防治水课件-Microsoft-PowerPoint-演示文稿

课程安排煤矿防治水规定水文地质基础知识矿井充水条件矿井防治水措施水灾应急救援预案水灾事故案例一、煤矿防治水有关规定（一）《煤矿防治水规定》（二）煤矿安全规程（三）防治水安全矿井水文地质基础知识第一章地下水的埋藏条件一、地下水:是埋藏在地壳岩石圈中的水。岩石圈中几乎没有一种岩石是不含水的，但其含水状况却有很大差异。这种差异不仅反应为含水的多少，同时也表现在含水的形态上。二、地下水的循环1.自然界的水循环水的循环可分为大循环和小循环两种（图7-1）。地球上的水，是以气态、液态、固态三种形式存在于大气圈、水圈、岩石圈中。2.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。它主要以离子或分子形式、吸附形式、毛细水和重力水等几种形式存在于岩石空隙中（图7-2）。2.3.地下水赋存形态离子或分子形式——存在于岩石或矿物中；吸附形式——存在于岩石颗粒表面；毛细水形式——存在于细小空隙中；重力水——以自由的液态，存在于岩石的非毛细空隙中，可以自由流动。二、岩石的空隙性岩石的空隙性千差万别，其主要差别突出地表现为它的均匀性，控制均匀性的最根本的因素是岩石空隙的成因。根据空隙的成因，岩石空隙分为：孔隙、裂隙和溶隙。孔隙孔隙是指颗粒集合体之间的空隙。它是松软土（粘土、沙土、砂砾）的普遍特征，又是也可见于胶结不好的沉积岩中。孔隙的基本特点是：空隙呈多孔性、相互连通、、分布密而均匀，因此具有较均匀的含水性和较好的含水能力。孔隙度(n)——衡量孔隙发育程度的指标。裂隙裂隙裂隙是坚硬岩石的普遍特征，显著特征就是不均与性。根据裂隙的成因裂隙可分为：风化裂隙、成岩裂隙、和构造裂隙。裂隙率（kt）——衡量裂隙发育程度的指标。溶隙可溶岩被水溶蚀而产生的空隙，称溶隙，又称岩溶或喀斯特。溶隙是石灰岩、白云岩、硬石膏、石膏/盐层等可溶和易溶盐层的普遍特征。自然界溶隙呈溶孔、溶洞、暗河、天然井等多种形式出现。溶隙率（kk）：是衡量溶隙发育程度的指标。三、含水层的划分（一）含水层划分的基本条件一个含水层的构成，不仅要求其岩石本身是具有含重力水的性能，而且要求有足够的补给水源，以及能保存这些水的构造条件。1.具有允许水自由进入和自由流出的空隙；2.有一个起着相对隔水作用的界面，能使含水层中的水体不致流失。3.具有足够的补给来源。（二）含水层与隔水层岩石能被水透过的性能，称为岩石的透水性。能透水的岩层叫透水层。透水性最好的岩石是喀斯特发育的石灰岩和白云岩，以及空隙大的砾石和砂岩。透水性差，对地下水的运动、渗透起着阻滞或阻隔作用的岩层，称为隔水层或不透水层。透水层和不透水层在自然界是相对的。含水层是指能透水且含有地下水的岩层。四、地下水的分类人们对地下水提出提出了很多分类方法，其中对煤矿生产有直接意义的有以下两种：1.按地下水的埋藏条件分类1）上层滞水一般认为上层滞水是指埋藏在离地表不深的饱气带中局部隔水层上的重力水（图7-3）。一般对煤矿生产几乎没有影响。2）潜水是指埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上，且具有自由水面的重力水。潜水的自由水面，称为潜水面；地表至潜水面的垂距，称为潜水埋藏深度；潜水面至底板隔水层顶面间的距离，称为潜水含水层厚度；潜水面上任一点的标高，称为潜水位（图7-3）。对于煤矿来说，潜水是矿坑充水的重要水源之一，因此必须重视。上层滞水与潜水3）承压水充满于上下两稳定隔水层之间的含水层中的重力水，称为承压水。储存承压水的向斜构造，在水文地质学中通常称为承压水盆地或自流盆地。自流盆地按其水文地质特征可分为补给区、承压区及排泄区三部分（图7-5）。自流水虽是很好的供水水源，但是对矿井开采来说，地下水过大，就会使大量地下水流入井下，甚至造成淹井事故，必须引起高度重视。2.按含水层空隙性质分类1）孔隙水储存于疏松岩层孔隙中的水。一般情况下，岩石颗粒大而均匀，则含水层孔隙大、透水性好、水量大、运动快、水质好；反之，则正好相反。孔隙水对采矿的影响主要取决于孔隙含水层厚度、岩层颗粒大小及其与煤层的相互关系。2）裂隙水埋藏于基岩裂隙中的地下水。按成因，岩石的裂隙可分为风化裂隙、成岩裂隙和构造裂隙三种类型，相应的裂隙水也分为三种。3）喀斯特水埋藏于溶洞溶隙中的重力水，或称岩溶水，有时也称溶洞水。喀斯特水的水量大、水质好，可作大型供水水源，但喀斯特水对煤矿生产安全构成严重威胁，尤其是喀斯特化岩层厚度巨大时，多是造成矿井重大水患的水源。第二章矿井充水条件在矿井建设和生产过程中，各种类型水源进入采掘空间的过程称为矿井充水；进入到工作面及井巷内的水，称为矿井水。当涌入或溃入井巷的水量大，来势猛时，称为突水。虽然影响矿井充水的因素很多，但形成矿井充水的主要因素，也就是通常所说的矿井充水条件，主要是指矿井水的来源和其渗透通道。一、矿井充水水源及通道1.矿井水的来源a.矿体及围岩空隙中的地下水：主要是孔隙水、裂隙水，岩溶水等。b.地表水源：江河、湖海、池沼、水库等。c.大气降水d.老窖及采空区积水2.矿井充水通道的分析岩层的孔隙：这种通道通常存在于疏松未胶结成岩的岩石中，其透水性能取决于孔隙的大小和连通情况。岩层的裂隙：岩层的风化裂隙、成岩裂隙、构造裂隙等都能构成矿井充水的通道。其中对矿井最具威胁的是构造裂隙，它包括各种节理、断层和巨大断裂破碎带等，是矿井充水和透水的主要通道。岩层的溶隙：是指可溶性的碳酸盐类岩石被溶蚀而形成的空隙。在喀斯特发育地区分析矿井充水通道时，应首先研究喀斯特的发育规律。①喀斯特主要分布在质纯的可溶性岩石地段。②溶隙溶洞主要分布在构造裂隙发育的部位。③水循环交替及地壳运动引起喀斯特通道复杂化。除受上述各种规律控制外，还受地壳运动的控制。人工通道：①勘探钻孔造成的充水通道。②采矿活动造成的断裂。3.影响矿井涌水量大小的因素矿井充水的水源及充水通道都是控制和影响矿井充水水量大小的因素。此外尚有其它一些因素影响矿井涌水量的大小。1）覆盖层的透水性及煤层围岩的出露条件覆盖层的透水性能好，补给水量和井下涌水量就大。煤层围岩是透水的，其在地表出露的面积愈大，则接受降水和地表水渗入量就愈大，矿井涌水量就大。2）地形条件的影响地形直接控制了含水层的出露部位和出露程度，控制着地表水和大气降水的汇集。3）地质构造的影响（1）断裂面的力学性质对矿井涌水量的影响a.压性断裂面，断裂面紧密，透水性差，相对起隔水作用，对矿井涌水量影响较小。b.张性断裂面，张裂程度大，充填物内孔隙多而大，为地下水的运移赋存创造了良好条件，因此它对矿井涌水量的影响较大。c.扭性断裂面延展较远，发育深度大，低序次断裂亦较发育，因此对矿井涌水量影响较大。（2）不同构造部位对矿井充水的影响a.断层端点部位及其两侧的岩层裂隙特别发育，是突水较多的部位。b.断层交叉处附近，其透水性强，导水性好。c.断层密度大的地段，不仅应力集中，且多次受应力作用，因而使岩石破碎，裂隙发育，给地下水的赋存和运移创造了良好条件。d.在断层两断盘相对运动过程中，由于受边界条件和重力的作用，一般上盘低序次断裂及裂隙相应较下盘发育，故在断层上盘易发生突水。二、矿井水文地质观测及水害防治（一）矿井水文地质观测矿井水文地质观测是矿井水文地质工作的主要项目，一般包括两部分内容：地面水文地质观测和井下水文地质观测。1.地面水文地质观测包括气象观测、地表水观测、地下水观测及采矿后形成的跨落带和导水裂隙带高度的观测等四个方面。a.气象观测主要是观测降水量，并收集矿区附近气象台的观测资料或设立矿区（井）气象台。b.地表水观测地表水主要是指江河、溪流、大水沟、湖泊、水库、大塌陷坑积水等。对分布于矿区范围内地表水，都应该对其进行定期观测。c.地下水观测它是研究地下水动态的重要手段，在矿区建设和生产过程中，应选择一些具有代表性的泉、井、钻孔、被淹井巷以及勘探巷道等作为观测点。d.导水断裂带发育高度的观测主要是观测煤层采空后，其上覆岩层失去支撑而发生变形、开裂、移动以至跨落所形成的能使水流向采空区的跨落带和断裂带的高度。2.井下水文地质观测a.巷道充水性观测包括含水层观测、岩层裂隙发育调查及观测、断裂构造观测、出水点观测、出水征兆的观测等。b.矿井涌水量观测要求：观测站一般多布置在各巷道排水沟的出口处、主要巷道排水沟流入水仓处、采区石门排水沟的出口处、井下出水点附近。一般每旬观测一次，水文地质条件复杂的矿井，每旬2~3次，雨季还应适当增加。方法：主要有容积法、浮标法、堰测法、流速仪法，水仓水位观测法和水泵有效功率法等。三、矿井水灾的发生（一）正常涌水量与最大涌水量的概念1.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。2.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。在矿井生产和建设过程，地面水与地下水的可能通过各途径流入矿井中。为了维持正常生产与建设、保证人员的安全，矿井必须采取各种措施防止水进入矿井并将已经进入矿井的水及时排至地面。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，叫做矿井水灾。（二）矿井水灾发生的基本条件1.形成矿井水灾必须具备的2个基本条件;一是存在水源和涌水通道。水源就是流经或积存于井田范围内的地面水和地下水，如大气降水、地表水、含水层水、断层水、老空区积水等；二是涌水通，道就是水源进入矿井的渠道，如井筒、塌陷坑、裂缝、钻孔和溶洞等。2.矿井水灾发生的原因。矿井水灾的根源在于水文地质情况不清、设计不当、措施不力、管理不善和工作人员的思想麻痹、违章作业等。具体来说有以下7个方面的原因。（1）地面防洪措施不当。地面防洪、防水措施不周详或不能认真贯彻执行防洪措施，暴雨、山洪冲破了防洪工程，洪水由井筒或塌陷区裂缝大量灌入井下而造成水灾。（2）井筒设计位置不当。把井筒布置于不良的地质条件中或强含水层附近，施工后在矿山压力和水压的共同作用下，易导致顶底板透水事故。或井筒的井口位置标高低于当地历年最高洪水位，一旦暴雨袭来，山洪暴发就可能导致淹井事故。（3）水文资料不清盲目施工。对井田内的水源的分布情况及其相互连通的关系等水文地质情况不清或掌握不准确就进行盲目施工。致使掘进巷道接近老空区、充水断层、强含水层、溶洞等的水源时，未能事先采取必要的探放水措施，而造成透水淹井事故。（4）工程质量低劣。施工管理不力，施工工程质量低劣，致使井巷塌落、冒顶导通顶底板含水层而发生透水事故。(5)乱采乱掘破坏煤柱.乱采乱掘破坏了防水煤柱或岩柱而造成透水事故。(6)技术差错造成事故。由于对断层附近、生产矿井与报废矿井之间、采空区与新采区之间是否留设煤柱和确定煤柱尺寸时出现技术差错，该设煤柱的没有设或所留设的煤柱尺寸太小，起不到应有的作用，导致矿井水灾的发生。另外，测量误差或探水钻孔方向偏离，没有准确掌握到水源的位置、范围、水量和水压等技术参数等。（7）麻痹大意，违章作业。不钻孔安设计参数施工，不按规定固定套管，水仓不安时清理，容量减小，水泵没有进行试运转，水泵的排水能力不足，供电系统不可靠等。3.矿井充水的人为条件（1）人为充水水源a.袭夺水由于矿床开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺水源存在下列几种情况；①位于矿床地下水排泄区的泉水；②位于矿床地下水排泄区的地表水（海、湖、河）体；③位于矿床地下水迳流带内的排泄区一侧相邻含水层；④相邻水文地质单元地下水。b.老窑水老窑水一般分布在老矿山的浅部，它具有下列充水特点：①老窖水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有关；②老窖水为多年积水，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，并多为酸性水，有较强的腐蚀性。③老窑突水一般水势迅猛，硫化氢气体危害性大。（2）人为充水通道矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、地面岩溶疏干塌陷带和封孔质量不佳钻孔等。a.顶板冒落裂隙带采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙带是矿坑充水的人为通道，其特点如下：①当冒落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时，矿坑涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩层时，矿坑涌水无明显变化；②当顶板冒落裂隙带发育高度达到地