矿井水害防治

《矿井水害防治》教案地质测量科周学年一、矿井水害及其危害矿井水灾通常称为透水，是煤矿中常见的主要灾害之一。矿井一旦发生透水，不但增加矿井的排水设备及费用，影响矿井正常生产，而且有时还会造成人员伤亡，淹没矿井和采区，危害十分严重。所以做好矿井防水工作，是保证矿井安全生产的重要内容之一。防治水工作应当坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取“防、堵、疏、排、截”的综合治理措施。二、矿井水灾的发生原因、预兆（一）矿井水灾发生的条件矿井发生透水事故必须具备两个条件：即在采掘范围内存在水源和涌水的通道。1、矿井水源：（1）地表水：地面上的江、河、湖、海以及人工修造的水池、水库等，称为地表水源。地表水一般水量大，如果有巨大裂隙与井下沟通时，就会发生突然涌水，酿成淹井等严重水灾。暴雨和山洪也可以从井口灌入井下，造成水患。（2）含水层水：地下的砂砾岩层、流沙层和具有喀斯特溶洞（岩溶）的石灰岩层，都含有大量积水，称为含水层。当采掘工作面接近或穿透这种积水时，就会造成透水事故。（3）断层水：断层及其附近的岩层均比较破碎，在这种破碎带内有时含水，有时可与地表水或含水层积水沟通。（4）老空水：已报废的旧巷道及已采空洞内，常有大量积水，称为老空水。老空水常常是矿井水灾事故的主要原因。老空水的特点是水压大，一旦采掘误透，水量来势凶猛，且带有有害气体，所以不可忽视。2、矿井涌水通道：李嘴孜矿矿井充水性图矿井涌水通道有的是自然形成的，如地质构造破坏带，地表变形，岩性松散等；有的是人为的，如采掘影响产生的裂隙、塌陷、封闭不良的钻孔及废井等。（二）矿井水灾发生的原因矿井发生透水的基本原因是水文地质情况不清，巷道设计不当，措施不力和管理不善。透水原因主要表现在以下几个方面：（1）地面防洪、防水措施不当，或对防洪措施管理不善，雨季时山洪由井筒或塌陷裂隙大量涌入井下而造成水灾。如：2005年汛期李嘴孜工广发生内涝，地面积水通过防空洞进入副井。（2）水文地质情况不清，井巷接近老窑积水区、充水性断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱时，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水，但由于措施不严密，而造成淹井事故。（3）对积水巷道位置的测量错误或资料遗漏、不准确，误使采掘工作面与之打通（俗称误途老峒、老空），或是掘进巷道偏离了探水孔的控制范围。（4）防水隔离煤（岩）柱尺寸不够，或乱采乱掘，将其破坏而造成透水。（5）工程质量低劣，井巷严重塌落冒顶，导致强含水层透水或老空水、溶洞水、地表水溃入井巷。（6）管理不善，井下无防水闸门或者虽然有而未及时关闭，有水仓不清理，防水墙质量低劣，大量漏水。（7）排水设备能力不足或机电事故的影响而造成淹井；有的水仓不清理，水泵不维修，透水时起不到作用。（8）排水设备缓冲的应急保护工程设施不够或失效。如泵房和水仓的连接通道没有设置控制闸门，或控制闸门失效；泵房通到井筒的斜巷出口，达不到高出泵房地面7m以上的要求；透水时把泵房淹没，丧失矿井排水能力而淹井。（三）矿井透水前的预兆井下工作人员都应熟悉发生透水事故前的预兆，以便及时采取防范措施。透水前的预兆主要表现在以下几个方面：（1）挂汗——煤岩壁上有小水珠。有时空气中的水分遇到低温的煤岩壁也会凝成水珠，只要剥去一薄层，新暴露出来的煤岩壁有潮气或潮湿，就是透水征兆。（2）挂红——附着在煤岩裂隙的表面有暗红色水锈（铁的氧化物）。一般认为是接近积水区。（3）空气变冷——工作面接近大量积水时，气温骤冷，煤壁发凉，人一进去就有阴冷的感觉，时间愈长就愈感到阴凉。（4）、出现雾气——当巷道温度很高时，积水渗到煤壁后引起蒸发而形成雾气。（5）水叫——井下的高压积水向裂隙挤压与两壁摩擦而发出嘶嘶的叫声。说明已很接近积水区了，若是煤巷掘金，而透水即将发生，这是必须立即发出警报，撤出所有受水威胁的人员。（6）顶板淋水加大。顶板来压，底板鼓起。（7）水色发浑，有异味。老空水含氧化铁使水变成红色，酸度大，水味发涩。断层水呈黄色，水无涩味而发甜。溶洞水大多在石灰岩中遇到，水呈黄色或灰色，有时带有臭味，有时也出现挂红。冲击层水水色发黄，往往夹有砂子，开始时水小，以后逐渐变大。（8）工作面有害气体增加。积水区向外散发出瓦斯、二氧化碳和硫化氢等有害气体。（9）裂隙出现渗水。若出水清净，则离积水区尚远；若出水浑浊，则离积水区已近。当发现上述透水征兆时，必须停止作业，判明情况，报告矿调度室。如果情况危急，必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的所有人员。三、矿井防治水1、矿井井口及工业场地的标高高于当地历年洪水位，地面修筑防洪堤坝、泄洪沟渠；报废的立井和地面各类钻孔采用填实封堵；正在使用的钻孔孔口安装孔口盖；对于地表的裂缝和漏水的沟渠及沉陷坑实行先抽干，后注浆封堵，防止地表水溃入井下。2、对于地表水体下、流砂层下留设矿井防隔水煤（岩）柱；采区分区隔离开采边界（留设采区边界煤柱）；急倾斜煤层第一水平开采采取严格控制超限出煤和严禁集中超限出煤措施，防止破坏上方防隔水煤（岩）柱。3、建立矿井齐全的井上下防排水系统，构筑井下防水闸门和防水墙。4、矿井水文地质类型应当每3年进行重新确定。当发生重大突水事故后，矿井应当在1年内重新确定本单位的水文地质类型。由地测部门矿井防治水预案和年、月度防治水计划。四、采掘工作面探放水（一）探放水的原则在有水灾威胁的工作面应坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则。煤矿生产是地下作业，地质和水文地质条件错综复杂，由于早年老窑开采或地质构造因素以及其他原因，形成各种形式的含水体。当采掘工作面遇到这些含水体时，往往导致矿井突水，造成事故。在很多情况下，由于受勘探手段和对客观认识能力的限制，对地下含水条件掌握得不是那么清楚，不能确保没有水灾威胁，这样就需要推断出水灾威胁疑问区，采取措施加以防范。为了防止水灾事故，当巷道掘至含水体一定距离或在疑问区内掘进时，必须坚持超前钻探，探明情况或将水放出，消除水的威胁后再采掘，保证安全生产。在接近积水区时最好用物探法探明积水区的积水情况和积水边界等，划出积水线、探水线和警戒线，应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。积水线是经过后预计的积水区边界。探水线是沿积水向外推移60～100m的一条封闭线。对怀疑较小的积水区，探水区一般不超过60m，而对资料不充分，积水量大，煤层又松软的积水区，探水线可加到100～150m。警戒线是在探水线以外平行外推50～150m的一条封闭线。掘进巷道进入这一界线后，必须警惕积水的威胁，注意工作面变化，发现含水征兆，应提前探水。探水或接近积水地区掘进或排放被淹井巷的积水前，必须编制探放水设计，并采取防止瓦斯和其他有害气体等安全措施。1、地测机构应当提出水文地质情况分析报告，结合矿井水文地质资料，全面分析水害隐患，提出水害分析预测表及水害预测图，并提出水害防范措施。采掘工作面年度和月度水害预测资料及时报送矿井总工程师及生产安全部门。2、矿井工作面采掘前，应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层（体）富水性等情况。地测机构应当提出专门水文地质情况报告，经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后，方可进行回采。发现断层、裂隙和陷落柱等构造充水的，应当采取注浆加固或者留设防隔水煤（岩）柱等安全措施。否则，不得采掘。3、采掘工作面遇有下列情况之一的，应当进行探放水：（1）接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿；（2）接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱；（3）打开防隔水煤（岩）柱进行放水前；（4）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带；（5）接近有出水可能的钻孔；（6）接近水文地质条件复杂的区域；（7）采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤（岩）柱厚度不清楚可能发生突水；探放水钻孔立面布置图7#6#8#2#1#5#4#3#（8）接近有积水的灌浆区，如：开切和收作部位；（9）接近其他可能突水的地区。（二）探放水钻孔布置在打超前钻孔前，应根据水文地质资料的可靠程度和积水区的水头压力、积水量、煤层厚度、硬度，以及抗拉强度等因素来确定探水起点、探水深度、超前距离、钻孔直径和钻孔布置。1、探放老空水、陷落柱水和钻孔水时，探水钻孔成组布设，并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形。钻孔终孔位置以满足平距3m为准，厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1.5m；2、探放断裂构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个；3、煤层内，原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如确实需要的，可以先建筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水；4、上山探水时，一般进行双巷掘进，其中一条超前探水和汇水，另一条用来安全撤人。双巷间每隔30～50m掘1个联络巷，并设挡水墙。（三）探水作业注意事项1、井下探放水应当使用专用的探放水钻机。严禁使用煤电钻探放水。2、加强靠近探水工作面的支护，背好帮顶，并在工作面迎头打好坚固的立柱和栏板，以防高压水冲垮煤壁及支架。3、探水工作面应经常检查有无有害气体。有害气体超过=允许浓度时，应立即停止打钻，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，然后采取措施进行处理。4、探水前，应规定好人员撤退的安全路线，在安全路线上，各巷道禁止堆积杂物。20°以上的倾斜巷道要安设梯子和扶手，并有照明。5、检查排水系统，准备好堵水材料。在有突然大量涌水情况下探水时，应在探水工作面附近设临时水闸门。6、探水地点应安设电话，并与其受水害威胁的相邻地点有信号联系，一旦透水可立即通知有关人员撤离危险区。四、透水事故及其处理顶板含水层煤层掘进巷道井下水灾的防治应根据矿井的实际水患，采取具体措施治理。例如开采深部煤层时，主要水害是含水层和断层裂隙水，而浅部开采是，主要水患是古井老窑水和地表水。为了防止井下突然透水事故，可结合采掘工程进行情况，分别采取查、探、放、堵四项措施，即查明水源，搞清老窑；探水前进，超前探孔；放水疏干，消除隐患；隔绝水路，堵塞水源。做到局部围堵，局部解决。井下突然发生透水事故时，现场人员应立即报告矿调度室，并尽可能就地取材迅速加固工作面，堵住出水点，防止事故继续扩大。如情况紧急，水势很猛，则应按避灾路线迅速撤至上一水平或地面，切勿进入透水水平以下的独头巷道。井下人员如被水堵在某一段巷道里，应保持镇静，并及时敲打钢轨和铁管，发出求救信号。《煤矿防治水规定》中用语的含义：老空：是指采空区、老窑和已经报废井巷的总称。采空区：是指采煤以后不再维护的空间。水淹区域：是指被水淹没的井巷和被水淹没的老空的总称。矿井正常涌水量：是指矿井开采期间，单位时间内流入矿井的水量。矿井最大涌水量：是指矿井开采期间，正常情况下矿井涌水量的高峰值。安全水头：是指不致引起矿井突水的承压水头最大值。防隔水煤（岩）柱：是指为确保近水体安全采煤而留设的煤层开采上（下）限至水体底（顶）界面之间的煤岩层区段。探放水：是指包括探水和放水的总称。探水是指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方等水体的具体空间位置和状况等情况。放水是指为了预防水害事故，在探明情况后采取钻孔等安全方法将水体放出。垮落带：是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围。导水裂缝带：是指开采煤层上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂，产生裂缝，且具有导水性的岩层范围。抽冒：是指在浅部厚煤层、急倾斜煤层及断层破碎带和基岩风化带附近采煤或掘巷时，顶板岩层或煤层本身在较小范围内垮落超过正常高度的现象。带压开采：是指在具有承压水压力的含水层上进行的采煤。隔水层厚度：是指开采煤层底板至含水层顶面之间隔水的完整岩层的厚度。矿井突水：这是因为井下采掘活动破坏岩体天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱处进入采掘工作面。矿井突水现象的发生与发展是一个逐渐变化的过程，其显现的快慢与工作面具体位置、采场地质情况、水压力和矿山压力有关。从开拓工作面及其附近显示出某些异常现象，这些异常统称突水征兆。识别和掌