矿井水文地质和防治水

各位领导、企业主要负责人及安全生产管理人员:大家好！安全管理及矿井防治水乌海煤监分局郝瑾琳煤矿安全生产讲座矿井防治水•主要依据是：《煤矿防治水规定》《煤矿安全规程》一、地下水的概念与分类1、地下水的概念地下水是指埋藏在地表以下，储存在岩石空隙中的水。①岩石能含水的基本前提是岩石具有空隙。②岩石内部并不是致密的，由许多相互连通的孔隙、裂缝和洞穴，故透水的岩层称为透水层。③透水性最好的岩石是石灰岩和白云岩以及空隙大的砾岩和砂岩。④含水层是指能透水且含有地下水的岩层。⑤含水层的形成必须同时具备三个条件：岩层具有连通的空隙、隔水地质条件和足够的补给水源。2、地下水的分类①重力水②承压水③孔隙水④裂隙水⑤岩溶水二、矿井充水条件1、有关概念①在矿井建设和生产过程中，各种类型的水源进入采掘空间的过程称为矿井充水。②当涌入或渍入井巷的水量大，来势猛时，称为突水。③形成矿井水灾的基本条件：一是必须有充水水源，二是必须有充水通道。两者缺一不可，所以说要避免矿井水灾的发生，只需消除上述两个条件或其中一个条件即可。三、矿井水的概念•矿井水：是指在矿井开拓、采掘过程中，渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入井巷或工作面的任何水源水，统称矿井水。•矿井突水：凡是因井巷、工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故，称为矿井突水。•矿井水害：是指：凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。生产矿井水灾的水源（矿井充水的水源分类）•煤矿建设和生产中常见的水源有大气降水、地表水、地下水(潜水、承压水、老空水、小窑水、断层水等)•1．大气降水•从天空降到地面的雨和雪、冰雹等溶化的水，称为大气降水。若地面的地形坡度大，则大气降水不易停留和渗入地下，而是沿着地表流走，这样对地下水的补给及矿井的充水影响就很小。反之，若地形平缓，则降水不易沿地表流走而多渗入地下，成了矿井充水的水源。。•2．地表水•地球表面江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水，它的主要来源是大气降水，也有的来自地下水。•煤矿在开采浅部煤层时，地表水经过有关通道会进入煤矿井下，形成水患，给生产和建设带来灾害。•3．潜水•埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水称为潜水。•潜水一般分布在地下浅部第四纪松散沉积层的孔隙和出露地表的岩石裂隙中。•潜水主要由大气降水和地表水补给。潜水不承受压力，只能在重力作用下由高处往低处流动。但潜水进入井下，也可能形成水患。•4．承压水•处于两个隔水层中间的地下水，称为承压水(或称自流水)。承压水具有压力，能自喷。自流井和喷泉都是承压水形成的。•煤矿地层中，石灰岩裂隙及溶洞中的水为承压水，它具有很大的压力和水量，对煤矿生产威胁极大。•5．老空积水•已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空积水。•老空积水往往带有酸臭味。因此，在井下遇到酸臭味涌水时，要警惕老空积水的危害。•6．断层水•处于断层带(岩石错动形成)中的水，称为断层水。有的规模较大的断裂破碎带本身可以含水，而断层是沟通地表水与含水层之间发生水力联系的过水通道，所以断裂构造往往是矿井突然大量涌水的主要因素之一。•并不是所有断层都是导水的，有的断层破碎中带有充填物的粘土，这样的断层不但不导水，甚至还起着隔水的作用，着重要看具体情况而定。四、矿井充水通道•⑴构造断裂带⑵冒落裂隙带⑶含水层的露头区⑷煤层底板岩层采动破坏带⑸封闭不良钻孔⑹导水陷落柱和地表塌陷•1．煤矿的井筒•地表水直接流入井筒，造成淹井事故。地下水穿透井巷壁进入井下，也能给煤矿建设和生产造成重大灾害。•2．构造断裂带•断裂构造是加大岩层导水性能的重要因素，特别是断层密集的地段，岩层支离破碎，失去隔离水性能，成为地下水赋存的场所和运移的通道。当井下采掘工程揭露或接近这些地带时，地下水就会进入井巷，严重的可造成突水淹井事故。•3．冒落裂隙带•煤层开采后，其上方的裂隙有时可与含水层或地表水沟通，造成矿井突水；当覆盖层厚度较小时，采空区上方形成裂缝与地面相通，如果不及时处理，雨季洪水就会沿裂缝涌入井下。•4．含水层的露头区•含水层在地表的露头区，起着沟通地表水和地下水的作用，成为含水层充水的咽喉与通道。含水层出露的面积越大，接受大气降水补给量就越多。•5．煤层底板岩层突破•地下水水头压力很大的地段，在矿山压力的作用下，承压水可突破煤层底板隔水层而涌入矿井，使矿井涌水量突然增大，有时可导致淹井事故。•6．封闭不良钻孔•在煤田勘探和生产建设中，井田内要打许多钻孔，虽然钻孔的深度不同，但有部分钻孔会打穿含水层，于是钻孔就成为沟通含水层及地表水的人为通道。•7．导水陷落柱和地表塌陷•有些陷落柱胶结程度极差，柱体周围岩石破碎，并伴生有较多的小断裂，这就可能成为沟通地表水或地下水的良好通道，当采掘工作面揭露或接近这些导水陷落柱时，就会造成井下涌水或突水事故。六、造成水灾的主要原因•矿井水害事故的原因是一个极为复杂的课题，它涉及煤田形成的地质历史环境，以及后期的地质构造、地质作用的改造，出现了各煤田含水的巨大差异。即使条件近似的煤田，也因设计、技术、管理、素质差异而导致矿井水害的原因不同。•(一)地面防洪、防水措施不当。防洪设施失效，或地面塌陷、裂隙未处理，使地面洪水由井筒、塌陷、裂隙进入井下造成水害；•(二)水文地质情况不清。井巷接近充水断层、强含水层、岩溶陷落柱、富水溶岩、老空积水区，以及打开隔水煤柱时，未按探放水规定执行，盲目施工；或虽然进行探放水，但因措施不严密，而造成淹井或人身事故；•(三)井巷位置不合理。设计中误将井巷置于地质条件差或过分接近强含水层，导致顶、底板透水；•(四)施工措施不力，工程质量低劣，至使井巷塌落冒顶、跑砂、透水。也有工程钻孔封闭不良导致透水的；•(五)乱采乱掘破坏防水煤柱造成透水；•(六)测量错误导致巷道进入老空积水区而透水；•(七)防水闸门未按设计修建，或修建时质量低劣不能防水,或年久失修，当井下出现水情时无法防水而导致淹井；•(八)排水设备能力不足，或机电事故而造成淹井；•(九)排水设施平时缺少维护，如水仓、水管不按时清理，突水时失效而导致淹井；•(十)认识不足，投入不充分。•(十一)对“有疑必探，先探后掘”的原则能理解，但执行中打折扣，心存侥幸。七、透水一般预兆•1．煤层发潮发暗。干燥、光亮的煤，由于水的渗入而变得潮湿暗淡。若挖去表面还是这样，说明附近有积水。•2．巷道壁或煤壁“挂汗”。这是由于压力水渗过煤、岩微小裂隙后，凝聚于煤层和岩石表面形成的。•3．空气变冷。空气及煤、岩中含湿量增加时，热导率增大，气温降低，煤壁变凉，人进入后感觉阴凉，且时间越长越明显。•4．出现雾汽。含水煤、岩层温度较低，当温度较高的风流经过时，便产生冷热交换现象，使巷道中湿度增加，出现雾汽。•5．顶板来压，淋水加大。受积水区静水压力和矿山压力的影响所至，尤其是接近断层积水区时更为明显。•6．出现压力水线。高压积水通过煤、岩缝隙向外涌出时的摩擦声，这是距水源很近的征兆。若涌水清净，表明距水源稍远，若涌水混浊，表明已迫近水源。这是透水的危险征兆，应立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。•7．工作面有害气体增加。一般积水区都存在有害气体，这些有害气体主要是CH4、C02、H2S。•8．煤壁“挂红”，水的酸度大，水味发涩。这是由于积水时间久，水中溶解多种杂质，水中含有铁的氧化物所致。这是老空水的主要特点。•9、顶板来压、底板鼓起。（发生底板鼓起有两种原因，一是受承压含水层或积水区静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；二是受矿山压力单方面的作用而产生底鼓，这种情况一般不突水。）八、不同类型水源的透水特点•1．冲积层水。松散的冲积层中贮有大量的水，在浅部掘进井筒，或煤层回采后顶板冒落塌陷裂隙与冲积层沟通时，常常会遇到冲积层水。冲积层水一般具有开始涌水量较小，夹带泥砂，水色发黄，以后水量急剧增大的特点。冲积层水一般不至于构成对人体的伤害。•2．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。3．断层水。由于断层附近岩石破碎，当采掘工作面与其接近时，常常出现工作面来压，淋水增加，有时还可在岩缝中见到淤泥。由于断层及破碎带中积存大量水，且断层沟通各含水层成为通道，因此，断层水多属“活水”，补给充分，一旦突水，来势猛，涌水量大，持续时间长，在不封堵水源的情况下不易疏干。断层水混浊，多为黄色，很“挂红”，水无涩味。•4．岩溶水。由于岩溶长期受水侵蚀，水多为灰色，带有臭味，有时也有“挂红”现象。当采掘巷道与其接近时，可出现顶板来压、柱窝和裂缝渗水现象。当岩溶范围较小，与其他水源没有联系时，属于“死水”，透水时虽然来势猛，破坏性强，但持续时间短，易于疏干。•5．大气降水。大气降水是地下水的主要补给来源，它首先渗入地下各含水层，然后再涌入矿井。因此，由于大气降水造成矿井的涌水具有明显的季节变化，最大涌水量都出现在雨季，且涌水高峰滞后降雨高峰一定时间。大气降水对矿井涌水的影响，取决于降水量的大小和含水层接受大气降水的条件。九、煤矿防治水规定•(国家安全生产监督管理总局令第28号)•《煤矿防治水规定》已经2009年8月17日国家安全生产监督管理总局局长办公会议审议通过，现予公布，自2009年12月1日起施行。共142条。•1984年5月15日原煤炭工业部颁发的《矿井水文地质规程》（试行）和1986年9月9日原煤炭工业部颁发的《煤矿防治水工作条例》（试行）同时废止。·国家安全生产监督管理总局令第37号《国家安全监管总局关于修改〈煤矿安全规程〉第二编第六章防治水部分条款的决定》已经2011年1月17日国家安全生产监督管理总局局长办公会议审议通过，现予公布，自2011年3月1日起施行。十、防治煤矿水害的十六字原则•第三条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。•“预测预报”是水害防治的基础，要在查清矿井水文地质条件的基础上，对矿井生产区域的地质构造情况、水害类型等进行分析，提出预防处理水害的措施。•“有疑必探”、“先探后掘”是水害防治的关键，在“预测预报”工作的基础上，分析可能构成水害威胁的区域，采用钻探、物探、化探等综合技术手段查明水害隐患，提出水文地质分析报告，确保井下采掘安全。•“先治后采”是水害防治的最终目标，对排查的水害隐患，必须先治理后开采。受水害威胁的区域巷道掘进前在矿井受水害威胁的区域，进行巷道掘进前，应当采用钻探、物探和化探等方法查清水文地质条件。地测机构应当提出水文地质情况分析报告，并提出水害防范措施，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，方可进行施工。违反本条规定给予警告，并处1万元以上3万元以下的罚款；对企业负责人处1万元以下的罚款。十一、工作面回采前的规定•第九十一条矿井工作面采煤前，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，不得回采。•十二、井下什么情况下需要探水第九十二条采掘工作面遇有下列情况之一的，应当进行探放水：（一）接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿；（二）接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱；（三）打开防隔水煤（岩）柱进行放水前；（四）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；（五）接近有出水可能的钻孔；（六）接近水文地质条件复杂的区域；（