环境管理_矿井水灾防治技术

1 1 3矿井水灾发生的条件 图1 4煤矿常见的水源 2 1 3矿井水灾发生的条件 2 矿井涌水通道矿井周围的充水水源只是构成矿井涌水的一种潜在威胁 开采时能否进入井巷 取决于是否存在充水通道 只有充水水源通过充水通道 才能形成矿井涌水 掌握哪种水源是通过哪一种类型的通道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 一般来说 水源与煤矿井下工作场所的通道多种多样 常见的矿井涌水通道有构造断裂带 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 3 1 3矿井水灾发生的条件 1 构造断裂带与接触带矿区含煤地层中存有数量不等的断裂构造 它不仅使断裂附近岩石破碎 位移 也使地层失去完整性 从而成为各种充水水源涌入矿井的通道 地层的假整合或不整合的接触带 由于空隙发育 当它与水源靠近时 也可能成为地下水进入矿井的通道 无论是构造断裂带 还是接触带 它们都是地层中破碎而变弱的地带 对于矿井充水具有非常重要的意义 4 1 3矿井水灾发生的条件 2 导水陷落柱岩溶陷落柱是指埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体 在地下水溶蚀作用下形成巨大的岩溶空洞 空洞顶部岩层 当其失去对上覆岩体支撑能力时 上覆岩体在重力作用下向下垮落 充填于溶蚀空间中 因其剖面形态似一柱体 故称岩溶陷落柱 我国岩溶陷落柱多发育于北方石炭二叠系煤田 如山西太原 西山 霍汾 河北井陉 峰峰 开滦 江苏徐州 山东新汶 河南安阳 鹤壁 焦作等矿区 而南方矿区少见 5 1 3矿井水灾发生的条件 3 采矿造成的裂隙通道埋藏在地下深处的煤层承受着上覆岩层的自重力 同时它自身也产生对抗力 两者处于平衡稳定状态 煤层开采后 采空区上方的岩层因下部被采空而失去平衡 相应地产生矿山压力 从而对采场产生破坏作用 必然引起顶部岩体的开裂 垮落和移动 塌落的岩块直到充满采空区为止 而上部岩层的移动常达到地表 根据采空区上方的岩层变形和破坏情况的不同 可划分为三带 三带之中的冒落带 裂隙带就是矿井充水的良好通道 6 1 3矿井水灾发生的条件 4 封闭不良的钻孔勘探或生产建设时期 井田内施工许多钻孔 均可揭穿煤层和各含水层 构成沟通含水层的人为通道 按规程要求 钻孔施工完毕后必须用水泥封孔 其目的一方面保护煤层免遭氧化 另一方面为了防止地表与地下各种水体的直接渗透 钻孔封闭不良或没有封闭情况下 当开采接近或揭露进 造成涌水乃至突水 此类突水以突水点接近旧钻孔 采场地层完整无构造破坏 水压力大而无大水量等为特征 易与其他突水相区别 若与其他水源沟通时 亦可造成来水猛 压力大的突水事故 5 岩溶塌陷及天窗 7 1 4影响涌水量大小的因素 影响矿井涌水量大小的因素主要有以下三个方面 1 充水岩层的出露条件和接受补给条件 2 矿井的边界条件矿井边界条件由侧向边界和顶底板条件两部分组成 它对矿井地下水的补给水量起着控制作用 3 地质构造条件 8 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 直接影响矿区动力补给的大小 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 前者指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 如分布在地形较陡的分水岭地段 它只能接受降水入渗补给 且地形陡 降水大部呈地表径流流失 分布于低洼处 它不仅能接受降水的补给 而且也能得到地表迳流汇入洼地的补给 故在同等出露面积的情况下 后者获得补给水量比前者多 若直接位于河床下 则大量吸收地表水 对矿井充水程度影响更大 1 4影响涌水量大小的因素 9 2 矿井的边界条件矿井边界条件由侧向边界和顶底板条件两部分组成 它对矿井地下水的补给水量起着控制作用 1 矿井的侧向边界条件侧向边界指矿井内煤层或含水层与其周围的岩体 岩层 地表水体等接触的界面 称侧向边界 按边界的过水能力来分 有供水边界 隔水边界和弱透水边界等三种 1 4影响涌水量大小的因素 10 一个矿井的周边大多是由不同边界组合而成 故它们的形状 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 也会很快变水 甚至干涸 1 4影响涌水量大小的因素 11 2 煤层顶底板的隔水或透水条件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 甚至干燥无水 这种情况不多见 常见的有如下三种组合方式 底板为稳琮隔水层 煤层或直接充水含水层仅能从大气降水或地表水通过盖层或 天窗 补给 此时水量依赖于降水入渗量及地表水 天窗 补给量 顶板为隔水层 底板弱透水层时 矿井涌水量仅取决于下部水层的越流量 顶底板均无隔水层存在时 则降水入渗量及侧向边界补给量等均会成为矿井涌水量 1 4影响涌水量大小的因素 12 3 地质构造条件构造的类型 褶皱或断裂 和规模 对矿井充水强度亦起着控制作用 褶皱构造往往构成承压水盆地或斜地储水构造 构造的类型不同 则充水含水层的分布面积 空间位置 补径排条件亦有差别 从而矿井充水强度也不一样 大型储水构造往往构成一个独立的水文地质单元 不仅充水含水层厚度大 而且分布广 接受降水或其他水源的水量就多 反映其排泄量大 矿区总排水量也大 矿井突水量大 反之 相对较简单 1 4影响涌水量大小的因素 13 例子 焦作矿区 处于太行山南麓 背斜的一翼 为一承压水斜地储水构造 奥陶系间接充水含水层厚为400m 600m 岩溶发育 分布面积1592km2 裸露面积10732km2 矿区内断裂发育 使奥灰岩溶水与大煤下伏部分薄层灰岩有水力联系 资料表明 矿区奥灰水储存量为39 84亿m3 动储量为7 682m3 s 12m3 s 矿井最大突水量为320m3 min 同一构造中分布的矿井 由于所处部位不同 涌水量也各异 如同一承压水盆地储水构造 处在盆地边缘的矿井涌水量通常较深部矿井的涌水量大 而处在裂隙和岩溶不发育地段的矿井 则涌水甚微 1 4影响涌水量大小的因素 14 总结过去发生的矿井水灾 主要原因可归结如下几个方面 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强含水层附近 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 乱掘 破坏了防水煤柱 岩柱造成突水 1 5造成矿井水灾的原因 15 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水作用 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 总之 只要摸清水害发生原因 采取措施 加强管理 提高防治水工作水平 贯彻以防为主 疏堵结合 综合治理的方针 淹井事故是可以避免的 1 5造成矿井水灾的原因 16 2 1地面水防治技术2 2井下防治水技术2 3矿井排水 2矿井水防治技术 17 矿井防治水的目的就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煤炭资源得到充分合理的回收 为达到上述目的 根据产生矿井水害的原因 采取不同的对策措施 为此 煤矿安全规程 第251条规定 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 矿井防治水的方针是 坚持预防为主 防治结合 为了防止治水工程零打碎敲 取不到良好效果 应在查明矿区和矿井水文地质条件基础上 按照当前与长远 局部与整体 地面防治与井下防治 防治与利用相结合的原则 根据不同的水文地质条件 分别采取防 疏 堵 截的方法予以防治 2矿井水防治技术 18 地面防水是指在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 它是保证矿井安全生产的第一道防线 特别是以大气降水和地表水为主要充水水源的矿井尤为重要 1 地面防水方法地面防水的主要方法有以下几个方面 1 河流改道矿区范围内有常年性河流流过且与矿井直接充水含水层接触 河水渗漏量大 是矿井的主要充水水源 会给生产带来影响 属该情况可在河流进入矿区的上游地段筑水坝 将原河流截断 用人工河道将河水引出矿区 2 1地面水防治技术 19 2 铺整河底矿区有季节性河流 冲沟 渠道 当水流沿河或沟底裂缝渗入井下时 则可在渗漏地段用黏土 料石 水泥修筑不透水的人工河床 制止或减少河水渗漏 如四川南桐煤矿长兴岩出露地表且沟谷发育 通过铺整河底 修筑人工河床 雨季涌水量减少了30 50 3 填堵通道矿区范围内 因采掘活动引起地面沉降 开裂 塌陷等 经查明是矿井进水通道时 应用黏土或水泥填堵 对较大的溶洞或塌陷裂缝 下部填碎石 上部盖以黏土分层夯实 且略高出地面 以防积水 2 1地面水防治技术 20 4 挖沟排 截 洪地处山麓或山前平原区的矿井 因山洪或潜水流入井下 构成水害隐患或增大矿井排水量 可在井田上方垂直来水方向沿地形等高线布置排洪沟 渠拦截洪水和浅层地下水 并通过安全地段引出矿区 5 排除积水有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷 长年积水 且随开采面积增大 塌陷区范围越广 积水越多 此时可将积水排掉 造地复田 消除稳患 2 1地面水防治技术 21 2 地面防水工程资料准备 煤矿安全规程 第254条规定 煤矿企业必须查清矿区及其附近地面水流系统的汇水 渗漏情况 疏水能力和有关水利工程情况 掌握当地历年降水量和最高洪水位资料 建立疏水 防水和排水系统 规程指出了进行地面防水工程设计时必需具备的资料 其目的是使防治水工程设计更切合实际 工程真正起到应有作用 2 1地面水防治技术 22 3 防止地面水侵入措施另外 为防止地面水侵入井口 工业场地和矿井 煤矿安全规程 中制定了专门的安全措施 1 井口和工业场地建筑物防泄洪井口 包括风井 及主要建筑物 配电所 绞车房 的高程必须高于当地历年最高洪水位 低于者必须加高于洪水位之上或修筑堤坝防洪 位于山区时还必须避开可能发生泥石流 滑坡的地段 坡面汇水地区应修建防洪堤坝或截水沟 内涝区和洪水季节有河水倒流现象的矿区与工业场地 应在泄洪总沟的出口处建立水闸 设置排洪站 以备河水倒灌时落闸 向外排水 严禁将矸石 炉灰 垃圾等杂物弃于山洪 河流能冲刷地段 以免淤塞河床 沟渠造成洪水泛滥 2 1地面水防治技术 23 2 露头带截洪防渗留够并严禁开采煤层露头防水煤柱 以减少大气降水或地表水沿煤层露头带渗入矿井 在露头带以外 垂直来水方向修筑拦洪沟拦截洪水 并根据地形条件将水引出防护区 3 经过塌陷区或透水岩层的河流 沟渠的处理漏水渠道 河床应及时堵漏 位于塌陷区的 则在塌陷稳定后的地段 采用整铺河底的方法防漏 河底与导水裂隙带相通的河流 整铺河底无效时 可根据地形 地质 水文地质情况因地制宜 将河床局部改道 2 1地面水防治技术 24 井下水害来势凶猛 俗有 水老虎 之称 矿井防治水可归纳为 查 探 放 排 堵 截 六个字 在采掘过程中有可能掘透压力大又和固定水脉相沟通的含水层和水体 形成突然大量涌水 因此 应通过以下几个方面的措施 防止突水灾害的发生 2 2 1做好矿井水文观测与水文地质工作水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据 地下水源在没有揭露以前是看不见的 因此 应通过详细的勘测工作 掌握矿区水文地质资料 了解含水层及老空积水情况 查明地下水源 2 2井下防治水技术 25 1 做好水文观测工作 1 收集地面气象 降水量与河流水文资料 流速 流量 水位 枯水期 洪水期 查明地表水体的分布 水量和补给 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地质观测孔 观测各种水源的水压 水位和水量的变化规律 分析水质等 3 观测矿井涌水量及季节性变化规律等 2 2井下防治水技术 26 2 做好矿井水文地质工作查明矿井水源和可能涌水的通道 为防治水提供依据 1 掌握冲击层的厚度和组成 各分层的透水 含水性 2 掌握断层和裂隙的位置 错动距离 延伸长度 破碎带范围及其含水和导水性能 3 掌握含水层与隔水层数量 位置 厚度 岩性 含水层的涌水量 水压 渗透性 补给排泄条件 4 调查老窑和现采小窑的开采范围 采空区的积水及分布状况 5 在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量 老窑积水范围 标高和积水量 水淹区域及探水线的位置 2 2井下防治水技术 27 2 2 2井下探水井下探放水是防止水害的重要手段之一 井下探水是指在井下采掘工作面用打超前钻孔的方法 对掘进与回采工作面顶板 底板 侧帮和前方端头的地质构造 含水层及废弃坑道积水的具体位置 产状和突水的可能性等做事先探查工作 有疑必探 先探后掘 是采掘工作必须遵循的原则 也是防止井下水害事故发生的重要方法 2 2井下防治水技术 28 当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 2 2井下防治水技术 29 1 探水起点的确定为了保证采掘工作和人身安全 防止误穿积水区 在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点 此线即为探水线 如图2 1 2 2井下防治水技术 图2 1积水线 探水线和警戒线 30 积水线 将调查所得小窑 老窑分布资料 经物探及钻探核定后 划定积水范围 圈定积水边界 即积水区范围线 在此线上应标注水位标高 积水量等实际资料 探水线 沿积水线水平外推60m 150m距离划一条线即为探水线 上山掘进时为顺层的斜距 此数值视积水边界线的可靠程度 水压力大小 煤的坚硬程度等因素来确定 当掘进巷道至此线时 必须停止掘进 进行探放水 警戒线 由探水线再平行外推50m 150 在上山掘进时指倾斜距离 即为警戒线 一般用红色表示 当巷道掘进至此线后 应警惕积水威胁 注意掘进时工作面水情变化 如发现有透 突 水征兆 提前探放水 2 2井下防治水技术 31 探水线规定 采掘工作造成的老空 硐室等积水区边界确定 水文地质条件清楚 水压不超过1MPa时 探水线至积水区最小距离 煤层中不小于30m 岩层中不小于20m 对本矿积水区 有图纸资料 但不能确定积水区边界位置时 探水线至推断积水区边界最小距离不得 60m 对有图纸资料的小窑 探水线至积水区边界的最小距离不得小于60m 对没有图纸资料可查的小窑 必须坚持有疑必探 先探后掘的原则 防止发生透水事故 掘进巷道附近有断层或陷落柱时 探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于60m 石门揭开含水层前 探水线至含水层最小距离不得 20m 2 2井下防治水技术 32 2 探水钻孔的布置方式探水钻孔布置原则是它既要保证安全生产 又要确保不遗漏积水区 还要求探水工程量最小 1 探水钻孔主要参数探水钻孔的主要参数有超前距 帮距 密度和允许掘进距离 如图2 2所示 超前距探水时从探水线开始向前方打钻孔 常是探水 掘进 再探水 再掘进 循环进行 而探水钻孔终孔位置始终超前掘进工作面一段距离 该段距离称超前距 允许掘进距离指经探水证实无水害威胁 可安全掘进的长度 2 2井下防治水技术 33 帮距为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离 即呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离 其值应与超前距相同 超前距一般采用20m 在薄煤层中可缩短 但不得小于8m 2 2井下防治水技术 图2 2探水钻孔的主要参数示意图 钻孔密度 孔间距 它指允许掘进距离终点横剖面上 探水钻孔之间的间距 一般不超过3m 以免漏掉积水区 34 2 2井下防治水技术 2 探水孔布置方式 扇形布置巷道处于三面受水威胁的地段 要进行搜索性探放老空积水 其探水钻孔多按扇形布置 如图2 3所示 图2 3扇形探水钻孔 35 半扇形布置对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区 其探水钻孔可按半扇形布置 如图2 4所示 2 2井下防治水技术 图2 4半扇形探水钻孔 36 3 探水与掘进之间的配合井下受水威胁的地段 探水必须与巷道掘进施工管理密切配合 才能取得良好的防治效果 主要配合方式有 2 2井下防治水技术 图2 5上山巷道探水掘进施工方式 1 双巷配合掘进交叉探水当掘进上山时 如果上方有积水区存在 巷道受水威胁 一般多采用双巷掘进交叉探水 如图2 5所示 2 双巷掘进单巷超前探水在倾斜煤层中沿走向掘进平巷时 一般是用上方巷道超前探水 探水钻孔呈扇形布置 37 3 平巷与上山配合探水 如图2 6所示 在同一煤层内 上部掘进上山 此时应先探水掘进平巷 然后再掘进上山 这样可避免上山掘进的危险性 又可减少上山掘进的探水工作量 2 2井下防治水技术 图2 6平巷与上山互相配合探水 38 图2 7利用石门探水和墙外探水a一石门探水 b一墙外探水 4 隔离式探水如巷道掘进前方的水量大 水压高 煤层松软和裂隙发育时 直接探水很不安全 需要采取隔离方式进行探水 在掘进石门时 可从石门中探放积水 如图2 7a 或在巷道掘进工作面预先砌筑隔水墙 在墙外探水 如图2 7b 2 2井下防治水技术 39 4 探水钻孔的安全装置在探放水工作中 水量和水压不大时 积水可通过钻孔直接放出 但对于探放水量和水压都很大的积水区 包括其它水源 时 为了确保安全 做到有计划地放水并取得放水资料 必须在孔口装置安全套管阀门 如图2 8 2 2井下防治水技术 图2 8放水钻孔孔口安全装置1 钻杆 2 150钻孔 3 水泥 4 筋条 5 89钢管 6 水压表 7 阀门 40 5 探放水作业安全要点井下探放水作业要按照 规程 的有关规定 在安钻探水前后 严格遵守下列事项 1 加强钻孔附近的巷道支架 2 在打钻地点或其附近安设专用电话 3 确定主要探水钻孔的位置时 应由测量和负责探水人员亲临现场 4 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 5 钻眼内水压过大时 应采用反压和防喷装置的方法钻进 必要时还应在岩石坚固地点砌筑防水墙 然后方可打开钻眼放水 2 2井下防治水技术 41 2 2 3疏放排水根据不同类型的水源 可采取不同的疏放水方法与措施 1 疏放含水层水 1 地面打钻抽水在地面打钻利用潜水泵或深井泵抽排 以降低地下水位 它适合于埋藏较浅 渗透性良好的含水层 抽水钻孔可采取排状孔群和环状孔群两种布置方式 2 2井下防治水技术 42 排状孔群 如图2 9 环状孔群 如图2 10 2 2井下防治水技术 图2 10环状孔群1 疏水前水位 2 疏水后水位 图2 9排状孔群 43 2 巷道疏水 疏放顶板含水层如果煤层直接顶板为水量和水压不大的含水层 常把采区巷道或回采工作面的准备巷道提前开拓出来 见图2 11 2 2井下防治水技术 图2 11巷道疏水 44 在利用采准巷道疏放顶板水时 应注意以下两点 A 采准巷道提前掘进的时间 应根据疏放的水量和速度而定 超前的时间过长会影响采掘计划平衡 造成巷道长期闲置 有时会增加巷道维修工作量 如果超前时间太短又会影响疏放地下水的效果 B 当疏放强含水层的顶板水时 应视水量的大小 要考虑是否要扩大水仓容量和增加排水设备 2 2井下防治水技术 45 疏放底板含水层当煤层的直接底板是强充水含水层时 可考虑将巷道布置在底板中 利用巷道直接疏放底板水 见图2 12 2 2井下防治水技术 图2 12底板含水层中的疏放水巷道1 灰岩原始水位 2 疏放水巷道 3 石灰岩含水层 4 石门 46 3 井下钻孔疏水 疏放煤层顶板水在煤层上部含水层的水量与水压较大时 为了避免回采后顶板突水 其方式有如下3种 A 在巷道中每隔一定距离向顶板打钻孔 使顶板水逐渐泄入巷道 通过排水沟向外排出 B 在巷道中群孔放水 如图2 13 2 2井下防治水技术 图2 13丛状布置钻孔 47 C 立井泄放孔建井期间 如有一个井筒已到底 并开凿了车场 硐室 有一定的排水能力 另一井筒尚在掘进 涌水量大 施工困难 这时可从掘进中的井筒向下打泄放钻孔穿透已掘井筒的井底硐室 进行泄放 如图2 14 2 2井下防治水技术 图2 14打入式过滤管1 导水管 2 真空装置 3 导水渠 48 2 疏放煤层底板水防止底板突水的途径主要有两个方面 一方面是加强底板岩层抵抗破坏的能力 另一方面是设法减少地下水的破坏能力 其措施是在底板布置钻孔 图2 15 疏水降压 2 2井下防治水技术 图2 15底板排状钻孔1 静水位 2 降落曲线 3 疏水孔 图2 16巷道隔水底板安全水头 49 2 疏放老空水 1 直接放水 当水量不大 不超过矿井排水能力时 可利用探水钻孔直接放水 2 先堵后放 当老空区与溶洞水或其它巨大水源有联系 动力储量很大 一时排不完或不可能排完 这时应先堵住出水点 然后排放积水 3 先放后堵 如老空水或被淹井巷虽有补给水源 但补给量不大 或在一定季节没有补给 在这种情况下 应选择时机先行放水 然后进行堵漏 防漏施工 4 用煤柱或构筑物暂先隔离 如果水量过大 或水质很坏 腐蚀排水设备 这时应暂先隔离 做好排水准备工作后再排放 如果防水会引起塌陷 影响上部的重要建筑物或设施时 应留设防水煤柱永久隔离 2 2井下防治水技术 50 3 疏放水时的安全注意事项 1 探到水源后 在水量不大时 一般可用探水钻孔放水 水量很大时 需另打放水钻孔 2 放水前应进行放水量 水压及煤层透水性试验 并根据排水设备能力及水仓容量 拟定放水顺序和控制水量 避免盲目性 3 放水过程中随时注意水量变化 出水的清浊和杂质 有无有害气体涌出 有无特殊声响等 4 事先定出人员撤退路线 沿途要有良好的照明 保证路线畅通 5 为防止高压水和碎石喷射或将钻具压出伤人 6 排除井筒和下山的积水前 必须有矿山救护队检查水面上的空气成分 发现有害气体 要停止钻进 2 2井下防治水技术 51 2 2 4注浆堵水注浆堵水就是将预先配置好的浆液压入井下岩层空隙 裂隙或巷道中 使其扩散 凝固和硬化 使岩层具有较高的强度 密实性和不透水性而达到封堵截断补给水源和加固地层的目的 是矿井防止水害的重要手段之一 当多个钻孔注浆形成隔水帷幕带时 称帷幕注浆 2 2井下防治水技术 52 注浆堵水适用条件 当涌水水源与强大水源有密切联系 单纯采用排水的方法不可能或不经济时 当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 如果不堵住水源将给矿井建设带来很大的危害 甚至不可能掘进时 当井巷或工作面严重淋水时 为了加固井壁 改善劳动条件 减少排水费用等 可采用注浆堵水 2 2井下防治水技术 53 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 也可采用注浆堵水的方法堵住水源 对于隔水层受到破环的局部地质构造破坏带 除采用隔离煤柱外 还可采用注浆加固法建立人工保护带 对于开采时必须揭露或受开采破坏的含水层 对于沟通含水层的导水通道 构造断裂等 在查明水文地质条件的基础上 可用注浆帷幕截流 建立人工隔水带 切断补给水源 2 2井下防治水技术 54 2 2 5截水截水是利用防水煤 岩 柱 水闸墙 水闸门等物体 临时或永久地截住涌水 将采掘区与水源隔离 使某一地点突水不致危及其他地区 减轻水灾危害的重要措施 1 防水闸墙防水闸墙是一种井下阻水的堵水建筑 分为临时性和永久性的两种 临时性水闸墙是在有出水危险的采掘工作面 备有截堵水的材料 如木 木垛 草袋等 一旦突水就迅速将水截堵在小范围之内 截堵材料多用砂袋 木板等 这种水墙只能起临时抢险的作用 永久性水闸墙一般是在开采结束后 为了永久隔绝有继续大量涌水可能的地段而砌筑的永久性关闭的挡水建筑物 2 2井下防治水技术 55 永久性的密闭防水墙是一种重要安全设施 技术复杂 投资较多 必须保证施工质量 砌筑时要使用混凝土或钢筋混凝土建造 地点应选择在岩石坚硬 没有裂隙的地方 只能用风镐或手镐挖凿 而不能使用炸药爆破 修筑水闸墙时要预留灌浆钻孔 待墙体建成后可由灌浆孔注浆 使其与岩壁紧密胶结 以防漏水 水闸墙的构造如图2 18所示 纵剖面图 为了支撑水压 在巷道顶底板和侧壁开凿截口槽 墙上安有放水管和水压表 放水管用栅栏加以保护 防止泥沙堵塞 在水闸墙上还安有细管 以供密闭以后从中放出气体 2 2井下防治水技术 56 水闸墙的构造如图2 18所示 2 2井下防治水技术 图2 18水闸墙结构示意图1 截槽 2 水压表 3 放水管 4 保护栅栏 5 细管 57 在水压很大时 则采用多段水闸墙 如图2 19所示 这种水闸墙的截口槽之间隔有一定距离 以加强其坚固性 并在来水方向伸出锥形混凝土护壁a 将水压通过护壁传给围岩 以减少渗水的可能性 2 2井下防治水技术 图2 19多段水闸墙 58 建筑水闸墙时要注意以下事项 1 筑墙地点的岩石应坚固 没有裂缝 必要时必须将风化松软或有裂隙的岩石除去 然后筑墙 2 要有足够的强度 能承受涌水压力 为此 应有足够的厚度 选用耐腐蚀的材料 3 不透水 不变形 不位移 为此 墙基与围岩要紧密结合 4 平面形水闸墙在水压的反面可能产生拉力 而料石墙是不可能承拉的 故料石平面水闸墙之厚一般不得小于巷道宽度之半 2 2井下防治水技术 59 2 防水闸门防水闸门也是一种井下隔离水的主要安全设施 设置在发生涌水时能够截水 而平时仍需运输行人的巷道内 如在井底车场 井下水泵房和变电所的出入口 以及有涌水影响的采空区之间都应设置水闸门 水闸门平时是敞开的 在需要运输的巷道内 闸门所在的位置 装设有短的活动铁轨 当发生透水时 可迅速将活动铁轨拆除 关闭水闸门 根据 规程 的有关规定 凡是水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井 必须在井底车场周围设置防水闸门 在有突水危险的地区 也必须在其附近设置防水闸门方可掘进 2 2井下防治水技术 60 1 防水闸门位置的选择防水闸门的位置选择适当与否 是水闸门能否起到应有作用的关键 一般应考虑以下几方面问题 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 如井底车场出入口处 能使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 防水闸门应设置在不受邻近采动影响的地点 以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缝外泄 尽量避免在较弱岩层或煤层内砌筑 应建在围岩稳定性与隔水性好的地段 要求围岩硬度系数必须大于4 2 2井下防治水技术 61 2 防水闸门的分类从使用的角度出发 防水闸门可分为临时性和永久性两种 若预计突水量不大 水头压力较小时可修筑临时水闸门 一旦出水可起缓冲作用 争取撤出人员和进一步采取必要措施 当水情加大时及时加固封堵 永久水闸门投资大 施工要求高 只有在保证施工质量前提下 当关闭水闸门后起到封堵水害的作用 防水闸门是由人工启闭的铁门 四周用混凝土加固 并能承受设计水压力 墙内镶有放水管及电缆 电话线管路等组成 水管一端进水并挖有水池 出水口设有阀门与压力表 放水时可观察水压和调整水量 闸门是向来水方向打开 水压高时 需用高压水闸门 构筑时需对四周岩层注浆 并做耐压试验 2 2井下防治水技术 62 目前我国矿井所用的防水闸门均为钢制 从门扇数量上分有单扇门和双扇门之分 从闸门的结构分有平板型 圆弧拱形和球面拱形等 如图2 20 图2 21 图2 22 2 2井下防治水技术 图2 20平板矩形水闸门 图2 22球面拱形闸门 63 2 2井下防治水技术 图2 21单向拱形闸门 3 防水闸门的设置 煤矿安全规程 第270条规定第273条规定 64 3 防水煤 岩 柱留设在水体下 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溃入工作面 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水突入矿井 这种保证地下采矿地段的水文地质条件不致明显变坏的最小宽度矿柱 叫做防水煤 岩 柱 2 2井下防治水技术 65 1 防水煤 岩 柱的种类根据防水煤 岩 柱所处的位置 可以分成不同种类 常用的防水煤 岩 柱有 煤层露头风化带的防水煤柱 在地表水体 含水冲层下和水淹区邻近地带的防水煤 岩 柱 与强含水层间有水力联系的断层或强导水断层接触的煤层的防水煤 岩 柱 有大量积水的老窑和老窑区防水煤 岩 柱 导水 充水陷落柱防水煤 岩 柱 分区隔开采界防水煤 岩 柱 2 2井下防治水技术 66 2 防水煤 岩 柱留设原则有突水威胁又不宜疏放的地区 采掘进必须留设防水煤 岩 柱 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 一个井田或一个水文地质单元内防水煤 岩 柱 应在总体开采设计中确定 即开采方式和井巷布局与各种煤柱留设相适应 避免在以后煤柱留设中造成困难 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柱因另一煤层开采布遭破坏 致使整个防水煤 岩 柱失效 留设防水煤 岩 柱所需数据必须就地选取 邻区或外区数据仅供参考 若需采用时应适当大安全系数 2 2井下防治水技术 67 2 防水煤 岩 柱留设 煤矿安全规程 第259条规定 煤矿安全规程 第265条规定 煤矿安全规程 执行说明 规定 掘进巷道与积水体之间的隔离煤 岩 柱 其最小垂距不得小于巷道掘凿高度的10倍 井田边界隔离煤柱最小值不应小于20m 断层各侧的隔离煤柱也不应小于20m 2 2井下防治水技术 68 煤层露头防隔水煤 岩 柱的留设 按以下公式计算 煤层露头无覆盖或被粘土类微透水松散层覆盖时 防 冒 保煤层露头被松散富含