煤矿防治水知识讲座的课件PPT课件.ppt

第一讲矿井防治水概论 一 矿井水害的定义和一般特点矿井水害是指在煤矿基建和生产过程中地下水涌入采掘空间 由于排水能力相对不足而造成淹没巷道 工作面 采区 矿井 不同水平乃至整个矿井 的现象 它轻则影响生产 重则造成人员伤亡的恶性事故 是煤炭资源开发过程中一种突发性的地质灾害 1 矿井水害是地下水非正常涌入井巷和工作面的现象 这里 一方面要强调它的突发性 另一方面要强调它的灾害性 二 矿井水害的防治思想矿井水害是可以防治的 只要搞清矿井的充水特征 并采取适当的防治措施 不仅可以安全采出受水威胁的煤炭资源 而且能够提高矿井防治水技术水平 从而为矿床水文地质学的发展做出积极的贡献 2 一般地 矿井水的防治应当从水文地质条件的分析着手 即从区域到水文地质条件研究开始 确定井田在水文地质单元中所处的位置 重点分析地下水的补给 径流和排泄条件 水文地质条件的分析最好以水文地质单元为分析对象 通过对地下水流场 水化学场的分析建立水文地质概念模型 对于井田而言 应重点分析矿井充水条件 确定充水水源和导水通道 对水害类型做出划分 同时 对水害威胁程度做出评价 3 矿井水害防治的工作重点是对水患做出诊断 同时应提出具体的防治水措施 事实上 水患预测预报 评价 防治水措施三者缺一不可 三要素共同构成防灾 减灾的目标路线 4 三 在长期与煤矿水害斗争的过程中 积累了大量宝贵的经验 使得人们对矿井水害类型的认识水平日益提高 目前 对矿井水害类型的划分基本形成如下观点 1 按水源类型划分 顶板水 底板水 老空水2 按导水通道划分 断层突水 陷落柱突水 裂隙岩体突水 封闭不良钻孔突水 煤 岩 柱突水3 按水源含水介质类型划分 孔隙水 裂隙水 岩溶水 5 科学分类体现了人们对事物认识高度和认识水平 也是学科发展水平的标志 我们经常运用科学分类手段对矿井水害类型做出分类并加以细化 6 四 解决煤矿水害问题的切入点 我们讲如何防治水 首先要了解矿井涌水条件 即涌水水源和涌水通道 二者综合作用称为矿井充水条件 二者缺一不可 还有一条是涌水量超过了排水能力即 失控 就会造成矿井水灾 A 充水水源 地表水 地下水 大气降水 老空水 煤矿水害 A 涌水水源 B 涌水通道 C 涌水水量 7 地表水 即地面的河流 水库 水塘 湖泊等地下水 赋存于地表以下岩层空隙中的重力水称地下水大气降水 是地下水的主要补给来源 矿区降雨量是决定矿井充水程度的根本因素 它直接支配着矿井涌水量的大小 老窑老空水 小煤矿和本矿的采空区及废弃巷道由于长期停止排水而保存的地下水 B 充水途径 即涌水通道 分天然通道和人为通道 C 充水强度大小 即矿井涌水量的大小 8 矿井充水水源及其勘探途径 矿坑充水水源 按空间位置 顶板水 底板水 老空水 预疏放探查条件 放水试验条件 确定采空区面积和积水范围 9 充水途径 天然通道 人为通道 导水裂隙 导水断层 陷落柱 岩溶塌洞 顶板三带 底板底鼓 防水煤岩柱 不良钻孔 点状通道 线状通道 面状通道 10 顶板三带 冒落带 裂隙带 沉降带 11 地下水 按含水介质 孔隙水 裂隙水 岩溶水 12 煤矿水害的特点 我矿炭煤井开采一1煤层 主要含水层有 顶板太原群下段L1 L3灰岩含水层 向上是L7 L8灰岩含水层 第四系砾岩砂岩含水层 底板下是奥陶纪灰岩 O2 含水层 该层厚度大 含水丰富 不易疏干 我矿主要受它的威胁 含水层 既能储存重力水又能让水自由流动的岩层 13 岩溶水 可溶性岩石如石灰岩 白云岩等被水溶蚀后产生的空隙称岩溶 喀斯特 赋存于其中的地下水称为岩溶水 又称喀斯特水断层 岩层沿断裂面发生显著位移的断裂构造 分正断层 逆断层 平移断层 断层破碎带裂隙 孔洞可连通各个含水层 也可能是采空区积水 地表水等水体 14 煤矿水害事故多发原因分析 1 地面的防洪措施不力 2 水文地质情况不明 井巷接近老窑区 充水断层 强含水层 陷落柱时 未严格执行探放水制度 盲目施工 或探放水措施不当而造成淹井或伤亡事故 3 相对落后的水害防治技术不能满足生产条件要求4 地质构造沟通含水层 而隐蔽型导水构造的精细探查技术与装备不足5 冒顶破坏了上覆隔水层 6 乱采乱挖防水煤柱7 排水设备能力不足8 管理不善 井下无防水闸门或不起作用 15 例 我矿1979年那次淹井事故 井底水闸门关闭后 因为水闸门防水煤柱不足造成的 而1996年8月6日东翼因水头煤矿出水涌入我矿 我们及时关闭十上山水闸门 2003年9月1日西翼一八采区18020工作面采空区发现涌水 经调查是汛期洪水通过丁烟河泻入小关煤矿间接溃入一八采区的 最后关闭一六采区 20m水平大巷水闸门 有效控制了水势 16 五 矿井突水预兆 井下透水前 一般都有预兆 识别和掌握这些预兆可以及时撤离险区人员 防止伤人事故 井下工作人员掌握这些预兆非常重要煤壁 挂红 这是因为积水中含有铁的氧化物等 在煤层或岩石裂隙表面有红色水秀 使煤岩层表面出现红锈色水珠 这一般是老空水的征兆 水味发涩 有臭蛋气味 17 2 煤壁 挂汗 具有一定压力的水透过煤岩体的细微裂隙而使煤壁凝成水珠的现象 但有时空气中的水分遇到低温煤壁也会挂汗 这是一种假象 所以遇到挂汗时要辨别真伪 方法是剥去一薄层 观察里面是否有潮气 若有是透水预兆 3 煤壁发凉 空气变冷 工作面接近积水区时气温骤然下降有阴冷感觉 但在地热高的矿井 水温高时温度反而升高 4 出现雾气 当巷道内温度温度很高时 积水渗到煤壁后引起蒸发形成雾气 18 5 发出 嘶嘶 水叫声 或压力水线 高压水向煤壁裂隙挤压时 与煤壁摩擦会发出声响 有时能听到空洞泄水声 6 淋水加大 顶板来压 底板鼓起或产生裂隙并出现渗水 水色发浑 7 工作面有害气体增加 8 煤层发潮发暗 炮眼涌水 上述预兆并不是每次突水都会全部出现 而是出现其中一个两个 就要采取措施 个别情况下征兆不明显 这就要求我们仔细观察 认真辨别 发现透水预兆后应采取的措施 1 立即停止作业 报告调度室 2 采取防灾措施 开启水泵 加固支架 进行探水等 3 情况危急时 发出警报 撤出所有受水威胁地点的人员 4 遇有毒有害气体戴好自救器 5 人员升井后 清点人数 向领导汇报 19 第二讲矿井防治水 一 地面防治水 河流改道 整铺河底 填堵通道 挖沟排洪 排除积水 封堵废弃井口 二 井下防治水井下防治水方法归纳为 探 放 堵 截 排 探 当掘进工作面接近有突水危险区域时 必须采取探放水方法 探明采掘工作面前方水情 放 采取一定措施 有计划将威胁性水源放出并排出地面 堵 即注浆堵水截 利用水闸墙 水闸门和防水煤柱等设施 临时或永久的截住涌水 将采掘区与水源隔离 使某一地点突水不危及其他地区 排 把井下涌水 积水排到安全地点 矿井排水系统必须符合 煤矿防治水规定 的有关规定 20 三 井下探放水 第九十二条采掘工作面遇有下列情况之一的 应当进行探放水 一 接近水淹或者可能积水的井巷 老空或者相邻煤矿 二 接近含水层 导水断层 暗河 溶洞和导水陷落柱 三 打开防隔水煤 岩 柱进行放水前 四 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 五 接近有出水可能的钻孔 六 接近水文地质条件复杂的区域 七 采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造 煤层与含水层间的防隔水煤 岩 柱厚度不清楚可能发生突水 八 接近有积水的灌浆区 九 接近其他可能突水的地区 探水前 应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上 21 防治水技术措施 水患诊断结论明确以后 接下来的工作就是采取有针对性的防治水措施了 以水害类型划分的防治水技术措施如下 以断层作为防范对象 预注浆通过断层 留设防水煤岩柱 以陷落柱作为防范对象 封堵陷落柱 留设一定的防水煤柱后 解放其周边煤炭资源 以裂隙岩体整体作为防范对象 对含导水异常区进行注浆加固 以封闭不良钻孔作为防范对象 采用工程措施 重新进行封孔处理 22 以老空水作为防范对象 在经济技术条件允许的条件下疏放老空水 彻底消除透水隐患 对于采空区积水体积太大 全面疏放不合理 不具备解放受水威胁煤炭资源的条件 从安全角度考虑 不应动用这部分煤炭资源 23 目前正在开展的煤矿水害防治新技术研究 深部煤炭资源开发中突水机理及安全评价技术可视化突水条件远程监控及预警技术含水层水文地质试验与评价技术车载移动式矿井突水水源快速诊断系统 24 第三讲老空水预防 一 老空水的定义及特点为了保证正常生产 煤炭开采过程中 需要对涌入井下的地下水排出地面 这时排水费用作为煤炭开采成本的一部分计入其销售成本之中 采掘作业完成后 留下大量的废弃巷道和采煤空间 对涌入的地下水一般不再排放 这时 采空区内聚集着大量的地下水 称为老空水 25 由于老空水往往积水体积大 静储量大 犹如地下水库 隔水煤岩柱不足以抵抗静水压力的情况下容易发生透水事故 而且来势凶猛 破坏性强 多为酸性水 存大量的H2S CO等有毒有害气体 经常形成群死群伤的恶性事故 近年来 采空水造成的透水事故时有发生 在所有煤矿水害事故中占据主要位置 媒体多有报道 产生十分恶劣的社会甚至是政治影响 为此 党和政府及社会各界十分关注这一影响安全生产大局的煤矿水害问题 在国家煤矿安全生产监察局多次组织的水害防治技术研讨会上均将老空水防治列为扭转安全生产大局的主要目标 26 二 老空水的探查 对于老空水的防范 关键是确定积水范围和积水水量 可以采取两条途径 一是煤矿开采有着准确的井上下对照图 采空区范围往往比较可靠 二是采空区积水范围往往没有精确的测绘资料 只能靠探查手段来解决问题了 前者对于国有大中型煤矿来说很容易做到 对于地方小煤矿来说 问题就不那么简单了 就需要通过钻探和物探相结合的方法解决老空水探查问题 实际工作中 必须以钻探为主 物探配合 物探资料必须慎重验证鉴定 确保其可靠性 27 下面举例说明老空水探查中的部分经验及教训 某矿开采浅部的10 煤 大片的老空水已经被探放出来 进入老空区回收残留煤阶段 遇一块30m见方的煤柱 从四周老洞观察无积水 上距20m的9 煤也已证明无积水 但是煤柱的一侧却有发潮现象 当时普遍认为 该煤层距地表仅60m 地面又是排水沟 是排水沟的水沿风化及采动裂隙下渗造成煤壁发潮的 周围的煤壁也比较潮湿就是例证 30m见方的煤柱内绝对不会有老空水 28 当时探与不探的争论很大 由于分管探水工作的领导思想坚定 决定打钻探水 结果放出水量200多吨 事后发现煤柱内残留一口60m的古井 有约0 3MPa的水压 如有人员在附近作业 必然会发生伤亡事故 29 某矿欲从9 煤施工一反上山石门穿透7 煤 据调查资料 石门透煤点100m外有老空积水 两煤层间距33m 反上山石门倾角23 斜长85m 设计上山掘进60m 距7 煤10m左右的位置超前打钻探水 但上山掘进到50m时 发现顶板砂岩淋水 是否探水 争论很大 普遍认为 迎头层位正常 正是7 煤底板以下13 14m的砂岩底面 砂岩裂隙有点淋水属正常现象 应该按照原设计在60m位置安钻探水 而积水范围在预定透煤点以外还有100m 现在就开始探水工程量大 边探边掘 既影响正常生产 又无实际必要 30 根据当时定下的没有把握就探的原则提前施工探放水钻孔 结果第1个钻孔钻进至10 6m即透老空 放出积水62000余吨 事后查明该迎头前面4m多有一落差9m多的正断层 上盘7 煤已下降至迎头附近 积水区与迎头垂距仅2m 图1 一次难以估量损失的重大透水事故就此避免了 31 32 第四讲 煤矿防治水规定 一些条款及案例 第八条煤矿企业 矿井的井田范围内及周边区域水文地质条件不清楚的 应当采取有效措施 查明水害情况 在水害情况查明前 严禁进行采掘活动 发现矿井有透水征兆时 应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业 撤出作业人员到安全地点 采取有效安全措施 分析查找透水原因 33 案例一 2006年5月18日 山西省大同市左云县张家场乡新井煤矿发生一起透水事故 造成56人死亡 新井煤矿属张家场乡乡办集体煤矿 始建于1992年 该矿批准开采4 煤层 设计生产能力9万t a 但于2005年10月 该矿主井却违规通过暗斜井延深至8 11 14 1 14 2 煤层 进行越层采掘活动 事矿发生后 新井煤矿承包人及相关责任人不是积极组织抢险 而是蓄意逃避责任 瞒报事故被困人数 破坏调度出勤牌板 转移藏匿财务和销售台账 删除计算机数据资料 抽逃和转移账户资金 负责该矿安全 生产和技术的副矿长 该矿调度室主任 包工队队长等相关人员先后逃匿 后被公安机关全部抓获 34 经过40天的紧张排水 共排出井下积水42 2万m3 56名遇难矿工遗体全部找到 新井煤矿没有严格执行探放水的有关规定 从事故发生前的5月12日 邻近的同煤燕西一号井采空区的东13巷和东14巷 就已经出现了明显的滴水和淋水等透水征兆 东13巷附近的异常水文地质情况引起了矿方的注意 从东6巷抽调钻机到东13巷与东14巷之间进行探水 但遗憾的是 5月17日钻机在施工中出现了故障 5月18日安排修理 但就在透水征兆明显 尚未完成探放水工作的情况下 矿方没有停产 也未撤人 继续违章组织生产 最终导致突水事故发生 35 事故直接原因 新井煤矿在14 1 煤层掘进巷道透水征兆十分明显情况下 未能严格按照防治水有关规程和条例 采取真正有效的防治水措施 仍违规在燕西1 井靠近采空区附近组织生产 冒险作业 由于受放炮震裂松动 水头压力浸泡以及采掘活动带来的矿山压力变化影响 破坏了燕西1 井采空积水区的有限煤 岩 柱 最终导致了这起特别重大透水事故的发生 36 从案例一可以看出 该矿为越层开采 在接近邻近燕西一号井采空区未严格执行先探后掘措施 且在有透水征兆明显情况下还组织生产 大部分透水事故发生前均会显现出不同的透水征兆 如挂红 挂汗 空气变冷 出现雾气 水叫 顶板淋水加大 顶板来压 底板鼓起或产产裂隙出现渗水 水色发浑 有臭味 煤层变湿 松软 煤帮出现滴水 淋水 矿压增大 底板膨起 产生裂隙 等 要求 井下发现透水征兆时 就必须要立即停止受水害威胁区域内的采掘作业 撤出作业人员到安全地点 分析原因 采取有效措施 减少人员伤亡 37 第四十二条矿井井口和工业场地内建筑物的标高 应当高于当地历年最高洪水位 如果在山区 除符合本条第一款的规定外 还应当避开可能发生泥石流 滑坡的地段 矿井井口及工业场地内建筑物的标高低于当地历年最高洪水位的 应当修筑堤坝 沟渠或者采取其他防排水措施 38 案例二 2002年6月24日 河北张家口市蔚县北部山区突降大到暴雨 山洪暴发 由于涌发煤矿井口低于当地历年最高洪水位 使洪水倒灌井下 造成16人死亡 39 第四十三条当矿井井口附近或者塌陷区内外的地表水体可能溃入井下时 应当采取安全防范措施 严禁开采煤层露头的防隔水煤 岩 柱 在地表容易积水的地点 应当修筑沟渠 排泄积水 修筑沟渠时 应当避开露头 裂隙和导水岩层 特别低洼地点不能修筑沟渠排水的 应当填平压实 如果低洼地带范围太大无法填平时 应当采取水泵或者建排洪站专门排水 防止低洼地带积水渗入井下 40 当矿井受到河流 山洪威胁时 应当修筑堤坝和泄洪渠 防止洪水侵入 对于排到地面的矿井水 应当妥善处理 避免再渗入井下 对于漏水的沟渠 包括农田水利的灌溉沟渠 和河床 应当及时堵漏或者改道 地面裂缝和塌陷地点应当及时填塞 进行填塞工作时 应当采取相应的安全措施 防止人员陷入塌陷坑内 在有滑坡危险的地段 可能威胁煤矿安全时 应当采取防止滑坡措施 41 黑龙江鸡西鑫永丰煤矿发生水灾事故 这是矿井区周边形成的面积约50米乘60米 深十余米的塌陷 42 案例三 山东华源矿业公司 8 17 溃水事故 这次洪水是发生在黄河的支流 大汶河的支流 叫做柴汶河 上游的降雨量超过了200毫米 柴汶河的流量达到了1800多个流量 相当于70年左右一遇的洪水标准 这条河是没有设防的河流 煤矿利用矿渣堆积了一个简易的堤坝 由于超标准洪水 使河岸发生了漫溃 洪水进入矿井 43 2007年8月17日 山东省华源矿业有限公司发生洪水淹井事矿 死亡172人 与其相邻的名公煤矿也被洪水淹没 致使9名矿工遇难 由于连续两天的强降雨导至山洪暴发 流经华源矿区的柴汶河水位暴涨漫过河岸 漫溢的洪水冲蚀河岸 掏空基础 最终冲开约65米的决口 冲入落差约5米的岸外低洼处 在洪水强烈冲刷作用下 形成三个集中溃水点溃入井下 溃入井下的水量约1260万立方米 砂石和粉煤灰约30万立方米 导致淹井 由于溃水流量大 速度快 水流湍急 增加了华源矿业有限公司井下撤人难度 当班井下作业人员756人 有584人安全升井 172人被困井下遇难 44 45 46 47 48 49 50 废弃的井筒未填实封死 成为洪水溃入井下的主要通通 案例四 2007年7月22日 山西省吕梁市兴县魏家滩镇马圐圙 kulve 煤矿 因山洪暴发 造成河床下采空区发生塌陷 沉陷面积约800m2 洪水经采空区溃入矿井 导致11人死亡 51 2007年7月22日山西吕梁兴县马圐圙煤矿洪水事矿 52 第四十四条严禁将矸石 炉灰 垃圾等杂物堆放在山洪 河流可能冲刷到的地段 以免冲到工业场地和建筑物附近或者淤塞河道 沟渠 53 案例五 2003年4月17日 山西省临汾市古县古阳镇江水坪煤矿发生1起洪水淹井事故 造成14人死亡 事故直接原因 突降大雨 形成洪峰 加之经江水坪煤矿井口的矸石堆 由于洪水受阻 行洪不畅 抬高了洪峰水头 洪峰夹以矸石 泥沙 树枝顺河而下堵塞了煤矿的排水涵洞 洪水倒灌主斜井 54 防隔水煤柱留设 第五十一条相邻矿井的分界处 应当留防隔水煤 岩 柱 矿井以断层分界的 应当在断层两侧留有防隔水煤 岩 柱 55 案例六 2005年4月24日 吉林省吉林市蛟河市吉安煤矿 178m一层煤掘进工作面发生透水 水流经吉安煤矿与腾达煤矿连通的溜煤眼泄入腾达煤矿 造成腾达煤矿30名矿工死亡 事故直接原因 吉安煤矿在掘进 178m一层煤巷道过程中 违法越界开采防隔水煤 岩 柱 放炮导通原蛟河煤矿五井二号采空区积水 水流泄入腾达煤矿 导致事故发生 注 相邻矿井的分界处煤柱留设不小于40米 56 第五十二条受水害威胁的矿井 有下列情况之一的 应当留设防隔水煤 岩 柱 一 煤层露头风化带 二 在地表水体 含水冲积层下和水淹区邻近地带 三 与富水性强的含水层间存在水力联系的断层 裂隙带或者强导水断层接触的煤层 四 有大量积水的老窑和采空区 五 导水 充水的陷落柱 岩溶洞穴或地下暗河 六 分区隔离开采边界 七 受保护的观测孔 注浆孔和电缆孔等 57 第七十条井下需要构筑水闸墙的 应当由具有相应资质的单位进行设计 按照设计进行施工 并按照规定进行竣工验收 否则 不得投入使用 井下构筑的水闸墙 要承受一定的水头压力 技术要求较高 要由具有资质的单位进行设计 矿井不得自行设计构筑水闸墙 58 案例七 2005年7月7日 江西省萍乡市上栗县赤山镇永胜煤矿 自行在井下构筑防水密闭墙 未按有关规范进行设计和施工 在雨季大量充水后发生垮塌 使大量老空积水溃入矿井 导致15人死亡 59 第七十一条报废巷道封闭时 在报废的暗井和倾斜巷道下口的密闭水闸墙应当留泄水孔 每月定期进行观测 雨季加密观测 案例八 2007年8月7日 贵州省黔西县羊场乡垅华煤矿发生一起重大水害事矿 溃水量7000立方米 造成12人死亡 2人受伤 矿井正在进行改扩建 由6万吨 年变为30万吨 年 垅华煤矿地质及开采资料不全 也未配备水文地质专业技术人员 设置的密闭水闸墙没有留泄水孔 由于矿区连续降大到暴雨 大量雨水不断通过地表裂隙渗透 充满矿井边界西侧的老窑采空区 致使行人斜井210米处西帮老窑密闭墙内的老窑积水溃决 冲毁井壁灌入井下 导致正在修水泵 检查瓦斯的14名人员被困 包括矿长和副矿长 60 第九十二条采掘工作面遇有下列情况之一的 应当进行探放水 一 接近水淹或者可能积水的井巷 老空或者相邻煤矿 二 接近含水层 导水断层 暗河 溶洞和导水陷落柱 三 打开防隔水煤 岩 柱进行放水前 四 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 五 接近有出水可能的钻孔 六 接近水文地质条件复杂的区域 七 采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造 煤层与含水层间的防隔水煤 岩 柱厚度不清楚可能发生突水 八 接近有积水的灌浆区 九 接近其他可能突水的地区 探水前 应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上 61 第九十三条采掘工作面探水前 应当编制探放水设计 确定探水警戒线 并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施 探放水钻孔的布置和超前距离 应当根据水头高低 煤 岩 层厚度和硬度等确定 探放水设计由地测机构提出 经矿井总工程师组织审定同意 按设计进行探放水 62 第九十四条布置探放水钻孔应当遵循下列规定 一 探放老空水 陷落柱水和钻孔水时 探水钻孔成组布设 并在巷道前方的水平面和竖直面内呈扇形 钻孔终孔位置以满足平距3m为准 厚煤层内各孔终孔的垂距不得超过1 5m 二 探放断裂构造水和岩溶水等时 探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置 底板方向的钻孔不