矿井防水技术

矿井防水技术矿井防治水的目的是：防止矿井水害事故发生，减少矿井正常涌水，降低煤炭生产成本，在保证矿井建设和生产的安全前提下使国家的煤炭资源得到充分合理的回收。为达到上述目的，根据产生矿井水害的原因，采取不同的对策措施。为此，《煤矿安全规程》第251条规定：“煤矿企业应查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。”煤矿防治水工作，是建立在弄清水文地质情况的基础上。若矿区（井）水文地质条件不清，防治水工作就带有一定的盲目性，达不到预期效果。煤矿在建设之前，虽分阶段（普查、详查、精查）进行了勘探，提出了地质报告，但由于受地质条件复杂性和勘探技术条件的限制，所获水文地质资料与实际不符的情况还有，遗留问题较多，给煤矿建设发展带来不良后果，造成淹井、停建等被动局面。为了消灭水灾事故的发生，搞好煤矿安全生产，加强水文地质工作，摸清矿井水文地质条件，就显得非常必要。矿井防治水的方针是：坚持预防为主，防治相结合的方针。为了防止治水工程零打碎敲，取不到良好效果，应在查明矿区和矿井水文地质条件基础上，按照当前与长远、局部与整体、地面防治与井下防治、防治与利用相结合的原则，根据不同的水文地质条件，分别采取防、疏、堵、截的方法予以防治。防治水规划是指矿区整体性防治水工程，规模大，工期长，需根据实际情况区分轻、重、缓、急，分期分批逐年进行施工。其内容应包括：编制防水规划的必要性和完成规划项目的可能性；矿区（矿井）水文地质概况及存在问题和查（查清水文地质条件）、防（地面防洪、泄洪、内涝区排洪、井下防排水设施、防水煤岩柱、超前钻探等）、疏（疏放降压）、截（切断或减少补给量）、堵（注浆封堵突水点）等工程项目及工程量、劳动组织、工期、预期效果；所需设备和主要材料及工程费用概数等。因此，《煤矿安全规程》第252条规定：“水文地质条件复杂的矿井，必须针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预报，并制定相应的探、防、堵、截、排综合防治措施。”矿井年度防治水计划，由矿总工程师负责编制，防治水规划中的重点工程，由施工部门技术负责人编制，经向局长和总工程师汇报、审查，报省煤炭局批准后，由矿长或负责施工部门组织实施。其主要内空包括年度计划内采掘地区的分布情况；水文地质概况，预测可能透水的地段和分水平、分煤层涌水量的预计；防治水工程项目及工程量（如疏通防洪沟，充填与导水裂隙带相通的地表裂缝，整铺河底）；检查维护输电线路，井下排水设备，防水闸门；清挖水仓、水沟，制订探放水工程计划；提出所需材料及备用工具等。矿井防水是利用各种工程设施防止矿井大量涌水，特别是防止发生灾害性突水事故。主要措施有：减少井充水水源或渗入矿井的水量，疏放降压对矿井有威胁的地下水，阻止水进入井巷；充分利用井田地质、水文地质条件构筑必要的工程，减少或防止发生突水事件。矿井防水分为地面防水和井下防水两种。一、地面防水地面防水是指在表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水涌入工业广场或渗入井下，它是保证矿井安全生产的第一道防线，特别是以大气降水和地表水为主要充水水源的矿井尤为重要。（一）地面防水方法1．河流改道矿区范围内有常年性河流流过且与矿井直接充水含水层接触，河水渗漏量大，是矿井的主要充水水源，会给生产带来影响。属该情况可在河流进入矿区的上游地段筑水坝，将原河流截断，用人工河道将河水引出矿区。若因地形条件不允许改道，而河流又很弯曲，可在井田范围内将河道截弯取直，缩短河道流经矿区的长度，减少河水下渗量。2．铺整河底矿区有季节性河流、冲沟、渠道，当水流沿河或沟底裂缝渗入井下时，则可在渗漏地段用黏土、料石、水泥修筑不透水的人工河床，制止或减少河水渗漏。如四川南桐煤矿长兴岩出露地表且沟谷发育，通过铺整河底、修筑人工河床，雨季涌水量减少了30％～50％。3．填堵通道矿区范围内，因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷等，经查明是矿井进水通道时，应用黏土或水泥填堵，对较大的溶洞或塌陷裂缝，下部填碎石、上部盖以黏土分层夯实，且略高出地面，以防积水。4．挖沟排（截）洪地处山麓或山前平原区的矿井，因山洪或潜水流入井下，构成水害隐患或增大矿井排水量，可在井田上方垂直来水方向沿地形等高线布置排洪沟、渠拦截洪水和浅层地下水，并通过安全地段引出矿区。5．排除积水有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷，长年积水，且随开采面积增大，塌陷区范围越广，积水越多，此时可将积水排掉，造地复田，消除稳患。上述这些方法，从施工角度都是可行的，但采取何种方法应视矿区具体条件而定，可以采用单一方法，也可多种方法综合防治。（二）地面防水工程应具备的资料《煤矿安全规程》第254条规定：“煤矿企业必须查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，疏水能力和有关水利工程情况，掌握当地历年降水量和最高洪水位资料，建立疏水、防水和排水系统。”规程指出了进行地面防水工程设计时必需具备的资料，其目的是使防治水工程设计更切合实际，工程真正起到应有作用。在执行这条规定时可参考下列内容：（1）矿区及附近的地形条件，地面河流、沟渠和有关水利工程的分布；（2）圈定受水面积和低洼地带，查清煤、岩层露头和地表塌陷裂缝、塌陷坑的分布范围；（3）掌握当地上游地区历年降雨量、暴雨强度及其周期性的资料；（4）调查地表水流向和水位，以及河流决口、分流后的水流情况；测量河床、沟渠的纵坡度、横断面，观察河床粗糙度，计算河床与沟渠的疏水能力；（5）测量河流洪痕高程，调查发生日期、涨落经历时间，确定最大洪峰流量和最高洪水位。（6）在工业广场和河床通过煤层露头、透水岩层、塌陷区上下游设站观测变化，确定河床漏失段和漏失量。将上述收集资料标在地形地质图上，然后根据实际情况制定出疏、防、排等相结合的防洪措施。（三）防止地面水侵入工业场地和矿井的措施《煤矿安全规程》第255、256、257条的规定是针对井口、工业广场和矿井免受洪水侵入面制定的安全措施。执行时，可分如下几种情况：1．井口和工业场地建筑物防泄洪井口（包括风井）及主要建筑物（配电所、绞车房）的高程必须高于当地历年最高洪水位，低于者必须加高于洪水位之上或修筑堤坝防洪；位于山区时还必须避开可能发生泥石流、滑坡的地段；坡面汇水地区应修建防洪堤坝或截水沟；内涝区和洪水季节有河水倒流现象的矿区与工业场地，应在泄洪总沟的出口处建立水闸，设置排洪站，以备河水倒灌时落闸、向外排水；严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物弃于山洪、河流能冲刷地段，以免淤塞河床、沟渠造成洪水泛滥。2．露头带截洪防渗留够并严禁开采煤层露头防水煤柱，以减少大气降水或地表水沿煤层露头带渗入矿井；在露头带以外，垂直来水方向修筑拦洪沟拦截洪水，并根据地形条件将水引出防护区。3．经过塌陷区或透水岩层的河流、沟渠的处理漏水渠道、河床应及时堵漏。位于塌陷区的，则在塌陷稳定后的地段，采用整铺河底的方法防漏；河底与导水裂隙带相通的河流，整铺河底无效时，可根据地形、地质、水文地质情况因地制宜，将河床局部改道。二、井下防水井下防水主要是预防井下突然涌水的应急措施，有防水闸门、防水墙和防水煤柱等。（一）防水闸门与防水墙防水闸门与防水墙是井下离水的主要安全设施。凡受水患威胁严重的矿井，在井下巷道布置和生产矿井开拓延伸或采区设计时，应在适当地点预留防水闸门和水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分区隔离开采，在水患发生时达到分区隔离、缩水灾情、控制水势危害、确保矿井安全的目的。1．防水闸门防水闸门一般设置于井下运输巷内，正常生产防水闸门是敞开着，当突然发生水患时，关闭闸门将水阻挡于闸门之外。（1）防水闸门位置的选择。防水闸门位置选择适当与否，是水闸门能否起到应有的作用、达到预期效果的关键，一般应考虑以下几个问题：①防水闸门应设置在对水害具有控制作用的部位和井下重要设施部位（如井底车场出入口处），能将水害控制在尽可能小的范围内，并考虑即使水害发生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。②防水闸门应设置在不受邻近采动影响的地点，以免破坏防水闸门的结构和修筑地点围岩的隔水性和稳定性，防止水闸门关闭后高压水通过裂缝外泄。③尽量避免在较弱岩层或煤层内砌筑，应建在围岩稳定性与隔水性好的地段，要求围岩硬度系数f值必须大于4，若必须在煤层中砌筑时，必须掏槽使闸身的混凝土结构和基岩结合一体。④闸门应尽量修筑在单轨巷道内，以减少掘进呈和水闸门的规模。（2）防水闸门的分类。从使用的角度出发，防水闸门可分为临时性和永久性两种（见图4－1）。当预计突水量不大、水头压力较小时，可修筑临时性水闸门，一旦出水可起缓冲作用，争取撤出人员进一步采取必要的措施，当水情加大时及时加固封堵。永久性水闸投资大，施工要求高，只有在保征施工质量前提下，当关闭水闸门后起到封堵水害的作用。【插图1幅】2．防水闸墙防水闸墙是另一种形式的堵水建筑，也分为临时性的和永久性的两种。临时性防水闸就是有出水危险的采掘工作面有堵水材料（如木、木垛、草袋等），一旦突水后迅速堵截在小范围内。这种水闸墙只能起到临时抢险作用。永久性水闸墙一般是在开采结束后，为永久隔绝有继续大量涌水可能的区段而砌筑的一种永久性关闭的挡水建筑（见图4－2）。3．防水闸门的设置《煤矿安全规程》第270条规定：“承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受水头值小于实际水头值时，且承压含水层不具备疏水降压条件，必须采取建防水闸门等防水措施．”第273条规定：“水文地质条件复杂或有突水危险的矿井，必须在井底车场周围设置防水闸门，在其他突水危险地区，也必须在其附近设置防水闸门，方可掘进．”水文地质条件复杂、有突水淹危险的矿井，为了预防出大水波及其他采区或淹没矿井，根据所保护的地区分别设置防水闸门是非常必要的。如焦作小马村矿二煤区，正常涌水量是51m3/min，1980年3月西大巷正常遇断层，L2灰岩水突出，涌水量为135ｍ3/min,全区总涌水量达186m3/min,,由于及时关闭了控制二煤区的防水闸门，一场全井淹没事故得以幸免。而中马村矿建西水仓时L8灰岩突水量是105m3/min,因建井时期排水系统没有建成，临时排水设备能力过小，又没建水闸门，造成淹井事故。事实说明，防水闸门是矿井生产建设过程中的一种重要防水设施，不容忽视。井底车场设置防水闸门，是为了保护井筒、井底车场和排水设施不被水淹，便于恢复生产；并可与井筒保安煤柱共同考虑，少压煤炭。在有突水危险的地区设置防水闸门，是为了预防采区或巷道突水时控制灾情扩大和进行分区隔离而设置的。（二）防水煤（岩）柱在水体下、含水层下承压含水层上或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水溃入工作面，在可能发生突水处的外围保留最小宽度的矿柱不采，以加强岩层的强度和增加其重量阻水突入矿井。这种保证地下采矿地段的水文地质条件不致明显变坏的最小宽度矿柱，叫做防水煤（岩）柱。1．防水煤（岩）柱的种类及留设原则（1）防水岩柱的种类。根据防水煤（岩）柱所处的位置，可以分成不同种类．常用的防水煤（岩）柱有：1煤层露头风化带的防水煤柱；2在地表水体、含水冲层下和水淹区邻近地带的防水煤（岩）柱；3与强含水层间有水力联系的断层或强导水断层接触的煤层的防水煤（岩）柱；4有大量积水的老窑和老窑区防水煤（岩）柱；5导水、充水陷落柱防水煤（岩）柱；6分区隔开采界防水煤（岩）柱。（2）防水煤（岩）柱留设原则：1有突水威胁又不宜疏放的地区，采掘进必须留设防水煤（岩）柱；2防水煤（岩）柱留设应在安全可靠的基础上，把煤柱宽度降到最低程度以提高资源利用率；3一个井田或一个水文地质单元内防水煤（岩）柱，应在总体开采设计中确定，即开采方式和井巷布局与各种煤柱留设相适应，避免在以后煤柱留设中造成困难；4多煤层地区防水煤（岩）柱留设，必须统一考虑，以免某一煤层所留煤柱因另一煤层开采布遭破坏，致使整个防水煤（岩）柱失效；5留设防水煤（岩）柱所需数据必须就地选取，邻区或外区数据仅供参考，若需采用时应适当大安全系数．2．防水煤（岩）柱留设《煤矿安全规程》第259条规定：“相邻矿井分界处，必须留防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防水煤柱。”这一条主要是针对矿井边界防