煤矿矿井水灾防治PPT课件.pptx

煤矿矿井水灾防治 单位 XXXX 01 02 矿井水灾 目录 CONTENTS 矿井水灾的防治 01 矿井水灾 矿山突然涌水所造成的灾害称为矿井水灾 也称矿井水害 矿井水灾的水源有大气降水 地表水 含水层水 断层水以及旧巷或老空区积水等 大气降水即雨雪水 有的地标洼地通过裂隙 溶洞等与井巷连通 每当大雨或化雪时就会灌入井下 大量事实证明 不认真贯彻安全生产方针 思想麻痹 对水文及老窑 旧巷积水情况缺乏调查研究 不认真正确地制订和执行探放水制度以及防治水计划是造成水灾的主观原因 矿井水灾 一 概述 矿床充水的基本条件可分为自然条件和人条件两大类 一 矿床充水的自然条件1 自然充水水源 1 大气降水 大气降水是地下水的主要补给水源 所有矿床充水都直接或间接地与大气降水有关 是矿床直接充水的唯一水源 2 地表水水源 地表水不仅可能造成矿井突然涌水 严重情况下会导致水砂同时溃入矿井 3 围岩地下水水源 围岩地下水充水类型划分 根据充水岩层性质不同可分为砂砾石孔隙充水矿床 坚硬岩层裂隙充水矿床 间接充水矿床 根据矿层与充水岩层与充水岩层接触关系不同可分为直接充水矿床 间接充水矿床 根据矿层与充水岩层相对位置不同可分为顶板水充水矿床 底板水充水矿床 周边水充水矿床 二 矿井水来源及充水条件 矿井水灾 2 充水天然通道矿床充水天然通道主要包括点状岩溶陷落柱 线状断裂 裂隙 带 窄条状隐伏露头 面状裂隙网络 局部面状隔水层变薄或尖灭 和地震裂隙等 1 点状岩溶陷落柱通道 井下岩溶陷落柱的导水形式多样 有的岩溶陷落柱柱体本身导水 有的柱体是阻水的 还有的岩溶陷落柱柱体内部分导水 部分阻水 2 断裂 裂隙 带通道 断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿床开采时人为采矿活动方式与强度 断层水文地质有隔水断层和导水断层两种 3 窄条状隐伏露头通道 影响隐伏露头部位多层充水含水层组地下水垂向间水力主要因素 1 隐伏露头部位基岩风化带的渗透能力大小 2 上覆第四系底卵孔隙含水层组底部是否存在较厚的黏性土隔水层 4 面状裂隙网络 局部面状隔水层变薄区 通道 面状展布的裂隙网络随着上 下充水含水层组地下水水头差增大 以面伏越流形式的垂向水交换量也将增加 5 地震通道 地震前区域含水层受张力影响时 区域地下水水位下降 矿坑涌水量明显减少 地震发生时 区域含水层压缩 区域水位瞬时上升数米 矿坑涌水量瞬时增加数倍 强烈地震过后 区域含水层逐渐恢复正常状态 区域地下水逐渐下降 矿井涌水量逐渐减少矿井涌水量变化幅度与地震强度成正比 与震源距离成反比 矿井水灾 二 矿床充水的人为条件1 人为充水水源由于矿井的开采 降落漏斗不断扩展 强烈改造了矿区天然地下水流场 人工地下水流场获得新的补给水源有下列几种情况 1 位于矿床地下水排泄的泉水 2 位于矿床地下水排泄区地表水 海 湖 河 体 3 位于矿床地下水径流带内的排泄区一侧相邻水文地质单元地下水 2 充水人为通道矿井充水人为通道包括顶板冒落带和导水裂隙带是矿坑充水的人为通道 其特点如下 1 地面岩溶疏干塌陷带 地表水和大气降水通过塌陷坑充入矿井 随着塌陷面积的增大 大量砂砾石和泥砂与水一起溃入矿坑 2 封孔质量不佳钻孔 当掘进巷道或采区工作面经过没有封好的钻孔时 顶 底板含水层地下水将沿着钻孔补给矿层 造成涌 突 水事故 矿井水灾 三 矿床充水强度分析矿床开采后矿井充水强度除取决于充水含水层的富水性 导水性 厚度和分布面积外 还取决于3个防线 1 第一防线是充水含水层出露和接受补给源的条件 2 第二防线是充水含水层侧向边界的导水与隔水条件 3 第三防线是矿层顶 底隔水岩层的隔水条件 矿井水灾 三 造成井下水灾的原因 1 对水灾的严重危害认识不足 煤矿水文基础资料不清在井下水灾灾害中 多数矿井煤矿水文地质报告基础资料不全面 准确性不高 指导性不强 防治水工作缺乏统一的规划部署 国有煤矿的不少矿井缺乏必要的水文数据 对存在水灾隐患认识不清 发展水灾后又应对无措 2 防治措施不力 技术管理弱化国有重点煤矿中一些单位安全生产主体责任不落实 探 防 堵 截 排 等综合治理措施执行不严格 没有建立水害治理专业机构队伍 缺乏必要的探放水设备 在水文调查 预测预报 基础研究 制定技术规范措施等方面 均存在薄弱环节 矿井水灾 3 非法开采 违章作业现象严重采空区 老塘透水 是当前煤矿水灾事故的主要类型 造成这类事故的主要原因有三种情况 一是明知有水害威胁而不规范 不该掘的掘漏了 二是已出现透水征兆 但没有引起重视 继续违章作业导致事故发生 三是违章开采隔离煤柱 酿成事故 4 监督管理不到位一些地方煤炭行业管理弱化 原有防治水机构撤并划转或者已经取消 执法不严 工作不实 问题仍然相当严重 有的地方疏于监督 还有的存在着失职渎职现象 我国煤矿水文地质情况复杂 水灾危害的严峻性主要体现在 一是受地表水和地下水的双重威胁 二是随着煤矿开发时间的延长 矿井开采深度的延伸 水害越来越严重 三是自然环境的恶化 增添了煤矿防治水工作的变数 一些干旱地区煤矿发生水灾事故 就是因为平时干旱少雨 缺乏防范水灾的意识和必要的措施 结果酿成灾害 四是煤矿防治水人才奇缺 矿业高等教育萎缩 水文地质专业人才培养数量本来就很少 毕业后不愿意到煤矿 总之 目前煤矿水灾形式严峻 防治水工作面临众多困难 对此一定要高度重视 监督管理到位 矿井水灾 采掘工作面透水前一般都有预兆 井下工作人员熟悉这样预兆 对于及时采取对策 保证人员安全撤离有着重要作用 透水预兆主要有以下几种 1 巷道壁或煤壁 挂汗 这是由于压力水渗过微细裂隙后 凝聚于岩石和煤层表面造成的 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 或底板鼓起并有渗水 4 出现压力水流 或称水线 这表明离水源已较近 应密切注视水流情况 如果出售混浊 说明水源很近 如果出水清净则较远 5 煤层有水挤出 并产生 嘶嘶 声 有时尚能听到空洞泄水声 这是透水危险的征兆 6 工作面有害气体增加 为积水区常散发出甲烷 二氧化碳和硫化氢等气体 7 煤壁或巷道 挂红 酸度大 水味发涩和有臭鸡蛋味 这是老空水的特点 8 煤发潮发暗 干燥 光亮的煤由于水的渗入 就变得潮湿 暗淡 如果挖去表层 里面还是这样 说明附近有积水 四 透水预兆 矿井水灾 矿井水源类型不同 出现的预兆也不同 1 老空水 这一般是死水 年代久远含铁锈等杂质多 所以 挂红 酸度大 水味发涩 2 断层水 断层附件岩层较破碎 故一般工作面出现来压 淋水增大等 3 溶洞水 大多在石灰岩中遇到 有时出现来压 柱窝和裂缝渗水 浸水等现象 4 冲积层水 冲积层水的特点是 初时往往水较小 水色发黄 夹有砂子 以后水量变大 由于各种因素错综复杂 有时会遇到特殊情况 如过断层有时未发现其他预兆 只是压力增大 以后支柱压断 水突然下来 又如巷道上部有一盲巷通老空 并有较厚的淤泥隔水 预兆不明显 但在巷道送过去后引起岩石松动 突然透水 在发现涌水预兆或大量涌水时 就停止作业 迅速报告调度室 采取相应的防水措施 并通知有关地段撤退人员 02 矿井水灾的防治 1 矿井水灾名词术语 1 矿井水 凡是在矿井开拓 采掘过程中 渗入 滴入 淋入 流入 涌入和溃入井巷或工作面的任何水源水统称为矿井水 2 矿井突水 简称突水 凡因井巷 工作面与含水层 被淹巷道 地表水体或含水的裂隙带 溶洞 洞穴 陷落柱 顶板冒落带 构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故 称为矿井突水 3 矿井水灾 凡影响生产 威胁采掘工作面或矿井安全的 增加吨煤成本和使矿进局部或全部被淹没的矿井 都称为矿井水灾 一 矿井水灾名词术语与水灾类型 矿井水灾的防治 2 矿井水灾类型造成矿井水害的水源有大气降水 地表水 地下水和老窖水 其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水 裂隙水和岩溶水等 现根据水源分类 把我国矿井水害分成若干类型 作为防治矿井水害时的参考 在工作过程中 还应该考虑以下三个方面 1 多数矿井水害往往是由2 3种水源造成的 单一水源的矿井水害很少 2 顶板水或底板水 只反映含水层水与开采煤层所处的相对位置 与水源丰富与否 水害大小无关 同一含水层水 即可以是上覆煤层的底板水 又同时是下覆煤层的顶板水 3 断层 旧钻孔 陷落柱等都可能成为地表水或地下水进入矿井的通道 水路 它们可以含水或导水 由它们导水造成的矿井水灾有大有小 其危害或威胁程度 决定于通过它们的水的来源丰富与否 矿井水灾的防治 矿井水灾的防治 矿井水灾的防治 我国在矿井水灾防治方面 已经有了比较成熟的技术和措施 如疏干降压 注浆堵水 突水预测和探放水等 二 煤矿防治水灾的方法 矿井水灾的防治 矿井水灾的防治 地表水是指在地面修筑防排水工程或采取其他措施 以限制大气降水和地表水补给含水层或直接渗入井下 从而减少矿井涌水量 地面防水工程是保证矿井安全生产的第一道防线 特别是对于以大气降水和地表水作为矿井主要充水来源的矿井尤为重要 地表防排水工作进行与否以及工程质量好坏 直接关系到煤矿的安全生产 这样影响在雨季尤为显著 1 挖沟排 截 洪位于山麓和山前平原区的矿井 雨季常有大量山洪流入矿区 淹没进口或工业广场 或沿煤层 含水层露头带以及裂隙进入井下 使矿井涌水量增大 这种情况下 一般应在矿区上方垂直来水方向修筑排水沟 拦截山洪或浅部地下水 排洪沟大致沿地形等高线布置 并保持适当坡度 将水排至影响范围之外 三 地表水的防治 矿井水灾的防治 2 堵塞通道对矿区地面由于采矿引起的塌陷 裂缝 洞穴等可能成为矿井充水的通道 用黏土 水泥或混凝土将其填堵 对于较大的塌陷坑和裂缝 通常下部充以碎石 上部覆盖黏土夯实并高出地表 以防水流渗入 3 河流改道当矿区内有河流通过 并严重威胁矿井生产时 应采取河流改道措施 即在河流进入矿区的上游地段修筑拦河坝 将河流截断 用新修的人工河道将水引出矿区 也可采取去弯取直的方法 在山区开挖河道比较困难时 也可开挖平峒将水引走 4 铺镇河底 防止渗漏当流经矿区的河流不能改道时 可在河床漏水地段利用黏土 片石 水泥等材料铺砌不透水的人工河床 以制止或减少河水渗漏 从而减少矿井涌水量 地面防水措施要根据矿区的地形 地质 气候 水文地质及开采条件 因地制宜加以选择与布置 综合配套收效更好 矿井水灾的防治 矿井水灾的防治 一 做好水文观测工作与矿井地质工作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 流水量 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 通过探放水钻孔和水文观测孔 观测各种水源的水压 水位和水量变化规律 分析水质等 查明矿井水的来源 以及矿井水和地下水 地表水和补给关系 3 观测矿井涌水量及其季节性变化规律等 2 做好矿井地质工作未来查明水源和可能涌水的通道 在矿井建设和生产过程中 应不断积累和掌握以下情况 1 冲积层的厚度和组成 各分层的透水 含水性 四 矿井水水害的防治 矿井水灾的防治 2 断层和裂隙的位置 错动距离 延伸长度 破碎带范围和含水 导水性能 3 含水层与隔水层的数量 位置 厚度 各含水层的涌水量 渗透性及其到开采矿层的距离 4 调查老窑和现采小窑的开采范围 开采经过 开采煤层及深度 积水区域及分布状况 勘探钻孔的填实状况及其透水性能 5 开采过程中围岩破坏范围及地表塌陷情况 观测塌陷带 裂隙带 沉降带的高度 以及采动涌水量的影响 判断是否透水等情况 二 井下探水矿井建设和生产都必须坚持有疑必探 先探后掘的原则 1 接近水淹或可能积水的井巷 老空或相邻煤矿时 2 接近水文地质复杂的区域 并有出水征兆时 3 接近含水层 导水断层 溶洞和导水陷落柱时接近可能与河流 湖泊 水库 蓄水池 水井等相通的断层破碎带时 矿井水灾的防治 2 断层和裂隙的位置 错动距离 延伸长度 破碎带范围和含水 导水性能 3 含水层与隔水层的数量 位置 厚度 各含水层的涌水量 渗透性及其到开采矿层的距离 4 调查老窑和现采小窑的开采范围 开采经过 开采煤层及深度 积水区域及分布状况 勘探钻孔的填实状况及其透水性能 5 开采过程中围岩破坏范围及地表塌陷情况 观测塌陷带 裂隙带 沉降带的高度 以及采动涌水量的影响 判断是否透水等情况 二 井下探水矿井建设和生产都必须坚持有疑必探 先探后掘的原则 1 接近水淹或可能积水的井巷 老空或相邻煤矿时 2 接近水文地质复杂的区域 并有出水征兆时 3 接近含水层 导水断层 溶洞和导水陷落柱时接近可能与河流 湖泊 水库 蓄水池 水井等相通的断层破碎带时 矿井水灾的防治 4 接近有水的灌浆区 可能出水的钻孔或其他可能出水的地区时 5 打开隔离煤柱放水时 探放水设计应根据水文资料的掌握程度 积水区水头压力 水量 煤层和岩层厚度及强度等情况进行设计 1 探水起点与可疑水源间必须留出安全距离 应在离可疑水源75 150m 有时甚至在200m以外开始打探水钻眼 2 为使钻孔保持超前采掘工作面不小于20m 薄煤层内不得小于5m 岩层中不得小于5 10m 钻孔深一般在40m左右 这样每打一次钻 可连续采掘20 30m 3 为使积水能顺利排出 防止冲垮煤壁 孔径以不大于75mm为宜 4 根据地质条件 煤层走向和倾角变化 安全 经济而有一定的施工速度为原则 来确定钻孔布置及孔数 矿井水灾的防治 4 探放水的安全措施 探水前应加固探水工作面支架 背好帮顶 以免压力水冲垮煤壁和支架 清理好巷道 保证安全撤退路线畅通无阻 20 以上的倾斜巷道要设梯子和扶手 保证排水沟畅通 并有适当的坡度和断面 探水地点要安设电话 一旦发现透水而无法控制时 可立即通知有关的险区人员撤离 撤退路线应事先拟定好 打钻过程中 如发现煤 岩变松或沿钻杆向外流水超过正常打钻水量时 必须立即停钻 派人监视水情 并报告调度室 情况危急时 必须立即通知所有可能受威胁的地点撤人 并采取必要措施 钻孔接近老空区 可能涌出瓦斯或其他有害气体时 必须有检测员或救护队现场值班 检查客气成分 发现有害气体超过规定时 立即停钻 停电 撤人 并报告调度室处理 预计水压较大时 孔口要用套管加固 使钻杆通过套管打钻 套管上要装有水压表与门阀 探到水源后 应利用套管放水 工作人员要熟悉透水预兆 发现透水预兆或大量涌水 应立即报告调度室 采取措施 矿井水灾的防治 三 放水 疏干 有计划地将水源的水全部或部分地疏放掉 是消除水患的有效措施之一 1 疏放老空水 1 直接放水 当水量不大 不致超过矿井排水能力时 可利用探水钻直接放水 2 先堵后放 当动水储量很大 不堵住水源 一时排不完或不可能排完水时 应先堵住出水点 然后排放积水 3 先放后堵 当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时 应先选择时机先行排水 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 会腐蚀排水设备 应先进行隔离 做好排水准备工作后再排放 如果放水会引起塌陷 影响上部的重要建筑物或设施时 应留防水煤柱永久隔离 2 疏放含水层水 1 地面疏放水 通过地面打钻 利用潜水泵或深水泵抽排 降低地下水位 矿井水灾的防治 2 用井下巷道疏水 需要先行探水 摸清水情 预算水情 预算出涌水量 准备好疏放水泵及防水闸门后 掘进疏水巷道 使其顶板含水层的水通过空隙或裂隙疏放出来 3 用井下钻孔疏水 可在计划疏放降压的不突水部位先掘巷道 然后在巷道中每隔适当距离向水层打钻 主要有丛状 放射状 布置 排状或不规则布置方式 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 放水钻孔直径一般为50 75mm 孔深不大于70mm 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 有无害气体涌出 有无特殊声响等 发现异状及时采取措施并报告调度室 4 事先定出人员撤退路线 沿途要有良好照明 保证路线畅通 5 为防止高压水喝碎石喷射或将钻具压出伤人 在水压过大时 钻进时应采用反压和防喷装置 并用拦板背紧工作面以防止套管和煤 岩 壁突然鼓出 矿井水灾的防治 四 截水截水是使局部地点涌水不致危及其他地区的重要措施 1 隔离煤柱 防水煤柱 一般在下列情况下需留防水煤柱隔离煤 岩 柱 1 煤层直接位于地表水体或含水层之下 而上述水源又无法疏干时 2 地表水体或强含水层等通过断层 裂隙同煤 岩 层有水力联系时 必须找出断裂线在煤 岩 层内的位置 并在其两侧留出防水煤 岩 柱 3 在被淹没井巷的积水面以下进行采掘 在有水或稀泥的灌浆区 有淤泥的旧巷或洞穴附件采掘 而上述积水或淤泥又难以排出时 2 水闸墙 防水墙 水闸墙是用不透水材料构筑的永久性构筑物 用于隔绝透水危险的区域 水闸墙应符合下列要求 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 再筑墙 矿井水灾的防治 2 要有足够的强度 能承受涌水压力 3 不透水 不变形 不位移 墙基与围岩要紧密结合 3 防水闸门防水闸门设置在发生涌水时需要堵截而平时仍需运输 行人的巷道内 防水闸必须符合下列要求 1 闸门关闭严密 不漏水 闸门前后必须浇筑混凝土 然后填实注浆 2 通过闸门的铁轨 电机车架空线等必须灵活易拆 在关闭闸门时能迅速离开 3 在来水侧离闸门25m处 应设一道挡物的一道门 来水时先关闭此门 后关闸门 4 闸门处必须附设观测水压装置和带高压阀门的放水管路 闸门的结构有多种方式 如平板矩形 单向拱形 矩形 球面拱形等 矿井水灾的防治 五 堵水 注浆堵水 注浆堵水是将专门制备的浆液通过管道压人地层裂隙或孔洞 经凝结 固化后达到堵隔水源的目的 1 注浆设备与机具注浆设备及机具 主要包括钻机 钻具 注浆泵 搅拌机 注浆管线 止浆塞和混合器等 其中钻机与钻具是成孔设备 而注浆泵 搅拌机等其他设备则是制备 输送浆液并将浆液注入地层空隙或软土地层中的机具 2 注浆材料凡是一种液体 在一定条件下可以变成固体的物质 一般来讲都可以当作注浆材料 最早用于注浆的材料是石灰和黏土 由于水玻璃材料来源丰富 价格便宜 并且大量用于注浆技术中 因而水玻璃化学注浆法得到了不断的改进与完善 直到现在还广泛地用于矿井 隧道 大坝 桥墩等的注浆工程之中 在所有化学注浆材料中 水玻璃浆液用量是最大的 1 注浆材料及其特点 矿井水灾的防治 1 注浆材料 注浆材料是注浆技术中的重要组成部分 注浆材料的配制和作用一般包括原材料 浆液和结石体3个阶段 原材料包括一种或几种主剂和助剂 在原材料中加入水或其他溶剂就可以配制浆液 浆液经过一定的化学反应或物理反应之后形成结石体 结石体充填 堵塞地层中的裂隙或孔隙 起到堵水和加固作用 2 注浆材料的一般要求 浆液粘度低 流动性好 可注性好 能够进入细小缝隙和粉细砂层 浆液凝固时间可以在需要时间内任意调节 并能人为地加以准确控制 浆液的稳定性好 常温 常压下存放一定时间不改变其基本性质 不发生强烈的化学反应 浆液无毒 无嗅 不污染环境 对人体无害 属非易燃 易爆物品 浆液对注浆设备 管路 混凝土建筑物及橡胶制品无腐蚀性 并且容易清洗 浆液固化时 无收缩现象 固化后有一定的黏结性 浆液结石率高 结石体有一定的抗压强度和抗拉强度 不龟裂 抗渗性好 结石体应具有良好的耐老化特性和耐久性 2 注浆材料的分类根据注浆目的 注浆对象 注浆材料的种类和发生反应的类别分类 按注浆材料柱剂性质分为无机系列和有机系列两大类 矿井水灾的防治 矿井水灾事故具有以下特点 1 矿井透水事故会给安全生产造成严重威胁 甚至还会使矿毁人亡 造成极其惨痛的后果 2 矿井水灾事故 除了造成设备毁损 巷道冲刷浸泡垮塌 人员伤亡外 还可以诱发其他事故 3 由于涌出的水流能通过裂隙通道 所以一处或一个矿发生透水事故 也会波及到其他巷道或矿井 五 矿井水灾事故的特点 矿井水灾的防治 处理矿井水灾事故时 一般应遵循下列原则 1 矿井发生水灾事故后 首先必须了解透的地点 性质 估计透出水量 静止水位 补给水源以及对透水点有联系的地面水体 2 掌握灾区范围 事故前井下人员分布情况 事故后人员可能躲避的地点 躲避地点条件以及可能进入躲避地点的通道 3 组织灾区和受威胁区域的人员撤退 并在 水灾预防处理计划 中规定人员的撤退路线 4 按 水灾预防处理计划 的规定 确定关闭水闸门的顺序 并指派负责人 5 按估计的透水量和现有排水设备的能力 实行强制排水 如排水设备能力不足时 积极增设水泵和管路 与此同时 应组织力量堵塞地面可向井下补给水源的裂隙 排除有影响的地面水体和积水 必要时可打钻眼灌注浆液堵水 6 如果下水平的人员确已撤出 透水平的车场水泵硐室有被淹的危险时 可将水导入下水平的巷道内 如果有危险但下水平的人员仍未完全撤出时 应采用关闭闸门或在适当点堆积沙袋组成临时水闸墙 保证水泵正常工作 然后再砌筑永久水闸墙 六 处理矿井水灾事故的基本原则 矿井水灾的防治 7 在排除涌水或抢救人员时 应加强通风 指派专人检查瓦斯 如果积水面下降到接近硐室或车场水平时 要防止瓦斯和其他有毒害气体 CO SO H S等 突然涌出 8 当遇险人员被泥 水 砂堵截在难以接近的地点时 应采取掘小巷或打钻孔