煤矿探放水作业(课件1)

第六章矿井水害及其预防第一节矿井水水源水害的危害：1、通过初步统计，矿井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、各种灾害的损失面大。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，15500工日，水灾18590工日，冒顶5222工日，以水灾工作日损失最多。一、综述：我国95%都是地下开采，煤矿水灾是煤矿建设和生产的主要灾害之一。由于我国煤田水文地质条件极为复杂，煤矿突水事故时有发生，它不仅严重破坏煤矿的正常建设和生产，造成巨大的经济损失，而且还时刻威胁矿工的生命安全。矿山水害是指矿山在建设开发过程中，不同形式、不同水源的水通过某种途径进入矿井并给矿山的建设和生产带来不利影响和灾害的过程和结果。矿山水害的形成和发生是建立在特定的环境和条件之上的。二、矿井水水源这些水源可能从各种通道和岩层裂隙渗透进入矿井，当进入煤矿的水量超过矿井的正常排水能力时，就会酿成淹井事故。（一）大气降水1、大气降水按空间位置分为：高空水和低空水。高空水包括雨、雪、冰雹等；低空水包括露水、雾气、霜降等。2、从大气降水对矿井的充水途径和对矿井生产的影响来进行划分，可分为直接影响和间接影响。直接影响涌水量大小与降水量、降水强度、频率及延续时间密切相关。涌水量有明显的季节变化。涌水量“高峰”与降水“高峰”大致吻合。涌水量随井巷深度增加显著减小。间接影响涌水量增加有明显的季节性涌水量“高峰”滞后降水“高峰”几天至十几天，滞后时间长短决定于含水层的导水性、软解压、补给区的远近；随开采深度增加，降水影响会显著减小。大气降水的时间我国大部分矿区雨季多集中在6~9月份（二）地表水地表水主要是指矿区附近的江河、湖泊、池潭、水库和塌陷坑的积水以及雨水、冰雪融化后汇集的水。1、矿井水的充水途径（1）洪水冲毁井口围堤，直接灌入井下。（2）通过地表水体下松散岩层，基岩含水层露头渗入井巷。通过采后顶板冒带贯通、地表塌陷裂缝渗入。（3）通过构造破碎带、老窑直接溃入。2、地表水对生产矿井的主要影响地表水对矿井的充水程度取决于井巷距离地表水体的远近以及地表水体下岩层的岩性、厚度和构造情况；地表水作为充水水源经常构成定水头的洪水边界，因此动水量稳定，不易疏干。当地表水贯通岩溶断裂带时，往往会造成淹井事故。（三）地下水地下水主要是指含水层和老空水。1、含水层水含水层：当岩层中有孔隙、裂隙或溶隙并含有地下水时。含水层分为潜水和减压水。a、潜水：当顶板为透水层，地板为隔水层时称之为潜水，其空隙形式多为孔隙水。b、减压水：当顶底板均为隔水层时称之为减压水。其空隙形式多为溶隙水、裂隙水。2、对煤矿安全生产的影响潜水由于属松散岩层，岩石颗粒小，含水量低，遇潜水层往往会形成泡沙。承压水岩地表无出露，补给水源差，且埋藏浅，为裂隙水时，则易疏干。若承压水地表出露范围大，补给水源丰富，且埋藏深，为溶隙水时，则井巷涌水量季节变化大，雨后涌水量猛增，产生很大的水压、水量，对矿井造成严重威胁（四）老空水老空水依据积水的特征分为老窑水和淹没的采空废井巷积水。小窑老空水一般积存时间长，水量补给差，属于“死水”，所以有“挂红”、酸度大、水味发涩的特点。小窑、老空水多以静贮量为主，犹如地下水库，一旦突水，来势凶猛，涌水量大，破坏性强。但涌水持续时间短，易疏干。老空水酸度大，不能饮用，而且对井下轨道、金属支架、钢丝绳等金属设备有腐蚀作用。老空水透出一般伴有有害气体的涌出。（四）老空水1、老空水的积水特征（1）积水水源主要是降水通过露头带采后地表塌陷裂缝渗入；（2）积水量决定于采空区大小，一般为静储量。（3）水压大小取决于井巷与老窑位置的相对高差。（4）积水空间位置和范围不易确定。2、淹没采空区废井巷积水的特征1、积水水源主要是含水层的渗入；2、积水空间位置和范围较容易查清；3、相邻井巷或深部矿井排水时能部分疏干。3、老空水对生产矿井的影响1、吐水迅猛、冲溃力大、破坏性强；2、一般为静储量，突水时水量、水压下降快、易疏干。3、水呈酸性，腐蚀过强。5．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，如图二所示。图二断层破碎带引起涌水示意图1－含水层2－煤层但是，也不是所有的断层都能造成矿井突水事故，一般来说，断层破碎带本身储存的水量并不是很大，主要是与地表水、含水层有沟通，地下水压力很大，当有足够力量突破断层破碎带和隔水层底板时才会引起突水，对煤矿生产造成威胁，如图三所示。图三断层涌水示意图1－含水层2－煤层此外，涌水也与断层本身透水性有直接关系，根据许多矿井的经验证明，多数逆断层透水性差，正断层透水性强，如果在矿井中有多条断层，断层的交叉处是最容易发生突水事故的位置。如果断层破碎带充填的是较细的柔性颗粒岩石，如泥岩、粘土、煤粉等，经后期胶结牢固，也可能起到隔水的作用。矿井水灾防治是煤矿安全生产的重要环节，矿井水灾已成为仅次于瓦斯的煤矿第二大灾害。因此，进行水文地质研究，降低矿井水给矿井建设和生产带来的危害，实现煤矿安全生产，对于煤矿工作来说，有着重要的实际意义。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。共十章，142条。一、矿井水的概念第一节概念在矿井建设和生产过程中，以各种形式涌入井筒、巷道和工作面的大气降水、地表水、地下水、老窖积水称为矿井水。当矿井涌水量超过矿井的正常排水能力，而造成矿井水泛滥成灾的现象称为矿井水灾。评价矿井的充水程度有两个指标：矿井含水系数和矿井涌水量。由于矿井的地质条件和岩石性质不同，各矿井的充水程度也不相同。矿井水给煤矿的安全生产带来影响，必须搞清矿井充水的水文地质特征，以便选择合理的开采方法，选择经济合理的安全措施，以防止矿井水灾的发生。第二节矿井水的来源矿井水的来源，决定于一系列的自然因素和人为因素。分析研究这些因素以后，才有可能采取防止矿井水灾发生的必要措施。一、矿井充水的自然因素矿井充水的自然因素包括：大气降水、地表水、地形、基岩出露程度、岩石成分、覆盖层的作用、地质构造和埋没的古代地形等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．即使在同一个地区内，由于大气降水量是随着季节变化的，矿井涌水量一般也随之发生周期性的变化。在一般情况下，矿井涌水量是随开采深度的增加而减小；也有的矿井，其涌水量却随开采深度的增加而增加，这是由于开采的愈深，水文地质条件愈加复杂的原故。2．地表水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。在这种情况下，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，如河南义马矿区的个别井田在小浪底水库附近开采，受地表水威胁很大，故必须进行多项的水文地质工作，开采时采取必要的安全生产措施。3．地形地形对矿井充水有很大的影响，同时也影响地下水的循环条件及含水层埋藏的深度，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；反之．在地形较陡的情况下，降水大部分形成地表水流流走，补给地下水量就少，如图一所示。图一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．基岩出露程度、岩石成分和覆盖层的作用如果煤层或基岩岩层出露于地表，其中又有透水岩层，因而能大量吸收地表水，随着巷道掘进，地表水可大量进入矿井；如果煤层或岩层上面存在弱透水层或不透水层，如粘土层或砂质粘土层覆盖，并且厚度稳定，至少在5m以上，则大气降水和地表水基本不能进行渗透；如果覆盖层是透水砂层，则水几乎都可渗入。当煤层顶板为良好隔水层时，可以把水隔开。但在某些地区由于开采地段顶板冒落，并在上部形成裂隙时，地表水可大量进入下部的透水层或巷道中去。我国华北地区多有基岩出露，坚硬岩层裂隙和岩溶现象显著，成为水的天然聚积区域，矿井如果不对其加以防治，就会造成大量的水涌入矿井。有时裂隙和石灰岩溶洞是地表水流入矿井的通道，涌水量也会急剧增加。岩石成分也影响充水程度、胶结很好的沉积岩，如细砂岩、粉砂岩、页岩、泥灰岩等是弱透水层或隔水层，可以有效地阻挡地表水和大气降水的渗透，使矿井充水较小。在石灰岩溶洞发育的矿井中，其充水性很强，对开采的影响很大。如我国华北石炭二叠纪煤田，在其煤系底部为奥陶纪石灰岩，石灰岩中存在大量的岩溶水，如果不及时采取措施，就有可能突然涌入矿井，造成矿井被淹事故。由此可见，在石灰岩溶洞发育的地区，必须调查清楚石灰岩溶洞的分布情况，研究生成过程，以及其补给、循环和排泄的关系，开采时，必须事先探放水，并在危险地区留设防水煤柱等措施二、矿井充水的人为因素矿井充水的人为因素，包括旧淹没巷道，未封闭的钻孔及不正确的开采方法等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，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、不能很好排出矿井水的采空区等，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，如果破坏了隔水层，地下水就会涌入工作面。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。如图四所示图四开采后覆岩破坏形成覆岩破坏三带、地下水沿裂隙进入工作面造成水灾害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。根据造成煤矿水害的水源进行分类，我们把煤矿水灾害分成四种类型。1、地表水灾害大气降水，江河，湖泊等，从井口或采区冒落列席带，断层钻孔等进入，如：平顶山市一小煤矿，洪水直接进入井筒。如：洛阳市新安寺沟煤矿，河水直接与井下的护河煤柱沟通，造成淹井事故。2、老空水灾害即：古井、小窑、废巷几采空区积水，采掘工作面与之接近或沟通，使水体进入巷道或工作面，造成事故的，这是无论在国有重点、国有地方及乡镇小煤矿是最多的水害事故，都一一发生过。3、孔隙或裂隙水灾害属第三系、第四系松散含水层孔隙水，有的为顶板砂岩的含水层水；流沙水或泥沙等；有的为地表补给水。当采空区冒落，裂隙导通后，或采面底板破裂或钻孔封孔不良，造成突水淹采面采区，或是淹井的事故。如：永煤集团的陈四楼、车集煤矿，郑煤集团的米村、裴沟矿等等。4、岩溶水灾害这主要是属于薄层或是厚层灰岩水灾害，在我省是二1煤以下的七灰、八灰水，采动后，使得水系导通工作面，造成淹井等事故。我省的焦煤集团、荥巩煤田、禹州煤田的水害，主要是石炭二叠纪的奥灰水，或寒武纪的寒灰水。如：焦煤、荥阳的王河、平禹的新峰、梁北煤矿等，都是受到这种水的影响。四、国内外现状1、国内现状在突水机理与突水分析方面，提出了“突水系数”、“等效隔水层”和底板隔水层中的“原始导高”等概念，经多年的试验观测与研究，认为底板突水机理是“含水层富水性、隔水层厚度及其存在的天然裂隙与水压、矿压（采动活动影响）等因素的综合作用结果”。对突水