煤矿井下探放水基础知识讲座 PPT课件

煤矿井下探放水基础知识两渡煤业通风区燕峰 1 探放水目的意义随着社会对能量需求的不断扩大 煤炭市场的行情越来越看好 煤炭开采的规模和范围不断扩展 加之煤田开采历史的久长以及乡镇甚至个体小煤矿的滥开乱采 形成了诸多的采空区 这些采空区有的与地面河流相连通 有的本身由于开采时生产用水的积存 另外还有地质含水层积水等等 都对新的煤矿安全生产造成威胁 2 所以 在新的矿井 采区和工作面开采之前 必须进行详细的地质勘探工作 并对可能威胁到工作面的老空 含水层等 进行探放水工作 以便消除隐患 保证安全 根据探放水工作的生产性质 可分为开拓 掘进 工作面探放水和回采工作面探放水 根据探放水的标高层位不同 可分为邻 上或下 层探放水和本层探放水 根据探放水存在的地点不同 可分为老空探放水和含水层探放水等等 3 目录 第一节 水害的相关概念及定义第二节 矿井水害事故的防治原则和措施第三节 采掘工作面探放水条件第四节 探放水起点及参数的确定第五节 矿井探放水基本工作流程图第六节 矿井水害事故的防治方法第七节 矿井透水征兆及相关知识 4 第一节 水害的相关概念及定义探水 指采矿过程中用超前勘探方法 查明采掘工作面顶底板 侧帮和前方等水体的具体空间位置和状况等 其目的是为有效地防治矿井水做好必要的准备 防水 指为了预防水害事故 在探明情况后采取钻孔等安全方法将水体放出 凡是在煤矿开拓采掘过程中 渗入 淋入 流入 灌入和溃入井筒或工作面的任何水源水 统称为煤矿水 凡因井巷 工作面与含水层 老窑采区 古井 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 构造破碎带等接通或沟通而产生的出水事故 称为煤矿突水 5 凡影响生产 威胁采掘工作面或煤矿安全的 增加吨煤成本和使煤矿局部或全部被淹没的煤矿水 称为煤矿水害 由于突水 停电设备故障 山洪泄入 揭露富水层而导致煤矿被淹没 巷道塌方 矿工被困 淹 井下 称为煤矿水灾害 常见的矿井水害有那些 地表水 冲积层水 老空水 断层水 煤层顶板水 煤层底板水 钻孔水水害煤矿水害产生的三大因素 水源 水量 导水通道 6 第二节 矿井水害事故的防治原则和措施 煤矿安全规程 规定 煤矿防治水规定 第一章第三条 防治水工作应当坚持 预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采 的原则 现在规定 有掘必探 先探后掘 预测预报 先探后采 更全面 即各采掘头面都必须探放水 7 1 十六字 原则科学地概括了水害治理的基本程序 2 十六字 原则是煤矿企业防治水实践经验的总结 3 十六字 原则体现了预防为主 关卡前移的要求 8 矿井防治水的五项措施防 主要指合理留设各类防水煤柱 堵 主要指注浆封堵具有突水威胁的含水层 疏 主要指探访老空水和对承压含水层进行疏水降压 排 主要指完善矿井排水系统 截 主要指加强地表水的截流治理 9 第三节 采掘工作面探放水条件 在什么情况下探放水 煤矿安全规程 第二百八十六条 煤矿防治水规定 第九十二条 采掘工作面遇到下列情况之一的 必须确定探水线进行探放水 一 接近水淹或可能积水的井巷 老空或相邻煤矿时 二 接近含水层 导水断层 暗河 溶洞和导水陷落柱时 三 打开防隔水煤 岩 柱井下放水时 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时 五 接近有出水可能的钻孔或封闭不良的钻孔时 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 煤层与含水层的防隔水煤 岩 柱厚度不清楚可能发生突水时 八 接近有积水的灌浆区时 九 接近其他可能突 出 水的地区 10 第四节 探放起点及参数的确定 根据矿区的开采和探放水经验 结合开采调查和勘探 包括物探 获得的老窑 采空区及老空区分布资料 经过分析后 分别按照积水线 探水线和警戒线三条线来确定探放水起点 11 1 积水线 是指经过调查核实后的积水边界线 实际上就是小煤窑采空区的边界范围 其深部界线应根据小煤窑的最深下山划定 是经过分析原小煤窑开采图纸 走访有关小煤窑开采的当事人或知情人 经过物探和钻探核定后划定的积水区范围 12 2 探水线 沿积水线外推60m 150m的距离划一条线即为探水线 下山掘进时则为顺层的斜距 此数值大小视积水边界的可靠程度 水压大小 煤的坚硬程度 顶底板岩性及地质构造等因素来确定 当掘进巷道自此线时开始探水 13 3 警戒线由探水线再外推50m 150m的距离划一条线即为警戒线 在上山巷道掘进时指倾斜距离 当巷道进入此线后 就应警惕积水威胁 严格执行公司超前探测规定探放老空积水的超前距 要根据水压 煤岩层厚度和强度及安全措施等情况来确定 但最小水平钻距不得小于30米 止水套管长度不得小于10米 并注意掘进工作面的变化 14 探水线 警戒线的确定可参考下表的经验值并结合本矿实际采掘资料确定 15 一 探放水钻孔参数确定 一 超前距离 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 如下图所示 16 二 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 三 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为帮距 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 四 钻孔密度 孔间距 钻孔密度是指允许掘进距离终点横剖面上探水钻孔之间的间距 17 探放水钻孔布置方式 一 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 如下图所示 18 二 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 如下图所示 19 第五节 矿井探放水基本工作流程图 2 防治水及超前探测隐患排查 工作面地质预报工作面水情水害预测月度评价表 3 探放水设计 4 探放水观测表 原始记录 5 探放水观测台帐 6 探放水实钻图表 7 探放水效果评价 8 探放水工作总结 1 9 允许掘进通知书 20 防治水三项制度 允许 停掘 通知单制度 探放水作业现场图牌板制度 安全员水情水害监测汇报制度 探放水 三方 验收 探放水人员 跟班安全员 地测科人员探放水三专 专职的队伍 专业的探放水技术人员 专用的探放水钻机水文三单 水害通知单 停止掘进通知单 允许掘进通知单地质三书 采区地质说明书 回采工作面说明书 掘进工作面说明书 21 1 工作面地质预报 22 1 工作面水情水害预测月度评价表 23 2 防治水及超前探测隐患排查 24 3 探放水设计 25 4 探放水观测表发 原始记录 26 5 探放水观测台帐 27 6 探放水实钻图表 28 7 探放水效果评价 29 8 探放水工作总结 30 9 允许掘进通知书 31 第六节矿井水害事故的防治方法煤层底板突水的防治工作面底板灰岩水突水特点采掘工作面压力增大 发生片帮及底板鼓起 底鼓量有时可达500mm以上 工作面底板产生裂隙并逐渐增大 沿裂隙或煤帮向外渗水 随着裂隙增大 水量增加 当底板渗水量增大到一定程度时 煤帮渗水可能停止 此时水色时清时浊 底板活动时水变混浊 底板稳定时水色变清 有时出现顶底板破裂 沿裂缝有高压水喷出 并伴有 嘶嘶 声或刺耳水声 底板发生 底爆 伴有巨响 水大量涌出 水色乳白或呈黄色 32 矿井底板突水防治是一项系统工程 涉及水文地质 构造地质和采掘工程等矿井地质与生产的多个方面 1 查清地质条件 首先要查清灰岩含水层的水文地质条件 包括灰岩含水层的厚度 各层灰岩间的水力联系 灰岩岩溶发育状况和富水性 承压水补给条件 灰岩强径流带的分布 岩溶陷落柱 水文地质单元的边界等 构造地质条件包括 断层的落差 走向 力学性质和导水性 以及褶曲构造 33 2 堵截水源 在查清矿井底板灰岩水补给条件的情况下 如果补给区域比较集中 可以采用地面帷幕注浆截流的办法堵截水源 主要有灰岩强径流带的上游水源 地表降雨补给区水源和河床渗漏水源三类 3 疏水降压 疏水降压开采分为疏干和降压两种 疏水降压开采是有条件的 只有在水文地质单元较小 水源补给量较少的情况下采用疏水降压开采才能有效 疏水降压一般与帷幕注浆结合进行 疏水降压应着重研究预测 预防和处理岩溶塌陷危害 34 4 井下防治水措施 井下防治水措施包含的内容较多 主要有加大矿井抗灾排水能力 在必要部位安设水闸门或独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵 井下探测底板灰岩富水性 断层探水 对底板灰岩含水层进行注浆改造 留设防水煤柱 巷道过断层预注浆加固等 5 合理选择采煤方法 首先是根据水文地质和工程地质条件 合理安排开采顺序 先开采相对安全的区域 其次是在采区内合理确定区段宽度 采煤工作面的开采宽度越窄 则底板的扰动破坏深度越小 回采相对越安全 最后是合理确定工作面边界和推进方向 尽可能减轻或避免开采对断层的扰动作用 35 6 注浆堵水 矿井一旦发生突水灾害 就必须进行注浆堵水 注浆堵水可分为堵静水和堵动水两种情况 注浆材料早期是单纯用水泥 现在已经发展为双液浆加骨料 注浆堵水的关键包括以下三方面内容 1 准确判断突水点的位置 2 注浆堵水部位的选择 3 注浆钻孔的布置 36 煤层顶板防治水 顶板松散孔隙含水层突水特点突水部位开始出现发潮 滴水 淋水逐渐增大 仔细观察可发现水中有少量细砂 水色时清时混 总的趋势是水量 砂量逐渐增大 直至出现大量溃水 溃砂 如果隔离煤柱留设过小 工作面顶板冒落后 裂隙沟通松散孔隙含水层 涌水量突增并出现流砂 流砂常呈间歇性 水色时清时浊 37 煤矿层是层状矿体 在平面上层分布面积较大 在剖面上煤层与多个充水层互相沉积 相同赋存 1 对间接充水含水层 凡煤层采动导水裂隙带范围以外的 必须事前封堵 因此 在这类工作基础上 发展并完善了立井预注浆 工作面预注浆 斜井工作面预注浆和井筒壁后注浆等技术 2 对可采煤层直接顶板或导水裂隙带涉及影响到的充水含水层 必须坚决疏放 在这类工作基础上 建立并完善了一些技术 主要包括以下两方面 38 1 用石门接近充水含水层 大量大者在石门内适当地点修筑安全水闸门 在留有足够岩柱的条件下 在石门内用钻孔群引放含水层的水 以孔口水门控制放水量 确切查明含水层的富水性和疏干范围等 情况复杂者 采用防水试验和地下水长期动态观察等方法 查明地下水补给条件和通道 2 在地面或井下实施帷幕注浆 堵截不饿给水源以减少矿井涌水量 39 3 如果发现在煤田范围内存在各类勘探钻孔 就用黏土浆或水泥砂浆封孔 但由于地下水的流动可以稀释黏土和水泥 或者由于水泥和砂子的密度不同而导致它们的漂浮性不同 在孔内水泥与砂子分离 封孔后一段砂子一段水泥 失去了封孔的作用 或者由于套管止水失效或被服饰 使钻孔导通上 下充水含水层 这些人为作用使矿井水文地质条件复杂化 使煤层顶板 底板 充水含水层涌水量加大 从而使各类钻孔成为沟通多层充水含水层水力联系的人为导水通道 诱发矿井的突水 为了防止这类水害事故 形成了一套完整有效的地面启封或井下封堵钻孔高压水的技术 40 4 由于煤层顶板直接充水含水层本身渗透性较差 富水性极不均匀 往往很难一次性大面积疏干 即使分散放水 其水量也十分有限 但在某些特定条件下 其放水量也可高达10m3 min 如岩溶裂隙较为发育的灰岩或厚度较大的砂岩充水含水层 易造成冲垮工作面或淹没工作面等事故 根据这类水患特点 摸索出了针对地质构造提前分阶段 多钻孔 长时间疏放水的防治水方法 实现了安全疏干开采 以上四个方面说明 煤田勘探阶段获取的资料 必须要与矿井建设 生产阶段所得到的信息相结合 实现井上 井下三维立体勘探 41 老空水的防治1 老空水防治原则 1 人员再紧 探放水工作也必须有专人负责 2 有疑必探 存有疑点没有把握的采掘地点必须严密探水 探水影响采掘工程的进展 可采取其他措施补救 3 水小也不能大意 哪怕只有一吨老空水 也要严格按制度施工 确实把水探放出来才能生产 2 老空水的防治方法老空积水的主要防治方法是 探放 放与不放 何时探放 怎样探放 这些均是很值得探讨研究的课题 需要从安全生产的全局出发 根据矿井和老空积水的具体条件 权衡利弊 做出战略性决策和安排 42 采空区积水 老空水 突水特点采空区积水多属积水时间长 水中溶解的杂质多 水量补给较差的水源 一般称为 死水 其特点是出现 挂红 水的酸度大 水味发涩 有大量H2S气体 臭鸡蛋味 突水水势迅猛 水流速度快 断层水突水特点在断层附近岩层较为破碎 所以一般会出现工作面压力 淋水增大现象 断层水一般补给较充足 多属 活水 很少有 挂红 现象 水味发甜 在岩巷掘进遇到断层水 有时能在岩缝中见到 淤泥 底部出现射流现象 水呈现黄色 43 1 当老空积水与地表水 强充水含水层存在水力联系且有较大的经常性补给水量时 应防止绕流和渗漏 采取 先隔后放 的策略 避开地表水和强充水含水层的威胁 留待矿区后期处理 以减轻矿井长期的排水压力 留设的防隔水煤柱要适当加大 绝对可靠 并在整体开拓部署上创造今后合理回收的有利条件 2 在必须采用探放水方法才能查明老空积水条件的情况下 应该清楚地意识到 探放水的区域就是危险区域 因此 必须全盘考虑设置水闸门 墙 安全撤人通道和通向地面的两个以上安全出口 考虑流水和排放瓦斯的具体路线与措施 加强和维护排水系统 以保证足够的排水能力 确定适当的放水量和放水时间 以避开雨季和其他原因形成的矿井涌水高峰期 加强地面防洪 防治隐蔽古井筒或采动裂隙突然塌陷灌水 预计地表可能出现的沉陷斑裂情况 分析对建筑物的影响等 44 3 因地制宜 提出科学合理和确保安全的探放水设计 4 在全面了解和掌握老空积水周围情况的基础上 制定具体措施及时了解周围的采掘工程与积水区关系的变化 抓住重点 既警惕近处又要防止远处水害的出现 45 地表水害的防治1 危险区的确定和预防根据以往经验和现有技术装备 具体探测与预控的内容主要包括以下几点 1 根据当地条件事前认真分析隐蔽古井和岩溶漏斗的分布规律 事前圈定危险区 采取相应的截洪 排洪措施和必要的抗灾抢险准备 2 要防治矸石 剥离土石方堆积在这种危险区内 增加治理和抢险的难度 3 要防止将涵洞或泄洪沟渠修筑在这种危险区内 4 根据真空吸蚀原理 可向这些危险区打一定的钻孔 揭露老空区或岩溶裂隙 避免造成地下水流动出现真空 产生巨大负压 强化塌陷 46 5 打一定钻孔进行地下水动态监测 根据地下水水位升降和相关的补给条件 分析地下可能存在的充水和充气空间 6 进行地表物探 查明老空区和岩溶裂隙分布状况 有条件时可圈定隐蔽古井筒或岩溶漏斗位置 以便进一步查证治理 2 地表水害防治工作应注意的主要问题 1 充分调查当地的地形 地貌条件 编制地形地质图和基岩地形地质图 掌握基岩充水含水层出露及隐伏露头情况 正确确定地表分水岭 充水含水层的补给区 计算评价每一水系或排 防 洪沟渠的汇水面积 结合实际情况 进行矿井充水条件分析 2 掌握不同降水强度下的地表和地下径流模数 一般要根据一定流域范围的岩层条件 进行连续几个水文年的小流域水均衡观测 以便取得实际资料 通常水利部门拥有比较全面的观测资料 47 3 根据煤层开采的 上三带 理论和导水冒落裂隙带发育高度规律以及开采盆地岩移塌陷规律 确定采动盆地裂缝角影响范围内的含 隔 水层的破坏情况 分析地表水和大气降水的入渗补给条件和范围 结合井上 下实际观测资料 设计地表防治水的具体工程 4 要充分利用当地气象资料 根据大气降雨规律及降雨强度 比较准确地预测防 排 洪渠 堤坝 桥涵的瞬时流量 以确定防 排 洪的标准和断面 5 掌握和圈定矿区历史最高洪水位的洪水淹及范围 并做好汛期前的调查和汛期中的巡回观察 6 根据水利工程的要求 设计沟渠堤坝的抗洪强度和排泄能力 48 第七节矿井透 突 水征兆1 煤壁 挂汗 多成尖形水珠 2 煤壁 挂红 呈铁锈色 这是老空积水的征兆 3 空气变冷 煤壁发凉 水的导热系数比煤岩体大 4 采掘工作面出现雾气 当采掘工作面气温较高时 从煤岩壁渗出的积水就会被蒸发而形成雾气 这预示着煤岩壁前方或侧面不远处有含水体 5 工作面煤岩壁发出水叫声 含水层或积水区内的高压水在向煤岩壁裂隙挤压时 与煤岩壁摩擦会发出 嘶嘶 的声响 有时能听到 哗哗 的空洞泄水声 这是突水的危险征兆 49 6 工作面淋水加大 顶板来压 底板鼓起或产生裂隙并出现渗水现象 7 工作面出现压力水流 或称水线 工作面出现呈一定压力的水流流出 或射出 这表明水源已经较近 应密切注意水流情况 若出现水浑浊 说明水源很近 若出水清澈 则水源尚远 8 工作面有害气体增加 有臭鸡蛋味 说明工作面附近有采空区积水 9 煤层发潮 发暗 煤层变湿 10 底板鼓起 产生裂隙 裂隙并逐渐增加 由于承压水作用 使巷道或采