矿井水灾防治

矿井水灾防治目录•基本概念及理论概述•矿井防治水•矿井突水事故处理•复习题•问题思考基本概念及理论概述主要内容•一、矿井水灾及其对生产的影响•二、矿井充水程度指标•三、矿井水灾发生必须具备的基本条件•四、矿井水灾的影响因素•五、造成矿井水灾的主要原因矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：(1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。(2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本。(3）矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。(4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响.一、矿井水灾及其对生产的影响二、矿井充水程度指标生产矿井常用含水系数（KB）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。1.含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：KB=Q/P（4-1-1）根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4个等级：①充水性弱的矿井：KB2m3／t；②充水性中等的矿井：KB=2～5m3／t；③充水性强的矿井：KB=5～0m3／t；④充水性极强的矿井：KB10m3／t。2.矿井涌水量矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q表示，单位为m3／d、m3／h、m3／min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：①涌水量小的矿井：Q2m3／min；②涌水量中等的矿井：Q=2～5m3／min；③涌水量大的矿井：Q=5～15m3／min；④涌水量极大的矿井：Q15m3／min。3.矿井突水点突水量等级划分其等级标准是：①小突水点涌水量：Q≤1m3／min；②中等突水点涌水量：1m3／minQ≤10m3／min；③大突水点涌水量：10m3／minQ≤30m3／min；④特大突水点涌水量：Q30m3／min。三、矿井水灾发生必须具备的基本条件图4-1-1煤矿常见的水源（1）大气降水。（图4-1-2）。图4-1-2自然界中水的循环（2）地表水。地球表面江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水，它的主要来源是大气降水，也有的来自地下水。煤矿在开采浅部煤层时，地表水经过有关通道会进入煤矿井下，形成水患，给生产和建设带来灾害。3）潜水。埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水（图4-1-3）称为潜水。图4-1-3潜水1—潜水面；2—潜水层；3—第一隔水层；0-0’—基准面（测量高程水准面）（4）承压水。处于两个隔水层中间的地下水，称为承压水（或称自流水），如图4-1-4所示。图4-1-4承压水1—含水层；2—隔水层；3—地下水流向；4—自流井；5—喷泉；6—断层；a—补给区；b—承压区（分布区）；c—排泄区；0-0’—基准面（测量水准面）；H—静止水位；P—承压水头（5）老空积水。已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空积水（6）断层水。处于断层带中的水，称为断层水。2.矿井水灾的通道水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样的，主要有：（1）煤矿的井筒。（2）断层裂隙。（3）采后塌陷坑。（4）石灰岩溶洞陷落柱。（5）古井老塘及封堵不严的钻孔。四、矿井水灾的影响因素影响水源进入矿井井巷造成水灾的因素可分为自然的和人为因素。（一）自然因素1.地形。盆形洼地，降水不易流走，大多渗入井下，补给地下水，容易成灾。2.围岩性质。围岩为松散的砂、砾层及裂隙、溶洞发育的硬质砂岩、灰岩等组成时，可赋存大量水，这种岩层属强含水层或强透水层，对矿井威胁大；围岩为孔隙小、裂隙不发育的粘土层、页岩、致密坚硬的砂岩等，则是弱含水层或称隔水层，对矿井威胁小。当粘土厚度达5米以上时，大气降水和地表水几乎不能透过。3.地质构造。地质构造主要是褶曲和断层。4.充水岩层的出露条件和接受补给条件。充水岩层的出露条件，直接影响矿区水量补给的大小。充水岩层的出露条件包括它的出露面积和出露的地形条件。（二）人为因素1.顶板塌陷及裂隙。2.老空积水。3.未封闭或封闭不严的勘探钻孔。五、造成矿井水灾的主要原因总结过去发生的矿井水灾，往往是安全思想不牢，思想麻痹，从而情况不明，措施不当所致。其主要原因可归结如下几个方面：(1)地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水大量灌入井下，造成水灾；(2)水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水,但措施不当；。(3)井巷位置设计不当。(4)施工质量低劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂，导致透水；(5)乱采乱掘，破坏防水煤岩柱造成突水；(6)测量错误，导致巷道穿透积水区；(7)无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井；(8)排水设备能力不足或机电事故造成；(9)排水设施平时维护不当。如水仓不按时清挖，突水时煤、岩块堵塞水井，致使排水设备失去效用而淹井等。矿井防治水主要内容•一、地面水防治技术•二、井下防治水技术一、地面水防治技术地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。1.慎重选择井筒位置2．河流改道3．铺整河底4．填堵通道5．挖沟排（截）洪6．排除积水7．加强雨季前的防汛工作二、井下防治水技术（一）做好矿并水文观测与水文地质工作水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据。1．做好水文观测工作（1）收集地面气象、降水量与河流水文资料（流速、流量、水位、枯水期、洪水期）；查明地表水体的分布、水量和补给、排泄条件；查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。（2）通过探水钻孔和水文地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律，分析水质等。（3）观测矿井涌水量及季节性变化规律等。2．做好矿井水文地质工作查明矿井水源和可能涌水的通道，为防治水提供依据。为此必须：（1）掌握冲击层的厚度和组成，各分层的透水、含水性；（2）掌握断层和裂隙的位置，错动距离，延伸长度，破碎带范围及其含水和导水性能；（3）掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性，各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离，勘探钻孔的填实状况及其透水性能，（4）调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况，观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响；（5）在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量，老窑积水范围、标高和积水量，水淹区域及探水线的位置。（二）井下探水井下探放水是防止水害的重要手段之一，“有疑必探，先探后掘”是防止井下水害的基本原则。当采掘工作面遇到下列情况之一时，必须探水，确认无突水危险后，才能前进：①接近水淹井巷、老空、老窑或小窑时；②接近含水层、导水断层、陷落柱时；③接近可能出水钻孔和各类防水煤柱时；④接近可能与地表水体相通的断裂破碎带或裂隙发育带时；⑤上层采空区积水，在两层间垂直距离小于采高40倍或巷高10倍的下层采掘工作以及采掘工作面有明显出水征兆时；⑥接近有水或稀泥的灌浆区时；⑦接近其它可能出水地区时。1．探水起点的确定为了保证采掘工作和人身安全，防止误穿积水区，在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点，此线即为探水线。，如4-2-1所示。图4-2-1积水线、探水线和警戒线积水线：即积水区范围线。在此线上应标注水位标高、积水量等实际资料。警戒线：积水线外推60m计委警戒线，一般用红色表示。探水线：应根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料的可靠程度.对探水线有如下规定：①对本矿井采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水区如边界确定，水文地质条件清楚；②对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于60m；③对有图纸资料的小窑，探水线至积水区边界的最小距离不得小于60m；④掘进巷道附近有断层或陷落柱时，探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于60m；⑤石门揭开含水层前，探水线至含水层最小距离不得小于20m。2．探水钻孔的布置方式探水钻孔布置原则是它既要保证安全生产，又要确保不遗漏积水区，还要求探水工程量最小。l）探水钻孔的主要参数确定探水钻孔的主要参数有超前距、帮距、密度和允许掘进距离。（1）超前距。如图4-2-2所示图4-2-2探水钻孔的主要参数示意图（2）允许掘进距离。经探水证实无水害威胁，可安全掘进的长度称允许掘进距离。（3）帮距。为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，即呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。（4）钻孔密度（孔间距）。它指允许掘进距离终点横剖面上，探水钻孔之间的间距。2）探水孔布置方式（1）扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段，要进行搜索性探放老空积水，其探水钻孔多按扇形布置，如图4-2-3所示.图4-2-3扇形探水钻孔（2）半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区，其探水钻孔可按半扇形布置，如图图4-2-4所示。图4-2-4半扇形探水钻孔3．探水与掘进之间的配合井下受水威胁的地段，探水必须与巷道掘进施工管理密切配合，才能取得良好的防治效果，主要配合方式有：（1）双巷配合掘进交叉探水。如图4-2-5所示。图4-2-5上山巷道探水掘进施工方式（2）双巷掘进单巷超前探水。（3）平巷与上山配合探水。如图4-2-6所示图4-2-6平巷与上山互相配合探水（4）隔离式探水。如图4-3-7所示。图4-2-7利用石门探水和墙外探水a一石门探水，b一墙外探水4．探水钻孔的安全装置如图4-2-8所示图4-2-8放水钻孔孔口安全装置1一钻杆，2一Φ150钻孔，3一水泥，4一筋条，5一Φ89钢管，6一水压表，7一水阀门5．探放水作业安全要点井下探放水作业直接与水害作斗争，不仅关系到探放水人员的安全，也关系到探放水地段甚至全矿的安危。为此，要按照《规程》的有关规定，在安钻探水前后，严格遵守下列事项：(1）加强钻孔附近的巷道支架，背好顶帮，在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板，并清理巷道浮煤，挖好排水沟；(2）在打钻地点或其附近安设专用电话，(3）确定主要探水钻孔的位置时，应由测量和负责探水人员亲临现场.(4）打钻探水时，要时刻观察钻孔情况，发现煤层疏松，钻杆推进突然感到轻松，或顺着钻杆有水流出来（超过供水量），都要特别注意。(5）钻眼内水压过大时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，必要时还应在岩石坚固地点砌筑防水墙，然后方可打开钻眼放水；（三）疏放排水根据不同类型的水源，可采取不同的疏放水方法与措施。1．疏放含水层水1）地面打钻抽水在地面打钻利用潜水泵或深井泵抽排，以降低地下水位。它适合于埋藏较浅、渗透性良好的含水层。抽水钻孔可采取环状孔群和排状孔群两种布置方式：（1）环状孔群。如图4-2-9所示图4-2-9环状孔群1—疏水前水位；2—疏水后水位图4-2-10排状孔群（2）排状孔群。如图4-2-10。2）巷道疏水图4-2-11巷道疏水（1）疏放顶板含水层如果煤层直接顶板为水量和水压不大的含水层，常把采区巷道或回采工作面的准备巷道提前开拓出来，（图4-2-11）。在利用采准巷道疏放顶板水时，应注意以下两点：A．采准巷道提前掘进的时间，应根据疏放的水量和速度而定，超前的时间过长会影响采掘计划平衡，造成巷道长期闲置，有时会增加巷道维修工作量；如果超前时间太短又会影响疏放地下水的效果。B．当疏放强含水层的顶板水时，应视水量的大小，要考虑是否要扩大水仓容量和增加排水设备。（2）疏放底板含水层当煤层的直接底板是强充水含水层时，可考虑将巷道布置在底板中，利用巷道直接疏放底板水。图4-2-12所示图4-2-12底板含水层中的疏放水巷道1一灰岩原始水位，2一疏放水巷道，3一石灰岩含水层，4一石门3）井下钻孔疏水（1）疏放煤层顶板水在煤层上部含水层的水量与水压较大时，为了避免回采后顶板突水，其方式有如下3种：图4-2-13丛状布置钻