距离向含水层打放水钻孔进行预先疏放。

放水钻孔的布置应考虑：①钻孔应布置在裂隙发育和标高较低的地段；②钻孔的间距按疏干降落曲线的要求布置，或与基本顶周期来压的步距同步；③钻孔的深度要打透采空后形成的导水断裂带，若穿透导水断裂带以外的含水层，将会导致额外的水源涌人工作面；④钻孔的方位垂直或接近于垂直顶板含水层时工程量最省，但斜孔揭露含水层范围大，疏放水效果好；⑤钻孔数量和孔径视水量大小而定，孔径一般不宜过大。

3．直通式放水钻孔

当煤层顶板以上有几层含水层，岩层比较平缓，含水层距地表较浅，并且巷道顶板为相对隔水层时可采用直通式放水钻孔。直通式放水钻孔是由地表施工，向下打穿含水层，并与井下疏干巷道的放水硐室相通的垂直放水钻孔，当放水钻孔通过松散含水层或涌砂、涌泥的含水层时，应在相应部位安装过滤器，如图6 -17所示。

（二）底板水的疏放

我国的许多煤矿，煤层底板下蕴藏有丰富的地下水，这种地下水常常具有很高的承压水头，多数矿井承受水压3-5 MPa，个别高达7 MPa。在采掘活动中，由于岩层的原始平衡状态遭到破坏，巷道或采煤工作面底板在水压和矿山压力的共同作用下，底板隔水岩层开始变形，产生底鼓，继而出现裂缝。当裂缝向下发展延深达到含水层时，高压的地下水便会突破底板涌入矿井。在这种情况下，可以考虑底板疏放。

1，利用巷道疏放

将巷道布置于强含水层中，利用巷道直接疏放。例如，湖南一些煤矿开采龙潭煤组下层煤，底板为茅口灰岩，隔水层很薄，原先将运输巷道布置于煤层中，水大，压力也大。后来将运输巷道直接布置在底板茅口灰岩的岩溶发育带中，既收到了很好的疏放水效果，也解决了巷道布置在煤层中支护困难的问题。但是，这种方法只有在矿井具有足够的排水能力时才能使用，否则在强含水层中掘进巷道将是不可行的。

l-孔盖；2一无缝钢管；3-卵石；4-筛管；5-铁盘牛皮止水承座；6-空口管接头；7-闸阀；8-井下放水硐室

图6 -17直通式过滤器结构示意图

2．钻孔疏放降压

根据底板突水的原因分析，不难设想预防底板突水可以从两个方面进行：一是增加隔水层的“抗破坏能力”，如用注浆加固底板隔水层、留设防水煤（岩）柱以加大隔水层的强度和厚度；二是降低或消除“破坏力”的影响，如疏放降压等。

根据安全水头的概念，疏放降压并不需要将底板水的水头无限制地降低，乃至完全疏干，只要将底板水的静水压力降至安全水头以下，即可达到防治底板水的目的。疏放降压钻孔和顶板放水孔一样，是在计划疏降的地段，在采区巷道或专门布置的疏干巷道中，每隔一定距离向底板含水层打钻孔放水，使之形成降落漏斗，逐步将静止水位降至安全水头以下。

在我国华北型煤田的矿井中，力了疏放太原群灰岩含水层水，常常采用石门疏放和钻孔疏放降压相结合的方法。

3．钻孔疏放降压的施工特点和技术要求

由于底板水通常水压高、水量大，在钻孔施工过程中容易发生事故，需要采取必要的安全措施，主要包括：

(1)使用反压装置，以防止钻进和退钻时高压水将钻具顶出伤人，同时可提高钻进效率。

(2)埋设孔口管，安装放水安全装置，以便根据井下排水能力，控制疏放水量。通常在孔口管上安装高压闸阀和压力表，在疏放水的过程中可以观察水压变化。

(3)地面施工井下疏放降压钻孔。在井下先掘进与疏放水巷道相联系的放水石门，根据井上下对照图于石门工作面或一侧5m的地方布置孔位，用146 mm孔径开孔，至第四系底板以下4m处注入水泥浆，下入咖127 mm套管。扫孔后用~108 mm钻头钻进至计划疏放降压的含水层顶板上2m，注入水泥浆后下咖108 mm套管；在下套管之前预留1.0 -1.5 m长的活节短管，将活节部分准确地下在放水石门部位。利用钻孔测斜资料测出活节短管在放水石门附近的准确位置后，从放水石门开短巷迎活节短管，找到后，加强支护，卸下活节短管，换上三通放水管，并在三通上安装压力表、防矸罩、水表和闸阀，改用咖89 mm钻头继续钻进，直到钻至需要疏放降压的含水层。

（三）其他疏放方法

1．地面疏降

地面疏降是指在需要疏降的地段于地面施工大口径钻孔，安装深井泵抽水，使地下水位降低的一种疏降方法。地面疏降的适用条件：

(1)具有透水性能艮好、含水丰富的含水层，其渗透系数一般不小于2.5-66 m/d。

(2)疏放降压深度不应超过水泵的扬程。地面疏放的优点是施工简单，施工期限较短，劳动和安全条件好，疏放工程布置灵活性强；缺点是受含水层渗透条件的限制，深井泵的管理和维修比较复杂。因此，这种方法目前使用尚不普遍，尤其是在地下开采的煤矿中更为少见。

2．调节水位（压）

对于充水来源以岩溶水为主的矿井，在地面或井下进行强疏降时，随着水位大幅度下降，降落漏斗不断扩大，常常引起疏放影响的范围内灰岩露头带的岩溶充填物被冲刷，逐步导致地表沉降、开裂及塌陷，出现河水断流、泉水干涸、农田塌陷、房屋倒塌等现象。

为了解这一问题，可以采用注浆堵水调节水位（压）的办法，即

(1)注浆堵塞井下突水点，以减小地下水进入矿井的水流断面，使地下水封闭在含水层中。这样，由于水位降低值减小，矿井涌水量也随之减小。

(2)对于井下起决定性作用的突水点，注浆并埋设孔口管，在孔口管上安装闸阀和压力表，借以控制水量。这样，当需要减少矿井涌水量时（如雨季矿井安全受威胁，枯季为了减少排水费用或排水系统发生故障等情况），可以关闭闸阀，控制涌水量，当升压至一定程度，可能导致底板水突破底极时，则打开闸阀放水，以降低作用在底板上的压力。

3．吸水钻孔疏放

吸水钻孔是指将煤层上部含水层中的水放入煤层下部含水层中的钻孔。利用吸水钻孔疏放水的特定条件如下：

(1)煤层下部含水层的水位低于煤层底板或干燥无水，具有一定的吸水能力。

(2)煤层下部含水层的吸水能力大于煤层上部含水层的泄水量。

吸水钻孑L疏放不仅经济简便，不需要任何排水设备，且不会增大矿井排水量。但这种方法要求的条件极其苛刻，我国的煤矿中只有山西高原和陕西的一些矿区（奥陶系灰岩含水层水位低于煤层底板）具备这种条件。