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第1章 绪论1

1.1 研究背景1

1.2 煤层底板突水机理国内外研究现状2

1.2.1 国外研究现状3

1.2.2 国内研究现状3

1.3 深部开采岩体力学研究现状6

1.3.1 “深部矿井”的概念6

1.3.2 深部开采岩体力学及工程灾害控制研究8

1.4 矿井突水主要预防与治理技术9

1.5 水资源保护开采研究进展10

1.5.1 国外水资源保护性采煤研究进展11

1.5.2 国内水资源保护性采煤研究进展11

1.6 邯邢矿区大采深矿井及带压开采下组煤防治水技术发展及现状12

1.6.1 试验研究起步阶段（1972～1982年）12

1.6.2 浅、中深部小规模试采下组煤研究阶段（1982～2000年）12

1.6.3 浅部大规模试采阶段（2000～2008年）13

1.6.4 大采深高承压水条件带压开采阶段（2008年至今）14

第2章 邯邢矿区地质及水文地质条件16

2.1 邢台矿区地质及水文地质条件16

2.1.1 矿区自然地理概况16

2.1.2 矿区地质特征17

2.1.3 矿区水文地质条件22

2.2 邯郸峰峰矿区地质及水文地质条件26

2.2.1 矿区位置与自然地理概况26

2.2.2 矿区地质特征28

2.2.3 矿区水文地质条件31

第3章 高承压奥灰水上安全开采所面临问题及对策36

3.1 承压开采矿井以往采取的防治水技术路线36

3.1.1 上组煤开采矿井以往防治水技术路线36

3.1.2 下组煤开采矿井以往防治水技术路线37

3.2 深部奥陶系灰岩水对矿井安全开采的影响37

3.2.1 邯邢矿区底板突水概述37

3.2.2 邯邢矿区深部煤层底板突水特点39

3.2.3 导水陷落柱对大采深矿井上组煤安全开采突水威胁大40

3.2.4 矿井深部极难探查的小型陷落柱造成底板突水41

3.2.5 高承压水开采条件下底板裂隙带成为导水通道42

3.3 矿井深部开采奥灰水防治存在的主要问题43

3.4 大采深高承压带压开采防治水对策45

第4章 奥灰含水层顶部隔水特性及改造可行性47

4.1 华北地区奥陶系岩溶发育特征47

4.1.1 奥陶系岩溶发育分期47

4.1.2 华北煤矿区奥陶系灰岩储水空间特征48

4.1.3 奥陶系岩溶发育层控作用49

4.2 邯邢矿区深部奥陶系峰峰组岩溶发育特征49

4.2.1 奥陶系峰峰组地层结构特征49

4.2.2 奥陶系峰峰组岩溶发育特征49

4.2.3 奥陶系峰峰组富水性特征51

4.2.4 水化学特征53

4.3 华北型煤田奥陶系灰岩顶部隔水特性54

4.3.1 华北型煤田奥灰项部相对隔水段成因54

4.3.2 奥陶系顶部充填带隔水层特征55

4.3.3 奥灰含水层顶部“三带”的划分56

4.3.4 奥灰含水层顶部岩层阻水带及阻水能力确定57

4.4 邯邢矿区奥灰岩层顶部富水性分析58

4.4.1 邢台矿区东庞矿奥灰顶部富水性分析58

4.4.2 章村矿奥灰顶部富水性分析59

4.4.3 九龙矿奥灰顶部富水性分析60

4.4.4 梧桐庄矿奥灰顶部富水性分析61

4.5 邯邢矿区奥灰顶部注浆改造可行性分析62

第5章 区域超前治理奥灰岩溶水害原理及技术路线63

5.1 区域超前治理防治水定义及内涵63

5.2 区域超前治理奥灰水害重要性64

5.2.1 区域超前治理意义64

5.2.2 奥灰顶部区域超前治理可行性66

5.3 区域治理注浆改造原理66

5.4 区域超前治理防治水指导原则67

5.4.1 “超前主动”是基础67

5.4.2 “区域治理”是核心68

5.4.3 “全面改造”是关键69

5.4.4 安全“带压开采”是目的69

5.5 区域超前治理模式及目标70

5.5.1 区域超前治理模式70

5.5.2 区域治理目标及技术指标70

5.6 区域超前治理奥灰岩溶水害技术路线70

5.6.1 区域超前治理防治水思路70

5.6.2 区域超前治理防治水管理程序71

5.6.3 综合评估方法71

5.6.4 区域超前治理水害技术路线72

5.6.5 区域超前治理防治水设计及配套安全措施73

第6章 煤层底板突水危险性区域预评价方法75

6.1 基于突水系数法的下组煤开采突水预评价75

6.2 下组煤9号煤层底板突水脆弱性预评价77

6.2.1 煤层底板突水主控指标体系78

6.2.2 章村矿三井9号煤层底板突水脆弱性评价模型80

第7章 大采深高承压水煤层底板“分时段分带突破”突水机理98

7.1 煤层底板岩层力学性质及影响因素分析98

7.1.1 岩性（相）对岩石力学性质影响分析98

7.1.2 岩石水理性质试验100

7.1.3 围岩围压对岩石力学性质影响103

7.2 岩石渗透性及变化规律104

7.2.1 岩石渗透特性研究现状104

7.2.2 岩石三轴全应力应变渗透试验105

7.3 采场底板岩体扰动与破坏深度理论分析108

7.3.1 回采工作面支承压力分布特征108

7.3.2 回采工作面基本顶来压强度109

7.3.3 采场底板岩体破坏带形成机制分析110

7.3.4 底板破坏带形成机理117

7.3.5 原位张裂带形成机理分析122

7.4 底板整体地质力学结构“分带”机制与突水模式123

7.4.1 底板阻水“分带”机制分析123

7.4.2 底板“分带突破”突水模式125

7.5 底板突水通道“四时段”形成机理及阻渗能力分析128

7.5.1 底界面水压裂及原始导升时段128

7.5.2 高渗压条件下非Darcy流裂隙岩体渗透时段129

7.5.3 Darcy渗流时段131

7.5.4 “管涌”至突水时段134

7.6 大采深高承压水条件煤层底板“分时段分带突破”突水机理134

7.6.1 底板承压突水理论分析135

7.6.2 底板阻水“分带”岩层高渗透细观分析135

7.6.3 底板“分时段分带突破”机理136

第8章 大采深4.0～5.0m煤层开采底板采动破坏深度测试140

8.1 初次来压时工作面底板破坏深度理论计算140

8.1.1 工作面初次来压时底板岩体破坏深度理论分析140

8.1.2 工作面初次来压底板破坏深度计算举例141

8.1.3 周期来压时工作面底板破坏深度计算及影响因素142

8.2 邢东矿大采深2225综采工作面底板采动破坏深度实测143

8.2.1 监测内容及目的143

8.2.2 顶底板破坏深度监测方案144

8.2.3 监测数据分析145

8.2.4 2225综采工作面监测数据分析148

8.3 1128综合机械化充填开采底板破坏深度测试148

8.3.1 监测内容及目的148

8.3.2 顶底板破坏深度监测方案149

第9章 采场底板隔水层阻水性评价方法154

9.1 煤层底板隔水层结构及性质对底板突水影响154

9.1.1 隔水层力学性质与阻水作用154

9.1.2 隔水层不同岩性组合阻水能力分析154

9.1.3 煤层底板隔水介质条件分析156

9.1.4 软岩与阻水性能关系159

9.2 下组9号煤开采底板隔水层阻水性能分带及评价方法（Ⅰ）159

9.2.1 底板扰动深度及应力分布规律160

9.2.2 底板隔水层阻水能力测试与量化方法162

9.2.3 底板隔水层阻水能力判别模型167

9.3 原位地应力测试评价方法（Ⅱ）169

9.3.1 原位地应力测试理论基础169

9.3.2 测试工程设计170

9.3.3 9100采区及9103工作面地应力测试171

9.3.4 底板原位地应力测试成果171

9.3.5 9103工作面突水危险性评价174

9.4 下组煤底板隔水层阻水能力评价方法（Ⅲ）176

9.4.1 测试原理简介176

9.4.2 测试设备177

9.4.3 底板导渗条件178

9.4.4 裂隙导渗通道179

9.4.5 采动底板阻渗能力评价模型180

第10章 裂隙含水层水平孔注浆“三时段”浆液扩散机理与数值模拟184

10.1 水平注浆孔浆液扩散机理184

10.1.1 垂向裂隙中水平孔注浆浆液扩散形态184

10.1.2 裂隙岩体中注浆“三时段”划分186

10.1.3 裂隙岩体中浆水分区模型187

10.1.4 水平孔注浆“三时段”与浆液扩散机理187

10.1.5 注浆“三时段”的注浆压力做功分析193

10.2 注浆改造目标层边界条件与注浆工艺194

10.2.1 注浆改造目标层选择及边界条件194

10.2.2 注浆浆体与工艺要求195

10.3 有上边界时垂向裂隙中浆液扩散数值模拟方法（Ⅰ）196

10.3.1 注浆参数δ求解196

10.3.2 有上边界时垂向裂隙中浆液扩散形态演变数值模拟197

10.4 有上边界时水平注浆孔浆液扩散数值模拟方法（Ⅱ）200

10.4.1 FLAC3D软件基本原理200

10.4.2 渗流-应力耦合基本方程200

10.4.3 计算模型建立202

10.4.4 数值模拟及结果分析203

10.5 现场试验及注浆参数选取206

第11章 区域超前治理奥灰岩溶水害系列支撑技术208

11.1 地面多分支顺层定向钻进关键技术208

11.1.1 地面多分支顺层定向钻进原理208

11.1.2 顺层定向钻进与注浆总体技术路线209

11.1.3 顺层定向钻进设备及工艺210

11.1.4 随钻测斜仪215

11.1.5 钻进泥浆质量控制及固液浆216

11.1.6 径向射流造孔钻进技术简介218

11.2 井下定向钻进技术219

11.2.1 井下随钻测量定向钻进原理与面临的问题219

11.2.2 井下定向钻进系统及装备220

11.2.3 定向钻进保障技术222

11.2.4 定向钻进成孔工艺225

11.3 长距离水平孔高压注浆关键技术226

11.3.1 注浆材料226

11.3.2 注浆系统及设备230

11.3.3 奥灰顶部区域治理水平孔注浆工艺233

11.3.4 薄层灰岩区域改造注浆工艺238

11.4 区域超前治理效果检验240

11.4.1 区域治理效果物探检验240

11.4.2 地面区域治理效果验证方法242

11.5 带压开采底板突水实时监测预警技术243

11.5.1 监测项目及系统243

11.5.2 监测工程244

11.5.3 监测数据分析246

第12章 大采深高承压水矿井区域超前治理水害工程示范254

12.1 巨厚奥灰含水层顶部地面区域治理改造254

12.1.1 工程背景254

12.1.2 地面多分支顺层定向钻进技术258

12.1.3 区域注浆改造工艺261

12.1.4 区域超前治理效果验证266

12.2 大青薄层灰岩含水层地面区域治理改造示范工程270

12.2.1 工程背景270

12.2.2 开采及水文地质条件271

12.2.3 构造及导含水性简要分析271

12.2.4 矿井防治水技术路线271

12.2.5 地面区域治理工程设计272

12.2.6 施工工艺272

12.2.7 井下钻探验证274

12.2.8 地面区域治理工程与效果275

第13章 薄层灰岩含水层改造区域超前治理防治水技术277

13.1 带压开采条件分析277

13.1.1 主要充水水源及水患类型277

13.1.2 主要充水通道及重点防范水患类型279

13.1.3 东井带压开采条件分析及治理方法279

13.2 9号煤带压开采防治水技术路线280

13.3 井下区域超前治理防治水技术282

13.3.1 掘进“条带”超前钻探及治理282

13.3.2 采前区域超前治理技术284

13.4 区域超前注浆加固及改造技术285

13.4.1 钻孔设计布置要求285

13.4.2 注浆改造工艺285

13.5 井下区域超前治理防治水工程示范288

13.5.1 11914回采工作面开采条件概述288

13.5.2 11914工作面防治水技术路线289

13.5.3 9号煤底板加固及本灰改造289

13.5.4 11914工作面底板注浆改造效果分析291

13.5.5 综合物探分析及验证296

13.5.6 SF5、SF9断层及X1陷落柱注浆加固分析297

13.6 带压开采煤层底板突水预警技术示例300

13.6.1 突水监测方案300

13.6.2 底板突水监测301

第14章 保水开采技术与矿井水循环利用模式304

14.1 岩溶陷落柱空间位置探查及快速治理技术305

14.1.1 陷落柱探测及探查305

14.1.2 一期工程综合注浆法建造“阻水墙”技术306

14.1.3 陷落柱综合治理技术307

14.2 矿井水控制-处理-利用-回灌与生态环保五位一体技术312

14.3 矿井“疏水-供水-回灌-生态环保-安全开采”五位一体利用模式314

14.3.1 矿井排（疏）水315

14.3.2 矿井供水315

14.3.3 回灌316

14.3.4 “五位一体”优化管理模式317

14.3.5 邢台矿区矿井水资源化的可行性317

14.4 矿井水资源化实例320

14.4.1 章村矿矿井排水系统321

14.4.2 生产单元内部水循环利用321

14.4.3 生产单元之间水循环利用322

14.4.4 矿井水地面回灌或井下压注回灌减排方案322

14.4.5 章村矿井水资源化效果323

参考文献325

后记329