煤矿防治水原则和治理措施.ppt

煤矿井下防治水技术 1 煤矿防治水原则和治理措施煤矿防治水应当坚持预测预报 有疑必探 先探后掘 先治后采的原则 防治水十六字原则科学地概括了水害防治工作的基本程序 它们的含义是 预测预报 是指查清矿井水文地质条件基础上 对水害作出科学地分析判断和评价 有疑必探 是根据预测预报评价结论 对可能构成水害威胁的区域 地点 采用钻探 物探 化探 等综合技术手段查明水害隐患 先探后掘 是指首先进行综合探查并排除水害威胁 确认巷道掘进前方没有水害隐患后再掘进施工 先治后采 是指根据查明的水害情况 采取有针对性的治理措施排除水害威胁后 再安排回采 水文地质条件复杂和极复杂的矿井 在地面无法查明矿井水文地质条件和充水因素时 必须坚持有掘必探 煤矿防治水应当采取防 堵 疏 排 截的综合治理措施 它们的含义是 防 是指合理留设各类防隔水煤 岩 柱 堵 是指注浆封堵具有突水威胁的含水层和导水通道 疏 是指探放老空水和对承压含水层进行疏水降压 排 是指完善矿井排水系统 截 是指加强地表水的截流治理 案例 王家岭煤矿老空积水特大水灾事故 2010年3月28日13时40分左右 王家岭矿20101工作面回风巷掘进头发生导通老空积水区透水事故 造成153名矿工被淹 经过急时抢救 115人被救 38人遇难 4月5日凌晨 第一批获救的9名遇险工人成功升井 其后又相继救出了106名遇险矿工 3月25日20101工作面回风巷掘进头多名工人就巳发现 掌子头煤层压力增大 煤壁挂汗并出现异味 并向调度室进行了汇报 但没有引起重视 3月28日11时10分 当班的一名副经理升井汇报 井下27队的工作面800m处右下角底板处有少量渗水 安排正在井下的技术经理到出水点观察 11点50分 这名技术经理升井汇报 出水没有压力 水是清的 无异味 并向在场的一位技术人员询问 该人说曾对该位置进行了探测 探测报告说 在820m之内可以正常掘进 在场的这位技术人员是王家岭矿探测人员的王益在3月24日 25日的探测时 已经从探测数据发现掘进前方异常 但他没有和技术负责人商量 就根据个人经验作出 在探测区域内可以正常掘进 的探测成果表 这份有 问题 的探测成果表 在矿区指挥部 工程部竟是 一路绿灯 收到探测成果表后 工程部部长贾剑勇 地质工程师吴东红在没有进行仔细分析的情况下 轻易作出了可以正常掘进的 水害预报 收到 水害预报 项目部地质技术员邹达山和监理部驻矿总监代表葛廷福没有建议停工 更没有对异常点钻探验证 事故征兆就这样被疏忽了 3月28日10时30分许 回风巷工人发现渗水 正在井下检查工作的项目部生产副经理曹奎兴等人前往渗水点查看后 让工人注意关注水情 11时10分许 接到报告的项目部技术副经理 防治水领导组副组长张军伟下井检查后下令停止掘进 改为支护作业 11时40分许 曹奎兴升井后将渗水情况向项目部经理 防治水领导组组长姜世杰进行汇报 姜世杰也接到电话反映井下渗水 姜世杰指示等张军伟实际调查后再作决定 12时左右 张军伟升井 这时 姜世杰 曹奎兴 张军伟以及项目部安监站站长常世坤都得知井下渗水 也知道3月24日 25日物探结果显示20101回风巷掘进前方异常 上述透水征兆都未引起他们的重视 未采取果断措施停工撤人 进行钻探验证 3月28日13时40分 透水事故发生 造成153名矿工被淹 经过急时抢救 115人被救 38人遇难 王家岭矿难9名工程技术人员涉嫌重大责任事故罪被判刑根据 煤矿防治水规定 王家岭矿难9名工程技术人员 姜世杰 曹奎兴 张军伟 常世坤 邹达山 贾剑勇 吴东红 葛廷福 王益涉嫌重大责任事故罪于2010年5月22日被批捕 2011年4月24日在太原开审 2012年6月被判3 4年徒刑 2 矿井防水煤 岩 柱留设煤矿在水体下 含水层下 承压含水层上或在导水断层附近进行采掘工程时 为了防止地表水或地下水突出 溃入工作地点 需要合理留设一定宽度或高度的防水煤 岩 层不采动 这部分煤 岩 层称为防隔水煤 岩 柱或防水煤 岩 柱 2 1 防水煤 岩 柱留设原则 1 矿井在有突水威胁但又不宜疏放的井下采掘区施工时 必须留设防水煤 岩 柱 2 矿井防水煤 岩 柱的设计必须在确保矿井安全生产的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度 以提高资源利用率 3 矿井留设的防水煤 岩 柱必须与区域 井田的地质构造 水文地质条件 煤层赋存条件 围岩的物理力学性质 煤层的组合结构方式等自然因素密切结合 还要与采煤方法 开采强度 支护形式等人为因素互相适应 4 一个井田或一个水文地质单元的防水煤 岩 柱留设应该在矿井的总体开采设计中确定 即矿井开采方式和井巷布局必须与各种防水煤 岩 柱的留设相适应 否则会给矿井在采掘过程中留设防水煤 岩 柱造成极大的困难 甚至无法留设 5 多煤层群采的矿井 矿井在各煤层之间及煤系地层上下的防水煤 岩 柱必须统一设计留设 防止某一煤层的开采破坏另一煤层的防水煤 岩 柱 导致矿井在此区域留设的整个防水煤 岩 柱失效 6 矿井留设防水煤 岩 柱所需要的数据参数必须在本矿区井田 采区范围内获得 邻近矿区 采区的数据参数只能参考 如果需要采用 必须适当加大安全系数 2 2矿井防水煤 岩 柱类型 1 煤层露头防隔水煤 岩 柱的留设煤层露头被松散富水性强含水层覆盖时防隔水煤 岩 柱留设图 2 保护地表水体防隔水煤 岩 柱的留设保护地表水体防隔水煤 岩 柱的留设 可参照 建筑物 水体 铁路及主要井巷留设与压煤开采规程 执行 1 防水安全煤岩柱的留设防水安全煤岩柱的目的是 不允许导水裂缝带波及水体地表有松散覆盖层时其垂高应大于或等于导水裂缝带的最大高度加上保护层厚度 HSh HLi Hb式中HSh 防水煤柱垂高 m HLi 导水裂隙带最大高度 m Hb 保护层厚度 m 当煤系地层上部无松散层覆盖和采深较小时应考虑地表裂隙 diLi Hsh Hli Hb Hdili 松散层为强或中等含水层 且直接与基岩接触 而基岩风化带亦含水则应考虑基岩风化带深度 Hfe Hsh Hli Hb Hfe 2 防砂安全煤柱留设方法留设目的 允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏降的散强含水层 其垂高 HS HS Hm Hb 3 防塌安全煤岩柱留设方法留设目的 允许导水裂隙带波及松散弱含水层或已疏干的松散强含水层 同时允许垮落带接近松散层底部 其垂高 Ht 等于或接近于垮落带的最大高度 Hm 即Ht Hm 防水安全煤岩柱保护层厚度 防水安全煤岩柱保护层厚度 防砂安全煤岩柱保护层厚度 急倾斜煤层防水及防砂煤岩保护层厚度 式中 L 煤柱留设的宽度 m K 安全系数 一般取2 5 M 煤层厚度或采高 m P 水头压力 MPa KP 煤的抗拉强度 MPa 3 含水或导水断层防隔水煤 岩 柱的留设含水或导水断层防隔水煤 岩 柱的留设 图3 2 可参照下列经验公式计算 图3 2含水或导水断层防隔水煤 岩 柱留设图 4 煤层与强含水层或导水断层接触防隔水煤 岩 柱的留设 图3 3煤层与富水性强的含水层或导水断层接触时防隔水煤 岩 柱留设图 煤层与强含水层或导水断层接触 并局部被覆盖时 图3 3 防隔水煤 岩 柱的留设要求如下 1 当含水层顶面高于最高导水裂缝带上限时 防隔水煤 岩 柱可按图3 3a 图3 3b留设 其计算公式为 2 最高导水裂缝带上限高于断层上盘含水层时 防隔水煤 岩 柱按图3 3c留设 其计算公式为 以上两式中 L 防隔水煤 岩 柱宽度 m L1 L2 L3 防隔水煤 岩 柱各分段宽度 m HL 最大导水裂缝带高度 m 断层倾角 岩层塌陷角 M 断层上盘含水层层面高出下盘煤层底板的高度 m Ha 断层安全防隔水煤 岩 柱的宽度 m Ha值应当根据矿井实际观测资料来确定 即通过总结本矿区在断层附近开采时发生突水和安全开采的地质 水文地质资料 计算其水压 p 与防隔水煤 岩 柱厚度 M 的比值 Ts p M 并将各点之值标到以Ts p M为横轴 以埋藏深度 0为纵轴的坐标纸上 找出Ts值的安全临界线 图3 4 图3 4Ts与H0关系曲线图 本矿区如无实际突水系数 可参考其它矿区资料 但选用时应当综合考虑隔水层的岩性 物理力学性质 巷道跨度或工作面的空顶距 采煤方法和顶板控制方法等一系列因素 Ha值也可以按下列公式计算 式中 p 防隔水煤 岩 柱所承受的静水压力 MPa Ts 临界突水系数 MPa m 10 保护带厚度 一般取10m 5 在煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤 岩 柱的留设在煤层位于含水层上方且断层导水的情况下 图3 5 防隔水煤 岩 柱的留设应当考虑2个方向上的压力 一是煤层底部隔水层能否承受下部含水层水的压力 二是断层水在顺煤层方向上的压力 图3 5煤层位于含水层上方且断层导水时防隔水煤 岩 柱留设图 当考虑底部压力时 应当使煤层底板到断层面之间的最小距离 垂距 大于安全煤柱的高度 Ha 的计算值 并不得小于20m 计算公式为 式中 断层倾角 其余参数同前 当考虑断层水在顺煤层方向上的压力时 按下面的公式计算煤柱宽度 根据以上两种方法计算的结果 取用较大的数字 但仍不得小于20m 图3 6煤层位于含水层上方且断层不导水时防隔水煤 岩 柱的留设图 如果断层不导水 图3 6 防隔水煤 岩 柱的留设尺寸 应当保证含水层顶面与断层面交点至煤层底板间的最小距离 在垂直于断层走向的剖面上大于安全煤柱的高度 Ha 安时即可 但仍不得小于20m 6 水淹区下或老窑积水区下采掘时防隔水煤 岩 柱的留设1 巷道在水淹区下或老窑积水区下掘进时 巷道与水体之间的最小距离 不得小于巷道高度的10倍 2 在水淹区下或老窑积水区下同一煤层中进行开采时 若水淹区或老窑积水区的界线已基本查明 防隔水煤 岩 柱的尺寸应当按前面 5 中的方法留设 3 在水淹区下或老窑积水区下的煤层中进行回采时 防隔水煤 岩 柱的尺寸 不得小于导水裂隙带最大高度与保护带高度之和 7 保护通水钻孔防隔水煤 岩 柱的留设根据钻孔测斜资料换算钻孔见煤点坐标 按下面的方法留设防隔水煤 岩 柱 如无测斜资料 应当考虑钻孔可能偏斜的误差 8 相邻矿 井 人为边界防隔水煤 岩 柱的留设1 水文地质简单型到中等型的矿井 可采用垂直法留设 但总宽度不得小于40m 2 水文地质复杂型到极复杂型的矿井 应当根据煤层赋存条件 地质构造 静水压力 开采上覆岩层移动角 导水裂缝带高度等因素确定 1 多煤层开采 当上 下两层煤的层间距小于下层煤开采后的导水裂隙高度时 下层煤的边界防隔水煤 岩 柱 应当根据最上一层煤的岩层移动角和煤层间距向下推算 图3 7a 2 当上 下两层煤之间的垂距大于下煤层开采后的导水裂隙带高度时 上 下煤层的防隔水煤 岩 柱 可分别留设 图3 7b 图3 7多煤层地区边界防隔水煤 岩 柱留设图 图中 H裂 导水裂隙带高度 H3 各煤层底板以上的静水位高度 上山岩层移动角 下山岩层移动角 岩 岩 分别为导水裂隙带上限岩柱宽度 L3 分别为上 下煤防水煤柱宽度 导水裂隙带上限岩柱宽度 Y的计算 可采用以下公式 式中 Ly 导水裂缝带上限岩柱宽度 m H 煤层底板以上的静水位高度 m HL 导水裂缝带最大值 m Ts 水压与岩柱宽度的比值 可取 9 以断层为界的井田防隔水煤 岩 柱的留设以断层为界的井田 其边界防隔水煤 岩 可参照断层煤柱留设 但应当考虑井田另一侧煤层的情况 以不破坏另一侧所留煤 岩 柱为原则 除参照断层煤柱的留设外 尚可参考图3 8所示的例图 图3 8以断层分界的井田防隔水煤 岩 柱留设图 3 井下探放水技术3 1探放水的目的 要求井下探放水系指矿井在采矿过程中用超前勘探方法 查明采掘工作面顶底板 侧帮和前方的含水构造 包括陷落柱 含水层 老窑积水等水体的具体位置 产状等 为消除水害隐患 要求在采掘过程中采用探放水方法 探明工作面前方的水情 在有水的情况下 根据水量大小有控制地将水放出 而后再进行采掘工作 以保证安全生产 3 2井下探放水规定及范围 1 井下探放水规定 煤矿防治水规定 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 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 2 井下应进行探放水的范围采掘面遇到下列情况之一的 应进行探放水 1 接近水淹或可能积水的井巷 老空或者相邻煤矿 2 接近含水层 导水断层 暗河 溶洞和导水陷落柱 3 打开防隔水煤 岩 柱进行放水前 4 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 5 接近有出水可能的钻孔 6 接近水文地质条件复杂的区域 7 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 8 接近有积水的灌浆区 9 接近其他可能突水的地区 3 3探放水设计3 3 1设计内容 1 探放水地区的水文地质条件 2 探放水巷道的开掘方向 施工次序 规格和支护形式 3 确定探水线 并绘制在采掘工程平面图上 4 放水钻孔组数 个数 方向 角度 深度和施工技术要求 5 超前距与帮距 6 探放水施工与掘进工作的安全规定 7 受水威胁 地区信号联系和避灾路线的确定 8 通风措施和瓦斯检查制度 9 探水过程中瓦斯或其他有害气体涌出的防治措施 10 防排水设施 3 3 2探放水起点的确定首先划出3条线 如图5 4 1所示 1 积水线调查核定积水边界线 即小窑采空区的范围 其深部界线应根据小窑或老空的最深下山划定 并填写古井或近期采空区积水调查表 2 探水线沿积水线外推60 150m的距离划一条线即为探水线 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确定 当堀进巷道至此线时应开始探水 3 警戒线由探水线再外推50 150m即为警戒线 当巷道进入此线后 就应警惕积水的威胁 如发现有透水征兆应提前探放水 3 3 3探放水钻孔布置 1 布置探放水钻孔规定1 探放老空水 陷落柱水和钻孔水时 探水钻孔应成组布设 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 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 可以先建构防水闸墙 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掘一联络巷 并设挡水墙 3 3 4探水钻孔主要参数的确定 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 2 允许掘迸距离经探水证实无任何水害威胁 可安全掘迸的长度称允许掘进距离 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 4 钻孔密度 孔间距 钻孔密度是指允许掘迸距离终点横剖面上探水钻孔之间的间距 5 探水钻孔的布置方式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 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 3 3 5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 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 3 平巷与开切眼互相配合探放水其方式如图5一5所示 4 隔离式探放水巷道掘迸前方的水量大 水头压力高 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 在掘迸石门时 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5一6 b 所示 3 3 6探放水安全技术措施 1 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 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 起不到预先探放水的作用 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 事故直接原因 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lOm 但透水发生地际实探水钻进只有约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 造成临近小煤矿采空区积水溃入井下 导致了事故的发生 2 在安装钻机探水前 应当符合下列规定 1 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 2 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 3 在打钻地点或其附近安设专用电话 4 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 共同确定钻孔方位 倾角 深度和钻孔数量 5 在预计水压大于0 1MPa的地点探水时 预先固结套管 套管口应安装闸阀 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 6 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 首先将预先准备好的孔口套管按其对接顺序 每两节之间上紧丝扣后顶入孔内 在套管与孔壁之间的正上方插入一根3 4m的小气管 15mm的铁管 用铁丝固定好 在气管口处装一只小闸阀 方法一 向孔内注入水泥浆 将预先准备好的止水套管 末端应塞以木塞 放入孔内 待水泥凝结后 即可在孔内钻进 方法二 将止水套管插入孔内后 在孔口部分用渗水玻璃的水泥浆将止水套管固定封死 在止水套管的上方另留1个小管 而后从止水套管内向四周压入水泥浆 待从小管跑出浓水泥浆时即将小管封死 继续向止水套管内压入水泥浆 至一定压力后停止注浆 关闭止水套管闸阀 待水泥浆凝固 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能有效地控制水量 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 在水文地质条件复杂和水头压力 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迸 封孔质量检查经过封孔 待水泥浆凝固3 4天后方可进行扫孔 扫孔深度超过止水套管长度0 5 1 0m退出钻具 安装孔口闸阀及孔口压力表 通过压力泵向孔内做压水试验 试验压力大于孔口管末端承压静水压力的1 2倍或水压值超过预计放水时的水压 稳压时间至少保持半小时 孔口管周围没有漏水现象 说明合乎要求 否则需重新注浆加固 放水试验孔孔口安装探放水时需要收集放水时的水量与水压资料 并且出于安全目的考虑 还应在孔口管上安装水压表 水门 三通和泄水短管等 完整的放水试验孔孔口安全装置如图所示 孔口安装示意图1 孔口管 2 肋骨铁球或钢刺 3 孔口止水麻线 4 水针 5 法兰盘 6 三通 7 压力表三通 8 泄水阀 9 锚杆 水压大于1MPa时用 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 水头压力和水量会猛增 若不能有效控制 除百接影响钻迸效率外 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 钻进和退钻应采用反压和有防喷装置的方法进行钻迸和控制钻杆 反压就是给一个与水头压力反向的作用力 防喷就是防水 防钻杆 防孔内碎岩石块喷出 在高压水地区施工钻孔时 如果不采用反压 防喷装置是非常危险的 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 4 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 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 在对井下钻孔设计时要考虑一孔多用 如探查构造 煤层的钻孔或兼作堵水 疏水之用等 5 探水钻孔超前距离和止水套管长度 应当符合下列规定 1 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 2 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 5 在探放水钻进时 发现煤岩松软 片帮 来压或钻眼中水压 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域的人员到安全地点 然后采取安全措施 进行处理 6 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他有害气体涌出的 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 7 钻孔放水前 应当估计积水量 并根据矿井排水能力和水仓容量 控制放水流量 防止淹井 放水时 应当设有专人监测钻孔出水情况 测定水量和水压 做好记录 如果水量突然变化 应当及时处理 并立即报告矿调度室 8 探放老空水制订应急预案当钻孔接近老空时 矿山救护队员要在现场值班 随时检查空气成分 如果瓦斯或者其他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 在探放水场地应备用一定数量的坑木 麻袋 木塞 木板 黄泥 棉线 锯和斧等 以便在探放水过程中意外出水或钻孔水压突然增大时及时处理 探放水施工巷道现场发现有松动或破损的支架耍及时修整或更换 并仔细检查帮顶是否背好 探放水施工现场及后路的巷道水沟中的浮煤 碎石等杂物 应随时清理干净 若水沟被冒顶或片帮堵塞时 应立即疏通 探放水施工过程中所设计的避灾路线内不许有煤炭 木料或煤车等阻塞 应随时保证畅通无阻 3 4探放断水层3 4 1探放断水层的原则矿井在采掘过程中 遇到下列情况必须进行探放断水层 1 采掘工作面的前方或附近有含 导 水断层存在 但具体位置不清或控制不够严密时 2 采掘工作面的前方或附近预测有断层存在 但其位置和含 导 水性不清 矿井在采掘过程中断层可能使施工面突水时 3 采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的含水层水压都处于临界状态 即等于安全隔水层厚度和安全水压的临界值 在掘进工作面前方和采煤工作面影响范围内的断层等构造存在与分布情况不清 矿井在施工过程中很可能发生矿井突水时 4 煤系地层中的断层已被矿井井下施工巷道揭露或穿过 断层暂时没有出水迹象 但由于隔水层厚度和实际水压已接近临界状态 在采动影响下 有可能引起突水 需要探明其深部是否已和强含水层连通 或有底板水的导升高度时 5 井巷工程接近或设计穿过的断层 断层浅部不合 导 水 但在深部有可能突水时 6 根据煤矿井巷工程和留设断层防水煤柱等的特殊要求 必须探明断层时 7 采掘工作面距探明含水断层60m时 8 采掘工作面接近推断含水断层100m时 9 采煤工作面内小断层使煤层与强含水层的距离缩短时 10 采区内构造不明 煤系断层含水层水压又大于2 3MPa时 矿井必须探放区域内的导水断层 降低含水层水压 3 4 2断层水探查的主要内容 1 需要探放水断层的位置 产状要素 断层带宽度 包括内 中和外三带 及伴 或派 生构造 断层及伴生断层的导水性 富水性等 2 需要探放水断层带的充填物 充填程度 胶结物及胶结程度 断层两盘次生的裂隙及裂隙带 断层带内外岩溶发育情况及其富水性 3 需要探放水断层两盘对接煤系地层层位的岩性及其富水性 煤层与强含水层的实际间距 有效隔水层的厚度 4 矿井采掘工作面需要探放水的断层与其他已知断层 陷落柱 含水层 积水体等的交切部位 水力联系 补给关系 构造 水体的富水性 5 矿井探放水过程中必须查明并记录探断层水钻孔在不同深度的水压 水量或冲洗液漏失量 并确定 判断煤层底板水在隔水层中的导升高度 矿井为探明探放水断层以上内容 必须具有断层面等高线图 断层两盘主要煤层与含水层对接关系图 探测断层预想剖面图 3 5探放陷落柱水在探放陷落柱水钻孔的布置及施工中 应注意以下一些问题 1 水压大于2 3MPa的陷落柱原则上不沿煤层布置探放水钻孔 钻孔而应布置在煤系地层底板稳定的岩层中 若在煤层中布置钻孔 沿煤层埋设的孔口安全止水套管 容易被陷落柱中的高压水突破 造成突水灾害 2 探放陷落柱水钻孔的孔口安全装置 施工安全注意事项与探放高压断层水要求相同 3 探放陷落柱水的钻孔要提高岩心采取率 及时进行岩心鉴定 做好断层破碎带与陷落柱的分辨工作 编制好水文地质图表 4 矿井在探放陷落柱水过程中 必须严格执行钻孔验收和允许工作面施工的安全掘进距离的审批制度 5 矿井在探放陷落柱水过程中 必须监测并记录钻孔内水压 水量和水质的变化 发现异常应加密或加深探放水钻孔 争取直接探到陷落柱 6 矿井在探放陷落柱水过程中 探到的陷落柱无水或水量很小时 要用泵进行略大于区域静水压力的压水试验 检验陷落柱的导水性 同时 要向陷落柱的深部布置钻孔 了解陷落柱深部的含 导 水性和煤系地层底板强含水层水的导升高度 7 探放陷落柱水的钻孔探测后必须注浆封闭 并做好封孔记录 注浆结束压力应大于区域静水压力的1 5倍 4 疏水降压技术4 1 疏水降压的意义 目的指煤层顶板底板含水层或煤系地层含水层 通过疏干使煤层底板含水层水压降低至采煤安全水压 预防地下水突然涌入矿坑 避免突水事故 改善劳动条件 提高劳动生产效率 消除地下水高水压造成的破坏作用等 是煤矿防治水的一种主要措施 4 2 疏水降压与矿井一般的排水区别疏水降压是借助于专门的工程及相应的排水设备 积极有计划有步骤的疏干或局部疏干影响采掘安全的充水含水层 矿井一般排水是消极被动地通过排水设备 将流入水仓的水直接排至地表 4 3疏水降压方式及工程类型疏干工程按期进行阶段 或时间 可分为预先疏干和并行疏干 预先疏干是在井巷开拓之前进行 而并行疏干是在井巷开拓过程中进行 一直到矿井采掘完毕 1 疏干方式 地表疏干 地下疏干 联合疏干 2 疏干工程疏干工程的布置 规模 种类 质量 施工设备 施工工艺及完工时间 应按照疏干方案进行 疏干方案的编制是在矿井水文地质勘探的基础上进行的 地表疏干井疏干巷道 4 4疏水降压开采技术措施 1 煤层顶底板受开采破坏后 其导水裂隙带波及范围存在强含水层时 掘进 回采前必须对含水层采取疏降措施 2 承压含水层与开采煤层之间的隔水层厚度 能承受的水头值小于实际水头值 开采前必须遵守下列规定 1 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 按规定报批 2 承压含水层的补给边界已经基本查清 可预先进行帷幕注浆 截断水源 然后疏水降压开采 但必须编制帷幕注浆设计 按规定报批 3 承压含水层的补给水源充沛 不具备疏水降压和帷幕注浆条件时 可酌情采用局部注浆加固底板隔水层或改造含水层为隔水层的方法 但必须编制专门的设计 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 3 疏水降压需注意的问题1 水压较高时 必须注意孔口的安全控制装置 对孔口管长度 下入孔内的深度 固结方法等要提出专门设计 疏水钻孔的位置应选择在不受开采影响破坏的地点 2 对强含水层有强补给的疏水区 应有防止水量以外加大的安全措施3 钻探施工中要针对水压高的特点 采取防喷 防止水门失效 钻孔要多级变径 对钻杆应有灵便的专用卡瓦 钻机用三角带转动 安全操作钻机等措施 4 疏水钻孔有时会打不出水 因此应尽量打斜孔 使钻进含水层的段距加长 钻孔展布方向应与区域导水的构造节理组方向垂直 以扩大疏水量 必要时应采取孔内爆破 5 疏水降压开采有两种情况 一 煤层与含水层之间有一定厚度的隔水层 只要把采区水压降至安全水头值以下即可 二 煤层直接顶 底板就是承压含水层或相距不远 这样必须把水压降到回采面以下方能安全开采 6 为尽量减少疏放水量 对于明显的增水因素 7 含水层在煤层顶板 可从地表打钻穿透井下巷运疏水 5 注浆堵水技术5 1注浆堵水的优点 1 减轻矿井排水负担 2 不破坏或少破坏地下水的动态平衡 合理开发利用 3 改善采掘工程的劳动条件 创造打干井 打干巷的条件 提高工效和质量 4 加固薄弱地带 减少突水几率 5 避免地下水对工程设备的浸泡腐蚀 延长使用年限 5 2注浆堵水的应用范围注浆堵水是防治水害的有效方法之一 是煤矿防治水最重要的手段之一 主要应用 井筒掘凿前的预注浆 成井后的壁后注浆 堵大突水点恢复被淹矿井 截源堵水减少矿井涌水 井巷堵水过含水层或导水断层 某煤矿注浆堵水工程平面布置图 5 3煤矿注浆堵水必要分析疏 堵结合已成为煤矿防治水的一个重要原则 疏是煤矿治水的根本 通过疏 查明动水补给量及其进水边界或通道 创造条件进行截源堵水 对间接充水含水层 通过堵就能防止或减轻水害的 必须坚决堵 尽可能不疏排水 对已造成突水事故的直接或间接充水含水层 应采取 先堵后排 待恢复矿井生产后再设法加以治理 堵水 对煤矿来说具有重要的经济效益 尽可能减小矿井排水量 是矿井水文地质工作者的一项根本任务 减小矿井涌水量 对保护日益紧缺的水资源 维护自然生态环境的平衡具有及其重要的意义 减小矿井涌水 除了留设必要的防隔水煤柱外 就是采取注浆堵水措施 截断补给水源或重要的充水通道 5 4注浆堵水中的方法矿井突水点往往位于矿井水文地质条件较为复杂 薄弱结构面较多的地点 因此 注浆堵水工程的加固就等于消除了矿井的一个隐患 同时也查清了一种隐患条件或类型 为矿井大范围的安全开采创造了条件 为预测预防类似隐患的发生提供了可借鉴的经验 5 5不同类型的注浆堵水技术 1 出水点位置缺乏资料的注浆堵水技术 见图 注浆堵水需要开展的工作 核实资料 确定突水点的大致范围 再布置勘探工程 查治结合 首先进行注浆堵水勘探 细致观察 分析浆液去向 判断突水通道 及时调整堵水点 某煤矿浆液注浆示意图 2 出水点位置及资料明确的注浆堵水技术 布孔准确确定出水点 注意事项 严格核实井上 井下测绘资料 必要时要补充测绘 作出准确评价 详细记录井下命中点的坐标和标高 并精确标定在地面上 钻机安装后要进行校核测量 确保无误 动水注浆堵水技术 成功关键 先下骨料 再注浆封堵 要创造使骨料充填足顶足帮 在通道内阻塞滞留的条件 形成一定阻水段 层 后立即注单液浆或双液浆固结 骨料以量取胜 以充填足够长度或厚度确定已使突水量明显减少为标准 5 6帷幕截流堵水注浆帷幕截流堵水注浆是煤矿实现疏堵结合 防治水害的重要手段之一 帷幕截工程的目的 使外来补给水源中的大部分被截堵在煤层开采范围以外 开采区内部可以通过疏水降压等方法实现安全回采的目的 注意问题 进水和隔水边界要勘探分析清楚 要充分利用地球物理勘探技术 查清帷幕线上的强径流带位置 对此进行重点注浆 注浆钻孔不要等距离均匀布置 注浆孔深度大 要采取防偏措施和孔内定向打斜孔措施 在岩溶含水层裂隙不发育区或意外堵孔不能注浆时 可注盐酸处理 以提高钻孔利用率 要采用代用材料 对严重跑浆孔段要注砂 石子 石粉等骨料 在结束注浆或检查孔注浆时 应用纯水泥浆高压加固 提高帷幕强度 有条件时 要井上 井下结合 5 7预注浆和加固注浆预注浆和加固注浆治水工程注意的问题 井筒检验孔一定要严格取芯 分层抽水试验 确切了解含水层埋藏深度和厚度 岩性 水量 水质 岩溶裂隙发育情况等 为确定地面预注浆或工作面注浆或壁后注浆等提供地质依据 地面预注浆要有防偏 纠偏 导偏措施 防止钻孔偏离井筒的中心线 5 8注浆堵水材料及典型配比注浆堵水的材料种类用于注浆堵水的常用材料 单液水泥浆 水泥掺附加剂浆 水泥水玻璃 c s 双浆液 化学浆 区分为水玻璃类 铬木素类 丙烯酷胺类 眠醛树脂类和聚氛酯类 水泥及水泥浆配比 水玻璃及配比由石英砂和碳酸钠在高温反应下制得 水玻璃的浓度以波美度表示 oBe 通常为50 60oBe oBe 小 胶凝快 oBe 大则胶凝慢 用50oBe 的水玻璃与水泥直接拌合可制成数分钟即可凝胶的塑凝胶 粘结能力强 30min即可固化 固化后抗压强度可达6MPa 由水玻璃的浓度可计算其相对密度 它们之间的关系为 相对密度 D 145 145 oBe 双液注浆一般采用30 40oBe 的水玻璃为好 因此高波美度的水玻璃使用时应加水稀释 水泥 水玻璃双桨液的典型配比浆液的主要性能指标 见下表 粘土水泥浆应用前必须进行物理化学性质测定 测定内容主要包括 pH值 塑性指数 粒度 比表面积 盐基总量 蒙矾石含量 矿物化学成分及含量 按一定比例制成粘土水泥浆后 应测定其密度 粘度 塑性强度 析水率和耐久性 进行必要的可注性和反压试验 其具体方法如下 相对密度 将比重计放入浆液中直接读取刻度数 粘度 用粘度计直接滴定 塑性强度 用圆形试模制成试块 根据稠凝测定仪锥体沉入试块的深度 计算公式 Pm KaG h2其中Pm 塑性强度 g cm2 G 圆锥体装载系统的质量 g h 圆锥体沉入试块的深度 cm Ka 与圆锥体顶角有关的系数 仪器本身标定 析水率 浆液沉缩后析出水分的体积与总体积之比 耐久性 试块在水中浸泡后观察测定表面有无软化现象和软化厚度 可注性 由设定受注体在试注管内直接加压测定 反压测试 一定裂隙率及其张开度的受注体产生塑性强度后 加压观测结石体的位移情况的试验 当黏土浆视密度为1 15t m3 每立方米加添加剂25L 一般为水玻璃 添加剂的水泥量为100kg 125kg 150kg时黏土水泥浆的塑性强度 如图 骨料骨料主要指砂子 石粉 石子 锯末等 石粉 锯末悬浮性好 充填时要采取有针对性的措施 往往需要砂浆泵用黏土浆混合搅拌压注 5 9注浆改造技术措施在煤层底板充水含水层富水性区 强径流带 或煤层底板隔水层存在变薄带 构造破碎带 导水裂隙带 疏水降压难度大 不经济 可通过对底板含水层进行注浆改造 改变其富水性 加固底板 封堵水源补给通道 实现安全开采 编制注浆改造工程设计 制定注浆改造和安全技术措施 合理设注浆钻孔 可先进行物探 查明水文地质条件 再根据物探资料合理布设注浆钻孔 地面集中建站 造浆 通过送料孔和井下管路 利用注浆孔向含水层注浆 注浆方式采用全段连续注浆 尽量填实岩溶裂隙和导水通道 注浆要分序次施工 注浆材料以黏土水泥浆为主 并要不断试用其他材料 注浆参数 水灰比 相对密度 泵量视单孔涌水量及岩溶发育情况而定 注浆终孔压力一般不低于孔口水压的2 5 3 5倍 5 10我国煤矿注浆堵水技术应用实例 1 主要应用与以下几个方面 1 立井筒施工前的店面预注浆 创造有利于井筒开挖的施工条件 2 立井施工中预留岩柱对充水含水层进行工作面预注浆 既预防突水又可减少涌水量 针对性强 3 井筒掘彻后的壁后注浆和修补注浆 既可在地面进行 也可以在井筒内进行 4 斜井和穿层石门等井巷 预留岩柱或砌筑专门水闸或止水垫 对充水含水层或断层破碎带进行预注浆或出水后注浆 预防或治理突水 减少涌水量 并为井巷穿越充水含水层或断层带创造安全条件 5 对有强补给水源的突水点注浆堵水 治水复矿 并相应查明突水原因和条件 6 与疏放水结合 对查明的进水边界或通道 进行帷幕截源注浆 改造自然条件 减少矿井涌水量 7 有煤层底板突水危险的矿井 对强含水层顶面或夹存于其顶板隔水层内的弱含水层进行改造加固注浆 使其变为相对隔水层 以减少突水几率和突水量 8 对导水钻孔进行地面启封注浆或井下注浆 9 对导水陷落柱或其他垂直导水通道 进行针对性注浆 2 注浆堵水应用实例注浆堵水应用实例一1969年6月29日 山东肥城矿务局大封矿9204采煤工作面发生了1628m3 h 27 13m3 min 的大型底板突水事故 突水点距落差2 3m的断层6m 该断层斜角62o 走向46o 倾向SE 突水后13天 距突水点1380m的奥陶系灰岩孔水位由 56 07m下降为 52 21m 突水点中心的本溪统五灰灰岩的地下水水位由 56m下降为 23m 距出水点20m的2号奥陶系灰岩孔水位由 56m下降为 40m 渗流场的动态变化证明水五灰突出 奥灰补给 突水点周围五灰的水力坡度为0 37 0 86 实测突水点流速3168m d 堵水过程中共打9个注浆钻孔 离突水点远的孔 注浆量很少即报废 3 4号孔离突水点较近 注了大量水泥 初步起了点作用 减少水量428m3 h 但不能有效解决问题 分析其原因 注浆位置可能是非主要导水通道 裂隙断面有限 注浓浆或双液浆易于起压 注中等浓度的单浆液进量也只能是200 300t min 而出水点主通道的水量是27 13m3 min 浆液进入其中很快稀释 不可能堵住主通道 只能堵局部的小裂隙通道 因而用料不少 作用有限 6 7号孔打在五与断层交面部位的破碎带上 正是出水点的主通道 这时注入多少水泥浆跑出多少水泥浆 注双液浆也同样 只好改注砂子 经过对7号孔注砂 粒径5 25mm 由细粒试探着逐渐加用粗砂 结果只注砂96 46m3 水量即由每小时1170m3减为692m3 紧接着注凝胶时间为5 30s的双液浆84 38m3 水量减为5 6m3 h 一个7号孔决定了胜负 注浆堵水应用实例二1989年2月3日山东淄博矿务局寨里煤矿的北大井 在9100辅助下山10102采煤工作面发生了突水量达422 5m3 h的煤层底板突水事故 距突水点100m的奥灰4号观测孔水位立即由 14 77m下降为