煤矿防治水规定全面解释)PPT课件.ppt

煤矿防治水规定 武强 国际水文地质学家协会 IAH 中国国家委员会副主席国家安全生产专家组成员国家煤监局 水害防治 专家组组长中国地质学会理事010 623146811 主要目录一 第一章总则二 第四章第五节疏干开采和带压开采三 第五章井下探放水四 第七章露天煤矿防治水五 第八章水害应急救援 2 第一章总则本次 规定 的总则 重点强调了颁布的 规定 目的和依据 在矿井防治水领域的权威性 防治水工作应遵循的基本原则 防治水工作的责任人 防治水工作的机构设置和人员配备及专用装备 矿井防治水应开展的工作等 第1条 为加强煤矿的防治水工作 防止和减少水害事故 保障煤矿职工生命安全 根据 安全生产法 矿山安全法 国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定 等法律 行政法规 制定本规定 第2条 本规定适用于中华人民共和国境内开办的各类煤矿 煤炭行业现行的各项规程 规范 标准在防治水方面与本规定不一致的 按本规定执行 3 第3条煤矿防治水工作应坚持 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 的原则 落实 防 堵 疏 排 截 综合治理措施 第4条煤矿法定代表人或煤矿主要负责人 含实际控制人 下同 是防治水工作的第一责任人 总工程师 技术负责人 负责煤矿防治水技术管理工作 第5条煤矿必须配备专门负责防治水工作的专业技术人员 配齐专用探放水设备 建立专业探放水队伍 水文地质条件复杂 极复杂的煤矿要设立专门防治水机构 第6条煤矿企业 矿井应当建立健全水害防治岗位责任制 水害防治技术管理制度 水害预测预报制度和水害隐患排查治理制度 水文地质条件复杂或极复杂的矿井还要建立探放水制度 重大水患停产撤人制度等 制定的各项制度都要组织宣传学习 并悬挂在醒目位置 做到人人皆知 第7条煤矿要编制 5 10年 的中长期防治水规划和年度防治水计划 年初 并组织实施 4 第8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 5 第9条煤矿要加强对职工防治水知识的培训和教育 提高安全生产技能和综合素质 第10条煤矿要加强防治水科技攻关和新技术推广工作 提高防治水工作的科技水平 6 第二章矿井水文地质类型划分及基础资料第一节矿井水文地质类型划分第11条根据矿井受采掘破坏或者影响的含水层及水体 矿井及周边老空水分布状况 矿井涌水量或者突水量分布规律 矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度 矿井水文地质类型划分为简单 中等 复杂 极复杂等4种 见表2 1 7 表2 1矿井水文地质类型 注 1 单位涌水量以井田主要充水含水层中有代表性的为准 2 在单位涌水量q 矿井涌水量Q1 Q2和矿井突水量Q3中 以最大值作为分类依据 3 同一井田煤层较多 且水文地质条件变化较大时 应当分煤层进行矿井水文地质类型划分 4 按分类依据就高不就低的原则 确定矿井水文地质类型 8 第12条矿井应当对本单位的水文地质情况进行研究 编制矿井水文地质类型划分报告 并确定本单位的矿井水文地质类型 矿井水文地质类型划分报告 由煤矿企业总工程师负责组织审定 10 9前完成 矿井水文地质类型划分报告 应当包括下列主要内容 一 矿井所在位置 范围及四邻关系 自然地理等情况 二 以往地质和水文地质工作评述 三 井田水文地质条件及含水层和隔水层分布规律和特征 四 矿井充水因素分析 井田及周边老空区分布状况 五 矿井涌水量的构成分析 主要突水点位置 突水量及处理情况 六 对矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价 七 矿井水文地质类型划分及防治水工作建议 9 第13条矿井水文地质类型应当每3年进行重新确定 当发生重大突水事故后 矿井应当在1年内重新确定本单位的水文地质类型 重大突水事故 是指突水量首次达到300m3 h以上或者造成死亡3人以上的突水事故 10 第二节矿井防治水基础资料第14条矿井应当编制井田地质报告 建井设计和建井地质报告 井田地质报告 建井设计和建井地质报告应当有相应的防治水内容 井田地质报告一般可分为普查 详查和勘探地质报告 第15条矿井应当按照规定编制下列防治水图件 一 矿井充水性图 二 矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图 三 矿井综合水文地质图 四 矿井综合水文地质柱状图 五 矿井水文地质剖面图 其他有关防治水图件由矿井根据实际需要编制 矿井应当建立数字化图件 内容真实可靠 并每半年对图纸内容进行修改完善 矿井水文地质主要图件内容及要求见附录一 11 第十六条矿井应当建立下列防治水基础台账 一 矿井涌水量观测成果台账 二 气象资料台账 三 地表水文观测成果台账 四 钻孔水位 井泉动态观测成果及河流渗漏台账 五 抽 放 水试验成果台账 六 矿井突水点台账 七 井田地质钻孔综合成果台账 八 井下水文地质钻孔成果台账 九 水质分析成果台账 十 水源水质受污染观测资料台账 十一 水源井 孔 资料台账 十二 封孔不良钻孔资料台账 十三 矿井和周边煤矿采空区相关资料台账 十四 水闸门 墙 观测资料台账 十五 其他专门项目的资料台账 矿井防治水基础台账 应当认真收集 整理 实行计算机数据库管理 长期保存 并每半年修改1次 12 第17条新建矿井应当按照矿井建井的有关规定 在建井期间收集 整理 分析有关矿井水文地质资料 并在建井完成后将资料全部移交给生产单位 新建矿井应当编制下列主要图件 一 水文地质观测台账和成果 二 突水点台账 记录和有关防治水的技术总结 以及注浆堵水记录和有关资料 三 井筒及主要巷道水文地质实测剖面 四 建井水文地质补充勘探成果 五 建井水文地质报告 可与建井地质报告合在一起 13 第18条矿井在废弃关闭之前 应当编写闭坑报告 闭坑报告应当包括下列主要内容 一 闭坑前的矿井采掘空间分布情况 对可能存在的充水水源 通道 积水量和水位等情况的分析评价 二 闭坑对邻近生产矿井安全的影响和采取的防治水措施 闭坑报告 包括图纸资料 应当报所在地煤炭行业主管部门备案 第19条矿井应当建立水文地质信息管理系统 实现矿井水文地质文字资料收集 数据采集 图件绘制 计算评价和矿井防治水预测预报一体化 14 第五节疏干开采和带压开采 第七十二条 煤层 组 顶板导水裂缝带范围内分布有富水性强的含水层 应当进行疏干开采 垮落带与导水裂缝带最大高度可根据 建筑物 水体 铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程 中的有关公式计算和现场实测等方法综合确定 15 释义 本条是关于煤层顶板被疏干范围确定方法的有关规定 煤层采动后 其顶板覆岩按照破坏形式 可划分为垮落带 导水裂缝带和弯曲带三个不同的开采影响带 垮落带是指由采煤引起的上覆岩层破裂并向采空区垮落的岩层范围 具有以下特性 无序性 垮落岩块大小不一 无规则地堆积在采空区内 碎胀性 它是使垮落能自行停止的根本原因 可压缩性 垮落岩块间的空隙随着时间的延长和采动程度的加大 在一定程度上可得到压实 垮落带的高度主要取决于采出煤层厚度和上覆岩石的碎胀系数 通常为采出煤层厚度的3 5倍 16 导水裂缝带是指开采煤层上方一定范围内的岩层发生垮落和断裂 产生裂缝 且具有导水性的岩层范围 这一层具有成层性 连通性和导水性的特点 弯曲带位于裂缝带之上直至地表 其特点是具有隔水性 岩层的移动过程是连续且有规律 其发育高度主要受开采深度的影响控制 疏干开采要预先设置排水系统 防止导水裂缝带范围内的水突然涌出 造成灾害 为了确定疏干范围 必须预测导水裂缝带发育高度 该高度主要与煤层开采厚度和开采面积 覆岩岩性和组合方式 煤层倾角和埋深 煤层开采方法和顶板管理方法等因素有关 17 确定煤层覆岩垮落带和导水裂缝带最大高度的方法有经验公式法 现场实测法和数值模拟法等 有条件的矿井 要采用多种方法综合确定 1 经验公式法 表4 1厚煤层 0 54 分层开采的垮落带高度计算公式 注 M 累计采厚 公式应用范围 单层采厚1 3m 累计采厚不超过15m 计算公式中 号项为中误差 附表4 2 4 3同 18 表4 2厚煤层 0 54 分层开采的导水裂缝带高度计算公式 表4 3急倾斜 55 90 煤层垮落带 导水裂缝带高度计算公式 注 M 累计采厚 h 采煤工作面小阶段垂高 m 19 2 现场实测法主要在煤矿采空区上方施工钻孔 通过观测钻孔中冲洗液漏失量和钻孔中水位变化来确定垮落带和导水裂缝带高度 具体测定方法可参阅有关标准 此外 在现场运用地球物理勘探方法 测定垮落带和导水裂缝带发育高度 并最后用钻探实测结果校正 也是常常采用的一种实测方法 表4 1 4 2和4 3中经验公式适用于分层开采的情形 但近年来 由于综放开采具有高产高效的优点 因此在我国得到迅速普及 在目前尚未总结出适合综放开采的计算两带高度的经验公式条件下 采用现场实测法是较好的选择 20 3 数值模拟法 用有限单元法或有限差分法等模拟确定导水裂缝带的高度 已有现成程序 如Flac 2D Flac 3D和Ansys 2D等 经验公式法 现场实测法和数值模拟法这三种方法各有优缺点 有条件的矿井可采用多种方法综合确定 21 第七十三条 被松散富水性强的含水层覆盖且浅埋的缓倾斜煤层 需要疏干开采时 应当进行专门水文地质勘探或者补充勘探 以查明水文地质条件 并根据勘探评价成果确定疏干地段 制定疏干方案 经煤矿企业总工程师审批同意后执行 22 释义 本条是关于矿井被松散富水性强的含水层覆盖且浅埋的缓倾斜煤层疏干开采的规定 1 进行专门水文地质补充勘探 疏干勘探是以疏干为目的的补充水文地质勘探 采用物探 化探和钻探等手段 查明疏干含水层的厚度 富水性 渗透性 水文地质边界条件和地下水的补给条件与运动规律 渗流场分布 矿井涌水量以及疏干工程的出水能力 疏干水量 残余水头 疏干时间等 其目的是进一步查明矿区疏干所需要的水文地质资料 确定疏干的可能性 最后提出专门水文地质补充勘探报告 23 2 编制疏干方案 根据专门水文地质补充勘探报告 确定疏干地段 疏干工程布置 规模 种类 质量 施工设备 施工工艺及完工时间等 编制疏干方案 疏干方案编制一般应遵循下列原则 应与煤矿山建井 开采阶段相适应 疏干能力要超过充水含水层的天然补给量 疏干工程应靠近防护地段 并尽可能从充水含水层底板地形低洼处开始 疏干钻孔数应采用多种方案进行试算 孔间干扰要求达到最大值 水平充水含水层应采用环状疏干系统 倾斜充水含水层采用线状疏干系统 疏干方案的编制是在水文地质勘探基础上进行的 在试验性疏干结束后 应根据实际情况对疏干方案作进一步修订 24 3 疏干方案经审批执行 疏干开采技术难度大 还要考虑经济成本 水资源和生态环境保护等 因此 需经煤矿企业总工程师审批执行 在实施疏干开采过程中 要加强现场管理 加强地面和井下水文地质情况的监测 25 第七十四条 疏干开采半固结或者较松散的古近系 新近系含水层覆盖的煤层时 开采前应当遵守下列规定 一 查明流砂层的埋藏分布条件 研究其相变及成因类型 二 查明流砂层的富水性 水理性 预计涌水量和预测可疏干性 建立动态观测网 观测疏干速度和疏干半径 三 在疏干开采试验中 应当观测研究导水裂缝带发育高度 水砂分离方法 跑砂休止角 巷道开口时溃水溃砂的最小垂直距离 钻孔超前探放水安全距离等 四 研究对溃水溃砂引起地面塌陷的预测及处理方法 26 释义 本条是关于在易形成流砂的半固结或较松散含水层下开采的有关规定 在流砂层下采煤极易造成涌水溃砂灾害 涌水溃砂产生的条件是 1 上覆含水层中存在厚度大于0 25m的粉细砂层 砂土的含水率大于3 或孔隙率大于43 土的组成中粉砂含量大于75 27 3 采矿破坏形成的垮落带和导水裂缝带贯通含水层 4 采空区和巷道有足够大空间容纳溃入的水砂 防止煤矿涌水溃砂的主要方法是疏水降压 减小动水压力 为此 必须查明含水层和粉细砂层的埋藏分布规律和成因类型 含水层的颗粒级配 富水性 水理性质 渗透系数 贮 释 水系数 给水度 地下水水位和水质动态变化等 编绘地下水水位和基岩顶面等值线图 计算垮落带和导水裂缝带发育高度 确定疏干地段和疏干方案 并预测涌水溃砂可能引起的地面塌陷及其预防处理方法 28 案例 2004年3月7日 新疆哈密煤业集团井采公司二井W4105工作面上顺槽发生涌水溃砂事故 导致9人死亡和矿井停产 造成这次事故的主要原因是采矿活动形成的垮落带沟通了上覆新近系含水砂层 29 第七十五条 如果煤层顶板受开采破坏后 其导水裂缝带波及范围内存在富水性强的含水层 体 在掘进 回采前 应当对含水层采取超前疏干措施 要进行专门水文地质勘探和试验 并编制疏干方案 选定疏干方式和方法 综合评价疏干开采条件和技术经济合理性 疏干方案由煤矿企业总工程师审定 30 释义 本条是关于矿井疏干开采方案编制和审批的规定 煤层开采过程中或顶板破坏后 其导水裂缝带波及范围内存在富水性强的含水层 体 在具备疏干的条件下 在采掘前要进行专门水文地质疏干勘探和试验 编制疏干方案 选定疏干方式与方法 对含水层 体 采取超前疏干措施 对导水裂缝带可能波及到的诸如老空水等强富水体 必须预先彻底疏干或疏放 方可开采 31 第七十六条 在矿井疏干开采过程中 应当进行定性 定量分析 可以应用 三图 双预测法 进行顶板水害分区评价和预测 有条件的矿井可以应用数值模拟技术 进行导水裂缝带发育高度 疏干水量和地下水流场变化的模拟和预测 32 释义 本条是关于矿井疏干开采过程中应当采用新方法和新技术预测预报的规定 为了使矿井疏干方案更具合理性 应采用新方法和新技术进行导水裂缝带发育高度 充水含水层富水性 顶板水害分区评价和疏干水量预测等研究 三图 双预测法 是一种解决煤层顶板充水水源 通道和强度三大关键技术问题的顶板水害预测评价方法 三图 是指煤层顶板充水含水层富水性分区图 顶板冒裂安全性分区图和顶板涌 突 水条件综合分区图 双预测 是指在天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测 33 充水含水层富水性分区图 可通过影响控制含水层富水程度的厚度和岩性 地质构造 渗透特性 单位涌水量 钻孔岩芯描述和采取率 冲洗液消耗量 抽 放 水试验和井下涌 突 水形成的地下水渗流场分析 地下水水化学场和地球物理勘探场分析等资料 根据多源信息复合原理 应用GIS的叠加功能编制形成 34 顶板冒裂安全性分区图 是指煤层回采过程中诱发的顶板导水裂缝带加保护层总高度与煤层至含水层之间覆岩厚度之差图 它是煤层回采过程中顶板突水灾害发生的前提 顶板导水裂缝带发育总高度受控因素多 具有非常复杂的非线性特征 除了受控于煤层覆岩岩性组合 塑与脆性岩沉积厚度比值和其沉积位置 倾角和构造条件以及原岩地应力分布等自然影响因素外 开采工艺 采高和工作面斜长以及具体的顶板管理方式等人为影响因素也同等重要地控制其发育总高度 导水裂缝带发育总高度一般可采用经验统计公式或数值模拟计算评价 也可采用井下现场实测确定 35 顶板涌 突 水条件综合分区图 是应用GIS的多源信息复合叠加功能 将前述的煤层顶板充水含水层富水性分区图与顶板冒裂安全性分区图复合叠加处理后编制而成 36 天然和人为改造状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量预测 是根据研究矿井具体的充水水文地质物理概念模型 建立地下水流系统的三维数值模拟模型 在反演识别基础上 根据回采工作面周期来压步骤 分别预测在天然和人为改造两种不同状态下的回采工作面分段和整体工程涌水量 37 第七十七条 当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值大于实际水头值时 开采后 隔水层不容易被破坏 煤层底板水突然涌出可能性小 可以进行带压开采 但应当制定安全措施 由煤矿企业总工程师审批 安全隔水层厚度和突水系数计算公式见附录四 38 释义 本条是关于矿井带压开采的规定 1 带压开采评价 测定底板隔水层平均重度 平均抗拉强度和底板隔水层承受的水头压力 根据附录四安全隔水层厚度和突水系数计算公式 评价是否可以带压开采 2 制定带压开采方案 在带压开采过程中 要加强动态监测 制定现场应急预案 防止误揭断层或破碎带等导水地质构造 带压开采方案需经煤矿企业总工程师组织审批 39 第七十八条 当承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值小于实际水头值时 开采前应当遵守下列规定 一 采取疏水降压的方法 把承压含水层的水头值降到隔水层能允许的安全水头值以下 并制定安全措施 由煤矿企业总工程师批准 总结适合本矿区 井 的安全水头值 指导安全生产 矿井排水考虑与矿区供水 生态环境保护相结合 推广应用矿井排水 供水 生态环保三位一体优化结合的管理模式和方法 二 承压含水层的集中补给边界已经基本查清情况下 可以预先进行帷幕注浆 截断水源 然后疏水降压开采 三 当承压含水层的补给水源充沛 不具备疏水降压和帷幕注浆的条件时 可以酌情采用局部注浆加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法 但应当编制专门的设计 在有充分防范措施的条件下进行试采 并制定专门的防止淹井措施 由煤矿企业总工程师批准 安全水头压力值计算公式见附录五 40 释义 本条是关于矿井疏水降压开采的规定 1 疏水降压开采 根据附录五安全水头压力值计算 如果承压含水层与开采煤层之间的隔水层能够承受的水头值小于实际水头值时 就要进行疏水降压开采 防止突水淹井 2 切实保护地下水资源和生态环境 在疏水降压开采过程中 应积极推广应用矿井排水 供水 生态环保三位一体优化结合的管理模式和方法 有效解决由于煤矿大流量 大降深疏排地下水而导致的矿区所在城市与周围地区的供水困难和生态环境恶化的难题 41 根据矿井所在区域的具体水文地质条件和经济社会发展对水资源的需求 在取水建筑物选型中 要多方面考虑 不仅选择在井下打专门疏 放 水孔 也可选择在矿井地面打抽水孔 或在承压含水层的浅部隐伏露头补给区处打地面浅排孔 排 供 生态环保三位一体优化结合管理模型是在矿区地下水流数值模拟基础上 应用运筹学的数学规划理论和方法 在保证矿井安全生产和生态环境质量等约束前提下 寻求满足供给矿区和周围地区一定数量水资源或产生一定经济效益目标的水资源供给和分配方案 42 这样一方面提高了三位一体结合系统整体运行的安全可靠性 另一方面 使矿井疏排水预测和供水资源管理以及生态环境质量评价工作同步进行 不仅在经济上可避免三个部门大量重复的地质勘探和专门评价管理工作 为国家节约大量资金 而且在技术上由于利用一个模型同时全面系统地考虑了各工程设施所形成的地下水渗流场之间的相互干扰和影响 从而确保了预测 管理和评价工作的精度 43 3 降低疏水降压开采成本 为了减少疏水降压排水费用 当承压含水层的集中补给边界基本查清时 可预先对其进行帷幕注浆 截断补给水源 然后再进行疏水降压开采 4 注浆加固底板隔水层 当承压含水层的补给水源充沛 不具备疏水降压和建立帷幕注浆条件时 可以采用局部注浆加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法 预防突水事故发生 此项工作应当预先编制专门注浆设计 由煤矿企业总工程师批准 44 第七十九条 有条件的矿井 可以采用脆弱性指数法或者五图双系数法等方法对底板突水危险性进行综合分区评价 可以采用比拟法 解析法和数值模拟法等方法预计最大涌水量 45 释义 本条是关于矿井采用新方法和新技术对底板突水危险性进行评价和预计最大涌水量的规定 脆弱性指数法是指将可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合方法与具有强大空间信息分析处理功能的GIS耦合于一体的煤层底板突水预测评价方法 根据信息融合的不同数学方法 脆弱性指数法可划分为非线性和线性两大类 非线性脆弱性指数法包括 基于GIS的ANN型脆弱性指数法 基于GIS的证据权重法型脆弱性指数法 基于GIS的Logistic回归型脆弱性指数法 基于GIS的贝叶斯法型脆弱性指数法等 线性脆弱性指数法包括基于GIS的AHP型脆弱性指数法等 46 脆弱性指数法评价的具体步骤 1 根据对矿井充水水文地质条件分析 建立煤层底板突水的水文地质物理概念模型 2 确定煤层底板突水主控因素 47 3 采集收集各突水主控因素基础数据 并进行归一化无量纲分析和处理 4 应用地理信息系统 建立各主控因素的子专题层图 5 应用信息融合理论 采用非线性数学方法 如ANN 证据权重法 Logistic回归法或其它方法 或线性数学方法 如AHP等其它方法 通过模型的反演识别或训练学习 确定出煤层底板突水的各主控因素的 权重 系数 建立煤层底板突水脆弱性的预测预报评价模型 48 6 根据研究区各单元计算的突水脆弱性指数 采用频率直方图的统计分析方法 合理确定突水脆弱性分区阀值 7 提出煤层底板突水脆弱性分区方案 8 进行底板突水各主控因素的灵敏度分析 9 研发煤层底板突水脆弱性预测预报的信息系统10 根据突水脆弱性预测预报结果 制定底板水害防治的对策措施与建议 49 五图双系数法是一种带压开采工作面评价方法 该方法用于采煤工作面评价时涉及许多细致的工作内容 其中最重要的是围绕 五图 双系数 和 三级判别 来进行 详见图5 1 50 图5 1 五图双系数法 流程图 51 1 五图 的概念和意义 1 工作面回采过程中 由于矿压等因素综合作用结果 在煤层底板产生一定深度的破坏 这种破坏后的岩层具有导水能力 故称之为 导水破坏深度 通过试验和计算可以获得该值的分布状况 以此绘制 底板保护层破坏深度等值线图 第一图 2 煤层底面至含水层顶面之间的这段岩层叫 底板保护层 是阻止承压水涌入采掘空间的屏障 需查明其厚度及其变化规律 绘制成 底板保护层厚度等值线图 第二图 3 煤层底板以下含水层的承压水头将分别作用在不同标高的底板上 根据计算可以绘制 煤层底板上的水头等值线图 第三图 52 4 把导水破坏深度从底板保护层厚度中减去 所剩厚度即为 有效保护层 是真正具有阻抗水压能力且起安全保护作用的部分 将其绘制成图即为 有效保护层厚度等值线图 第四图 5 最后根据有效保护层的存在与否和厚度大小 依照 双系数 和 三级判别 综合分析 即可得到带压开采技术的最重要图件 带水压开采评价图 第五图 2 双系数 的概念和意义1 在研究保护层时要同时进行保护层的阻抗水压能力的测试 根据所获参数计算保护层的总体 带压系数 它是表示每米岩层可以阻抗多大水压的指标 是双系数之一 53 2 另一系数是 突水系数 是 有效保护层厚度 与作用其上的水头值之比 3 三级判别 的概念和意义它是与双系数配合用来判别突水与否 突水形式和突水量变化的三个指标 级判别是判别工作面必然发生直通式突水的指标 级判别是判别工作面发生非直通式突水可能性及其突水形式的指标 级判别是判别已被 级判别定为突水的工作面其突水量变化状况的指标 54 第五章井下探放水 第八十八条 对于采掘工作面受水害影响的矿井 应当坚持预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采的原则 进行充水条件分析 并遵守下列规定 一 每年年初 根据每年的采掘接续计划 结合矿井水文地质资料 全面分析水害隐患 提出水害分析预测表及水害预测图 二 在采掘过程中 对预测图 表逐月进行检查 不断补充和修订 发现水患险情 及时发出水害通知单 并报告矿调度室 通知可能受水害威胁地点的人员撤到安全地点 三 采掘工作面年度和月度水害预测资料及时报送矿井总工程师及生产安全部门 矿井水害的预报内容和方式见附录六 55 释义 本条是关于矿井采掘工作面水害分析和隐患排查治理的规定 1 矿井采掘工作面在掘进回采前必须进行水害分析 组织专业技术人员全面收集采掘工作面区域的水文地质资料 按照预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采的原则 认真分析采掘区域的水文地质条件 对可能发生水害进行分析 提出水害预测表 图和报告 水文地质条件不清的 要进行补充勘探 按附录六的要求对矿井水害进行预测 56 2 制定隐患排查治理方案 根据水害分析预测报告 对逐头逐面的水害制定治理措施 一般在月初由矿井总工程师召开1次水害分析会 确定水患治理重点 月底进行1次检查验收 3 落实水害隐患排查治理责任 水害预测报告及时报送矿井总工程师及生产安全部门 任何部门 任何人在井下发现水患险情后 都要及时报告矿调度室 将受水患威胁的人员撤到安全地点 57 第八十九条 水文地质条件复杂 极复杂的矿井 在地面无法查明矿井水文地质条件和充水因素时 应当坚持有掘必探的原则 加强探放水工作 58 释义 本条是关于水文地质条件不清的矿井必须坚持有掘必探的规定 我国煤矿开采历史悠久 历史上留存了大量的废弃关闭矿井 再加上近几年各地政府关闭了大量不具备安全生产条件的小煤矿 废弃关闭矿井存有大量的老空积水 使得我国煤矿安全开采条件变得十分复杂 要全面查清矿井水文地质条件 其工程量大 同时 也十分困难 为了保障矿工生命安全 坚持以人为本的原则 本条规定在水文地质条件复杂或极复杂的矿井 在地面难以查明矿井充水水文地质条件时 要执行有掘必探的原则 只要井下有采掘工程 必须先按规定进行探放水 排除隐患后 才可掘进回采 实际上 有的地方和企业早已规定实施了有掘必探的原则 59 第九十条 在矿井受水害威胁的地区 进行巷道掘进前 应当采用钻探 物探和化探等方法查清水文地质条件 地测部门应当提出水文地质情况分析报告 并提出水害防范措施 经矿井总工程师组织生产 安监和地测等有关部门审查批准后 方可进行施工 60 释义 本条是关于在矿井受水害威胁地区进行巷道掘进前必须查清水文地质条件规定 1 查清水文地质条件 在掘进前通过物探 化探和钻探等综合方法查清水文地质条件 分析矿井充水因素 2 提出水害分析报告 地测部门根据查清的水文地质条件和矿井充水因素 提出掘进工作面的主要水害类型 水害特点和预防措施 3 组织审查水害分析报告 矿井总工程师组织相关专业技术人员对水害分析报告进行认真审查 对重大水害隐患应先治理后掘进 61 4 加强日常监督 专业技术人员要经常深入井下了解实际揭露的水文地质情况 不断完善水害防范措施 发现重要异常情况 及时报告 矿井总工程师要组织专业技术人员及时研究发现新问题 有效防范水害事故 案例 2005年10月4日 四川省华蓥山龙滩煤电有限责任公司龙滩矿井 在建 发生透水事故 死亡28人 龙滩煤矿于2003年6月开工建设 采用平硐开拓 矿井建设期间全部采用局部通风机压入式通风方式 平硐自流排水 开拓巷道在长兴组灰岩中 事故直接原因 事故当班作业人员未按规定施工探水钻孔 违章掘进施工 放炮诱发岩溶突水 62 第九十一条 矿井工作面采煤前 应当采用物探 钻探 巷探和化探等方法查清工作面内断层 陷落柱和含水层 体 富水性等情况 地测部门应当提出专门水文地质情况报告 经矿井总工程师组织生产 安监和地测等有关部门审查批准后 方可采煤 发现断层 裂隙和陷落柱等构造充水的 应当采取注浆加固或者留设防隔水煤 岩 柱等安全措施 否则 不得开采 63 释义 本条是关于矿井工作面回采前必须进行水文地质工作的规定 其要求和工作程序同九十条 如果在工作面回采过程中发现断层 裂隙和陷落柱等构造突水的 要分析原因 加强监测 并及时上报有关部门 同时 要加强预警 一旦突水增大后 应立即撤人到安全地点 64 案例 2004年10月20日 河北省邯郸市武安市德盛煤矿发生1起透水事故 造成矿井被淹 29人下落不明 与其相邻的邯郸煤业集团陶一煤矿 陶二煤矿等生产矿井受到严重水害威胁 德盛煤矿主要开采下组煤 受奥灰水影响严重 矿井设计生产能力15万吨 年 采用立井单水平开拓方式 事故的直接原因是 该矿1841工作面上部遇到落差1 5m左右的张性断层 工作面底板隔水层岩石破碎 在水压和采动影响等多种因素的作用下 奥灰承压水从工作面后方采空区的断层破碎带发生滞后突水 导致矿井被淹 65 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 接近其它可能突水的地区 探水前 应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上 66 释义 本条是关于矿井实施探放水对象的规定 本条规定是在大量水害事故教训基础上总结确定的 矿井应依据本条规定的九种情况进行全面排查 并绘制在采掘工程平面图上 确定探水警戒线 如需进行探放水 应预先编制探放水设计 严格按照探放水设计进行探水 探水警戒线应根据探放水对象的位置 范围 水文地质条件和资料可靠程度等因素确定 67 案例 2005年12月2日 河南省洛阳市新安县寺沟煤矿发生透水事故 造成35人死亡 7人下落不明 寺沟煤矿为股份制企业 矿井采用双斜井单水平开拓方式 事故发生后 矿井几名主要负责人相继逃匿 抢险救援工作在没有准确图纸资料 井巷断面较小 坡度大等困难条件下进行 矿井累计排水达11万m3 寺沟煤矿水文地质资料不全 用煤电钻代替专用探水钻机探放水 没有在采掘工程平面图上设立水患警戒线 在透水征兆明显情况下 既不撤出受水患威胁区域的人员 也不采取有关处置措施 仍然冒险组织生产 事故直接原因为 寺沟煤矿08采掘煤巷非法进入矿井边界煤柱 在接近已关闭的桥北煤矿 98年关闭 老空积水区采煤 造成煤柱突然垮落 桥北煤矿老空区积水体和与其存在密切水力联系的松散孔隙地下水及青河地表水迅速溃入井下 导致了事故发生 68 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它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 探放水设计由地测部门提出 经矿井总工程师组织审定同意 按设计进行探放水 69 释义 本条是关于矿井探放水设计的规定 1 认真编制探放水设计 对水患威胁区域确定探放水措施后 要收集资料 编制设计 设计编制内容主要包括 探放水地区的水文地质条件 探放水巷道的开掘方向 施工次序 规格和支护形式 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 探放水施工与掘进工作的安全规定 受水威胁地区信号联系和避灾路线确定 70 通风措施和瓦斯检查制度 要制定防止在探水过程中瓦斯或其它有害气体涌出的防治措施 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 水情及避灾联系汇报制度和灾害处理措施 2 探放水钻孔的布置按本规定第九十四条执行 探放水钻孔的超前距离按本规定第九十八条执行 3 探放水设计要组织审查 地测部门提出探放水设计后 矿井总工程师组织审查后 方可实施 71 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 底板方向的钻孔不得少于2个 三 煤层内 原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水 含水层水及陷落柱水等 如确实需要的 可以先建筑防水闸墙 并在闸墙外向内探放水 四 上山探水时 一般进行双巷掘进 其中一条超前探水和汇水 另一条用来安全撤人 双巷间每隔30 50m掘1个联络巷 并设挡水墙 72 释义 本条是关于探放水钻孔布置的规定 一 探放水钻孔的布置方式1 探水钻孔主要参数确定探水钻孔的主要参数有超前距 允许掘进距离 帮距和密度 1 超前距探水时从探水线开始向前方打钻孔 在超前探水时 钻孔很少一次就能打到积水目标区 常是探水一掘进一再探水一再掘进 循环进行 探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离 该段距离称超前距 如图5 1所示 73 图5 1探水钻孔的主要参数示意图 2 允许掘进距离经探水证实无任何水害威胁 可安全掘进的长度称允许掘进距离 74 3 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 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称帮距 其值应与超前距相同 帮距一般取20m 有时帮距可比超前距小1 2m 4 钻孔密度 孔间距 指允许掘进距离终点横剖面上 探水钻孔之间的间距 2 探水钻孔布置方式 1 扇形布置巷道处于三面受水威胁的地段 要进行搜索性探放积水目标区 其探水钻孔多按扇形布置 如图5 2所示 75 图5 2扇形探水钻孔 2 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5 3所示 76 图5 3半扇形探水钻孔 3 探放水钻孔规定 1 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 2 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 底板方向的钻孔不得少于2个 77 3 煤层内 原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水 含水层水及陷落柱水等 如确实需要的 可以先建筑防水闸墙 并在闸墙外向内探放水 4 上山探水时 一般进行双巷掘进 其中一条超前探水和汇水 另一条用来安全撤人 双巷间每隔30 50m掘1个联络巷 并设挡水墙 4 矿井探放水与掘进之间的配合 1 双巷配合掘进交叉探放水当掘进上山时 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放水 如图5 4所示 78 图5 4上山巷道探水掘进施工方式 2 双巷掘进单巷超前探放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放水 探水钻孔呈扇形布置 79 3 平巷与上山配合探放水 如图5 5所示 图5 5平巷与上山互相配合探放水 80 4 隔离式探放水巷道掘进前方的水量大 水压高 煤层松软和裂隙发育时 在煤巷直接探放水很不安全 需要采取隔离方式进行探放水 在掘进石门时 可从石门中探放积水 如图5 6 a 所示 或在巷道掘进工作面预先砌筑隔水墙 在墙外探水 如图5 6 b 所示 图5 6利用石门探水和墙外探水a一石门探水 b一墙外探水 81 第九十五条 井下探放水应当使用专用的探放水钻机 严禁使用煤电钻探放水 82 释义 本条是关于矿井探放水钻机的规定 矿井探放水工作存在高承压水突出的危险 必须保证在一定的安全距离才能实施探放 矿井专用探放水钻机具有钻探深度大且可固定防喷性能 而煤电钻钻探距离有限 一般只能用于在煤层中探查煤的厚度等 起不到预先探放水害的作用 因此 矿井探放水必须用专用探放水钻机 严禁使用煤电钻探放水 在煤层内用煤电钻探放水 可能导致包括探放水作业人员在内的大量人员伤亡 83 案例 2008年7月21日 广西百色市右江矿务局那读煤矿发生老空透水事故 死亡36人 该矿为国有地方煤矿 2007年核定生产能力19万吨 矿井周边废弃小煤窑积水情况不清 该矿在4304工作面 靠近废弃小煤矿附近 违规开掘3个切眼 违规用煤电钻探放老空水 前两个切眼均因掘进时有透水征兆而停止施工 随后又在距第一个切眼30米处重开切眼 在发现透水征兆的情况下 仍在相对较低的4301回采工作面组织生产 事故发生前 在没有认真分析透水量变化的情况下 盲目通知已经撤到安全地点的作业人员 重新返回作业地点恢复生产 导致发生特别重大透水事故 84 事故原因 违反防治水规定用煤电钻代替专用探水钻进行探水 按照该矿探放水设计及安全技术措施的规定 每次探水钻进30m 允许巷道掘进10m 但透水发生地实际探水钻进只有约7m 致使4304工作面第三切眼的掘进头距离老空积水区边界仅为3 9m 诱发了从小股流水冲刷逐渐扩展到大面积煤柱突然垮塌 导致临近小煤矿采空区积水溃入井下 导致了事故的发生 85 第九十六条 在安装钻机进行探水前 应当符合下列规定 一 加强钻孔附近的巷道支护 并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板 二 清理巷道 挖好排水沟 探水钻孔位于巷道低洼处时 配备与探放水量相适应的排水设备 三 在打钻地点或其附近安设专用电话 四 依据设计 确定主要探水孔位置时 由测量人员进行标定 负责探放水工作的人员亲临现场 共同确定钻孔的方位 倾角 深度和钻孔数量 五 在预计水压大于0 1MPa的地点探水时 预先固结套管 套管口安装闸阀 套管深度在探放水设计中规定 预先开掘安全躲避硐 制定包括撤人的避灾路线等安全措施 并使每个作业人员了解和掌握 六 钻孔内水压大于1 5MPa时 采用反压和有防喷装置的方法钻进 并制定防止孔口管和煤 岩 壁突然鼓出的措施 86 释义 本条是关于井下探放水钻机安装和施工前的有关规定 1 探放水钻探现场探放水现场作业直接关系到探放水人员的安全 关系到探放水周围地区甚至整个矿井的安危 对钻探施工现场的安全环境和安全设施的严格要求非常重要 加强钻场附近的巷道支护 并在工作面打好坚固的立柱和拦板 可以防止冒顶 防高压水冲垮煤壁及支架事故等发生 为满足探放水钻孔出水畅通和施工人员安全撤离 必须清理巷道 挖好排水沟 在适当位置配备与探放水量相适应的完好的排水设备 87 在打钻地点或附近安设专用电话 可以在遇到紧急险情时及时与有关领导和部门取得联系 汇报情况 以便及时采取有效措施 为杜绝随意性 保证探放水钻孔准确打到靶位 确保钻孔标定准确 在确定主要探放水钻孔位置 方位 倾角 深度以及钻孔数目时 测量以及负责探放水的技术人员必须亲临现场 根据已批准的设计给予确定 未经批准 不得擅自改变设计 88 2 探放水钻孔承压套管安装和加固为确保探放水钻孔出水后能有效控制放水量 确保安全 在预计水压大于0 1MPa的地点探放水时 都应预先安装孔口承压套管 为确保承压套管的牢固可靠 开孔位置应选择在岩层比较完整 坚硬的地方 承压套管的长度按本规定第九十八条执行 目前一般采用的是双层套管 考虑钻孔出水会影响套管的下放 因此外层套管长度一般较短 尽可能下在无水段 承压套管要用高压注浆泵进行水泥固结 使套管和岩体成为一体 套管下放凝固至规定的时间后 进行扫孔 然后进行压水耐压试验 试验的压力不得小于设计水压 稳压时间必须至少保持半小时 孔口周围不漏水 孔口管牢固不活动 即为合格 否则必须重新注浆 这样才能保证孔口管在钻孔出水后不被冲出 孔口管下好后要安装好控制闸阀 这样才能在钻孔一旦出水后有效控制水量 防止因排水能力不足且放水孔又不能有效控制而影响矿井安全 89 在水文地质条件复杂和水压 水量大的情况下 按照探放水规定要求 安装孔口承压套管和控制闸阀进行钻进 3 探放高压水应采取的措施在高压水的探放过程中 当钻孔揭露含水层后 水压和水量会猛增 若不能有效控制 除直接影响钻进效率外 还特别容易出现高压水喷出或钻具被顶出等伤人事故 因此在钻孔内水压大于1 5Mpa的高压水地区施工探放水钻孔时 钻进和退钻时应采用反压和有防喷装置的方法进行钻进和控制钻杆 反压就是给一个与水压反向的作用力 防喷就是防水 防钻杆 防孔内碎岩石块喷出 在高压水地方施工钻孔时 如果不采用反压 防喷装置是非常危险的 比如某矿在井下施工探放奥灰高压水钻孔时 由于未采取这些措施 就曾发生突然出水后钻杆无法控制 顷刻之间被高压水顶出并被顶到巷道 近百米钻杆像面条一样被扭曲成麻花状 险些酿成人员伤亡事故 因此 在高压水地区施工钻孔时 防喷问题必须引起高度重视 90 第九十七条 探水钻孔除兼作堵水或者疏水用的钻孔外 终孔孔径一般不得大于75mm 91 释义 本条是关于矿井探放水钻孔终孔孔径的规定 探放水钻孔终孔孔径规定一般不得大于75mm 主要是从探放水现场的围岩稳定性方面考虑的 这样 探放水钻孔的开孔孔径也能得到控制 终孔对围岩的破坏性小 即使遇到不可预测的高压水及其他危险情况 也能够得到有效控制 井下现场空间有限 施工不便 为了提高效率和降低成本 对井下钻孔在设计时要考虑一孔多用 如探查构造 煤层或兼作堵水 疏水之用等 92 第九十八条 探水钻孔超前距离和止水套管长度应当符合下列规定 一 探放老空积水的超前钻距 根据水压 煤 岩 层厚度和强度及安全措施等情况确定 但最小水平钻距不得小于30m 止水套管长度不得小于10m 二 沿岩层探放含水层 断层和陷落柱等含水体时 按表5 1确定探水钻孔超前距离和止水套管长度 表5 1岩层中探水钻孔超前钻距和止水套管长度 93 释义 本条是关于探放水钻孔超前距离和止水套管长度的规定 1 探放老空水的超前水平距最少不得小于30m 止水套管长度不得小于10m 2 在岩层中探放水 在水压小于1 0Mpa时 超前水平距不小于10m 止水套管不小于5m 随着水压的增大 超前水平距和止水套管都要相应增加 在水压大于3 0Mpa时 超前水平距要大于25m 止水套管要大于20m 94 第九十九条 在探放水钻进时 发现煤岩松软 片帮 来压或者钻眼中水压 水量突然增大和顶钻等透水征兆时 应当立即停止钻进 但不得拔出钻杆 应当立即向矿井调度室汇报 派人监测水情 发现情况危急 应当立即撤出所有受水威胁地区的人员到安全地点 然后采取安全措施 进行处理 95 释义 本条是关于在探放水过程中出现透水征兆应采取措施的相关规定 人们在与矿井水长期斗争中积累了宝贵的经验 总结出了在钻进时接近或揭露强含水体的一般征兆 在钻进时 当煤岩出现松软 片帮 来压或钻孔中的水压 水量突然增大以及顶钻等异状时 说明前方已经接近或揭露了强含水体 当遇到这种异常情况时 如果继续钻进 或将钻杆拔出 极有可能造成难以控制的更大出水以及钻杆在拔出的过程中被高压水顶出伤人事故 后果不堪设想 因此 必须及时停止钻进 将钻杆固定 严禁移动和起拔 钻机后面严禁站人 以免钻杆伤人 96 在钻孔出现涌水异常情况时 应及时将现场情况向矿调度室汇报 调度室接到上报的情况后 应立即派人监测水情 如果发现现场情况危急时 必须立即撤出所有受水害威胁地区的人员到安全地点 然后采取措施进行处理 97 第一百条 探放老空水前 应当首先分析查明老空水体的空间位置 积水量和水压 探放水孔应当钻入老空水体 并监视放水全过程 核对放水量 直到老空水放完为止 当钻孔接近老空时 预计可能发生瓦斯或者其它有害气体涌出的 应当设有瓦斯检查员或者矿山救护队员在现场值班 随时检查空气成分 如果瓦斯或者其它有害气体浓度超过有关规定 应当立即停止钻进 切断电源 撤出人员 并报告矿井调度室 及时处理 98 释义 本条是关于矿井探放老空水过程中的有关规定 1 查明老空区积水情况 收集资料 走访调查 分析查明老空水体的空间位置 积水量和水压 做到心中有数 2 探放老空积水 探放水钻孔要打中老空水体 至少有一个孔要打中老空水体底板 才有可能放完老空水 排除隐患 如井下老空区水与地表水存在密切水力联系 在雨季可接受大量雨水或地表水补给 且老空区的积水量较大 水质不好 如酸性水 为避免矿井承受长期排水的经济负担 矿井可首先对这种老空积水区实行注浆封堵 切断或减少地表水等对其的补给 然后再实施探放水 99 如果切断或减少老空区的补给水源有困难而无法进行有效的探放水 生产矿井必须对老空积水区留设足够尺寸的防隔水煤 岩 柱 使其与生产区隔开 待矿井生产后期条件成熟再进行水体下采煤 如老空区积水量大且水压高