煤矿灾害防治技术矿井防治水防治矿井水灾.docx

1、煤矿灾害防治技术矿井防治水防治矿井水灾煤矿灾害防治技术矿井防治水防治矿井水灾 防治矿井水灾 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

2、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，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

3、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

4、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 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 图 4-2-1 积水线、探水线和警戒线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

5、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。 图 4-2-1 积水线、探水线和警戒线 （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。 图 4-2-2 探

6、水钻孔的主要参数示意图2探水钻孔的布置方式 图 4-2-2 探水钻孔的主要参数示意图 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。 图 4-2-3 扇形探水钻孔 图 4-2-3 扇形探水钻孔 （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。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

7、）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。 图 4-2-4 半扇形探水钻孔 图 4-2-4 半扇形探水钻孔 图 4-2-5 上山巷道探水掘进施工方式 图 4-2-5 上山巷道 探水掘进施工方式 图 4-2-6 平巷与上山互相配合探水 图 4-2-6 平巷与 上山互相配合探水 （3）平巷与上山配合探水。如图 4-2-6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 图 4-2-7 利用石门探

8、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 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，必须在孔口装置安全套管阀门，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 图 4-2-8 放水钻孔孔口安全装置 1 一钻杆， 2 一150 钻孔， 3 一水泥， 4 一筋条， 5 一89 钢管， 6 一水压表， 7 一水阀门 （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）

9、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； 图 4-2-10

10、排状孔群图 4-2-9 环状孔群 图 4-2-10 排状孔群 图 4-2-9 环状孔群 1疏水前水位；2疏水后水位 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。 图 4-2-11 图 4-2-11 巷道疏水 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， 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 （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、-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。 图 4-2-14 打入式过滤管1 一导水管， 2 一真空装置， 3 一导水渠 图 4-2-14 打入式过滤管 1 一导水管， 2 一真空装置， 3 一导水渠 图 4-2-13 丛状布置钻孔 图 4-2-13 丛状布置钻孔 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

12、。 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。 （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

13、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

14、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、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

15、）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。 图 4-2-17 留设防 水煤柱的经验尺寸（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； 图 4-2-17 留设防 水煤柱的经验尺寸 （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 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，

16、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； 图4-2-19 不同条件下的隔水煤柱参数示意图Bc隔水煤柱宽度；t 图4-2-19 不同条件下的隔水煤柱参数示意图 Bc隔水煤柱宽度；t隔水岩柱厚度；岩石移动角；h裂隙带高度 图4-2-23 单向拱形闸门 l门扇；2门框；3门纹；4拉杆；5止水垫料 图4-2-22 平板矩形水闸门 l门扇；2门框；3门绞；4拉杆；5止水橡皮 图4-2-24 球面拱形闸门 1门扇；2门框；3门绞；4拉杆；5止水垫料 2）分析计算法 ( 4-2-1 )（1）煤层直接和强含水层、导水断层相接触（图

17、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）： ( 4-2-1 ) 图 4-2-18 低角度断层使煤层与强含水层接近（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尺寸： 图 4-2-18 低角度断层使煤层与强含水层接近 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。 ( 4-2-3 ) （4-2-2）第二步，再用煤层底板岩层不

18、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 ( 4-2-3 ) （4-2-2） （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 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

19、等时，取其大者。 2水闸墙（防水墙） 图4-2-20 水闸墙1 图4-2-20 水闸墙 1截槽；2水压表；3放水管； 4保护栅栏；5细管 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；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。