第12章-矿井水灾防治(胡卫民高新春鹿广利主编).

矿井水灾防治12第一节概述矿井水来源于地表水和地下水。地表水主要是指矿区附近地面的江河、湖泊、池沼、水库、废弃的露天坑和塌陷坑积水、雨水和冰雪融化汇集的水等。地下水主要指含水层水、断层裂缝缝隙水和老空积水。凡影响、威胁矿井安全生产、使矿井局部或全部被淹没，并造成人员伤亡和经济损失的矿井涌水事故都称为矿井水灾。图12-1煤矿常见的水源煤矿常见的水源水源通道水源进入矿井的渠道流经或积存在井田范围内的地面和地下的水充水水源和渗透通道是构成矿井充水不可缺少的两个方面矿井充水条件矿井充水条件矿井水灾发生的条件水源涌水通道水源和通道失控发生水灾水源就是流经或积存于井田范围内的地表水和地下水，包括地表积水、洪水、松散层水、岩溶裂隙水、砂岩裂隙水、采空区水、灌注浆水、运煤水、生产用水等。涌水通道是水源进入矿井的渠道，包括自然通道和人工通道两类，自然通道主要有塌陷坑、断层、裂隙、裂缝、溶洞、陷落柱等，人工通道有井筒、巷道、峒室、采空区、钻孔、开挖面、井口、生产用水管路等。地面防治水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。它是保证矿井安全生产的第一道防线。根据矿区不同的地形、地貌及气候，应从以下几方面采取相应的措施。第二节地面防治水一、防止井口灌水井口（平硐口）和工业场地内主要建筑物的标高应在当地历年最高洪水位以上。在山区还必须避开可能发生泥石流、滑坡的地段。井口及工业场地内建筑物的高程低于当地历年最高洪水位时，必须修筑可靠的拦水堤坝、泄水沟渠或采取其他防排水措施。第二节地面防治水二、填塞通道填塞通道指填塞降水及地表水直接或间接流入井下的通道。地面塌陷裂缝、基岩裂隙、溶洞、废弃的小窑井筒等都可能成为降水及地表水直接或间接流入井下的通道，如经查明其确与井下构成了水力联系，必须用黏土填平夯实或水泥砂浆将其填塞。第二节地面防治水三、铺整河底对于流经井田范围内的河流(或冲沟、渠道)，其河床渗水性强，当水流沿河床或沟底的裂缝渗入井下时，则应采取局部或全部铺底办法加固河床，可在渗漏地段用劲土、料石或水泥铺垫河床，以防止或减少河水渗漏。四、河流改道当煤体上部无足够厚度的隔水地层时，应尽可能将井田范围内的河流、湖泊、池沼等疏干或迁移。第二节地面防治水五、排（截）洪水和排除地表积水修排洪沟及水库排泄矿区内的地表积水设置排洪站充滇、平整洼地第二节地面防治水井下防治水措施可概括为五个字，即防、疏、排、截、堵。一、防（一）做好矿井水文地质工作做好矿井水文地质工作，重点是查明水源和可能涌水的通道，是各项防治水工作的基础和依据。第三节井下防治水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。第三节井下防治水（二）做好水文观测工作收集当地气象资料、降水量和河流水文资料(流速、流量、水位、枯水期和洪水期等)；查明地表水体的分布、水量及其补给、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。通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种水源的水位、水压和水量变化规律，分析水质等。观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。第三节井下防治水（三）井下探放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。当采掘工作面遇到下列情况之一时，必须探水，确认无突水危险后，才能前进：①接近水淹井巷、老空、老窑或小窑时；②接近含水层、导水断层、陷落柱时；③接近可能出水钻孔和各类防水煤柱时；④接近可能与地表水体相通的断裂破碎带或裂隙发育带时；⑤上层采空区积水，在两层间垂直距离小于采高40倍或巷高10倍的下层采掘工作以及采掘工作面有明显出水征兆时；⑥接近有水或稀泥的灌浆区时；⑦接近其它可能出水地区时。第三节井下防治水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。如图12-2所示。图12-2积水线、探水线和警戒线1．探水起点的确定积水线：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。警戒线：积水线外推60m计为警戒线，一般用红色表示。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。对探水线有如下规定：①对本矿井采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水区如边界确定，水文地质条件清楚；②对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于60m；1．探水起点的确定③对有图纸资料的小窑，探水线至积水区边界的最小距离不得小于60m；④掘进巷道附近有断层或陷落柱时，探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于60m；⑤石门揭开含水层前，探水线至含水层最小距离不得小于20m。1．探水起点的确定探水钻孔布置原则是它既要保证安全生产，又要确保不遗漏积水区，还要求探水工程量最小。1）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。2．探水钻孔的布置方式（1）超前距。如图12-3所示图12-3探水钻孔的主要参数示意图2．探水钻孔的布置方式（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。（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12-4所示。2．探水钻孔的布置方式图12-4扇形探水钻孔2．探水钻孔的布置方式（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12-5所示。图12-5半扇形探水钻孔2．探水钻孔的布置方式井下受水威胁的地段，探水必须与巷道掘进施工管理密切配合，才能取得良好的防治效果，主要配合方式有：3．探水与掘进之间的配合（1）双巷配合掘进交叉探水。如图12-6所示。（2）双巷掘进单巷超前探水。（3）平巷与上山配合探水。如图12-7所示。图12-6上山巷道探水掘进施工方式图12-7平巷与上山互相配合探水3．探水与掘进之间的配合（4）隔离式探水。如图12-8所示。图12-8利用石门探水和墙外探水a－石门探水，b－墙外探水3．探水与掘进之间的配合4．探水钻孔的安全装置图12-9放水钻孔孔口安全装置1－钻杆，2－Φ150钻孔，3－水泥，4－筋条，5－Φ89钢管，6－水压表，7－水阀门如图12-9所示井下探放水作业直接与水害作斗争，不仅关系到探放水人员的安全，也关系到探放水地段甚至全矿的安危。为此，要按照《规程》的有关规定，在安钻探水前后，严格遵守下列事项：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，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.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。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；5．探放水作业安全要点疏放水就是在探明矿井水源之后，根据水源的类型采取不同的疏放水方法，有计划、有准备地将威胁矿井安全生产的水源全部或部分地疏放出来，是防止矿井水灾最有效的措施。根据不同类型的水源，可采取不同的疏放水方法与措施。二、疏1．疏放老空水1)直接放水—当水量不大，不超过排水能力；2)先堵后放—与巨大水源有联系，动力储水量大；3)先放后堵—虽有补给水源，但补给量不大；4)用煤柱或构筑物先隔离，水量大，水质坏，准备好设备排，或留隔水保护煤柱。2．疏放含水层水1)地面打钻抽水—环形钻孔、排形钻孔2)井下疏水巷道疏水3)用井下钻孔疏水—放射状、排状、立井泄放孔4)巷道与钻孔结合疏放二、疏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。（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，（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二、疏3．疏放水时的安全注意事项（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.二、疏三、排（一）主排水系统1．主排水泵2．主排水管路3．主要泵房4．主要水仓新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。（二）采区排水系统（三）井底水窝排水设备截水是利用水闸墙、水闸门和防水煤（岩）柱等物体，临时或永久地截住涌水，将采掘区与水源隔离，使某一地点突水不致危及其它地区，减轻水灾危害的重要措施。防水煤（岩）柱厚度：最小垂直距离BR，20m防水墙：地点、承压、材料、墙厚。水闸墙是用不透水材料构成的永久性构筑物，用于隔绝有透水危险的区域。防水闸门：防水闸门一般设置于井下运输巷内，正常生产时防水闸门敞开着，当突然发生水患时，闸门关闭将水阻挡于闸门之外。四、截注浆堵水就是将配制的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化。（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。五、堵第四节透水事故的处理一、透水预兆一般预兆(1)煤层发潮发暗。(2)煤壁“挂汗”。具有一定压力的积水透过煤岩体的细微裂隙而在煤岩体表面上凝聚成水珠的现象，称为“挂汗”。(3)煤壁“挂红”。当积水中含有铁的氧化物时，煤岩壁上所挂之“汗”呈暗红色(铁锈使水色变得暗红)，故称为“挂红”。(4)顶板淋水加大，顶板来压，底板鼓起或产生裂隙并出现渗水。一、透水预兆(5)空气变冷，煤壁发凉，产生雾气。(6)煤层或岩层里发出水叫声。含水层或积水区内的高压水在向煤(岩)壁裂隙挤压时，产生摩擦会发出“嘶嘶”的水叫声。(7)出现压力水流(或称水线)。这表明离水源已较近，应密切注视水流情况。若出水浑浊，说明水源很近，若出水清净则水源尚远。(8)工作面合害气体增加。(9)水的酸度大，味发照，有臭鸡蛋味。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、支架倾倒或折断柱现象。（2）底软膨胀、底鼓张裂。这种征兆多随顶板来压之后发生，且较普遍。（3）先出小水后出大水也是较常见的征兆。由出小水至出大水，时间长短不一，据统计由1～2小时至20～30天不等。（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