矿井水灾防治4

第四章矿井水灾防治煤矿在建设和生产过程中，常常受到水的危害，轻则影响生产，给管理带来困难，重则淹井伤人，往往会造成严重经济损失甚至人身伤亡事故。我国是世界主要产煤国受水害危害最严重的国家之一，开滦范各庄矿1984年特大突水事故最大涌水量高达2053m3/min，为有记载的世界采矿史上突水水量之最，造成经济损失近5亿元，损失煤炭产量近8.5Mt。据统计，目前受水害威胁的矿井约占国有重点煤矿矿井总数的48％以上。本章在介绍矿井水文地质有关基本理论的基础上，重点介绍矿井水灾防治技术及矿井水灾的处理。第一节基本概念及理论概述一、矿井水灾及其对生产的影响在矿井建设与生产过程中，矿区内的大气降水、地表水、地下水通过各种通道涌入井下的水称为矿井涌水。我们把矿井涌水量超过矿井正常的排水能力，影响矿井安全生产、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井涌水事故，统称为矿井水灾。通常，煤矿水灾由于来势猛、水量大，在正常生产中突然发生，一旦防范不力或排水能力不足时，往往会造成较大的损失和危害。因此，矿井水灾主要是指矿井突水（透水），即煤矿在正常生产中突然发生的涌水现象。矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：(1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。(2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本。(3）矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。(4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响，轻者可造成矿井局部停产，重者则可造成全矿被淹。此外，一些矿井由于受水威胁，煤层开采时，不得不留设相当规模的安全煤柱；甚至有的井田煤层情况虽然理想，适合开采，但是由于水文地质条件复杂，一时也难以建井和生产，直接影响煤炭资源的开采和利用。二、矿井充水程度指标生产矿井常用含水系数（KB）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。1.含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：KB=Q/P（4-1-1）根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4个等级：①充水性弱的矿井：KB2m3／t；②充水性中等的矿井：KB=2～5m3／t；③充水性强的矿井：KB=5～0m3／t；④充水性极强的矿井：KB10m3／t。2.矿井涌水量矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q表示，单位为m3／d、m3／h、m3／min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：①涌水量小的矿井：Q2m3／min；②涌水量中等的矿井：Q=2～5m3／min；③涌水量大的矿井：Q=5～15m3／min；④涌水量极大的矿井：Q15m3／min。3.矿井突水点突水量等级划分矿井突水的突水量大小差异很大，对矿井的危害程度也不相同。根据我国矿井突水情况，1984年5月,煤炭工业部对矿井突水点突水量做了等级划分。其等级标准是：①小突水点涌水量：Q≤1m3／min；②中等突水点涌水量：1m3／minQ≤10m3／min；③大突水点涌水量：10m3／minQ≤30m3／min；④特大突水点涌水量：Q30m3／min。三、矿井水灾发生必须具备的基本条件2p56-58矿井水灾发生必须具备的两个基本条件: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，只需切断上述两个条件或其中一个条件即可。1.水源造成矿井水害的水源主要有大气降水、地表水、地下水（含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等）。如图4-1-1所示。（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。大气降水，一部分再蒸发上升到天空；一部分留在地面，即为地表水；另一部分流入地下，即形成地下水。大气降水、地表水、地下水，实为互相补充，互为来源，形成自然界中水的循环（图4-1-2）。（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（图4-1-3）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,主要由大气降水和图4-1-1煤矿常见的水源图4-1-2自然界中水的循环图4-1-3潜水1—潜水面；2—潜水层；3—第一隔水层；0-0’—基准面（测量高程水准面）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），如图4-1-4所示。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。它很像一个“地下的水库”，一旦巷道或回采工作面接近或沟通了积水老空区，则会发生水灾。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。处于断层带中的水，称为断层水。断层带往往是许多含水层的通道，因此，断层水往往水源充足，对矿井的威胁极大。1960年峰峰一矿，由于断层煤柱尺寸太小，断层水大量涌出，涌水量达150m3/min，淹没全矿，直到1970年才恢复生产。2.矿井水灾的通道水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样的，主要有：（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）断层裂隙。断层带往往是许多地下含水层的通道，有时断层带也与地表水相通，将地表水引入井下。（3）采后塌陷坑。煤层开采后，使上覆岩层产生裂隙，地表发生沉陷，所造成的裂隙可成为大气降水或地表水渗入矿井的良好通道。此外，煤层顶板岩石在回采前为隔水层，但在开采后产生塌陷裂隙，则可成为透水层。（4）石灰岩溶洞陷落柱。石灰岩溶洞顶部岩石破碎垮落，往往形成竖直的通道，当采掘工作接近到此处时，常发生突水事故，造成重大损失。开滦范各庄矿特大透水事故就是此类通道所致。（5）古井老塘及封堵不严的钻孔。历史上采掘遗留下的废弃的井筒和巷道以及地质勘探过程中没封或封的质量不好的钻孔，不但可以形成地下水源，而且可以成为地下水流入矿井的良好通道，将地下水或地表水引入井下巷道中。如：蛟河煤矿六井在1955年回采工作面接近1953年打的钻孔时，就造成突水事故，5个采掘工作面全部被淹没。四、矿井水灾的影响因素影响水源进入矿井井巷造成水灾的因素可分为自然的和人为因素。图4-1-4承压水1—含水层；2—隔水层；3—地下水流向；4—自流井；5—喷泉；6—断层；a—补给区；b—承压区（分布区）；c—排泄区；0-0’—基准面（测量水准面）；H—静止水位；P—承压水头（一）自然因素1.地形。盆形洼地，降水不易流走，大多渗入井下，补给地下水，容易成灾。2.围岩性质。围岩为松散的砂、砾层及裂隙、溶洞发育的硬质砂岩、灰岩等组成时，可赋存大量水，这种岩层属强含水层或强透水层，对矿井威胁大；围岩为孔隙小、裂隙不发育的粘土层、页岩、致密坚硬的砂岩等，则是弱含水层或称隔水层，对矿井威胁小。当粘土厚度达5米以上时，大气降水和地表水几乎不能透过。3.地质构造。地质构造主要是褶曲和断层。褶曲可影响地下水的储存和补给条件，若地形和构造一致，一般是背斜构造处水小，向斜构造处水大；断层破碎带本身可以含水，而更重要的是断层作为透水通路往往可以沟通多个含水层或地表水，它是导致透水事故的主要原因之一。4.充水岩层的出露条件和接受补给条件。充水岩层的出露条件，直接影响矿区水量补给的大小。充水岩层的出露条件包括它的出露面积和出露的地形条件。前者限定接受外界补给水量的范围，显然，出露面积愈大，则吸收降水和地表水的渗入量就愈多，反之则少；后者指出露的位置、地形的坡度及形态等，它关系到补给水源的类型和补给渗入条件。（二）人为因素1.顶板塌陷及裂隙。煤层开采后形成的塌陷裂缝是地表水进入矿井的良好通道。如淮南某矿由于地表塌陷区的积水突然涌入矿井，使涌水量达1344～3853m3／昼夜。2.老空积水。废弃的古井和采空区常有大量积水。3.未封闭或封闭不严的勘探钻孔。地质勘探工作完毕后，若钻孔不加封闭或封闭不好，这些钻孔便可能沟通含水层，造成水灾。肥域矿务局陶阳矿，在未封闭钻孔前，全矿涌水量曾达855t／h。封闭18个钻孔后，全矿总涌水量减少到163.28t／h。五、造成矿井水灾的主要原因总结过去发生的矿井水灾，往往是安全思想不牢，思想麻痹，从而情况不明，措施不当所致。其主要原因可归结如下几个方面：(1)地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水大量灌入井下，造成水灾；(2)水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水,但措施不当；。(3)井巷位置设计不当。如将井巷置于不良地质条件中或过分接近强含水层等水源，导致施工后因地压和水压共同作用而发生顶、底板透水；(4)施工质量低劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂，导致透水；(5)乱采乱掘，破坏防水煤岩柱造成突水；(6)测量错误，导致巷道穿透积水区；(7)无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井；(8)排水设备能力不足或机电事故造成；(9)排水设施平时维护不当。如水仓不按时清挖，突水时煤、岩块堵塞水井，致使排水设备失去效用而淹井等。第二节矿井防治水一、地面水防治技术地面防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。对于以降水和地表水为主要水源的矿井，地面防治水尤为重要，是矿井防水的第一道防线。根据矿区不同的地形、地貌及气候，应从下列几方面采取相应的措施。1.慎重选择井筒位置井口（平硐口）和工业广场内主要建筑物的标高应在当地历年最高洪水位以上。在特殊情况下，确难找到较高的位置或需要在山坡上开凿井筒时，必须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，以防暴雨、山洪从井口灌入井下，造成灾害。2．河流改道在矿井范围内有常年性河流流过且与矿井充水含水层直接相连、河水渗漏是矿井的主要充水水源时，可在河流进入矿区的上游地段筑水坝，将原河流截断，用人工另修河道使河水远离矿区。若因地形条件不允许改道，而河流弯曲较多时，可在井田范围内将河道截弯取直，缩短河道流经矿区的长度，以减少河水下渗量。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，应做技术经济比较后再设计施工。3．铺整河底矿区内有流水沿河床或沟底裂缝渗入井下时，则可在渗漏地段用粘土、料石或水泥铺垫河底，防止或减少渗漏。如四川南桐煤矿长兴灰岩出露地表且沟谷发育，通过铺整河底，修筑人工河床，雨季时矿井涌水量减少了30％～50％，节省了大量的排水费用。整铺河床防漏的一般做法是：清理河底后铺25cm以上黄土（或灰土，由石灰和黄土拌和而成）并压实作垫层，起隔水防漏作用；其上为伸缩层，铺设20cm砂、石（砂、石比约为3:7），以防止底层翻浆；上层用水泥沙浆及碎石构筑，厚度35cm以上，能抵御流水冲刷。4．填堵通道矿区范围内，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、水泥或凝胶予以填堵。对较大的溶洞或塌陷裂缝，其下部充填碎石和砂浆，上部盖以粘土分层夯实，且略高出地面以防积水。5．挖沟排（截）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。6．排除积水有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷，长年积水，且随开采面积增大，塌陷区范围越广，积水越多。此时可将积水排掉，