煤矿老空水防治1PPT课件.pptx

煤矿老空水防治 阳城县安全技术培训中心 2020 3 27 1 目录 一 我国煤矿老空水水害形势二 老空水及水害的基本特征三 老空水防治的技术途径与方法四 黄陵矿业老空水防治案例 2 2020 3 27 一 我国煤矿老空水水害形势 3 2020 3 27 事故特点 1 较大以上事故比例较大 危害大 影响大 2 老空水为主要水害水源 比例达占70 80 对老空水探查 治理技术手段不能满足安全生产要求 4 2020 3 27 3 乡镇煤矿水害事故所占的比例较大 反映了煤矿安全管理水平和水害事故之间的关系 5 2020 3 27 4 掘进工作面为主要的透水地点 反映超前探技术和隐伏构造探查技术落后 越层越界开采严重 6 2020 3 27 针对目前煤矿水害的特点 根据我国煤层赋存和开采的实际情况 在一段时间里 老空水仍是威胁煤矿安全生产的主要水害类型 其防治任重而道远 7 2020 3 27 二 老空水及水害的基本特征 老空水 也称老空区积水 一般指由于采矿活动形成的地下空间长期没有排水或排水不足造成的积水 8 2020 3 27 由于煤层开采的时间 方法不同 形成的老空区形状 范围 积水量也不同 一般而言 从古至今 采空区规模越来越大 老空积水包括历史上开采或其它矿井开采形成的采空区 其范围 位置 水压 水质不清 积水区域不明确 积水量难以预测 也包括本矿自己采矿形成的采空区 其范围 位置 水压 水质等基本清楚 积水区域相对明确 积水量可确定 9 2020 3 27 10 特点1 老空区积水来源复杂 老窑区充水水源有以下几种形式 2020 3 27 特点2 地表地形条件复杂 11 2020 3 27 特点3 探查干扰因素多 12 2020 3 27 老空水的特征 以水体形式存在 其赋存空间为人为因素造成 水源来自于与受采矿活动扰动的围岩含水层或含水体 径流不畅 水交替活动弱 水质受煤层化学成分影响较大 多为酸性水 有较强的腐蚀性 含有大量硫化氢气体 由于开采历史久远 无序开采 滥采滥掘 资料不清 探查技术手段相对落后 目前对采空积水区的范围 积水量等还难以查明 13 2020 3 27 煤矿老空水害特点 水量以静储量为主 持续时间短 来势凶猛 瞬时破坏力强 常伴有硫化氢等有害气体涌出 14 2020 3 27 危害性大 隐蔽性强 成因 特点 灾害事故 严重性多害性 煤矿开采遗留的采空区 煤炭资源整合及煤矿兼并重组遗留的采空区 诱发透水 有害气体中毒 火灾 瓦斯爆炸及诱发其它工程地质灾害 老窑采空区 15 2020 3 27 中国煤矿突水伤亡统计 16 2020 3 27 2005年8月7日震惊中外的广东梅州大兴煤矿发生特大水害事故 该矿开采急倾斜煤层造成顶板抽冒 上部采空区积水涌入矿井 121人死亡 2010年3月28日 山西华晋焦煤王家岭矿20101工作面发生特大老空突水事故 152名矿工被困 38名工人遇难 17 2020 3 27 采空区数量多 范围大据2013 国家煤矿安监局科技装备司 普查报告 仅2005年以来 累计取缔非法生产煤矿 非法采煤窝点5 4万处次 关闭各类小煤矿1 6万余处 随着兼并重组力度的加大 遗留了大量未有效处置的采空区 18 2020 3 27 三 老空水防治的技术途径与方法 煤矿安全规程 从制度 人员 装备以及防治水规划 矿井水文地质类型划分 水文地质条件勘探等方面做了具体的规定 明确提出了探放老空水的技术要求和技术方法 煤矿防治水细则 则在如何执行规程要求方面提出了详细的规定 对防治水要求进一步细化 19 2020 3 27 对老空水而言 防与治的原则依然是 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 防治老空水的途径 探查 治理 监测 20 2020 3 27 老空水的探查 1 地质调查2 物探 地面 井下 3 钻探 强调上述探查方法的综合性 老空水的监测 多指对本矿或已知采空区积水水位 水量 水质以及径流的监测 21 2020 3 27 探测积水老空区的物探方法 22 2020 3 27 老空水的治理 1 疏放 定向钻 疏干孔 2 留设安全煤岩柱3 防水设施 防水闸墙 排水系统等 23 2020 3 27 小煤窑或矿井采掘的废巷老窑积水 一旦采掘工作面接近或揭露它们时 常常造成人身伤亡事故 必须在采掘前预先探放 一般探放水工程设计内容包括 1 查明老窑积水范围 积水量 确切的水头高度 水压 老窑与上 下采空区 相邻积水区 地表河建筑物及断层构造的关系 以及积水区与其他充水含水层的水力联系程度等 2 探放水巷道的开拓方向 施工次序 规格和支护形式 3 探放水钻孔组数 个数 方向 角度 深度和施工技术要求及采用的超前距与帮距 24 2020 3 27 探放老空水的技术途径与原则 1 查明老空区积水情况 2 探放老空积水 3 探放水施工与掘进工作的安全措施制定4 防排水设施 如水闸门 水闸墙等的设计以及水仓 水泵 管路和水沟等排水系统及能力的具体安排等 5 制定应急预案 6 探放标注在采掘工程平面图上 25 2020 3 27 探放老窑水的原则 1 积极探放 2 先隔离后探放 3 先降压后探放 4 先堵后探放 26 2020 3 27 积水区 探水线 积水线 30m 50m 警戒线 煤矿防治水手册 27 2020 3 27 四 老空水防治案例 28 2020 3 27 举例1 黄陵一号矿老窑透水事故 1999年3月24日 仓村小煤矿老空区透水 29 2020 3 27 1999年3月24日 黄陵一号煤矿老窑透水 速度很快 来不及防范 数小时后淹没三条大巷平硐 井下突水情况 30 2020 3 27 出水点平面图 31 2020 3 27 出水点平面图 32 2020 3 27 突水位置 于1999年3月24日 在一号煤矿三个主平硐西侧入口附近发生老窑透水事故 峰值水量约800m3 h 危害 直接造成一号煤矿三个出入口主平硐淹没 被迫全矿停产 威胁着整个一号矿井的安全 33 2020 3 27 出水点附近的地表情况 34 2020 3 27 探查难点 1 没有周边小煤窑采空区的地质资料 2 一号矿口位于沮水河北岸 其主巷道位于2号煤层顶板附近 该沮水河两岸小煤窑遍布无数 且相互连通 半年前其上游小煤窑连续被河水淹没 小煤窑采空区中肯定大量积水 但水量未知 3 出水点附近地形属于半原始森林 树木丛生 黄土沟壑高差约百米 勘探非常困难 4 194勘探队曾经做过初步勘探 但拿不出物探结果 35 2020 3 27 采用综合物探方案 先探后堵 中煤科工集团西安研究院在没有已知地质资料的情况下 根据现有条件 研究采用以高分辨电测深法为主 自动地电阻率法 瑞利波法 浅层地震法 明渠流量仪等为辅的综合物探手段 对黄陵一号井突水点附近100m宽的保安煤柱内进行综合物探 36 2020 3 27 瑞利波 电法剖面物探成果图 37 2020 3 27 井下直流电法探测断面图 西大巷侧帮透水点附近 地面高分辨直流电法解释断面图 第2测线 38 2020 3 27 主要透水通道 物探结果与钻探验证对比 为成功堵水提供了可靠的依据 39 2020 3 27 40 2020 3 27 举例2 治理老空水害的成功案例 2012年 一号矿四号风井老窑积水治理 41 2020 3 27 四号风井老窑积水治理2012年 在四号风井建设过程中 在四号风井排矸进场公路西侧发现一个已关闭多年的老窑 可能存有大量积水和伴生有毒有害气体 一旦非预期揭露 就可能造成人员伤亡或淹井事故 必须采取有效手段对其进行探查和防治 42 2020 3 27 难点 1 是重大矿井隐蔽致灾因素 老窑采空区位于一号煤矿北一大巷开拓前方及四号风井底附近 严重影响四号风井建设 2 老窑采掘资料未知 年久积水 老窑采空区积水范围未知 防治难度大 所以需要考虑多种勘察手段的综合勘探方式 43 2020 3 27 老窑与矿井对应位置示意图 小煤窑初步调查结果 44 2020 3 27 综合水害探测技术路线的确定由于各种探查手段均存在局限性和优缺点 采用单一技术手段难以探查清楚老窑采空区范围 决定采用综合探测技术 以达到成功避开老窑采空区 顺利防治老窑积水的目的 一是按照 煤矿防治水规定 要求 实施地面启封老窑井筒探查 二是采用地面高密度三维地震勘探技术对老窑采空区积水范围进行探查 三是井下采用超前直流电法物探手段对其进行进一步精确探查 四是按照 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 的防治水方针 在井下实施定向钻探进行钻探验证 45 2020 3 27 老窑井筒启封探查 查明积水水位在制定了严密的安保措施后 由矿区救护队对老窑井筒进行启封探查 发现老窑外侧1 井筒 靠近沟口 井口标高稍低 积水水面距井口斜长46米 推算水面标高1110 5米 平均积水标高1109 4米 该区煤层底板标高890米 推断积水水头高度219 4米 水压大于2Mp 46 2020 3 27 高密度三维地震勘探该老窑采空区埋深为250m左右 因此 选择地面高密度三维地震勘探技术对其采空区范围进行勘探 三维高密度地震勘探区位于一号煤矿的中东部 勘探区由四个拐点组成 面积约为2 1km2 采用5 5CDP网格观测网 测点布置10m 80m间距 观测采用0 5毫秒 次 通过提高时间 空间的采集密度 提高探查精度 确保结果精确 可靠 三维区地形鸟瞰图 探测断面图 47 2020 3 27 地面瞬变电磁法探测结果 48 2020 3 27 勘探结果圈定了一个采空区域 面积约为0 15平方公里 确定了沿北一大巷东侧的小煤窑采空区西侧边界 老窑采空区及异常区位置示意图 小煤窑采空区综合物探成果平面图 49 2020 3 27 水质分析对四号风井附近的沟流水 井水 老窑涌水和一号煤矿北一大巷渗水分别进行了水质化验 通过化验结果对比分析 基本确定老窑井筒积水水源主要为第四纪黄土层河谷砂砾含水层 其次为直罗组砂岩含水层 50 2020 3 27 井下物探及钻探验证采用井下超前直流电法物探及钻探验证来进一步探查验证老窑采空区范围 按照 先探后掘 的原则 保障掘进安全 首先 为了降低水头高度 消除水压威胁 实施老窑井筒抽排水工程 由于老窑上部处于低山林区 地面打钻排水条件不具备 采用井筒铺管排水的方式进行接力排水 设置局部通风机 确保通风 监测监控到位 水压降低至非承压位置后 恢复北一大巷掘进 在此过程中 制定了专项超前探查措施 明确探查超前距 侧帮距和允许掘进距离 先后进行了20多次超前及侧帮直流电法物探探查 并全部进行了钻探验证 51 2020 3 27 钻探验证工程 52 2020 3 27 改进的止水套管 53 2020 3 27 井下定向探放水在北一大巷安全掘进并与四号风井顺利贯通后 为了彻底消除水害隐患 决定在北一15横川向四号风井老窑采空区施工探放水钻孔 共计施工4个钻孔 打钻结束后 老窑积水由这3个放水孔引出后 进入矿井排水系统 水情监测在老窑封闭之前 对老窑井筒建立2套水情在线预警监测系统 一高一低 实时动态监测老窑积水水位 封闭老窑井筒为了防止地表水通过老窑井筒灌入一号煤矿井下 同时也防止老窑引起其它灾害 2015年初对老窑井筒按照 煤矿安全规程 要求对老窑实施了永久性封闭