1矿井水害的防治与处理.docx

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1矿井水害的防治与处理

矿井水害的防治与处理

一、概述

我国煤炭资源除部分露天开采外，多属地下作业。

建井和开采过程证实，矿床水纩纹地质条件是复杂多样的。

部分矿区在地表水系下（河、江、湖、海）开采，受着地表水的威胁。

如黄河、淮河、黑龙江、松花江、嫩江、牡丹江、微山湖下赋存的煤炭资源以及海平面以下的煤炭资源（龙口煤田在勃海海平平面以下300米赋存煤炭储量达10亿吨）。

与其它国家相比，我国受地下水威胁的矿区的煤炭储量更为可观。

二、我国煤矿地下水的分布

地下水按含水介质分，有松散岩层中的孔隙水、基岩层中的裂隙水、石灰岩中岩溶水等。

·东北地区齐齐哈乐一带煤田、第四系砂砾石层为煤田的主要含层，大气降水补给这些松散含水层后进入矿井采掘地点。

如舒兰、迈源、扎　诺尔、元室山煤田都受松散含水层的威胁。

·在长江以北开滦、焦作的东矿区、淮南、山东肥城等煤田，不仅受岩溶水威胁、松散含水层对采矿也有一定影响。

如肥城、开滦均发生过向矿井突入流砂、黄泥的灾害，造成经济损失和人员伤亡。

河南安阳、鹤壁、焦作、平顶山、新密、登封及豫西煤煤田均处于石灰岩区，而石灰岩富含岩溶水或岩溶裂隙水，是对采矿有威胁的强含水层。

·在长江以南，如湖南涟邵、煤炭坝、韶山资兴、四川南桐、中梁山、松藻、永荣、广西合山、江西丰城、八景、浙江的长兴等煤田也分布在石灰岩区，石灰岩溶水是矿井生产的主要威胁。

三、矿井水的来源

矿井涌水常见的有：

地表水、地下水、断层水、老空水、钻孔水、裂隙水。

1、地表水——是指地面的河流、湖泊、水库、池塘水等。

在开采河流、湖泊、水库、池塘下区域附近的煤田时，由于煤层埋芷较浅以上水源及地面大气降水通过开采的塌陷裂隙涌入式流水煤矿井下。

地表水能否构成矿井水源，除开采深度条件外，还与地层构造和采煤方法有关。

2、地下水：

是指含水层、石灰岩溶洞水、砂岩中裂隙水。

地下水是可以流动的，并不断接受地表水补给，一般水压高、水量大、来势猛，是井下最直接、最常见的水源。

在井下巷道或回采工作面揭露这些含水层时，水便会突出，危害性较大。

3、断层水：

岩层断裂叫断层。

有的断层带内有积水，断层带还将不同的含水层连通，有的甚至与地表水相通。

煤矿在从事采掘活动中，如果揭露断层或留设防水煤柱小，或采取措施不力，都可能发生透水事故。

4、老空水：

过去开采的小煤矿升矿井长时的废弃巷道的积水，此水经过长时间的地表水、地下水的汇集，积水量大小使采空区的范围空间的范围空间大小变化。

如果在回采掘进时与它们打透或接近时，短时间内含有大量涌水，且来热凶猛、破坏性大。

5、钻孔水：

是勘探工作中打完钻孔后，没有按规定封孔，造成钻孔积水。

钻孔多是穿过多种岩层，其中也包括穿过含水层。

6、裂隙水：

常以两种形式出现。

一是，矿井开采过程中，引起含水层断裂，造成严重的顶板淋水或涌水。

二是，废井（老井）复建时，遭受裂隙水灾。

如1990年3月27日，巩县河西煤矿在恢复生产时，因老矿采动裂隙与地表河水相通，造成矿井突水。

四、矿井透水规律与预兆

㈠透水规律

采掘工作面发生透水事故，即是高位水的沟通补给下流（标高低），就是高水位向低水位流动，水位越高，压力越大，这是透水的一般规律。

1、凡是与地面、井下水互相贯通的老空废巷、断层、裂隙都有一定水的积存。

所以采掘活动中，必须采取防水措施，防止透水事故发生。

2、积水区的标高越高，压力越大。

3、透水前一定有预兆。

㈡透水预兆

发生透水前，一般都有预兆，识别和掌握这些预兆，可以及时撤出危险区人员，防止伤人事故发生。

透水前预兆：

1、煤壁发潮，挂红、挂汗、空气变冷；

2、顶板来压、淋水量增大，底鼓或产生裂隙，出现渗水；

3、发生水叫、出现雾气、空气变冷、水色发挥有臭味；

4、钻孔底发软；

5、有害气体增加，如CH4、H2S、CO2等。

如果矿井突水类型不同，出现的预兆也不同：

1、老空水：

年代久、水量补给差，属死水，所以有挂红、酸度,水味发涩的特点。

2、断层水：

会出现采掘地点压力、淋水增大、有时能从岩缝中见到淤泥、底部出现射流、水呈黄色。

属活水是地下水库。

一旦突水，来势猛、水量大，持续时间长。

3、岩溶水：

由于岩溶水长期受侵蚀，水呈灰色，有臭味，有时也有挂红现象，当溶岩范围较小，与其它水源没有联系时，属“死水”，透水时虽来势猛，破坏性强，但持续时间短，易排干。

4、冲积层水：

松散的冲积层中贮有大量水，当井筒施工或煤层采后顶板冒落后，塌陷裂隙与冲积层构通时，常常会遇到冲积层水。

特征：

一般开始涌水量较小，夹带泥沙，水色发黄，以后水量急剧变大。

具有一定的缓冲时间，一般不易构成人员的伤害。

5、大气降水：

大气降水是地下水的主要补给来源，它首先渗入地下补给含水层，然后再涌入矿井。

因此它对矿井涌水量的影响取决于降水量的大小和含水层接受大气降水的条件。

由大气降水造成矿井涌水具有明显的季节变化，最大涌水量都出现在雨季。

且涌水峰值出现要比降雨高峰滞后一段时间。

滞后的时间长短与煤层开采深度、含水层的透水性等因素有关。

开采深度越浅，含水层透水性越好，滞后时间越短，否则相反。

五、透水等级的划分

一般情况按透量划分：

突水量：

Q≤60t/h小型

　　　　600t/h＞Q＞60t/h中型

　　　　600t/h＜Q＜1800t/h大型

　　　　Q≥1800t/h　　　特大型

六、矿井突水的主要原因

矿井突水的原因是方面的，可概括为主观原因和客观原因两方面。

1、客观原因方面：

防水措施不当，水文地质条件不清，防洪设施管理不严，施工质量低劣，防水煤柱破坏，乱采乱挖，测量失误，排水能力不足等。

2、主观原因方面：

忽视党的安全生产方针，思想麻痹大意，丧失警惕，没有严格执行探放水制度，违章作业等。

根据我国历次突水淹井事故的分析，属客观原因的占20％，属主观原因的占80％，这充分说明主观原因是造成矿井水灾的主要原因。

如郑煤集团芦沟、裴沟4.4、戈湾新平井8.9、超化4.11透水事故都是思想麻痹、丧失警惕、没有严格按照探放水措施进行探放水违章作业造成。

七、井下水害的防治

㈠井下防治水的基本任务

1、留设防水煤柱。

在相邻矿井间、生产区域与积水区间，含水断层带两侧，破碎带附近等处，要留设防水煤柱。

2、确定开采煤层安全保护带厚度。

确定以顶板以上和底板以下与含水层及被淹井巷的距离，且符合安全厚度要求。

3、建筑水闸门。

开采受水害威胁较大煤层，除搞清水文地质情况外，还要在适当地点建筑水闸门，以便于灾区隔离。

4、注浆堵水。

将制成的浆液通过注浆设备输送至目的地，经凝结、固化后达到堵截水源的目的。

5、疏放水。

对有突水可能的地区、含水层等，要进行疏放水，消除对生产和安全的威胁。

疏放水要有足够的排水能力。

6、井下发生突水时，迅速组织抢救，尽快营救遇险人员和恢复生产。

㈡井下防治水的基础工作

1、建立健全矿井防治水的组织管理机构和职工队伍，编制防治水规划和年度计划完善各种制度，使防水工作落实到实处。

2、做好水文地质工作（物探、钻探、化探、水纹地质试验等）。

3、做好水文观测工作（地表水分布、范围、水量；探水钻孔、水纹观测钻孔资料；矿井水来源、补给关系。

）。

㈢探水钻孔的布置

布置探水钻孔一般应遵守下列原则：

1、探水钻孔应保持一定的超前距离、帮距和密度。

2、探水钻孔布置要考虑地质条件，如煤层走向变化和夹石分布规律，以免误判，影响安全。

3、钻孔布置要考虑排水能力、巷道坡度及断面等因素。

4、探水钻孔直径视具体情况而,一般不超过75㎜为宜。

若水量大，需要放水很长时，可适增大孔径和孔数。

㈣探水钻孔布置方式

1、探放巷道前方积水时，钻孔多呈扇形布置，钻孔与平面夹角一般为7°—15°，达到控制前方和两侧的效果。

2、积水肯定在巷道前时，钻孔是半扇形布置。

如图。

3、探断层水的钻孔布置，往往与探断层的构造结合起来，在探明断层位置，形状要素、断层带的同时，着重查明断层带充水情况、水压情况，达到一孔外用的目的。

4、当可采煤层顶板以上或底板下以的岩层有含水层时，并影响采掘安全，必须在回采和掘进前把水疏放出来，降低水压，消除隐患，顶板水钻孔布置：

底板水钻孔布置：

5、探放强含水层及其它可疑水源的方法一探小窑老区水相似，但钻孔数量要少。

五、在什么情况下必须进行探放水

1、接近水淹区或可能积水的井巷、老空区时。

2、接近含水层时、导水断层、溶洞、导水陷落柱时。

3、打开隔离煤柱放水时。

4、接近可能导水的破碎带时。

5、接近有出水可能的钻孔时。

6、接近有水的灌浆区时。

7、接近其它可能出水的地区时。

采掘工作面遇到上述情况之一时，都必须确定探水线进行探水，确认无突水危险后，方可前进。

六、超前探水距离确定

为了保证安全，对积水区位置比较肯定的，要在60米以外开始打钻探水前进。

积水区的位置没有充分资料可以确定，而且水量大、压力高、煤质松软的地区，要在100—150米以外，开始打钻探水前进。

七、矿井水仓容量的要求

矿井主要水仓要满足如下要求:

1、水仓数量：

主要水仓必须有主仓和前仓。

当一个水仓清挖时，另一水仓能压正常使用。

2、水仓容量

新建、改扩造或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓容量能容的8小时正常涌水。

正常水量大于1000m3/h时，水仓容量按下下式计算。

V＝2（Q＋3000）

　　　　　　　　　　　　矿井正常涌水量m3／h

　　　　　　　　　　　　主要水仓有效容量m3

采压水仓的有效容量能容纳4h的采区正常涌水量。

八、对井下排水设备的要求

1、水泵：

必须达到一备、一用、一检修。

工作水泵能力，在20h内排出矿井24h的正常涌水量。

备用水泵能力不小于工作水泵能力的70％。

工作和备用泵的总能力应能在20h内的排出矿井24h的最大涌水量。

2、水管：

必须有工作的水管。

工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h正常涌水量，工作和配用水管的总能力与水泵相匹配。

九、探水作业安全注意事项

1、探水工作面要加强支护，防止高压水冲跨煤壁和支架。

巷道地板要有防冲刷措施且水沟畅通。

2、事先检修好排水设备，清挖水沟和水仓。

3、探放水地点有直通矿井调度的电话。

4、探水时，经常检查瓦斯，浓度大于1％时立即停止打钻，切断电源，撤出工作人员，加强通风吹散有害气体。

5、钻孔中水压水量突然增大，以及出现顶钻等异常情况时，不得移动和拔出钻杆，应立即将杆固定，派人监视水情并立即向调度汇报，不得擅自放水。

情况危急时，立即通知受威胁区域人员撤离。

6、安装钻机探水前，对探水工作面迎头进行坚固的立柱和拦板加固。

7、在探水、放水、排水前都必须制定安全技术措施，严禁无措施或措施不落实施工。

十、突水时，现场人员的行动准则

1、了解、判断事故的灾害程度，突水性质。

2、及时向矿调度室汇报灾情。

3、在保证安全的情况下，组织抢救，加固支架，疏通水路。

4、如突水量大（水压大），现场的人员在老工人（跟班领导）组织下，沿水灾避灾路线撤退。

5、在撤退时，要避开压力水头，如无法避开，要采取防止水流冲倒的安全措施。

6、如退路正被水封堵，应到上山巷道躲避，等待营救。

7、如因水灾被堵，要节约矿灯能量和体能，减少活动量，并有规律的向外发出求救信号，耐心等待营救。

十一、处理矿井水灾事故时，救护队的行动准则

1、首先了解灾区情况（出水点、性质、积水量、涌水量、影响范围及被堵人数、位置）。

2、在侦察、判断遇险人员位置，检查气体情况水量情况及巷道破坏情况，立即通知引导受威胁区域人员向上水平或平地撤离。

3、防止水流中携带的矸石、木料撞伤人员，行进中应靠一侧，抓牢支架等物，尽量避开压力水头和泄水主流。

在交驻巷口要设明显路标。

4、侦察前要切思灾区电源。

5、在透水量大于矿井排水能力,矿井有被淹的危险时，可在下水平人员全部撤出后，有计划的向下部水平和采空区放水。

6、采掘工作面发生透水时，根据情况可在巷道的上部下部同时救人。

与下被淹危险时，迅速撤至上水平，严禁在独头中躲避。

7、禁止由下往上进入突水点，或被水、泥砂杂物堵塞的上山，防止二次突水和巷道被水冲跨堵塞退路。

8、逆水流方向往上部出口的巷道时，与基地观察水情的人员保持联系，如有异常立即返回基地。

9、寻找遇险人员时，设专人仔细观察、收集、听取分析灾区信息。

10、有规律的采用敲击、呼喊等方法同灾区联系。

11、对有人员被困地点要优先考虑压风供氧。

12、进入遇险人员被困地点时，不得随意脱掉呼吸器。

十二、遇险人员生存条件的分析

1、生存空间的分析：

⑴外部水位低于遇险地点标高时，肯定有生存空间。

⑵外部水位高于遇险地点标高时，情况比较复杂，视水灾情况可以分为两类：

有生存空间和无生存空间。

·有生存空间：

被水淹区内有一独头上山巷，由于水起到了封闭作用，独头巷内空气不能排出，而被压缩，形成生存空间V2。

由波义耳－马略特定律P1V1＝P2V2得：

V2＝P1V1／P2

V1原始巷道体积m3；　　P1原始空气压力MPa；

P2＝P1＋h/100MPa　　

h－水位高度m

100－单位换算

●空气质量分析：

⑴按O2消耗计算：

T＝V（20％－10％）／0.237N（分钟）

　　　　　　　　　　　　　　　　被困人数

　　　　　　　　　　　　　　　最低耗氧量　L／人·分

　　　　　　　　　　　　O2下降至10％

　　　　　　　　　　　空气中O2含量

　　　　　　　　　被困人员生存空间　　L　

⑵按CO2上升计算：

T＝V（10％－CO2％）／0.197N（分钟）

　　　　　　　　　　　　　人呼出CO2量　L／分·人

　　　　　　　　　　　　　被淹前CO2浓度　％

　　　　　　　　　被困地点CO2上升10％时

⑶按CH4上升计算：

T＝V（40％－CH4％）／q（分钟）

　　　　　　　　　　　　CH4绝对涌出量m3/分

　　　　　　　　　　　水灾前CH4浓度%

　　　　　　　　　CH4上升40%

　　　　　　　人生存空间

按CH4浓度上升计算可能会比实际遇险人员生存环境差，主要有以下因素存在：

一是水灾事故发生后,遇险人员被冒顶、水封堵在灾区，正常的通风已终断，此空间空气压力由负压向正压或±0过度，抑制了瓦斯等有害气体的涌出。

二是突水后，因淤煤和水的客观存在，在其作用下会使煤层透气性降低　　CH4　　。

三是如果堵塞空间由于水的作用而封闭，即被困在上山独头巷中，由于水位的上升，此空间的空气压力随至增高，抑制了有害气体的涌出。

所以按CH4浓度上升计算遇险人员生存空间空气质量，只在常态下适用，在灾变情况特别是上述情况下只可做为一种方法。

·维持生命能源分析

人的生存除了空气中的氧气外，还有另一重要条件，从食物中摄取能量，保证人体新陈代谢。

灾变事故发生后，断绝食物来源，但是他们仍有生存几天，十几天甚至更长时间的记录，是什么原因呢？

这是靠体能积存的能量来维持生命的基础代谢的作用。

1、维持人生命最低能量：

⑴我国正常人基础代谢量：

KJ／（m2·h）n

年龄11－1516－1718－1920－3031－4041－50＞50

男195.2193.1165.9157.6158.4158.3148.8

女172.2181.4153.8146.3146.7142.1138.4

⑵成人表面积计算:

B

B＝0.0061·H＋0.0128W－0.159㎡

体重（kg）

身高（㎝）

⑶正常人体内可供利用的热量：

N（KJ）

在无水情况下约为10％，在有饮用水情况下约60％，而一个人正常情况积存总能量为2.9×105KJ。

按无水情况下体内能量可维护生命按10％计算。

则：

2.9×105×10%=2.9×104KJ

2、维持生命时间的计算：

T（h）

T＝N/（B·n）h

N—遇险者体内可供利用维持生命的能量KJ（取值在2.9×104～4.83×104）

B—成人表面积　　㎡

n—正常人体能消耗量（查表可得）KJ/㎡·h

例：

遇险人员A身高170㎝，体重78㎏，年龄40岁，在无食品的情况下，体内能量能维持生命多长时间？

　T＝2.9×104/[（0.0061×170+0.012×78-0.159）158.4]

=2.9×104/（1.037+0.9984-0.159）158.4

=97.6h=4.1天

在要求不是很严格的情况下算：

T＝2.9×104-4.83×104

0.9H+2W-25

体重kg

身高cm

十三、处理水灾事故的方法及注意事项

㈠方法：

1、积极采取排、堵、截方法控制水情，以最短时间排出或堵、截涌水源。

2、以最短途径接近遇险者。

3、积极及时向有关人员被堵的空间压风供氧。

4、用处理冒顶、清淤、做小巷的方法进入灾区。

5、采用敲击管路、喊话等措施与遇险者联系。

6、如有被堵人员，要首先考虑压风供氧，改善人存环境。

㈡注意事项

1、被困在水位以下空间时，不得随意打钻供氧，防止突然卸压造成遇险者意外伤亡。

2、救护队员进入灾区时，未经气体测定，严禁不佩用氧气呼吸器冒险进入。

3、风流中断时，进入灾区侦察要严格气体监测，防止产生机械火花和电火花产生。

4、防止二次突水、掉底、淤煤、支护冒落，堵塞退路等情况发生造成抢救人员遇险。

5、发现遇险人员后，要采取防止灯光、光线对其眼镜的伤害，并做好保暖和情绪稳定工作。

6、做好现场急救，如补氧、输液等。

7、长期被困人员，不能立即改变生存环境。

8、做好、落实好疏亲工作。