第七讲 矿井水防治技术.docx

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第七讲矿井水防治技术

第七讲矿井水防治技术

我们知道：

煤矿在开拓和开采过程中，常会遇到地下水渗入巷道，或者部分大气降水和地表水流入井下，严重的造成矿井突水，酿成重特大事故，成为阻碍采掘工作的不利因素，影响煤矿的安全生产。

1、通过初步统计，各种灾害平均每次事故的死亡人数为：

瓦斯5.54人，火灾0.56人，水灾5.58人，冒顶1.18人。

可以看出瓦斯和水灾每起的死亡率最高，数字惊人。

2、各种灾害的损失。

平均每起事故计算结果是瓦斯11.52万元/起,火灾13.61万元/起,水灾16.00万元/起,冒顶3.22万元/起。

其中水灾害的损失最高。

3、各种灾害的工作日损失统计为瓦斯16954工日，火灾15500工日，水灾18590工日，冒顶5222工日，以水灾工作日损失最多。

通过以上得统计，不难看出，水灾在煤矿事故中的危害性最大，不论是每起事故的平均死亡人数、经济损失，还是工日损失都是最高的。

已经成为威胁煤矿安全生产和经济效益的第一杀手。

因此我国为做好防治水灾害工作专门出台了《煤矿防治水规定》。

充分说明政府对该项工作的重视程度。

一、水灾的危害

1、井下巷道和采掘工作面出现淋水时，空气潮湿，人易患风湿病。

2、矿井水腐蚀井下各种金属设备、支架、轨道等。

3、如果发生突水和透水，就可能淹没采掘工作面或矿井，造成人员伤亡。

二、有关概念

1、矿井水：

凡是在煤矿开拓采掘过程中，渗入、淋入、流入、灌入和溃入井筒或工作面的任何水源水，统称为矿井水。

2、煤矿突水：

凡因井巷、工作面与含水层、老窑、采空区、古井、被淹巷道，地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接通或沟通而产生的出水事故，称为煤矿突水。

3、煤矿水灾：

凡由于突水，停电或设备故障，山洪泄入，巷道塌方，影响生产、威胁采掘工作面或煤矿安全的，增加吨煤成本和使煤矿局部或全部被淹没的煤矿水，矿工被困（淹）井下，称为煤矿水灾。

4、煤矿水灾救治：

针对受水灾威胁的煤矿而采取的抢险排水为主要技术手段，以抢救遇险矿工，恢复被淹煤矿排水能力为目的的一系列技术、经济和社会活动，统称为煤矿水灾救治。

三、发生矿井水灾的原因分析

（一）自然因素

1、大气降水：

大气降水是矿井充水主要因素之一。

除了一部分被蒸发和随河流流走以外，另一部分则沿着岩石的孔隙、裂隙渗入矿井。

大气降水在不同地区、不同季节、不同开采深度对矿井充水的影响也不相同。

在降雨量少的西北地区,矿井涌水量就小；在降水量多的南方地区,矿井涌水量就大。

2、地表水：

位于矿井附近或直接分布在矿井以上的地表水，如河流、湖泊、水溏、水库等是矿井充水重要因素。

地表水直接或间接地通过岩石的孔隙、裂隙、岩溶等进入矿井。

3、地形：

地形对矿井充水有很大的影响，位于当地侵蚀基准面以上的矿井、通常是涌水小的矿井或无水矿井。

在同一地质条件下，位于低标高地区，如河谷，冲沟或低地，可能是涌水量大的矿井。

如果四周地形高而中间为低平的盆地时，在雨季积水量大，地表排泄条件不好，地表水可大量补给煤系地层中的含水层，使矿井强烈充水；如图7-1所示。

7-1地形对大气降水补给含水层的影响示意图1－地表2－含水层

4、地质构造

大量流入矿井的水往往和区域地质构造形态有关。

断层破碎带常是地下水的通道和聚积区，沿断层破碎带可沟通各个含水层，并与地表水发生水力联系，是造成突然大量涌水的原因，如图7-2所示。

7-2a断层破碎带引起顶板涌水示意图1－含水层2－煤层

7-2b断层破碎带引起底板涌水示意图1－含水层2－煤层

（二）人为因素

1、旧淹没巷道

旧淹没巷道在老窑或者废弃的巷道中，积存着大量的地下水，一旦揭露旧巷道，就会造成严重水患，老窑和旧巷涌水时，常带有大量碎屑物和酸性水（H2S），能破坏巷道设施和开采设备。

2、未封闭的钻孔

当钻孔未封闭或者封孔质量不符合规定要求时，钻孔可成为地下水的自然通道，巷道掘进遇到钻孔时会造成大量涌水。

3、不正确的开采方法

如巷道布置不合理、采煤方法不正确，都可能造成大量的水流入巷道。

当采空区顶板采用垮落法进行采煤时，常引起地表下沉，造成裂隙漏斗，地表水就会涌入井下。

此外，在断层含水区由于放炮震动或发生冒顶事故时，也会发生涌水现象，有时会造成突然涌水。

如图7-3所示

7-3开采后覆岩破坏形成三带地下水沿裂隙进入工作面造成水灾害示意图

在河谷地区或水体下采煤时，要特别注意巷道设计的合理性，选择正确的采煤方法，防水措施一定要严密周全。

所有矿井的井口，都必须布置在历年最高洪水位以上，以免造成洪水灌入井下。

煤矿企业每年雨季前必须对防治水工作进行全面检查。

雨季受水威胁的矿井，应当制定雨季防治水措施，建立雨季巡视制度并组织抢险队伍，储备足够的防洪抢险物资。

当暴雨威胁矿井安全时，必须立即停产撤出井下全部人员，只有在确认暴雨洪水隐患彻底消除后方可恢复生产。

四、矿井水灾防治技术

（一）必须弄清矿井范围内的水源

1、地面水源：

大气降水（洪水）、地表水（水库、河流）。

2、井下水源：

含水层水、冲击层水、断层水、老窑水、采空区积水、溶洞水、钻孔水、暗河水。

（二）必须弄清楚矿井内有哪些涌水通道

井筒、塌陷裂缝、断层、裂隙、溶洞、古井、小窑、钻孔；

（三）必须掌握识别透水前的预兆

1、透水预兆:

挂汗、挂红、空气变冷、发生雾气及硫化氢气味、水叫、发生片帮冒顶及底鼓、顶板淋水加大、顶板来压、或严重裂隙、发生涌水、水色发浑有臭味等。

2、透水预兆的识别技术

1）巷道壁或煤壁挂汗。

在掘进巷道过程中，如果煤层中或其上围岩内赋存高压水，该水必透过微孔裂隙而凝聚于岩（煤）表面。

由于岩（煤）壁温度低于巷道中空气温度，便在岩（煤）壁上出现小水洙，类似人出汗一样。

2）煤层松软发潮，光泽由亮变暗，工作面温度明显下降。

这是由于积水的渗透而带来的变化，如掘进一段仍然如此，则说明附近有积水。

3）煤壁挂红。

这是由于老空积水中有铁的氧化物或有硫化铁等物质，能使煤壁出现红锈色的水洙，这表明采掘已接近老空积水区。

如出现甜味、呈黄色或带有泥沙，说明已接近断层水或流沙层水。

溶洞水常略带臭味，呈黄色或灰色。

4）工作面产生雾气。

这是由于工作面温度下降后与较高温度的空气相遇而形成的。

5）工作面淋水加大或突然涌水。

6）在工作面能听到煤层中有嘶嘶的水声，说明即将接近老空积水。

如出现这种情况，全部工作人员应立即撤离现场。

7）顶板异常。

因顶板含水而产生压力造成顶板来压，顶板出现淋水，煤壁片邦和掉渣，底板出现鼓起和渗水等异常现象。

8）有害气体增加。

这一征兆说明采掘工作面已接近积水区，此时空气中瓦斯和二氧化碳含量将增加，并可能出现硫化氢气体。

掘进工作面或其它地点发现透水预兆时，必须停止作业，采取措施，报告矿井调度室。

如情况紧急必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点人员。

五、矿井水灾的预防措施

（一）矿井水综合防治措施：

探、放、排、堵、截（疏）。

（二）井下防治水的主要措施：

做好矿井地质和水文地质观测工作，查明水源，调查老空，掌握涌水通道、留设防水煤（岩）柱、建筑防水闸门和防水墙、探防水、疏放降压开采、注浆堵水和矿井防排水系统等。

（三）探放水原则：

有疑必探、先探后掘。

（四）地面防水措施

为了防止地下水对矿井的威胁，必须对地下水进行综合治理，治理措施如下：

1、必须弄清矿区及其附近地表水系统和受水面积、河流沟渠汇水情况、疏水能力、积水区和水利：

工程情况，以及当地降雨量、历年最高洪水位。

并结合本矿区特点建立防、排水系统。

2、每年雨季前，必须由主管领导组织一次全面性的防水大检查，发现隐患应在雨季前整改完毕。

3、矿井（竖井、斜井、平硐等）井口的标高，必须高于当地历史最高洪水位1m以上。

4、矿区及其附近积水或雨水有可能侵入井下时，必须根据具体情况，采取如下措施：

（1）易积水的地点应修筑泄水沟。

泄水沟应避开露天、裂隙和透风层，不能修筑沟渠时，可用泥土填平压实，范围较大无法填平时，可安装水泵排水。

（2）矿区受河流、洪水威胁时，应修筑防水堤坝。

（3）漏水的沟渠和河流，应及时防水、堵水或改道。

（4）排到地面的井下水，应引出矿区外。

（5）雨季应设专人检查矿区防洪情况。

（6）地面塌陷、裂隙区的周围，应设截水沟或挡水围堤。

（7）矿井疏干放水有可能导致地表塌陷时，必须事前将塌陷区的居民迁移、公路改道，才能进行疏干排水。

5、有用的钻孔，必须妥善封盖。

报废的竖井、斜井、探井、钻孔和平硐等，必须封闭。

6、矿石、废石和其他堆积物，必须避开山洪方向，以免淤泥堵塞沟渠和河道。

（五）井下水防治措施

1、矿山地质测量部门必须调查核实矿区范围内的小矿井、老井、老采空区，现有矿井生产中的积水区、含水层、岩溶带、地质构造等详细情况，并绘制矿区水文地质图。

应查明矿坑，水的来源，掌握矿区水的运动规律，摸清矿井水与地下水和大气降水的水力关系，预测矿井突然漏水的可能性。

2、在积水的旧井巷、老采空区、江、河、湖、海、沼泽、含水层、岩溶带和流沙层等附近开采，应留出防水矿柱或划出安全地段，制定预防突然涌水的安全措施，方准采矿。

矿柱或安全地段的距离，应根据地质构造情况确定。

3、对于地质条件复杂的矿山，在接近水体而又有断裂层通过的地区或与水体有联系的可疑地段，必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则。

钻探水孔的位置、方向、数量、孔径，每次钻进的深度和超前距离，应根据水势的高低、岩石结构与硬度等情况而定。

4、探水前应做好如下准备工作：

（1）检查钻孔附近坑道的稳定性。

（2）清理巷道、准备水沟或其他水路。

（3）在探水工作地点或附近安装通信设施。

（4）巷道及其出口要有良好的照明及人行通道。

（5）对断面大、岩石不稳定、水位高的巷道进行探水，必须制定安全措施经主管矿长批准后，方可实施超前探水。

5、在通往含水带、积水区、放水巷道和有突然涌水可能的地点建筑防水闸门和防水墙。

防水闸门和防水墙的具体要求如下：

（1）防水闸门：

巷道内设防水闸门，防止发生透水事故。

防水闸门应设置在通往水害威胁地段的巷道汇合处，闸门应向来水方向打开。

（2）防水墙：

防水墙是用不透水材料建筑的封闭的挡水设施，应符合下列标准：

①建墙地点的岩石坚固，没有裂隙；

②具有足够的强度，能承受涌水的压力；

③不透水、不变形、不移位；

④应装有测定水压的放水管和仪器。

6、相邻的矿井或矿块，如其中有一个涌水危险则应在矿井或矿块间留出隔离安全矿柱。

7、打探水孔时，如发现岩石变软（发松），或沿钎杆向外流水超过正常钻孔供水量等现象，必须停止钻孔。

此时，不得移动钻杆，除派专人监视水情外，应立即报告主管矿长采取安全措施。

8、在掘进工作面或井巷其他地点发现透水预兆，如工作面“出汗”、顶板淋水加大、空气变冷、发生雾气、挂红、有水叫声、井底板涌水或其他异常现象，必须立即停止工作，并报告主管矿长，采取措施，如情况紧急时，必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

9、探水、放水工作，应派有经验的人员担任。

10、为预防被水封住，有害的气体逸出造成危险，在进行排水的被淹井巷、探水和放水工作地点，必须事先采取通风安全措施，并使用防爆灯具照明。

（六）矿井顶板水的防治

1、采动条件下覆岩破坏的规律

7-4采动影响下的上覆岩层破坏与导水裂隙带高度示意图

影响覆岩破坏的因素

（1）覆岩性质及组合特征

1）坚硬-坚硬型

2）软弱-软弱型

4）坚硬-软弱型

3）软弱-坚硬型

（2）煤层赋存及开采因素

1）采厚、采高

2）分层数及回采垂高

3）开采面积

4）地质构造

5）采煤方法及顶板管理

6）覆岩破坏的延续时间

2、矿层顶板导水裂隙带的发育高度的确定

导水裂隙带发育高度的计算：

8-30倍采高。

7-5导水裂隙带发育示意图

3、顶板水的超前疏干

（1）疏干类型：

地表井群疏干：

据部分矿区实践经验，渗透系数大于3m/d的潜水含水层和大于0.3～0.5m/d的承压含水层均可取得良好的疏干效果。

巷道疏干：

适用于某一固定部位（如露天矿的非工作帮）的疏干或断面截流。

采准巷道疏干：

广泛应用于采区顶板含水层及顶板流砂层的疏干。

多井联合疏干：

顶板含水层分布范围较广，补给水量较大，需要布置一组井，实施多井联合疏干。

（2）常见的疏干方式：

地表疏干、巷道疏干、井下钻孔疏水、吸水钻孔疏水、井上下联合疏水。

7-6a地表疏降模式图7-6b石门多含水层疏水

7-6c利用煤层采准巷道疏放顶板水7-6d直通式疏水钻孔

7-6e顶板上行式疏水孔7-6f井下水平或近水平疏水孔

7-6g吸水钻孔示意图

六、井下探放水的要求

采掘工作面遇到下列情况之一时必须探放水：

1、接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻的煤矿时。

2、接近含水层、导水断层、溶洞或导水陷落柱时。

3、打开隔离煤柱放水时。

4、接近有出水可能的钻孔时。

5、接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时

6、接近有水的灌浆区时。

7、接近其他有可能出水的地区时。

七、透水事故的处理措施

（一）一般情况下

井下发现有突水预兆后，必须发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。

最先发现透水的现场人员，在报告调度室的同时要迅速组织抢救，防止事故扩大。

来不及抢救时，人员应按避灾路线撤到安全地点或出井。

切勿进入独头下山巷道。

一旦迷失方向，必须朝着有风流通过的上山方向撤退。

（二）被水堵在采掘工作面时应做到以下几点：

1、在巷道内或硐室口做上标志。

2、保持静卧，减少体力消耗。

3、硐室内留一盏灯照明，延长照明时间。

4、简短地敲击，发出呼救信号。

5、要听从指挥，团结一致，等待救援。

八、矿井排水设施

1、井下主要排水设备，应由同类型的三台泵组成，其中任一台的排水能力，必须在20h排出一昼夜的正常涌水量；两台同时工作时，能在20h内排出一昼夜的最大涌水量。

井筒内应装设两条排水管，其中一条工作，一条备用。

2、矿井最大涌水量超过正常涌水量一倍以上的矿井，除备用水泵外，其余水泵应在20h内排出一昼夜最大涌水量。

3、井底主要泵房的出口应不少于两个，其中一个通往井底车场，出口处应装设密闭防水门；另一个用于斜井与井筒连通，斜井巷上出口应高出水泵房地面标高7m以上，水泵房地面标高，应高出井底车场轨面0.5m。

4、水仓应由两个独立的巷道系统组成。

涌水量较大的矿井，每个水仓的容积，应能容约2～4h的正常涌水量。

一般矿井主要水仓总容积，应能容纳6—8h的正常涌水量。