12第十二章 矿山防水

1第十二章矿山防水教学目标：了解地面防治水的措施；掌握井下防治水的措施了解矿井突水征兆及处理措施。教学重点：井下防治水的措施教学难点：截水及堵水学时安排：3复习旧课（5min）：呼吸性粉尘概念；矿尘得分散度；尘肺病的分类；煤尘爆炸的条件引入新课：首先来了解一下地球上水的分布。按水的分布空间不同，可分为大气水、地表水和地下水三类。煤炭生产主要是在地下进行，地下水是直接威胁生产的不安全因素之一，它是采矿工作者的重要研究对象。由于自然界中的三大类水之间，存在着不可分割的内在关系。所以必然要涉及到大气水与地表水。水都存在着水利和水害两个方面，从煤矿安全生产的角度来看，水害方面往往影响很大。下面介绍矿井水灾的知识。２００１年７月１７日凌晨３时许，南丹县龙泉矿业总厂下属的拉甲坡矿发生特大透水事故，造成井下８１名矿工死亡。受贿300余万隐瞒南丹矿难事故万瑞忠被执行死刑。2004年３月７日，新疆哈密煤业（集团）有限责任公司井采公司二井发生透水事故，２４名矿工被困井下，9名遇难。2004年３月２９日上午，吉林省通化市二道江区五道江镇顺发煤矿二矿（乡镇有证）发生透水事故，7人遇难。2004年4月25日早5时许，黑龙江双鸭山矿业集团东荣三矿九采区负442标高水采工作面突发透水事故，初步认定是该地与东四片采空区老塘相透，事故中共有8名矿工下落不明。至此，这起透水事故已确定有4人死亡，1人获救生还，仍有3名矿工下落不明。2004年4月11日下午4时多，地处新密市的郑煤集团超化矿突发透水事故，12人被困井下，其中包括透水后下井察看水情的该矿代理总工程师周定栓及另外一名副总工程师。被困4天5夜后4月16日上午9时30分，最后一名遇险矿工被抬出井口。2004年４月３０日９时２０分许，内蒙古自治区乌海市公乌素地区鑫源煤矿发生透水事故，１５人被困井下。５月９日下午，记者从内蒙古自治区乌海市鑫源煤矿透水事故抢险救援指挥部获悉，由于事故现场地质状况复杂等诸多因素影响，抽水竖井的钻打工作受阻。第一节概述矿井水灾（定义）：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。2补充资料：一、矿井水灾的来源（一）地面水源1．大气降水（0.001）主要形式是下雨下雪。地面的雨雪水是地下水的主要补给来源，同时也可能通过裂隙或井巷直接灌入井下。1996年8月4日，太原市下暴雨，滚滚山洪经小煤窑进入管地矿，致使年产400万吨的矿井被淹，造成重大经济损失和人员伤亡。2．地表水（95%）地表水：河流、湖泊、水库和积水洼等，能够通过裂隙、井巷、断层、溶洞等直接灌入井下，也可作为地下水的补给来源。1977年12月19日，吉林辽远梅河一井，在采掘时与地面水库冒通，造成64人死亡，93人负伤的重大事故。（二）地下水源1．含水层水生活在山区的人，大多见过泉水，泉水实际上是从地下岩层中溢流出地面的地下水。当井下开拓巷道时，打到某些岩层，水就从岩层中涌出。那么地下水为什么能在某些岩层中存在呢？这是因为在一些岩层或砂土层中存在着许多空隙，当大气降水或地表水渗入地下时，岩土层中的空气就成为地下水聚居的场所，这些即含地下水而又透水的岩层，称为含水层。1974年9月28日，徐州矿务局义安煤矿704工作面上方，发生含水层突水事故，使整个二采区被迫关闭，至今未能恢复生产。2．断层水断层地带岩石破碎，易于积水。特别是断层与河流或含水层相通时，造成的水灾危害更大。1935年山东北大井特大透水事故，就是由于在断层附近采煤，突灰水沿断层突入井下，造成538名矿工遇难，成为世界上罕见的的重大突水事故。3．老空水古代的小煤窑和近代煤矿的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空水。专家经过现场考察并结合地质资料分析认定，内蒙古自治区乌海市鑫源煤矿透水事故的发生，是因为鑫源煤矿越界开采，放炮打通了原内蒙古海勃湾矿务局（现神华集团海勃湾矿业有限责任公司）公乌素矿二号井的采空区，使这里大量的积水涌入事故区，以致抽水工作进行多日仍难以见效。第二节地面防治水定义：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或涌入工业广场。1．防止井口灌水井口的标高应在当地历年最高洪水位以上。在井口来水方向修筑坚实高台，并在其附近修筑可靠的泄水沟和拦水堤坝。32．防止地表渗水或漏水（1）河流改道当煤体上方无足够厚度的隔水地层时，应尽可能将井田范围内的河流疏干或者迁移。河流改道虽可彻底解除河水透入井下之患．但工程大，费用高。（2）整铺河床在河水漏失地段补漏，修筑不透水的人工河床，以制止或减少河水漏入井下。（3）堵塞通道：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，应用粘土或水泥予以填堵．对较大的溶洞或塌陷裂缝．其下部充填碎石和砂浆，上部盖以粘土分尾夯实，且略高出地面以防积水．（4）挖沟排洪：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3．防止地面积水4．加强雨季前的防汛工作第三节井下防治水可归纳为“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水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据．二、井下探水“有疑必探，先探后掘”是采掘工作必须遵循的原则，也是防止井下水害事故发生的重要方法。遇下列情况之一者时．必须探水：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，⑧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：⑧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．郑煤集团和超化矿对邻近的小煤矿进行调查，发现周某所开的小煤矿越界开采320米，形成6万多立方米的采空区，预计积水2.8万立方米，范围就在超化矿21051工作面前段。当超化矿施工至采空区前方时，小煤窑采空区突然溃水，酿成事故。事故属于超化矿未认真进行水文地质调查，在对小煤矿采空区范围和积水情况未完全查清的情况下，不严格执行“有疑必探，先探后掘”的探放水规定，冒险施工，在掘进头发生透水后，采取措施不力造成的。1.探水起点的确定（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）警戒线：从探水线再向外平行推移50~150m所确定的一条界限。掘进巷道进入这一界限后，应警惕积水的威胁。如发现有透水征兆，应提前探放水，无的话继续掘进。到达探水时，作为正式探水的起点。（3）探水线：沿积水线外推60~150m的距离划一条线即为探水线。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。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、采空区和巷道遭受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须停止掘进，进行探放水。42．探水钻孔的布置方法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)探水钻孔的参数。(1)超前距：探水钻孔终孔位置应始终超前掘进进工作面一段距离，该段距离称超前距。一般不小于20m(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。(3)帮距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。（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。一般不超过3m，以免漏掉积水区。2）探水孔布置方式探水效果的好坏与钻孔的布置方法有很大关系，因此应根据具体条件采用不同的布置方法。（1）平巷：巷道上帮方向布置呈半扇形（2）上山：呈扇形布置巷道上方。三、放水(疏干)有计划地将威胁性水源全部或部分地疏放掉，是消除水患的有效措施之一。1．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他巨大水源有联系，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)先隔后放如果水量过大，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。2．疏放含水层水1）地面疏放水在地面打钻或打大口径水井，利用潜水泵或探井泵抽排，以降低地下水位。它适合于埋藏较浅，渗透性良好的含水层。施工快、疏排能力强、见效快而又安全。2）利用疏干巷道疏水。如果煤层顶板有含水层，可把采区巷道提前掘进，使含水层的水通过其空隙河裂隙疏放出来。3）钻孔疏水。可在计划疏水降压的不突水部位先掘巷道．然后在巷道中每隔适当距离向含水层打钻。4）巷道和钻孔结合疏放。四、截水在探到水源时，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，便利用水闸墙、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5隔离。五、注浆堵水将专门制备的浆液通过钻孔压入地层裂隙或孔洞，经凝结、固化达到堵隔水源的目的。它是矿山、水工程建筑、铁道等部门防止地下水害的有效方法之一。第三节矿井突水及其处理一、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．在采掘面围岩内出现裂缝(特别是顶底板为脆性岩层)，当突水量大、来势猛时，与底鼓张裂的同时还伴有“底爆”响声．在受压最大地段，柔性岩层变薄，相应压力小的地段会出现增厚现象．(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。(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．如吉林舒兰丰广矿三井二路送反石门，欲回采下部煤层组．当石门揭露13层煤底板砂岩时，水砂一涌而出，造成严重透水事故。最大涌水量26m3／min，含砂量为60%，地表80X700m的范围内先后出现大量塌陷坑。3．老空水灾水征兆(1)煤层发潮、色暗无光。有此现象时把煤壁剥挖下一薄层做进一步观察．若仍发暗，表明附近有水，若里面煤干燥光亮．则为从附近顶板上流下的“表皮水”所造成．(2)煤层“挂汗”．煤层一般为不含水和不透水，若其上或其他方向有高压水，则在煤层表面会有水珠，似流汗一样．其他地层中若积水也会有类似现象．(3)采掘面、煤层和岩层内温度低“发凉”．若走进工作面感到凉且时间越长越感到凉；用手摸煤时开始感到冷，且时间越长越冷．此时应注意可能会突水．(4)在采掘面内若在煤壁、岩层内听到”吱吱”的水呼声时，表征因水压大，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、恢复被淹矿井及安全措施1、排除积水的方法(1)直接排干法.就是增加排水能力，直接将所突的全部积水(包括静储量和动储量)排干．此法适用于水量不大，补给水源有限的情况下．(2)先堵后排．当涌水的动储量特别大，补给丰富，用强力排水不可能排干时．必须先堵住涌水通道，截住补给水源，然后再排水．62．排水恢复期的安全措施(1)保持通风良好，经常检查气体含量．因为随着水位的下降，积存在被淹井巷中的有害气体CO2、H2S、CH4等可能大量涌出．因此，应事先准备好局部通风机，随着排水工作的进行，逐段排除有害气体．当井筒中瓦斯含量达0．75%时，应停止向井筒供电．并加强通风．对井下气体还应定期取样分析，通常每班取样一次，当水位接近井底、有可能泄出气