第4章教案 矿井水灾及其防治

1 第4章矿井水灾及其防治凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全、使矿井局部或全部被淹没的矿井涌水事故，都称为矿井水灾（也称为矿井水害）。矿井水灾是煤矿五大灾害之一。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，给国家财产造成巨大损失。因此，必须掌握矿井水灾防治方法，杜绝水患事故的发生。本章要求： 1) 了解矿井水源及涌水通道； 2) 熟悉矿井地表水防治措施； 3) 熟悉井下透水预兆； 4) 掌握矿井井下防治水技术方法。4.1矿井水灾的发生一、矿井水灾的概念矿区内的大气降水、地表水、地下水通过各种通道涌入井下，称为矿井涌水。当矿井涌水量超过矿井正常的排水能力时，就将发生水灾。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。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。二、矿井常见的水源（一）大气降水大气降水：从天空降到地面的雨和雪、冰、雹等溶化的水。大气降水，一部分再蒸发上升到天空；另一部分流入地下，即形成地下水，在地面，即为地表水。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。（二）地表水地球表面江、湖、河、悔、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。（三）潜水潜水：埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水。2 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。（四）承压水承压水（或称自流水）：处于两个隔水层中间的地下水。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，它又有很大的压力和水量，对煤矿生产威胁极大。（五）老空积水老空积水：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。老空积水很像一个“地下的水库”，一旦巷道或回来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。在井下遇到酸臭味涌水时，要警惕老空积水的危害。（六）断层水断层水：处于断层带（岩石错动形成）中的水。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。三、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。（1）煤矿的井筒（2）断层裂隙（3）采后塌陷坑冒落柱（4）石灰岩溶洞陷落柱（5）古井老塘及封堵不严的钻孔四、造成矿井水灾的原因（1）地面防洪、防水设施不当。（2）缺乏调查研究，水文地质情况不清，对老空水、陷落柱、钻孔等没搞清楚。3 （3）没有执行“有疑必探，先探后掘”的探放水原则，或者探放水措施不严密造成突水淹井事故。（4）采乱挖破坏了防水煤校或岩柱造成透水。（5）出现透水征兆未被察觉，或未被重视，或处理方法不当而造成透水。（6）测量工作有失误，导致巷道穿透积水区而造成透水。（7）在水文地质条件复杂，有突水淹井危险的矿井，在需要安设而未安设防水闸门或防水闸门安设不合格以及年久失修关闭不严而造成淹井。（8）排水设备失修，水仓不按时清挖，突水时，排水设备失效而淹井。（9）钻孔封闭不合格或没有封孔，成为各水体之间的垂直联络通道。当采掘工作面和这些钻孔相遇时，便发生透水事故。五、水灾案例（一）矿井概况（二）事故经过（三）事故原因分析（四）事故的主要教训（五）防止事故的主要措施4.2矿井水灾的防治防治矿井水灾的原则．就是在保证矿井安全生产的前提下，以防为主，防治结合，井上井下结合。矿井水灾的防治方法很多，概括起来可分为：地面防治水和井下防治水。一、地面防治水地面防治水是防止或减少地表水流入矿井的重要措施，是防止矿井水灾的第一道防线。特别是对以大气降水和地表水为主要水源的矿井，更有重要意义。（一）慎重选择井口位置4 在设计中选择井口和工业广场标高时，应按《规程》规定，高于当地历年最高洪水位，保证在任何情况下不致于被洪水淹没。（二）河流改道及铺人工河床l当有河流经过矿区，对矿井有影响时，可以将河改道，把地表水引出矿区。l但河流改造，往往工程量大，投资多。l如受客观条件限制无法改道时，可以在矿井漏水地段用粘土、混凝上等铺设人工河床，防止河水渗入井下。（三）填堵漏水区及修筑排水沟当有老窑、采空区和岩溶塌陷等漏水区时，小者可以用粘土填堵夯实，大者可以在漏水区上方迎水流方向修筑排水沟，防止地表水流入漏水区。（四）疏导排水对矿区内大面积积水，可开掘疏水沟或安设水泵将积水排走。修筑排水沟时，要避开煤层露头，裂隙和透水层，严防地表水渗入井下。二、井下防治水井下防治水工作是一项十分艰巨细致的工作，在开采的各个环节都要防治井下水。（一）掌握矿井的水文地质资料（二）探放水当采掘工作面接近含水层、被淹井巷、断层、溶洞、老空积水等地点，或遇到可疑水源以及打开隔水煤柱放水时，都必须贯彻“有疑必探，先探后掘”的原则。 1．探水的起点 2．探水钻孔的布置 3．探水时注意事项（1）探水地点要与相邻地区的工作地点保持联系，一旦出水要马上通知受水害威胁地区的工作人员撤到安全地点。（2）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。（3）当在钻孔内发现有害气体放出时，要停止钻进，切断电源，撤出人员，采取通风措施冲淡有害气体。5 4、放水时注意事项（1）放水前必须估计积水量水眼的流量。（2）放水时，要经常观测钻孔中水量变化情况，特别是放老空积水，当水量变小或无水时，应反复多次下钻至原孔孔底或超过孔底，以防钻孔被堵塞，造成放干积水的假象，避免掘进时发生事故。（3）放水过程中，应经常检查孔内放出的瓦斯及其他有害气体的含量，以便采取措施。（三）隔离水源隔离水源措施包括留设防水煤（岩）柱和隔水帷幕带。 1．留设防水煤（岩）柱l在开采时遇到煤层直接被冲积层覆盖，煤层直接与含水丰富的含水层接触，邻近有充水断层或老窑采空积水区等情况时，如果不预先进行疏干，则应留设防水煤（岩）柱，使工作面与水源隔开。l防水煤（岩）柱起增加巷道岩层抵抗水压力的作用，防止在水压或矿压作用下形成通道使水进入矿井。l煤（岩）柱留设的尺寸，应以能抵抗破坏为原则，既不能小（小了不起作用）；也不能大（大了影响资源回收，造成浪费）。确定既安全又经济的煤柱尺寸，必须通过实践的考验，针对具体条件才能作到。 2．隔水帷幕带隔水帷幕带：将预先制好的浆液（水泥、水玻璃等）通过在井巷前方所打的具有一定角度的钻孔，压入岩层的裂隙。浆液在空隙中渗透和扩散，经凝固、硬化后形成隔水帷幕带，起到隔离水源的作用。由于注浆工艺过程和使用设备都比较简单，而且效果又好。因此，目前国内外均认为它是防治矿井水灾的有效方法之一。通常在下述条件下可以来用注浆建立隔水帷幕带：（1）老空水或被掩井巷的水与强大水源有密切联系，单纯采用排积水的办法不行或很不经济。（2）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，若不隔离水源就无法6 掘进。（3）涌水量大的矿井，为了减少矿井的涌水量而采用隔水帷幕带。（四）堵截井下涌水为预防采掘过程中突然涌水而造成波及全矿的淹井事故。 1．防水闸门防水闸门一般设置在可能发生涌水，需要堵截，而平时仍需运输和行人的巷道内。 2．水闸墙在需要水久截水而平时无运输、行人的地点设置水闸墙。水闸墙有两种：l临时水闸墙l永久性水闸墙（五）治理地下暗河被水溶蚀的石灰岩层，可形成很深的洞穴或忽隐忽现的地下暗河，地质学上称此现象为喀斯特地形。我国西南地区多见，在雨季充水，对矿井是一个很大的威胁。地下暗河的治理，首先是查明分布，然后针对实际情况，采取有效措施、一般采取以下措施：1．堵塞暗河突水孔在采掘工作中，遇到暗河突水孔，当孔不大时，设法堵塞暗河突水孔。 2．绕过暗河在掘进工作中如果遇到许多充满河砂无水溶洞，可能有暗河；掘进头炮眼往外喷水，水中夹杂着河砂及小卵石，可以基本肯定前方有暗河，要测水压、范围。若封堵困难，可以设法绕过暗河，保证掘进工作的正常进行。 3．截断暗河弄清暗河位置，可以将暗河截流，把暗河水引走，通常可以采用开凿泄水巷道的办法引流 4．断绝暗河水源若暗河水源为地面水体或其他水体，可以将其水源断绝。7 （六）疏放地下水疏放地下水是消除水源威胁的措施。具体的方法：l在地表打疏水钻孔，把地下水直接到地表，l在井下开拓疏水巷道或打放水钻孔，把地下水放出．然后再通过排水设备排出地表，4.3矿井透水事故的处理一、透水预兆采掘工作面透水前，一般有如下预兆：（1）煤壁发潮，发暗；（2）煤壁或巷道壁“挂汗”；（3）巷道中气温降低；（4）顶板来压，顶板淋水加大或底板鼓起有渗水（5）出现压力水线，这是离水源很近的现象；（6）有水声，一种是受挤压发出的“嘶嘶”声，另一种是空洞泄水声，这都是离水体很近的预兆；（7）有硫化氢（H2S）或二氧化碳（CO2）气体出现。当发现工作面有透水预兆时，说明已接近水体，此时应停止作业，并报告矿调度室，采取有效措施，以防止透水事故的发生。二、透水时的措施井下发生透水时，在现场的工作人员，报告调度室的同时，应就地取材积极封堵透水孔，加固工作面支护，防止事故继续扩大。如果情况紧急，来不及进行加固工作，现场人员应按避灾路线撤退到上一水平进风巷或地面，切勿进入独头的下山巷道。如万一无法或来不及撤至上水平，可暂时找一独头上山避难待救。遇难人员要保持镇静，避免消耗体力过度。矿领导接到进水报告后，应立即报告上级有关部门和矿山救护队，同时通知受透水事故威胁的人员撤离危险区，关闭有关水闸门，开动井下排水设备，积极组织力量，进行抢险救灾，营救遇难人员。8 三、被淹井巷的恢复被淹井巷的恢复工作，大致可分为：查清水源，堵水排水，初整巷道，恢复通风以及进一步整修巷道恢复生产等步骤。由于井巷被淹没，水量必然很大，为了使恢复工作顺利进行，堵水或排水前，必须对水源、水量及涌水通道进行周密地调查研究，然后再采取措施进行恢复工作。恢复方法包括直接排干法和先堵后排法，前者适用于水量不大或水源有限或与其他水源无通道联系的被淹井巷；后者适用于涌水量特别大，单纯采用排水法无法恢复的巷道。