矿井水灾(赵).doc

矿井水灾赵 冠 军一、水灾的危害矿井水灾事故是煤矿生产过程中对人员、对矿井危害性较大的自然灾害，以煤矿事故死亡的人数计算，水害事故占15.72%,仅次于瓦斯和顶板事故，位居第三，矿井发生水灾事故后，其危害是：1、冲毁巷道，埋压、淹没和封堵人员。矿井发生水灾事故后，具有极大标高差即显现一定压力的水流奔腾而下，形成巨大的压力水头，当具有很大压力和流速的水头达到巷道拐弯处及人员时，就会冲垮巷道，打倒人员，封堵人员，形成严重的破坏。2、损坏电器设备。井下电器，电缆被水浸泡后，其绝缘能力迅速下降，给井下的运输、通风、排水等造成很大的困难。3、涌出大量的有毒有害气体。实践证明，伴随矿井突水的水流，会涌出大量的硫化氢、甲烷等有毒有害气体，毒化或者惰化井下气候环境，使井下人员生存条件及救灾人员救灾的环境更加恶化。4、伴随突水，会有大量的煤泥和岩石淤积巷道，给救灾人员的通行造成障碍，延长和延误救灾救人的时间。5、人员的位置难以判定。突水事故发生后，人员的奔跑，强力水流的冲刷使人员受灾后的位置难以判断，增加了救灾的难度。综上所述，矿井水灾是煤矿严重的灾害，在煤矿生产中对矿井水灾危害必须予以高度重视。二、近期煤矿水害的主要特点及防治对策：在近年郑州地区水害事故中，老空水水害事故占较大比例，因此，充分认识老空水的充水特征，提出有针对性的防治措施并加以认真实施，对煤矿安全生产，有重要的社会和经济意义。（一）老空水的充水特征我国煤矿开采历史悠久，许多矿区浅部都有废弃的老空，矿井范围内也分布有废弃的老空区。这些老空积水后便形成老空水，它们像小水库一样分布于生产矿井井田内，对煤矿安全生产威胁很大。老空水的充水特征如下：（1）老空水积存于生产、开拓水平以上，虽然水量不很大，一般不致造成淹井事故，但水量集中，来势凶猛，一旦揭露，就会以“有压管道流”的形式突然溃出，迅猛异常，具有很大的冲击力和破坏力，对人身安全危害极大。（2）老空积水区的空间位置一般都很隐蔽，形状很不规则，深度和层位不一，大小各异，既有连成一片，较易探明的较大积水区，也有深入腹地、孤立存在，很难用钻探查找的较小积水区。老空积水区的位置、深度不易准确确定。（3）有的老空积水补给缺乏，是一坑死水；有的可以得到大气降水的补给，并以泉水的形式排泄；有的相邻老空中的水可能相互连通。没有补给水源的老空水，短期内即可排干，但当老空水突然溃入矿井，而且与地表水连通或者因大量雨水注入老空渗入井下时，则可能造成淹井事故。（4）由于老空中煤层及顶底板岩层中黄铁矿的氧化作用，老空水可以形成酸性的强腐蚀性水，对矿山设备破坏甚大，特别是那些顶底板碳酸岩类较少而以砂页岩为主，交替循环条件较差的老空水更易形成强酸性地下水。老空水的化学成分很复杂，主要取决于老空水的补给、排泄条件，老空的深度，老空所开采的煤层的煤质及顶底板岩性和气候条件。（5）老空水除了突然溃入矿井外，在采区接近老空时，老空水也会以淋水、渗水、滴水等形式进入矿井。三、老空水水害原因通过对老空水事故的分析，发现造成这类事故的主要原因有以下几个方面：（1）水文地质情况不清楚。有些井田范围内水文地质情况不清楚，资料不全，对老空水心中无数，就盲目开拓或采掘；有的积水巷道位置测量错误或资料遗漏；有的明知道有水源，但对其赋存状态及补给关系不清楚；有的对老空分布较广的地区，对水源的位置、水情不清楚，就盲目掘进，结果酿成突水事故。（2）没有树立“安全第一，预防为主”的思想，没有坚持“有疑必探，先探后掘”的原则。有些企业领导和作业人员抱有侥幸心理，也有的图省事，怕麻烦，更有甚者竟乱采乱掘，不惜采掉护巷煤柱，结果造成突水事故。（3）职工安全意识淡薄。有的矿井发生突水事故前已有明显征兆，但职工缺乏安全意识或经验不足，没有引起足够重视和采取相应措施。如1990年7月7日，重庆市永川县滑石板煤矿“7.7”透水事故，导致6人死亡。这起事故的主要原因是：明知上山风眼可能揭穿采空区发生透水，却没有认真调查分析，从6月26日以前发生透水征兆到发生事故的7月7日这段时间，透水征兆越来越明显，掘进工和瓦斯检查员也多次向矿领导反映其征兆，矿领导却无动于衷，既不停止作业，也不详细研究制度探、放水方案及措施，而继续违章蛮干，终于导致透水。（4）许多矿井周围大量的小煤窑给矿井防排水带来许多困难。有的矿井在保安煤柱、防水煤柱上采煤，有的与大矿采通，一到雨季山洪暴发，山洪从小煤窑灌入井下，使多矿井同时受灾。四、老空水事故的预防措施从近年来水害事故的统计分析看，老空水事故占第一位。老空水事故发生的原因主要有：不能真正地严格执行煤矿安全规程和有关防治水的规定；缺乏水文地质及防治水工作人员，地质情况不清楚；乱采乱掘等。因此，对老空水水害应遵循“预防为主，防治并举”的原则，必须采取如下具体预防措施：（1）煤矿企业要严格执行煤矿安全规程和有关防治水的规定，必须坚决贯彻“有疑必探，先探后掘”的原则，必须制定切合实际的探放水措施，对需要排出的积水，必须预先排出。（2）煤矿企业应有从事水文地质及防治水工作的专业技术人员，真正加强水文地质工作，做好防治水的基础工作。对矿井水文地质情况进行详细的研究，利用钻探或物探技术等手段查清矿井充水水源和充水通道，明确划出积水区域，编制好完整的水文地质资料，做到心中有数。（3）煤矿企业要建立健全防治水管理制度。需要审批的，必须严格按程序进行报批，必须认真执行相关的管理制度。（4）煤矿企业必须加强队伍建设，除了配备从事水文地质及防治水工作的人员外，还必须对煤矿企业职工强化安全及技术培训，真正掌握透水前的各种征兆及其规律，并掌握发生透水事故时的避灾方式和方法。（5）政府、煤矿安全监察部门必须对煤矿企业执行煤矿安全规程的情况进行认真监察，对不符合煤矿生产条件的矿井要坚决整顿，决不迁就姑息。五、矿井水灾的主要原因总结过去的经验教训，矿井发生水灾的主要原因如下：（1）地面防洪、防水措施不当，或因对防洪设施管理不善，雨季山洪由井筒或塌陷裂缝大量涌入井下，而造成水灾。（2）水文地质情况不清楚，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时，未执行探放水制度，盲目施工；或者虽然进行了探放水，但因措施不严密，而造成涌水淹井或人身伤亡。如某矿在超前钻探时，只打了正前眼，却未发现大致平行巷道的断层，结果造成重大涌水事故。（3）井巷位置不合理。如将井巷置于不良地质条件中或过分接近强含水层附近，导致顶底板透水。如某矿是受底板承压水威胁的矿井，可是却将井底车场、运输大巷及硐室设在煤层底板，结果造成突水量20t/min的突水事故。（4）施工措施不力，工程质量低劣，致使井巷严重塌落冒顶、跑砂、透水、或者工程钻孔在固井止水前误穿巷道，导致顶板强含水层透水。（5）乱采乱掘，破坏了防水煤（岩）柱而造成透水。（6）测量错误导致巷道穿透积水区而引起透水。如邯郸磁县小煤窑，因没有很好地测量煤柱厚度，在掘进中，老空积水将煤柱鼓开而淹井。（7）矿井发生较大突水时，因无防水闸门或已建有防水闸门但因组织不当而未及时关闭，或因长年失修关闭不严而造成淹井。（8）排水设备能力不足或机电事故而造成淹井。（9）排水设备平时维护不当，水仓不按时清挖，突水时排水设备、设施失去效用而淹井等。（10）因采掘失调，强行越过停采线。（如超化矿）六、矿井透水规律与预防（一）透水规律采掘工作面发生透水事故，即是高位水的沟通，补给较低的巷道，水位越高 ，压力越大，这就是透水的一般规律。1、凡是地面、井下水互相贯通的老空废巷、断层、裂隙等，都一定有水的积存。这条规律就说明，当井下采掘工作遇到有补给水源的老窿、废巷、裂隙、钻孔等，必须采取防水措施，防止透水事故的发生。2、积水区的水位越高压力越大。在处理水位高的积水时，因作用于煤（岩）壁的压力大，煤（岩）会被压破造成穿水。必须采取分段的方法，将高位积水由上而下，分段进行探放，疏干地层水。3、透水前，一定有预兆。这是从多次透水事故的教训中总结出的一条科学结论。若广大井下职工掌握这一规律，发现透水预兆时，撤出人员，停止作业，采取措施，加固探放水地点的支护，防止透水事故的发生。（二）透水预兆采掘工作面发生透水前一般都有如下预兆：1、巷道壁或煤壁“挂汗”，这是由于压力水渗透微细裂隙后，凝聚于岩石和煤层表面。2、煤层变冷，煤层含水增大时，热导率增大，所以，用手摸煤壁时，有发凉的感觉。3、淋水加大，顶板来压，底板鼓起，并有渗水。4、出现压力水流，这表明已接近水源，就密切注意水流的变化情况，如果出水混浊，说明接近水源，否则，相反。5、煤层有水挤出，并产生“嘶嘶”声。有时还能听到空洞的泄水声。这是明显的突出征兆。6、采掘工作面的有害气体如瓦斯、二氧化碳、硫化氢气体增加，氧含量下降。7、煤壁或巷道挂红，酸度大，水味发涩，有臭鸡蛋味，这是老空积水的特点，由于积水时间长，水中溶解许多杂质；含铁时；水色变红，含硫化氢时有臭鸡蛋味，酸性水发涩。8、煤壁发潮发暗。干燥光亮的煤体，由于水的渗入，变得潮湿、暗淡。9、采掘工作面温度下降，空气变冷或水蒸气大，有雾气产生。这是由于工作面接近积水区的缘故。如果矿井水的类型不同，出现的预兆也不相同：1）老空水：老空水年代久，水量补给较差，属于“死水”，所以有挂红、酸度大，水味发涩的特点。2）断层水：断层附近的岩层较为破碎，一般情况下，会出现工作面来压，淋水增大。断层水的补给较充分，多属“活水”。因此，很少出现挂红，水无涩味而发甜，在岩层中遇到断层水，有时能从岩缝中见到淤泥，底部出现射流，水呈黄色等预兆。3）溶洞水，大多在石灰岩中遇到，有时出现顶板来压，柱窝渗水，裂缝渗水等现象。由于溶洞长期受水侵蚀，水呈黄色或灰色，有时带有臭味或出现挂红。4）冲积层水，在浅部掘进井筒时，常遇到冲积层水。如隔离煤柱过小，回采冒落后，裂缝沟通冲积层时，也能遇到冲积层水。冲积层水的特点，开始时水较小，水色发黄，往往夹带有砂子，以后逐渐变大。由于各种原因，有时会遇到特殊情况，如过断层时，没有出现透水预兆，只是压力增大，支柱断裂，有的巷道上方是一条盲巷或老空，并有较厚的淤泥杂物隔离堵塞，预兆不明显，造成一种假象，结果当巷道掘过后引起岩石松动，突然发生透水等。因此，在这些情况下作业时，必须保持警惕，注意水情，并采取有效措施，防止透水事故的发生。七、井下防治水（1）、探水的条件：接近水淹的井巷、老空、老窑时接近水文地质复杂的区域，并有出水征兆时。接近含水层，采水层，溶洞，陷落柱以及可能同河流、湖、池等联通的断层破碎带时，底板右裂隙透水危险时。接近有水或稀泥的灌浆区，或可能出水的钻孔或其它可能出水地区时。打开隔离煤柱放水时（2）探水起点的确定当老空、老巷，等积水区的位置准确，水压不超过981kpa（10米）探水起点至积水落石出区的距离，煤层不得小于30米，岩层不得小于20米。对矿井的积水区不能准确确定边界位置时，探水起点至防断积水区边界最小距离不得小于60米。掘进巷道附近右断层或陷落柱时，探水起点距预计煤柱线的最小距离不得小于20米。石门揭开含水层前，探水起点至含水层的最小距离不得小于20米。钻孔深度与超前距离：超前距离一般不小于20米，在薄煤层中可适当减少，但最小不得小于5米，岩层中的探水钻孔，超前距离一般为510米，钻孔深度一般为40米，这样每打一次钻，可掘进2030米。（4）钻孔直径与数目。对于积水，一般是利用钻孔放出积水，因此，钻孔直径的大小，既能使积水顺利流出，又能防止冲垮煤壁，钻水钻孔直径一般不超过75mm。探水钻孔的数目，不少于3个，一个中心孔，两个帮孔，其方向应保证在掘进工作面前方中心及上下左右都起到钻水的作用。（5）探水的安全措施：为了保证探水人员及整个矿井的安全、探水时应做到下列安全措施：探水前应加固探水工作面地架，背好帮顶，以免压力水冲垮煤壁及支架。清理巷道，保证安全退路畅通，坡度较大的斜巷要设梯子和扶手。保证水流畅通，并有适当的坡度及断面，保证水仓有足够的容量。一旦发现透水量无法控制时，立即通知险区人员撤离。打眼过程中如发现煤岩变松或沿钻杆内外流水超过正常打钻供水时，必须立即停钻（但不得拔出钻杆），派人监视水情，并报告矿调度室，如果情况紧急，应立即通知受水威胁区域的人中撤离。钻孔接近老空时，可能突然涌出大量的瓦斯和其它有毒有害气体，必须由瓦检员随时监测气体情况，当有毒有害气体超标时，立即停电撤人。预计水压较大时，孔口要加套管，使钻杆通过套管打钻。2、疏放水将矿井水源的全部或部分的疏放掉，是消除水患的措施之一，其方法是：直接放水，当水量不大，不致超过矿井排水能力时，可利用钻水钻孔直接放水。先堵后放：当水流之间有联系，动水储量很大不堵住水源就不可能排空时，应先堵住补助水源点，再排放积水。先放后堵，当出水点遇有补给水流，但补给量很小，或在一定季节没有补给，就应选择时机先引放水，然后再采取堵漏措施。疏放水的注意事项：放水前，根据预计的积水量，水位标高，水仓容积和排水能力，作出放水设计。探到水源后，一般可以利用钻孔放水，水量很大时，需要另打放水钻孔，其孔径一般为5075mm，孔深70米。放水过程中密切注意水量变化、出水的清浊和杂质情况，设专人检查有害气体，发现异常及时采取措施。放水设计中应包括人员撤退路线，设置指路标记，保证退路畅通，沿途应设照明。八、透水时的抢救工作：（一）透水现场人员的行动原则（1）设法堵住出水点，突然透水时，现场人员要利用现场材料，破衣物，木塞等设法堵住出水口，以防事故继续扩大。（2）向有通往地面出口的上部巷道撤离。（3）当水势很猛，无法堵住出水点时，沿巷道撤退，要设法躲过水头可能对人员造成的伤害。（4）当有大量有毒有害气体涌出时，要使用隔离式自救器。（5）人员临时躲避的地点，要避开巷道的交叉点。（6）临时避难地点如果有压缩空气管路，应设法打开，提供人体呼吸所需要的氧气，同时可增加人员所在地点的空气压力，阻止外面有毒有害气体的侵入。九、救灾措施（1）透水事故发生后，应及时核查井下人员，如发现有人被堵井下，要尽快判断人员可能的躲避地点，根据涌水量和排水能力估计排水所需要时间，计算人体的生存时间。（2）立即通知泵房人员，使水仓水位降至最低，争取较长的缓冲时间。（3）地测人员应分析涌水性质、涌水量、查清地面水体变化，判断突出的发展趋势，防止淹井事故。（4）采取措施，保证排水设备的正常运转。如果水中携带大量淤煤时，应在水仓进口建筑临时挡墙，使淤煤沉淀，减少水仓淤塞。（5）做好防水闸门关闭的准备，拆除短道，清除淤渣，待命关闭，在关闭水闸门时，必须保证人员已全部撤出。十、被淹巷道的恢复（1）直接排干。增加排水能力，直接将突出的全部积水排干，此法适用于水量不大，补给水源有限的情况下。（2）先堵后排。当涌水储量特别大，补给丰富，用强力排水也不可能排干时，必须先堵住涌水通道，然后再排水。（3）排水期间的安全措施 保持良好通风，经常检查有害气体的含量。因为随着水位的下降，积存在被淹井巷中的有害气体随时可能涌出，因此应首先准备好局扇，随着排水工作的进行，及时排除有毒有害气体，当水位下降到巷道口以下时更应如此。 严禁井口附近20米范围内使用明火，以防止突然涌出的瓦斯形成瓦斯事故。 在有害气体超标的环境中，工作人员应使用隔离式自救器。 修复井巷时，注意采取措施防止冒顶和坠井事故的发生。十一、对矿井水灾被堵人员生存条件的分析矿井水灾是煤矿事故的一种严重灾害，矿井发生水灾后，常常有人被堵在井下，在被堵地点待救。在组织抢救时，广大的煤矿工人要发扬对工友负责的态度，争时间、抢速度，为使遇险人员早日脱险而战斗。但是有时也会出现这样的情况：遇险人员较长时间没有被营救出来，有人就认为不能活着救出，因此抢救时决心不大、信心不足；当外部水位超过遇险人员所在地点标高时，有人会认为遇险者已失去了生存条件，在抢救时动作迟缓，个别人甚至放弃抢救。在抢救中出现的这些问题，往往会贻误战机，使遇险矿工遭受更大的痛苦，甚至失去生命。为了避免这种惨局的发生，有必要对矿井出水后人员的生存条件做一个分析。（一）人体生存的空间（1）矿井突水后，人员的所在地点的标高高于矿井突水的标高，毫无疑问，无论巷道的形态如何（开放的、半封闭的）那么人员都不可能被水淹没，即有生存的空间存在。此应坚信不移。（2）当人员所在地点低于突水的外部水位，可能有以下两种情况： 由于井下发生透水，一般来势凶猛，大水一边向下部奔流，一边将下部巷道中的空气挤出，使下部巷道的空间被水占有。这种情况，洪水能直接涌入位于透水点以下的巷道，是不会有人体生存空间的。 矿井发生透水事故后，洪水往往先将下部的水平巷道或倾斜巷道口淹没，封堵了空气排泄的通路，而这个巷道上部若不漏气，即使在外部巷道水位高于遇险人员所在巷道的标高时，人员所在地点也不会被水淹没，即有人员生存的空间。以U形管的原理说明之。（二）人体生存空间的体积玻意尔马洛特定律：当一定质量的气体在温度不变的条件下，它的体积与压力成反比，即： P1/P2=V2/V1 即： V2=P1V1/P2式中：V2被水封堵后人员所在地点的巷道体积，m3。V1被水封堵前巷道内的空间体积，m3。P2被水封堵后巷道内的空气压力，kg/cm3。P1被水封堵前巷道内的空气压力，kg/cm3。（三）被堵人员巷道空间的空气质量1、以氧气的消耗计算人体生存的时间。 矿井发生透水事故后，井下被堵空间内的氧气浓度与正常值相近，但是随着时间的延长，氧气浓度会逐渐降低。当氧气浓度降到1012%时，遇险人员极度昏迷，因此我们把10%的氧气浓度，称为人体生存的极限浓度，氧气由20%降到10%，受如下因素的影响：（1）人的呼吸耗氧。人在呼吸时所需的氧气量取决于体重、劳动强度及紧张程度。处于休息时，约需0.25升/ 分。（2）从煤岩中放出瓦斯相对降低人员所在地点的氧浓度。由于突水后，人员所在地点的空气压力大为提高，所以从煤岩中放出瓦斯的量很小，可以忽略不计。以氧的消耗计算人体生存时间如下式：T= V1000(20%10%)/0.237N 分式中：V被封堵空间的空气体积，m3。1000 变量单位，由立方米变为升。N 被封堵的人员数量，人。2、以二氧化碳的浓度计算人体生存的时间。透水期间，井下被封堵空间的CO2浓度会逐渐升高，CO2有刺激呼吸中枢的作用，会造成呼吸加快。当空气中CO2的浓度达到1%时，出现呼吸急促；3%时呼吸次数增加1倍；5%时，呼吸困难；10%时，出现昏迷。因此我们把CO2浓度上升到10%作为人体生存的极限浓度。 以二氧化碳上升到10%的人体生存时间计算为： T=V100010%/0.197N3、以瓦斯涌出计算人体生存时间。前边已经说过，在密闭的空间内，由于空气压力的上升，从煤岩中放出瓦斯的量较小，但是，如果人员所在地点是相对敞开的巷道，那么，从煤岩中放出瓦斯是必然的，而瓦斯浓度的上升，势必降低人员所在地点的氧浓度。以瓦斯涌出计算人体生存的时间为：T=V0.4/QC 分式中：V人员所在地点巷道的空间体积，m3。0.440%的瓦斯浓度。Q封堵前通过巷道的风量，m3/min。C封堵前回风流中瓦斯浓度，%。十二、被水封堵人员的抢救（1）当人员所在地点低于突水最高水位时，禁止采用卸压的方法（如开绕道，从地面或井下向遇难人员打钻）的方法抢救遇难人员，防止因空气压力的 下降而使水位上升，淹没人员，而只能采用强制排水的方法，尽快创造救人通道。（2）当人员所在地点高于突水最高水位时，要依据巷道情况采取开绕道，原巷道疏通的方法尽快地接近遇难人员。如果以上方法受现场条件、抢救时间