煤矿探放水课件

2020/2/261煤矿探防水冀中能源峰峰集团安全技术培训中心冀中能源峰峰集团安全技术培训中心2020/2/262内容一、煤矿矿井水灾的发生条件、原因及危害二、煤矿矿井突水的理论基础三、煤矿井下防治水四、截流注浆防治水害技术五、煤矿矿井透水事故的处理六、煤矿矿井水灾事故2020/2/263一、煤矿矿井水灾发生条件、原因及危害（一）基本概念1、煤矿矿井水：在矿井开拓、采掘过程中，渗入、淋入、流入、涌出和溃入井巷或工作面的水。2、煤矿矿井突水（矿井透水）：井巷、工作面与水源接近或沟通而突然导致的出水事故。3、矿井水灾：当矿井的涌水量超过了矿井的正常排水能力时，造成矿井水泛滥成灾的现象，叫矿井水灾。2020/2/264一、矿井水灾发生条件、原因及危害（二）矿井水灾发生的基本条件水灾发生的基本条件有水源有涌水通道失控大气降水地表水地下水是地下水的主要补给来源，直接或间接影响矿井充水。是地表积聚的水源，是地下水的补给水源。孔隙水：松软岩层空隙中的水、位于表土层，威胁井筒裂隙水：坚硬岩层裂隙中的水岩溶水：石灰岩裂隙或溶洞中的水，水压大、水量多老空水：一般成酸性，对金属有腐蚀作用活水死水人为因素：顶板冒落裂隙带；地表岩溶塌陷带；钻孔自然因素：空隙、裂隙、节理、层理、溶洞、孔洞、断层2020/2/265一、矿井水灾的发生条件、原因及危害（三）矿井水灾发生的原因发生的矿井水灾往往在于水文情况不清、设计不当、措施不力、管理不善和人的思想麻痹所致。具体有：1、地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水(多为雨季降水)大量灌人井下，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。如此案例国内曾有发生，但为数不多。2020/2/266一、矿井水灾的发生条件、原因及危害（三）矿井水灾发生的原因4、井巷施工质量伪劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂导致透水，或工程钻孔在固井止水前误穿巷道，导致顶板含水透水。5、测量错误，导致巷道穿透积水区。6、井下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。7、出现透水预兆未觉察或未被重视或处理不当造成透水。8、排水设备能力不足或设备不完好或排水设备平时维护不当。如水仓不按时清挖，储水能力不足而淹井。2020/2/267一、矿井水灾的发生条件、原因及危害（四）矿井水灾的危害主要表现在以下几个方面：1、恶化生产环境。可造成巷道积水，顶板淋水使工作面及附近巷道空气潮湿，工作环境恶化，影响个人身体健康。2、增加排水费用，提高顿煤成本。矿井水的大小直接关系到排水设施、设备和排水费用。3、缩短生产设备的使用寿命。水对金属设备、设施具有腐蚀作用。4、损失煤炭资源。主要是指隔离煤柱的煤损。5、引起瓦斯积聚、爆炸和硫化氢中毒。6、当矿井水的水量超过矿井的排水能力或发生突然涌水时，轻则造成矿井局部停产或局部巷道被淹没，重则造成矿井淹没、人员伤亡，被迫停产、关井。2020/2/268二、矿井突水的理论基础（一）顶板突水的理论——“三带”理论岩层移动的“三带”关系图（1-煤层；2-垮落带；3-断裂带；4-弯曲下沉带）cos)1(2pkmh垮落带冒落高度采高顶板岩石膨胀系数煤层倾角2020/2/269二、矿井突水的理论基础(二）煤层底板突水的理论基础底板岩层至煤柱中心距离B2.0底板岩层至煤层的垂距B1.51.01.00.50.5003γhfγhΨ2.51.50.250.5bedghciσz底板岩层内应力分布2020/2/2610二、矿井突水的理论基础（二）煤层底板突水的理论基础底板岩层破坏状态]tan)24exp[()24cos(2cos00001axh011tanhl)tan2exp()24tan(002axl)10ln(11HFmxa11211111tan11kkkkkF2020/2/2611二、矿井突水的理论基础（二）煤层底板突水的理论基础初次来压时底板关键层载荷特征2020/2/2612三、井下防治水井下防治水措施可概括为6个字，即查、测、探、放、截、堵等几个方面。2020/2/2613三、井下防治水（一）查查，即查明水源和通道。主要查：1、冲击层的组成及厚度，各分层的含水性及透水性。2、裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含水情况和导水性能。3、含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水层的涌水量、透水性及其开采煤层的距离。4、老窑、古井和现在正在开采的小煤矿的分布、开采范围、开采深度和积水情况，废弃钻孔的处理情况等。5、开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层跨落带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。2020/2/2614三、井下防治水（二）测测，即做好水文观测工作。具体讲有以下几个方面：1、收集当地气象、降水量和河流水文地质资料（速度、流量、水位、枯水期和洪水期等）；查明地表水体的分布、水量的补给、排泄条件；查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。2、通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的水位、水压和水量变化，分析水质，查明矿井水的来源及其补给关系。3、观测矿井涌水量及其季节变化规律等。2020/2/2615三、井下防治水（三）探探，即井下探水。1．坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则《煤矿安全规程》第285条规定：矿井必须做好水害分析预报，坚持有疑必探，先探后掘的探防水原则。煤矿生产属于地下作业，地质和水文地质条件错综复杂，在很多情况下，由于勘探手段和客观认识能力的限制，对地下含水条件掌握不清，不能确保没有水害威胁，或者说还存在水害“疑问区”。所以，在采掘施工过程中，必须分析推断前方是否有疑问区，有则采取超前钻探措施，探明水源位置、水压、水量及其开采煤层的距离，以便采取相应的防治水措施，确保安全生产。2020/2/2616三、井下防治水（三）探2.必须探水前进的情况《煤矿安全规程》第286条规定：采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水。（1）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。（2）接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。（3）打开隔离煤柱放水时。（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时。（5）接近有出水可能的钻孔时。（6）接近有水的灌浆区时。（7）接近其他可能出水地区时。经探水确认无突水危险后，方可前进。2020/2/2617二、井下防治水（三）探3．探水作业参数之一——探水起点至积水区的最小距离L：（1）当积水区的位置确定且水压又不超过981kpa时，L煤≮30m；L岩≮20m；（2）不能确定积水区的边界位置时，L≮60m；（3）掘进巷道附近有断层、陷落柱或石门揭开含水层时，L≮20m。2020/2/2618三、井下防治水（三）探3．探水作业参数之二——钻孔深度与超前距离：采用边探边掘时，探水钻孔的孔底位置，必须始终保持超前掘进工作面一定距离，这样就留有相当厚度的矿柱，以确保掘进工作面的安全。超前距离一般不得小于20m。在薄煤层中可适当缩短，但最小不得小于5m。岩层中的探水钻孔，其超前距离一般为5～10m。钻孔深度一般为40m左右，这样每打一次钻，可以连续掘进20～30m。2020/2/2619三、井下防治水（三）探3．探水作业参数之三——钻孔直径和数目：一般是利用探水钻孔放出积水，因此钻孔直径的大小，要求既能使积水顺利排出，又能防止冲跨煤壁，故探防水钻孔直径以不大于75mm为宜。探水钻孔的数目:不少于3个，一个中心孔2个帮孔，其方向应保证在工作面前方的中心和上下左右都能起到探水作用。2020/2/2620三、井下防治水（三）探3．探水作业参数之四——钻孔布置：在缓倾斜薄煤层中，如掘进上山巷道，探水钻孔应布成扇形,如果为平巷掘进巷道，探水钻孔应在上帮方向布置成半扇形，钻孔之间的夹角一般为10°-15°，开始探水时可打5-7个钻孔，以后根据情况可适当减少，但不能少于3个。在急倾斜煤层中掘进巷道探水时，钻孔应布置成扇形。2020/2/2621冀中能源峰峰集团安全技术培训中心2020/2/2622三、井下防治水（三）探4.探防水的安全措施（1）加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板。（2）清理巷道，挖好排水沟，配备与探放水量相适应的排水设备。（3）在打钻地点或附近安设专用电话。（4）测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。（5）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀。特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。（6）钻孔内水压较大时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤岩壁突然鼓出的措施。2020/2/2623三、井下防治水（三）探（7）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异常情况时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向调度室报告，并派人监测水情。如发现情况紧急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。（8）探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置，积水量和水压。老空积水区高于探放水点位置时，只准用钻机进行探放水。探放水孔必须打中老空水体，并要监视放水的全过程，核对放水量，直到老空水全部放完为止。（9）钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其它有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查气体成分。如果瓦斯或气体有害气体浓度超过《煤矿安全规程》有关规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。2020/2/2624三、井下防治水-穿软岩层放高压老空水2020/2/26252020/2/2626三、井下防治水（三）探5.矿井水的物探物探的主要方法：（1）加密三维地震探测：主要用在较大范围内的水文地质状况探测（2）瞬变电磁法探测（3）直流电法探测2020/2/2627三、井下防治水-探直流电法探测不同岩性的地层具有不同的导电性。一般情况下，泥岩、粉砂岩、中粗砂岩其视电阻率值是逐渐增高的。对于煤系地层，纵向电阻率的变化规律基本一致，横向上，由于煤系地层层状分布特点，其导电性相对均一。当含水断层或裂隙切割煤系地层时，由于含水体具有良好的导电性，它与围岩产生明显的电性差异。应用高分辨直流电法技术采集岩石的视电阻率值，通过对所采集数据进行定性和定量处理就可以发现异常部位。直流电法属全空间下的电法勘探。它以岩石的电性差异为基础，在全空间条件下建场，使用全空间电场理论，处理和解释有关矿井水文地质问题。本次井下物探采用三极装置下的高分辨电法超前探测技术，在三处掘进迎头进行矿井电法探测工作。2020/2/2628三、井下防治水-探直流电法探测MNB供电电极移动方向OA测量示意图2020/2/2629三、井下防治水-探直流电法探测102030405060708090024102030405060708090100024102030405060708090100024刘东煤矿西二轨道下山超前探测成果图图例低阻异常高阻刘东煤矿西三轨道上山超前探测成果图刘东煤矿北六轨道下山超前探测成果图图号比例制图审核总工所长来源日期11:5002006.01.15自测刘东煤矿掘进巷道高分辨电法超前探测成果图迎头迎头迎头异常1图4：刘东煤矿掘进巷道矿井高分辨电法超前探测成果图异常2异常1异常1异常2异常32020/2/2630三、井下防治水（四）放放:即疏放水，就是在探明水源之后，根据水源类型采取不同的疏放水方法，有计划、有准备地将威胁矿井安全生产的水源疏放干，它是防止矿井水灾最积极、最有效的措施。1.疏放水方法1）老空水疏放方法（1）直接放水。当水量不大，不致超过矿井排水能力时采用。（2）先堵后放。当老空水与其他水源有联系时，动水储