煤矿灾害防治技术教案4矿井水灾防治Word下载.docx

1、KB = 25 m3t；充水性强的矿井：KB = 50 m3t ；充水性极强的矿井：KB 10 m3t 。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m3d 、m3h、m3min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：涌水量小的矿井：Q 15 m3min。3. 矿井突水点突水量等级划分矿井突水的突水量大小差异很大，对矿井的危害程度也不相同。根据我国矿井突水情况，1984 年5 月,煤炭工业部对矿井突水点突水量做了等级划分。其等级标准是：小突水点涌水量：Q1m3min；中等突水点涌水量：1 m3min Q 10 m3min ；大突水点涌水量：10 m3min

2、Q30 m3min；特大突水点涌水量： 30m3min。三、矿井水灾发生必须具备的基本条件矿井水灾发生必须具备的两个基本条件:一是必须有充水水源，二是必须有充水通道。1.水源造成矿井水害的水源主要有大气降水、地表水、地下水（含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等）。如图4-1-1 所示。（1）大气降水。从天空降到地面的雨和雪、冰、雹等溶化的水，称为大气降水。大气降水，一部分再蒸发上升到天空；一部分留在地面，即为地表水；另一部分流入地下，即形成地下水。大气降水、地表水、地下水，实为互相补充，互为来源，形成自然界中水的循环（图4-1-2 ）。（2）地表水。地球表面江、湖、河、海、水

3、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。潜水一般分布在地下浅部第四纪松散沉积层的孔隙和出露地表的岩石裂隙中,主要由大气降水和地表水补给。潜水不承受压力，只能在重力作用下由高处往低处流动。但潜水进入井下，也可能形成水患。（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。（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

4、积水。它很像一个“地下的水库”，一旦巷道或采煤工作面接近或沟通了积水老空区，则会发生水灾。（6）断层水。处于断层带中的水，称为断层水。断层带往往是许多含水层的通道，因此，断层水往往水源充足，对矿井的威胁极大。2. 矿井水灾的通道（1）煤矿的井筒。地表水直接流入井筒，造成淹井事故。（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（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，

5、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5m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。褶曲可影响地下水的储存和补给条件，若地形和构造一致，一般是背斜构造处水小，向斜构造处水大；断层破碎带本身可以含水，而更重要的是断层作为透水通路往往可以沟通多个含水层或地表水，它是导致透水事故的主要原因之一。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。煤层开采后形成

6、的塌陷裂缝是地表水进入矿井的良好通道。如淮南某矿由于地表塌陷区的积水突然涌入矿井，使涌水量达13443853 m3昼夜。2. 老空积水。废弃的古井和采空区常有大量积水。3. 未封闭或封闭不严的勘探钻孔。地质勘探工作完毕后，若钻孔不加封闭或封闭不好，这些钻孔便可能沟通含水层，造成水灾。五、造成矿井水灾的主要原因（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。如将井巷置于不良地质条件中或过分接近强含水层等水

7、源，导致施工后因地压和水压共同作用而发生顶、底板透水；（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。第二节 矿井防治水一、地面水防治技术1. 慎重选择井筒位置井口（平硐口）和工业广场内主要建筑物的标高应在当地历年最高洪水位以上。2河流改道在矿井范围内有常年性河流流过且与矿井充水含水层直接相连,或河水渗

8、漏是矿井的主要充水水源时，可在河流进入矿区的上游地段筑水坝，将河流截断，用人工另修河道使河水远离矿区。3铺整河底矿区内有流水沿河床或沟底裂缝渗入井下时，则可在渗漏地段用粘土、料石或水泥铺垫河底，防止或减少渗漏。4填堵通道矿区范围内，因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷而形成的矿井进水通道，应用粘土、水泥或凝胶予以填堵。5挖沟排（截）洪地处山麓或山前平原区的矿井，因山洪或潜水流渗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布置排洪沟、渠，拦截、引流洪水，使其绕过矿区。6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，

9、造地复田，消除水害隐患。7加强雨季前的防汛工作做好雨季防汛准备和检查工作是减少矿井水灾的重要措施。二、井下防治水技术矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。（一）做好矿井水文观测与水文地质工作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：

10、（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。探水线位置的确定必须报矿总工程师批准。采掘到探水线位置时，必须探水前进。（二）井下探水

11、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。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。通常将积水及附近区域划分为三条线，即积水线、探水线和警戒线，并标注在采掘工程图上，如 4-2-1所示。（1）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。（2）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、采空区和巷道受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须进行超前探水、边探边掘。（3）警戒线。是从探水线再向外推50120m 计为警戒线，一般用红色

12、表示。进入警戒线时，就应注意积水的威胁。要注意工作面有无异常变化，如有透水征兆，应提前探放水，如无异常现象可继续掘进，巷道达到探水线时，作为正式探水的起点。2探水钻孔的布置方式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。探水时从探水线开始向前方打钻孔，在超前探水时，钻孔很少一次就能打到老空积水，常是探水一掘进一再探水一再掘进，循环进行。而探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离，该段距离称超前距。如图 4-2-2所示。（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

13、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。其值应与超前距相同，即帮距一般取20m ，有时帮距可比超前距小12 m。（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。（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。3探水与掘进之间的配合（1）双巷配合掘进交叉探水。当掘进上山时，如果上方有积水区存在，巷道受水威胁，一般多采用双巷掘进交叉探水，如图 4-2-5所

14、示。（2）双巷掘进单巷超前探水。在倾斜煤层中沿走向掘进平巷时，一般是用上方巷道超前探水，探水钻孔呈扇形布置， （3）平巷与上山配合探水。如图 4-2-6所示。（4）隔离式探水。如巷道掘进前方的水量大、水压高、煤层松软和裂隙发育时，直接探水很不安全，需要采取隔离方式进行探水。在掘进石门时，可从石门中探放积水，如图4-3-7（a）所示，或在巷道掘进工作面预先砌筑隔水墙，在墙外探水，如图4-3-7（b）所示。4探水钻孔的安全装置在探放水工作中，在水量和水压不大时，积水可通过钻孔直接放出，但在探放水量和水压都很大的积水区（包括其它水源）时，为了确保安全，做到有计划地放水并取得放水资料，必须在孔口装置安

15、全套管阀门，如图 4-2-8所示。5探放水作业安全要点（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，探水地点要与相邻地区的工作地点保持联系，一旦出水要马上通知受水害威胁地区的工作人员撤到安全地点。若不能保证相邻地区工作人员的安全，可以暂时停止受威胁地区的工作；（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，共同确定钻孔方位、角度、钻孔数目以及钻进深度；（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。这些都是接近

16、或钻入积水地点的征兆。（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1疏放含水层水1）地面打钻抽水（1）环状孔群。如图 4-2-9所示。（2）排状孔群。如图4-2-10所示。2）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，常把采区巷道或采煤工作面的准备巷道提前开拓出来，利用“采准”巷道预先疏放顶板含水层水（图 4-2-11）。（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。如湖南煤炭坝某矿，开采龙潭组的下层煤，底板为茅口灰岩，它和煤

17、层之间夹有很薄的粘土岩隔水层，原来将运输巷道布置在煤层中，由于水量和水压都较大，所以巷道难以维护。如图 4-2-12所示。3）井下钻孔疏水（1）疏放煤层顶板水A在巷道中每隔一定距离向顶板打钻孔，使顶板水逐渐泄入巷道，通过排水沟向外排出。B在巷道中群孔放水。为了防止井下突然涌水，创造良好的作业条件，必须对煤层顶板水进行大面积疏干，在巷道内布置一系列群孔疏排地下水，如图 4-2-13所示。C立井泄放孔。建井期间，如有一个井筒已到底，并开凿了车场、硐室，有一定的排水能力，另一井筒尚在掘进，涌水量大、施工困难，这时可从掘进中的井筒向下打泄放钻孔穿透已掘井筒的井底铜室，进行泄放。如图 4-2-14所示。

18、 （2）疏放煤层底板水2疏放老空水（1）直接放水。当水量不大，不超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。（2）先堵后放。当老空区与溶洞水或其它巨大水源有联系，动力储量很大，一时排不完或不可能排完，这时应先堵住出水点，然后排放积水。（3）先放后堵。如老空水或被淹井巷虽有补给水源，但补给量不大，或在一定季节没有补给。在这种情况下，应选择时机先行排水，然后进行堵漏、防漏施工。（4）用煤柱或构筑物暂先隔离。如果水量过大，或水质很坏，腐蚀排水设备，这时应暂先隔离，做好排水准备工作后再排放；如果防水会引起塌陷，影响上部的重要建筑物或设施时，应留设防水煤柱永久隔离。3疏放水时的安全注意事项（1）探到水源

19、后，在水量不大时，一般可用探水钻孔放水；水量很大时，需另打放水钻孔。放水钻孔直径一般为5075mm ，孔深不大于70m 。（2）放水前应进行放水量、水压及煤层透水性试验，并根据排水设备能力及水仓容量，拟定放水顺序和控制水量，避免盲目性。（3）放水过程中随时注意水量变化，出水的清浊和杂质，有无有害气体涌出，有无特殊声响等，发现异状应及时采取措施并报告调度室。（4）事先定出人员撤退路线，沿途要有良好的照明，保证路线畅通。（5）为防止高压水和碎石喷射或将钻具压出伤人，在水压过大时，钻进过程应采用反压和防喷装置，并用挡板背紧工作面以防止套管和煤（岩）壁突然鼓出，挡板后面要加设顶柱和木垛，必要时还应在顶

20、、底板坚固地点砌筑防水墙，然后才可放水。（6）排除井筒和下山的积水前，必须有矿山救护队检查水面上的空气成分，发现有害气体，要停止钻进，切断电源，撤出人员，采取通风措施冲淡有害气体。（四）截水1防水煤（岩）柱的留设目前，在煤矿生产中确定防水煤柱尺寸，主要采用以下方法：1）经验比拟法此法在目前使用广泛。即根据不同情况。选用水文地质条件相似的经验数据，作为设计防水煤柱的尺寸。（1）当煤层露头直接被疏松含水层掩盖时，根据华北地区一些煤矿的经验，冲积层下急倾斜煤层，应留煤柱一般为 80 m，如图 4-2-17a所示；（2）煤层受断层切割直接与充水强含水层接触时，安全防水煤柱宽度应不小于 20 米，如图

21、4-2-17b 所示；（3）当煤层因受逆断层切割而被强含水层掩盖时，留设煤柱应考虑煤层开采后的塌陷裂隙，最好不要波及到上部的强含水层，如掩盖宽度为 L 米，其断层下盘防水煤柱的宽度要大于 L 米，如图 4-2-17c所示；（4）当巷道接近导水断层时，应留设 3040 m防水煤柱，如图4-2-17d 所示。2）分析计算法（1）煤层直接和强含水层、导水断层相接触（图 4-2-17b 、d），煤层顶底板岩层无突水可能，即防水煤柱主要是顺层受压时，常用以下公式计算煤柱宽度（仅考虑抵抗水压力）：（2）低角度断层使煤层底板岩层与强含水层接触，如图 4-2-18所示。在这种情况下，应按以下方法计算防水煤柱的

22、尺寸：第一步，先按煤柱本身不因顺层水压而遭受破坏的情况，计算所需煤柱宽度BC ，BC值应用（4-2-1）式求得。式中的P 即为图 4-3-18中的H1 , H1是B点的实际水头压力。第二步，再用煤层底板岩层不发生突水这一条件来校核煤柱宽度BC值是否安全。其方法是：从煤柱端点 A 作断层的垂线，与断层面交于C点，令。然后，用以下公式计算 C 点的安全水头压力 H安 ：（3）顶底板隔水层或断层带隔水层煤柱宽度的确定第一步：确定最小安全岩柱厚度（最小垂直距离 ，如图4-2-19 所示）t可按下式计算：第二步：当计算的安全厚度t 小于实际隔水层厚度时，可不留防水煤柱；否则需按岩柱厚度t 、裂隙带高度h

23、 和岩层移动角初步定出的煤柱宽度，具体分如图4-2-19所示的4种情况。第三步：当按岩柱厚度t 、裂隙带高度h 和岩层移动角所定出的煤柱宽度与按煤柱强度算出的煤柱宽度不等时，取其大者。2水闸墙（防水墙）水闸墙的构造如图4-2-20所示（纵剖而图）。为了支撑水压，在巷道顶底板和侧壁开凿截口槽 1 ，墙上安有放水管 3 和水压表 2 ，放水管用栅栏 4 加以保护，防止泥沙堵塞。在水闸墙上还安有细管 5 ，以供密闭以后从管中放出气体。在水压很大时，则采用多段水闸墙，如图4-2-21所示。这种水闸墙的截口槽之间隔有一定距离，以加强其坚固性，并在来水方向伸出锥形混凝土护壁a ，将水压通过护壁传给围岩，以

24、减少渗水的可能性。3防水闸门（1）防水闸门位置的选择（2）防水闸门的分类（五）矿井注浆堵水矿井注浆堵水，一般在下列场合使用（1）当涌水水源与强大水源有密切联系，单纯采用排水的方法不可能或不经济时。（2）当井巷必须穿过一个或若干个含水丰富的含水层或充水断层，如果不堵住水源将给矿井建设带来很大的危害，甚至不可能掘进时。（3）当井筒或工作面严重淋水时，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用等，可采用注浆堵水。（4）某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，也可采用注浆堵水的方法堵住水源。（5）对于隔水层受到破坏的局部地质构造破坏带，除采用隔离煤柱外，还可用注浆加固法建立人工保护带

25、；对于开采时必须揭露或受开采破坏的含水层，对于沟通含水层的导水通道、构造断裂等，在查明水文地质条件的基础上，可用注浆帷幕截流，建立人工隔水带，切断其补给水源。第三节 矿井突水事故处理一、矿井突水征兆1与承压水有关断层水突水征兆（1）工作面顶板来压、掉渣、冒顶、支架倾倒或断柱现象。（2）底软膨胀、底鼓张裂。（3）先出小水后出大水也是较常见的征兆。（4）采场或巷道内瓦斯量显著增大。这是因裂隙沟通增多所致。2冲积层水突水征兆（1）突水部位岩层发潮、滴水、且逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂。（2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量砂量增加，直到流砂大量

26、涌出。（3）发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。3老空水突水征兆（1）煤层发潮、色暗无光。（2）煤层“挂汗”。（3）采掘面、煤层和岩层内温度低，“发凉”。（4）在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水呼声时，表明因水压大，水向裂隙中挤发出的响声，说明离水体不远了，有突水危险。（5）老空水呈红色，含有铁，水面泛油花和臭鸡蛋味，口尝时发涩；若水甜且清，则是“流砂”水或断层水。二 、矿井突水的应急措施遇到矿井突水时，可采取以下应急措施：（l）发现有人被堵井下时，各级领导应首先制定营救措施。（2）立即通知泵房人员加大排水力度，将水仓水位降到最低程度，争取较长的缓冲时间。（

27、3）检查所有排水设施和输电线路，了解水仓现有容量，派人清挖水沟。（4）水文地质人员应测量涌水地点涌水量大小及其变化，记录围岩及巷道破坏变形状况，察看观测孔（水井）水位和泉、河、地表水体的变化，分析判断突水来源和最大突水量，以及突水发展趋势，为防止淹井采取必要措施提供依据。（5）检查防水闸门关闭是否灵活、严密，并清除淤渣，拆除短轨和架空线，派专人看守，待命关闭。（6）在查明地面水体与突水有关联时，应迅速派人进行堵塞，减少补给量。（7）当排水能力负担不了涌水量时，可因地制宜，采取将涌水引入下山巷道、筑坝蓄水、关闭防水闸门，以延长缓冲时间，争取时间增加排水设备，保住矿井。（8）当采取上述措施仍不能阻

28、挡淹井时，井下人员应迅速向安全撤退，安全出井。三、水灾处理的一般原则（1）必须了解突水的地点、性质，估计突出水量、静止水位，突水后涌水量、影响范围、补给水源及有影响的地面水体。（2）掌握灾区范围，如事故前人员分布、矿井中有生存条件的地点、进入该地点的可能通道，以便迅速组织抢救。（3）按涌水量组织强排，发动群众堵塞地面补给水源，排除有影响的地表水，必要时可采用灌浆堵水。（4）加强排水和抢救中的通风，切断灾区电源，防止一切火源，防止沼气和其它有害气体积聚。（5）排水后侦察、抢险中，要防止冒顶和二次突水。（6）搬运和抢救人员，要防止突然改变伤员已适应的环境和生存条件，以造成伤亡。四、矿山救护队处理透水事故的行动要点（1）接到事故电话后，迅速赶到事故矿井，弄清突水情况和灾区范围，克服畏难情绪，参加制定抢救方案。（2）根据井下水位及涌水量，利用一切可能进入的通道，迅速引出灾区避难人员。（3）救护队员必须按进入灾区的有关规定带齐装备，进入避难人员躲避地点时，不经检查并确认无危险时，不得脱掉呼吸器。人员必须通过局部积水巷道时，在积水位不高、距离不长的情况下，应选择熟悉水性的队员配戴呼吸器通过。（4