第14章矿井水害与防治

1矿井通风与安全MineVentilationandSafety•四川科技职工大学多媒体教学课件•李为民•[e-mail]•13036699992•安全工程系2•第十四章矿井水害与防治3•14．1概述•在矿井建设与生产过程中，地下水，地表水和雨水等都可能通过各种通道进入矿井，我们把所有流入矿井的水，统称为矿井水。为了保证矿井建设与生产的正常进行，就必须及时地将其排出矿外。当矿井涌水超过正常排水能力时，即酿成水灾，给矿井建设与生产造成严重的后果，甚至威胁着矿工的生命安全。•矿井充水的水源主要有：降水、地表水、含水层水、断层水与老空水。如果在矿井开采过程中没有采取积极有效的措施，它们都能造成水灾事故。4•在旧中国，我国主要矿山在帝国主义侵占下，进行掠夺式开采，根本不顾防水工作，致使水灾事故经常发生。解放后，党和政府极为重视防治水工作，努力消除煤矿水害，保障安全生产，取得了显着成效。不但基本上防止了重大的水灾事故，而且将旧中国遗留下来的被淹矿井陆续恢复了生产。我国许多煤田水文地质条件比较复杂，有些矿井的可采煤层，由于受矿井水的威胁一时不能开采。因此要多快好省地开发我国的地下资源，除了继承和发展前人的防治水经验外，还应进一步探索与研究新的防治水的方法和手段。5•造成矿井水害的原因是多方面的。大量事实证明，主要是由于没有认真贯彻党的安全生产方针，丧失警惕，工作上缺乏调查研究，没有充分依靠群众，做好防治水的工作等主观原因造成的。例如某矿务局1956~1966年全局发生的多次水灾事故中，由于勘探资料不足，对矿井地质构造、水文情况不清楚而造成的占20％，由于没有执行探放水制度，在构造破坏带违章作业，以及注浆质量不高等原因造成的占80％。所以，只要牢固树立安全生产思想，从战略上藐视困难，在具体工作中又能认真地对待困难，矿井水害也是可以防治的。6•14．2地面防治水•地面防、排水是防止与减少雨水和地表水大量流入矿井的重要措施，是保证矿井安全生产的第一道防线，特别是对于降水和地表水为主要充水水源的矿井，地面防排水尤为重要。•地面防水工作必须根据各矿区的地形、地貌及气候条件，采取下列几种措施：1、慎重选择井简位置井口标高应高出当地历年最高洪水位以上。在特殊条件下，确难找到较高的位置或需要在山坡上建筑井筒时，则必须修筑坚实的高台，或在井口附近修筑可靠的泄水沟和防水堤坝，以防止暴雨、山洪直接从井筒灌入井下，造成灾害。72、井田范围内的河、湖，沟渠，应尽可能将其疏干，加固河床或迁移至矿区以外例如我国黑龙江省的一个煤矿，将位于该矿井田范围内的黄泥河，移出了矿外，徐州大黄山矿将流经井田范围内的不老河改道。如图13-1所示，河流改道或迁移，可以彻底解除地表水通过裂缝透入井下，但工程量大、投资多，故须进行技术经济比较后再设计施工。同时，还应注意尽量少占农田和对旧河道进行妥善处理，以免重新积水。8如果地形不允许改道，则可将井田范围内的河道取直，以减少渗透通道和减少煤柱损失，或者将河床加固防止渗透。3、填塞漏水通道与排除积水地面的洼地、塌陷裂缝、基岩裂隙、溶洞、废弃钻孔、古井等，都可能直接成为地表水及降水直接或间接流入井下的通道，因此，必须采取防止积水的措施。对于面积不大的洼地、塌陷区，可用粘土填平夯实，并使之高出地面，对于面积较大的塌陷洼地，可以开凿疏水沟渠，修筑围堤，必要时可安设水蔡设备，傲到及时拦水、疏水与排水，使水不能积存下来，对废钻fL、洞穴、古井，应用泥沙，粘土等妥善封闭。9•4、挖排洪沟位于山麓地区或山前平原的矿井，降水可以形成山洪流入矿区甚至淹没矿井，直接威胁矿井安全。为此，可以在井田边缘垂直于来水方向，挖排洪沟拦住洪水，井利用地形将洪水引出井田以外(图13-2)。如徐州某矿三面受山包围，每到雨季均遭洪水危害，后来在井田外围修了约十多公里的排水沟，消除了洪水威胁，保证了安全生产。•10•5、加强雨季前的防汛工作除了上述技术措施外，还必藕在雨季汛期之前，做好防汛准备工作。地面防水工作，往往分布的面积很广，工程量很大，而且不能有丝毫疏忽。因此领导必须十分重视，充分发动和依靠群众，有领导、有准备、有计划、有步骤地进行。11•14．3井下防治水1、做好矿井地质工作与水文观测工作为了做好井下防治水工作，首先必须掌握水情(水源和涌水通道等)。为了查明矿井水潭，应掌握以下情况：1)冲积层的厚度和组成，各分层的含水、透水性能；2)断层和裂隙的位置，错动距离，延伸长度，含水、导水的性质，破碎带范围；3)矿井含水层与隔水层的数量、厚度、含水性08。各含水层的涌水量，渗造性以及距开采层的距离；4)老窑的详细情况，如开采时间，开采方法、开采深度、开采范围，积水区域及分布状况等，125)矿井开采以后观测顶板破坏与地表陷落的情况，塌陷带、沉降带的高度，以及分析开采后涌水量的变化，从而判断能否透水。在水文观测方面，一般包括下列内容：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范围和水量；2)通过对探水钻孔或水文观测孔中的水压，水位和水量变化的观测，水质的分析，查明矿井水的来梅。矿井水与地下水和地表水的补给关系。通过以上调查研究与观测，便可以基本上掌握井下水文情况，了解矿井水的分布和来源。132、井下探水为了进一步探明水文情况，确切掌握水源的位置和距离，在采掘工作之前往往需要探水。这是预防透水事故的重要措施。•《规程》第219条规定：“掘进工作面遇到下列情况必须探水前进；1)接近溶洞、含水断层或含水丰富的含水层(包括流沙层、冲积层、风化带等)时；2)接近可能与河流、湖泊、蓄水池、含水层等相通的断层时；3)接近被淹井巷、老空时；4)打开隔离煤柱放水时。探水工作要根据探水地点的水文特点，制订具体措施，并且必须有专人负责管理。14关于探水的起点、超前距离，钻孔直径，钻孔布置等简述如下：1)探水的起点由于积水范围不可0B掌握得很准确，探水的起点至可疑水源必须留出适当的安全距离。探水的起点应根据水文资料的可靠程度与积水区的水头压力，积水量大小，煤层厚度和硬度以及抗拉强度等因素来确定。根据我国一些煤矿的经验，必须在离可疑水源75~150米以外开始打探水钻，有时甚至在200米以外就开始打钻。2)钻孔深度与超前距离一般采用边探边掘的方法，即钻孔钻进一定深度后，才掘进巷道，且钻孔深度刘．巷道掘进距离应始终保持一段超前距离(图13-3)，以确保掘进工作的安全。1516钻孔的超前距离一般不得小于20米，使工作面前方经常保持不小于20米的保护矿柱。在薄煤层内可适当缩短，但最小不得少于5米。岩层中的探水钻孔则需超前5∽10米。钻孔的深度一般为40米左右。这样每打一次钻，可以连续掘进20~30米。3)钻孔直径与数目探水钻孔探到积水区以后，一般情况下即利用探水钻孔排出积水，因此钻孔直径的大小，既要能使积水顺利地流出，又要防止冲垮煤壁，对其要安全地加以控制，故探水钻孔的直径以不大于75mm为宜。钻孔数目应不少于三个，需在工作面前方的中心与上下左右都能起到探水作用。174)探水钻孔的布置探水钻孔布置合理与否，对保障矿井与施工人员安全，节约钻探工程量，提高掘进速度等均有重要影响。布置钻孔时应针对积水资料的可靠程度、积水区周围的地质构造、掘进巷道所在位置与积水区的相对关系以及积水压力的大小，煤层硬度和厚度等条件具体确定。•例如，在缓倾斜薄煤层巷道里打探水孔，主要是预防积水从掘进工作面前方或两帮突然涌水。因此，钻孔要布置在巷道中部的位置(图13-4)。在开始探水时，可打7个孔，除中心孔外，在其两侧各打3个孔，以后继续掘进时，可适当减少，但不能少于3个孔。1819•在急倾斜薄煤层巷道里打探水钻孔时，主要是防止积水从工作面前方或顶、底板突然涌水。为此，钻孔应布置在工作面中部的垂直位置上(图13—5)。•在中厚或厚煤层巷道里探水时，既要防止掘进工作面前方或两帮突然涌水，又要防止顶，底板突然涌水。所以，钻孔的布置要根据煤层厚度和巷道布置位置来确定。当巷道沿着煤层顶板布置时，钻孔布置如图13—6a，当巷道沿煤层底板布置时，钻孔布置如图13-6b。20•如图13-7所示，某巷道沿断层方向掘进，根据调查资料，积水在断层的另一盘，为了保障掘进巷道时的安全，可以在掘进时向断层方向布置一个钻孔，以作警戒。钻孔尽量打深些，超前距20米，钻孔方向偏向断层。•如图13-8所示，探老空积水时，除了保证足够的钻孔深度与超前距离外，还需使探水钻孔有足够的密度。因为老空内巷道极不规则，如果钻孔密度不够，古巷道就可能从钻孔间漏过而发生遣水。老空巷道的宽度一般为3米左右。根据淄博矿区的经验，探水巷道每次前进的终点处，各探水眼之间的距离不得大于3米。2122•5)探水时的安全措施探水前必须做好下列准备工作与安全措施：(1)探水工作面附近的支架应加固，背好帮顶，以免压力水冲垮煤壁和支架；(2)清理好巷道，保证安全撤退路线畅通无阻。20º以上的倾斜巷道要设梯子和扶手；(3)预先准备好有适当断面和坡度的排水沟，使水流畅通。同时应有相应容量的水仓和排水设备，(4)在探水地点要安设电话，在与探水地点有关的区域，亦应设置通讯系统，这样当迎头一旦发现透水而又无法控制时，可立即通知险区人员迅速撤离(预先规定好撤退路线)，(5)打探水钻时，如发现煤、岩变松或沿钻杆向外流水超过正常打钻供水量时，必须立即停止打钻(不得移动或拨出钻杆)并报告矿调度室。23(6)发现钻孔内放出有害或易燃气体时，必须立即停止打钻，切断电源、撤出人员，采取措施及时处理；(7)在水压较大的地点探水时，要安设套管，使钻杆通过套管进行打钻。套管上安有水压表和阀门，探到水源后，即利用套管放水。3、放水(或疏干)放水(或疏干)就是有计划地将水源的水全部或部分疏放出来，使矿井或个别地段的地下水被疏干，从而彻底消除在采掘过程中发生突然涌水的可能性。这是矿井防治水中最积极、最有效的措施之一。疏干的方法有地面预先疏干、用钻孔疏干和利用巷道疏干三种。24•现按不同类型的矿井水，说明其疏干方法与措施：1)疏放老空水排放老空积水，必须根据安全、经济、合理的原则，针对积水区的不同情况，确定不同的放水方案。一般说来有下列几种处理方式：(1)直接放水老空区没有水的补给来源，排放这个区域的积水，矿井的排水负担时，可以直接放水。(2)先堵后放当老空区与溶洞水或其他巨大水源有联系时，其动水储量很大，如不堵住水源，在短时间内是不可能将水排完的，此时就应先堵住出水点，然后再排放积水。(3)先放后堵当被淹井巷有某种地面水或地下水作为直接补给水源，但涌水量又不大，或者在一定季节没有补给。对这种老空水，应选择适当时机先行排水，然后再利用枯水时期兴建必要的防漏工程或堵水工程25老空区位于不易泄水或山涧或河滩洼地，雨季渗水流入老空，或者老空面积很大，水质很坏，容易腐蚀排水设备，这时应暂时隔离，把积水区留到采区末期处理。若老空积水的地区有重要建筑物或其他重要设施，放水后会起到破坏作用，则应留以煤柱进行永久隔离。2)疏放含水层水为了解除煤层上下含水层水对采掘工作的威胁，应尽可能将其预先疏干。疏放方法有巷道疏干法与钻孔疏干法两种。•(1)利用巷道疏放含水层水如果煤层顶板有含水层，可把采区巷道提前掘出，使含水层的水通过其空隙与裂隙疏放出来，如图13-9所示。2627在充分掌握煤层顶底板含水层的水压与水量，估计涌水量不会超过矿井正常排水能力的情况下，为了提高疏水效率和改善巷道布置，也可将疏水巷道直接布置在被疏干的含水层中。（2）利用钻孔疏放。若含水层距煤层较远．或含水层较厚，这时可在疏水巷道中每隔一定距离向含水层打放水钻孔进行疏干。放水钻孔应选择在比较坚硬的岩石中，孔口要用套加固，如图13-10所示。28淄博等矿区所用的放水套管，如图13-11所示。这种放水套管安装和拆卸都较方便，适用于岩石较为坚硬、水源压力不太大的情况。它的动作原理是：当顺时针方向拧动压力螺丝8时(螺母7和套管9固定)，压力螺丝推动压力盘6和压力臂；。由于背帽1是固定的，因而使胶皮塞2受压膨胀，放水钻孔被胶皮塞填塞