矿井水灾的防治.doc

矿井水灾的防治张香胜（2009年4月22日）第一节 煤矿床充水条件与矿井突水一、 矿井充水条件在矿井生产过程中，煤层附近各水体均可能通过各种通道进入矿井，我们把流入矿井的水统称矿井（坑）水。矿井水的来源主要有地下水、地表水、大气降水和老窑积水等充水水源。矿井周围的充水水源，开采时能否进入井巷，取决于是否有充水通道。只有充水水源通过充水通道，才能形成矿井涌水。掌握那种水源是通过那一种类型的通到和具体渗透路线进入矿井构成矿井涌水，可以为矿井水治理提供依据。矿井的涌水通到有构造断裂带、接触带、导水陷落柱、采矿活动造成的裂隙、封闭不良的导水钻孔和岩溶塌陷及“天窗”等。充水水源和渗透通到是构成矿井充水不可缺少的两个方面。二、矿井充水程度及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1吨煤的同时，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=25m3/t。（3）、充水性强的矿井：KB=510m3/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=25m3/min。（3）、涌水量大的矿井：Q=515m3/min。（4）、涌水量极大的矿井：Q15m3/min。三、影响矿井涌水量的因素1、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。2、 矿井边界条件一个矿井的周边大多是由不同边界组合而成，所以它们的形状、范围、水量的出入直接控制了矿井的涌水量。若矿井的直接充水含水层的四周均为强透水边界（富水断层、地表水、强含水层），在开采条件下，区域地下水或地表水可通过边界大量流入矿井，供水边界分布范围越大，涌入的水量愈多、愈稳定。如果周边由隔水边界组成，则区域地下水与矿井失去水力联系，开采时涌水量则较小，即使初期涌水量较大，也会很快变小，甚至干凅。除矿井周边外，煤层顶底板的隔水或透水条件同样对矿井地下水的补给水量起控制作用。（1）、煤层及其直接顶底板的隔水或透水条件，是影响矿床充水强度的关键因素之一。最理想的条件是煤层直接顶底板均是可靠的隔水层组成的剖面边界，即无外部水源补给，矿井涌水量小。（2）、顶底板的隔水能力。当煤层上覆和下伏有强含水层或地表水时，则顶底板的隔水能力是影响矿井充水的主要因素，并取决于隔水层的岩性、厚度、稳定性、完整性和抗张强度。3、地质构造条件构造的类型（褶皱或断裂）和规模，对矿井充水强度也起着控制作用。褶皱构造往往构成承压水盆地或斜地储水构造，构造类型的不同，则充水含水层的分布面积、空间位置、补排条件亦有差别，从而使矿井充水强度也不一样。四、矿井突水预兆矿井突水是因为井下采掘活动破坏岩体天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力和矿山压力作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱处进入采掘工作面。矿井突水这一现象的发生与发展是一个逐渐变化的过程，有的表现很快（一两天或更短），有的表现较慢（采掘后半个月或数日），这与工作面具体位置、采场地质情况、水压力和矿山压力大小有关。从开拓工作面开始，发展到突水时间内，在工作面及其附近显示出某些异常现象，这种异常统称突水预兆。识别和掌握这些预兆，可以及时采取应急措施，撤离危险区人员，防止伤人事故。突水前预兆有以下几种：（1）、煤壁挂红。这是因为水中含有铁的氧化物，在通过煤层或岩层裂隙时，附着在裂隙表面的暗红色水锈。一般认为巷道接近积水区。（2）、煤壁挂汗。当采掘工作面接近积水区时，因水在自身压力作用下，通过煤岩裂隙透过煤岩壁，形成水珠。（3）、空气变冷。工作面接近积水区时，气温骤然下降，煤壁发凉，人一进去有阴冷的感觉，时间越长就越感到阴冷。但有地热问题的矿井，地下水温高，当掘进工作面接近时，温度反而升高。（4）、发生雾气。当巷道内温度很高时，积水渗到煤壁后，引起蒸发而形成雾气。（5）、在采掘工作面中，若在煤壁、岩层内听到“吱吱”的水叫声时，表征因水压大水向裂隙挤压发出的响声，说明离水体不远即将突水，这时必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。（6）、底板鼓起。底鼓有两种原因：一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；另一种是受矿山压力单方面作用而产生底鼓，一般不突水。当发生底鼓时，要监视底鼓的发展变化，并报告矿井调度室，经技术人员调查核实确定底鼓原因。若是前种原因，必须采取措施：先在底鼓地段铺设密集地梁，打木垛控制底鼓发展。在底鼓基本被控制情况下，可在底鼓地段外侧打钻孔放水卸压。（7）、涌水，即水已涌出。第二节 矿井水灾的防治技术矿井防治水的目的是防止矿井水害事故发生，减少矿井正常涌水，降低煤炭生产成本，在保证矿井建设和生产的安全前提下使国家的煤炭资源得到充分合理的回收。为此，应根据产生矿井水害的原因，采取不同的防治措施。煤炭安全规程规定，煤矿企业应查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。一、地面防水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涌入工业广场或渗入井下。地面防水视矿区具体条件不同可采用河流改道、铺整河底、填堵通道、挖沟排（截）洪及排除积水等措施。为防止地面水侵入工业场地和矿井，可根据煤炭安全规程相关规定执行。二、井下防水（一）、防水闸门与防水闸墙防水闸门与防水闸墙是井下防水的主要安全设施。凡受水患威胁严重的矿井，在井下巷道布置和生产矿井开拓延伸或采区设计时，应当在适当地点预留防水闸门与防水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分区隔离开采，在水患发生时达到分区隔离、缩小灾情、控制水势危害、确保矿井安全生产目的。1、防水闸门防水闸门一般设置于井下运输巷内，正常生产时防水闸门是敞开着的，当突然发生水患时，关闭闸门将水阻挡于闸门之外。闸门设置应考虑以下问题：（1）、防水闸门应设置在对水害具有控制作用的部位和井下重要设施部位（井底车场出入口处），能将水害控制在尽可能小的范围内，并考虑即使水害发生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。（2）、防水闸门应设置在不受临近采动影响的地点,以避免破坏防水闸门的结构和修筑地点围岩的隔水性和稳定性,防止水闸门关闭后高压水通过裂隙外泄。（3）、尽量避免在较弱岩层或煤层内砌筑防水闸门，应建在围岩稳定性和隔水性好的地段，要求围岩硬度系数必须大于4；若必须在煤层中砌筑时，必须掏槽使闸身的混凝土结构和基岩结合一体。（4）、闸门应尽量修筑在单轨巷道内，以减少掘进量和防水闸门的规模。2、防水闸墙防水闸墙是另一种形式的堵水建筑，也分为临时性的和永久性的两种。临时性防水闸墙就是在有出水危险的采掘工作面备有堵水材料（如木、木垛、草袋等），一旦突水后迅速将其堵截在小范围内。这种防水闸墙只能起到临时抢险作用。永久性防水闸墙一般是在回采结束后，为永久隔绝有大量涌水可能的区段而砌筑的一种永久性关闭的挡水建筑。（二）防水煤（岩）柱在水体下、含水层下、承压含水层上或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水涌入工作面，在可能发生突水处的外围保留最小宽度的矿柱不采，以加强岩层的强度和增加其重量阻止水突入矿井。防水煤（岩）柱按以下原则留设：（1）、有突水威胁又不宜疏放的地区，采掘时必须留设防水煤（岩）柱。（2）、防水煤（岩）柱留设应在安全可靠的基础上，把煤柱宽度降到最低程度以提高资源利用率。（3）、一个井田或一个水文地质单元内的防水煤（岩）柱，应在总体开采设计中确定，即开采方式和井巷布置应与各种煤柱留设相适应，避免在以后煤柱留设中造成困难。（4）、多煤层地区防水煤（岩）柱留设，必须统一考虑，以免某一煤层所留煤（岩）柱因另一煤层开采而遭到破坏，致使整个防水煤（岩）柱失效。（5）、留设防水煤（岩）柱所需数据必须就地选取，邻近或外区数据仅供参考，若需采用时应适当加大安全系数。三、矿井探放水技术生产矿井周围常存在有许多充水小窑、老窑、富水含水层以及断层。当采掘工作面接近这些水体时，可能发生地下水突然涌入矿井，产生水患事故。为了消除隐患，生产中采用探放水方法，查明采煤工作面前方的水情，并将水有控制地放出，以保证采掘工作面安全生产。但在很多情况下，由于受勘探手段和客观认识能力的限制，对地下含水条件掌握不够清楚，不能确保没有水害威胁，这样就需要推断出可能产生水害的疑问区，并采取措施。为了预防水害事故，当巷道到含水体一定距离或在疑问区内掘进时，必须坚持超前钻探，探明情况或将水放出，消除威胁后再掘进，保证矿井安全生产。为此，煤矿安全规程规定，矿井必须做好水害分析预报，坚持“有疑必探，先探后倔”的探放水原则。实践证明，“有疑必探，先探后倔”的探放水原则是防止煤矿井下水害事故的基本保证。在有水害威胁的地区进行采掘工作，都应坚持这一原则，绝不可疏忽大意，更不能存有侥幸心里，置水害情况于不顾，一味蛮干。采掘工作面遇到下列情况之一时，必须探水：（1）、接近水淹或可能积水的井巷、老窑或相邻煤矿时。（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）、接近其他有可能出水地区时。四、矿井疏放降压技术所谓疏放降压，是指受水害威胁和有突水危险的矿井或采区借助于专门的疏水工程（疏水石门、疏水巷道、放水钻孔、吸水钻孔等），有计划有步骤的将煤层上覆或下伏强含水层中地下水进行疏放，使其水位（压）值降至某个水平安全采煤时水位（压）值以下的过程。其目的是预防地下水突然涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率。它是煤矿防治水的一种重要措施。矿井疏放可分为疏放勘探、试验疏放和经常疏放3个程序，应与矿井的开发工作密切配合。五、矿井注浆堵水技术当矿井涌水量很大，仅仅依靠排水已不可能或不经济时，采用注浆堵截水源通道，然后再进行排水。注浆堵水技术的适用条件如下：（1）、当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时，可先注浆堵截水源，然后排干积水。（2）、当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层，若不堵截水源，将给矿井生产和建设带来很大的困难和危害，甚至无法施工，我国许多矿井穿过强含水层时，都是利用注浆这一方法。此类工程在井下屡见不鲜。（3）、当井筒或工作面发生严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用，可以采取注浆措施。如我们单位在新区很多矿利用注浆技术解决井筒在基岩施工中过砂岩等含水层出水量大的问题，效果明显。（4）、某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，也可采用注浆堵截水源。如我们矿业集团公司谢桥煤矿东风井地区岩溶水通过陷落柱通道涌入井下，且水量大，补给源充足，就是我们单位通过地面注浆技术堵截水源，使得涌水由开始时的450m3/h左右降到100m3/h左右，效果明显，使得该矿能正常生产。第三节 煤矿水灾防治的安全管理一、 煤矿水灾防治的安全管理煤矿水灾主要是矿井突水（透水）。矿井突水（透水）只指煤矿在正常生产中突然发生的涌水现象。突水地点可来自底板、顶板、采空区、老窑、地表等。由于来势猛、水量大，一旦防范不力或排水能力不足时，往往会造成严重经济损失甚至人身伤亡事故。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：Q1 m3/min。（2）、中等突水点涌水量：1 m3/minQ1 0 m3/min。（3）、大突水点涌水量：10m3/minQ30 m3/min。（4）、特大突水点涌水量：Q30 m3/min。1、突水灾害的原因造成矿井突水灾害的原因归纳起来有以下几个方面：（1）、地面防洪、防水措施不当，或因对防洪设施管理不善，暴雨山洪冲毁防洪工程，使地面水涌入井下，造成灾害。（2）、水文地质条件不清，井巷接近老窑区、充水断层、强含水层、陷落柱时，不事先探放水，盲目施工；或探放水，但措施不当，而造成淹井或伤亡事故。（3）、井巷位置不合理，如布置在不良地质条件中或接近含水层附近，施工后在矿山压力与水压力共同作用下，发生顶板或底板突水。（4）、乱采、乱倔，破坏防水煤柱、岩柱而造成突水。（5）、工程质量低劣，井巷严重塌落冒顶，造成顶板塌落，沟通强含水层而突水。（6）、管理不善，井下无防水闸门或虽有闸门但未及时关闭，矿井突水时不能起堵截作用。（7）、矿井排水能力不足或排水设备平时维护不当，水仓不按时清挖，突水时排水设备失效而淹井。（8）、测量错误，导致巷道揭露积水区或含水断层突水而淹井。（9）、忽视安全生产方针，思想麻痹大意，丧失警惕，没有严格执行探放水制度、违章作业等。2、矿井突水的防治措施遇到矿井突水时，可采取以下应急措施：（1）、发现有人被堵井下时，各级领导应首先制定营救措施。要判断被堵人员可能躲避的地点，分析其生存条件，制定营救方案。并根据涌水量和排水能力，估计排除积水的时间。（2）、立即通知泵房人员加大排水力度，将水仓水位降到最低程度，争取较长的缓冲时间。（3）、检查所有排水设施和输电线路，了解水仓现有容量，派人清挖水沟。如果水中夹带大量泥沙，浮煤时，可在水仓进口处修筑临时分段挡墙，以减少水仓淤积。（4）、水文地质人员应测量涌水地点，涌水量大小及其变化，分析判断突水来源和最大涌水量，以及突水发展趋势，为防止淹井采取必要措施提供依据。（5）、检查防水闸门关闭是否灵活、严密、并清楚淤渣，撤除短轨和架空线，派专人看守，待命关闭。（6）、在查明地面水体与突水有关联时，应迅速派人进行堵截，减少补给量。（7）、当排水能力负担不了涌水量时，可因此，争取将涌水量引入下山巷道、筑坝蓄水、关闭防水闸门，以延长缓冲时间，争取时间增加排水设备，保住矿井。（8）、当采取上述措施仍不能阻挡淹井时，井下人员应迅速向安全口撤退，安全出井。二、煤矿水灾防治的安全检查（1）、煤矿应查明矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。（2）、水文地质条件复杂的矿井，