矿井水害防治理论与技术

矿井水害防治理论与技术,陈向军博士副教授电话南理工大学,2020/5/26,2,主要内容：,“十一五”期间全国煤矿水害情况矿井水害的概念和分类矿井水害的形成条件及机制矿井水文地质类型划分矿井透水征兆矿井水害防治方法防治水安全管理典型案例分析,2020/5/26,3,1.“十一五”期间全国煤矿水害情况,1.1我国煤矿水害的基本形势煤矿水害是与瓦斯、顶板等并列的矿山建设与生产过程中的主要安全灾害之一。在我国煤矿重特大事故中，水害事故在死亡人数上仅次于瓦斯事故，居第2位；在发生次数上，也紧随瓦斯和顶板事故之后，居第3位。据不完全统计，在上世纪末的20多年里，有250多个矿井被水淹没，死亡1700多人，经济损失高达350多亿元人民币。,2020/5/26,4,80年代后一度呈现出逐年减少的趋势，近年来，煤矿突水事故又频繁发生，危害程度甚至更加严重。特别是2000年以来，造成重大人员伤亡的恶性事故屡屡发生，并引起全社会的广泛关注。据不完全统计，2000-2007年，共发生造成人员伤亡的各种煤矿水害事故473起，死亡2635人。,1.1我国煤矿水害的基本形势,2020/5/26,5,1.1我国煤矿水害的基本形势,2000年以来煤矿重特大水害事故统计,2020/5/26,6,1.1我国煤矿水害的基本形势,2005年4月1日，湖南省郴州市贵阳县贵达煤矿（非法矿井）主斜井距井口250米处发生溶洞透水，贵达井大量积水后突破安全防水岩柱瞬间溃入相邻石灰窑井的二级暗斜井,造成石灰窑井20人死亡。4月24日，吉林省吉林市蛟河市吉安煤矿非法越界开采防水煤柱引发透水，使老空水溃入相邻的腾达煤矿，造成腾达煤矿30人死亡。5月28日，福建省龙岩市新罗区赤坑煤矿在掘进巷道时,遇断层带突水，造成10人死亡。7月7日，江西省萍乡市上栗区永胜煤矿由于所建立的防水密闭墙不符合要求,在雨季大量积水后发生垮塌，大量老空积水溃入矿井，造成15人死亡。7月14日，广东省梅州市兴宁市福胜煤矿探煤石门在掘进过程中放炮打穿断层带，导致溶洞水涌出，造成16人死亡。8月7日，广东省梅州市兴宁市大兴煤矿在开采急倾斜煤层时发生抽冒，破坏了防水安全煤柱，上部大量老空积水溃入矿井，造成123人死亡。,2020/5/26,7,1.1我国煤矿水害的基本形势,1984年开滦范各庄矿2171工作面特大突水淹井事故最大突水量高达Qmax=2053m3/min，是目前我国、也是世界上最大的煤矿突水事故。1996年皖北任楼矿特大突水淹井事故Qmax=576m3/min1993年肥城国家矿特大突水淹井事故Qmax=550m3/min2005年平煤集团新峰一矿突水事故，Qmax=500m3/minNote：国外：南非西德律方天金矿Qmax=342m3/min,2020/5/26,8,1.1我国煤矿水害的基本形势,受自然条件的限制，我国煤矿生产受水害威胁的状况近期难以得到缓解，甚至有可能更加严重。目前我国受各种水害威胁的煤炭储量超过100亿吨一些矿井随着服务年限的延长和开采水平的延深，开采条件日趋复杂一些特殊的矿井水害威胁也日益严重，如：高承压水上开采问题近松散层采煤的水砂突涌问题大型水体下采煤的安全开采上限问题西部缺水地区的保水采煤问题等等,2020/5/26,9,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,2020/5/26,10,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,20062010年全国煤矿水害统计表,2020/5/26,11,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,20062010年全国三类煤矿水害统计表,2020/5/26,12,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,20062010年全国煤矿（3人）以上水害类型统计表,20062010年重大以上水害事故分地区统计表,2020/5/26,13,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,1乡镇煤矿2国有地方煤矿3国有重点煤矿,水害类型和水害事故的分布极不均匀。根据近年来水害最为严重的2005年资料分析，企业技术水平、管理水平和装备水平较差的乡镇煤矿水害事故发生频次明显高于国有矿井,特征1：,2020/5/26,14,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,特征2：,1小窑老空水2灰岩水3其他水源水,就主要矿井水水害的突水源而言，采空区及废弃的充水小煤窑水成为主要突水水源。其次为岩溶含水层水，其他类型水源所占比例较少,2020/5/26,15,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,特征3：,1掘进巷道水害2工作面水害3其他水害,就主要矿井水害所发生采掘位置而言，主要突水灾害发生在矿井采掘巷道的迎头，由于掘进过程中遇到隐伏导水构造造成不同水源的水突入矿井。其次是采煤工作面突水，主要是回采过程中遇到工作面内部隐伏的点状导水构造（陷落柱、封闭不良钻孔等）和顶底板采矿扰动诱发的导水破裂带导通不同水源水突入矿井。其他采掘活动所引起的矿井突水灾害较少,2020/5/26,16,1.2“十一五”期间全国煤矿水害情况,原因分析：不重视水文地质基础工作水害防治措施不落实超（深）层越界开采破坏防隔水煤柱防水设施不符合规范要求对断层水、底板水、溶洞水未引起重视防治水技术力量匮乏对地表水处置不当Note:引自国家煤矿安全监察局事故调查司资料汇编,2020/5/26,17,1.“十一五”期间全国煤矿水害情况,1.3矿井防治水的基本思路,查明矿井充水条件,进行矿井突水预测预报,制订防治水技术方案,严格按方案组织实施,基础水文地质勘查生产过程的补勘有针对性的专门勘查,勘查阶段的长期宏观预报生产过程中的中期预报基于监测系统的临突预报,防：防水煤柱探：超前探水疏：疏干降压堵：注浆堵水排：排水系统,2020/5/26,18,2.矿井水害的概念和分类,2.1矿井水害的概念矿井水害是指地表水、地下水、采空区积水等以不同的形式进入井下，并对矿井安全生产或经济效益产生不良影响的现象。包括：突水、涌水、淋水、漏水、积水、酸性水等。矿井突水（简称突水）矿井充水水源通过适当的导水通道，在未能预见的情况下突然涌入矿井所产生的出水事故，称为矿井突水。,2020/5/26,19,2.矿井水害的概念和分类,2.2我国矿井水害的类型按突水水源分类地表水水害松散层（冲积层）水害砂岩裂隙水水害薄层灰岩水水害厚层灰岩水水害老空水（老窑水）水害,2020/5/26,20,2.矿井水害的概念和分类,2.2我国矿井水害的类型按水进入矿井的方式分类井巷突水（不可预见）正常矿井涌水（可预见）顶板淋水井筒漏水地表水倒灌（溃入）,2020/5/26,21,2.矿井水害的概念和分类,2.2我国矿井水害的类型其它分类矿井突水按采掘工作所处的阶段，可分为掘进突水与回采突水；按突水点与开采煤层所处的相对位置，可分为顶板突水、底板突水；按突水相对于采掘工程进行的时间可分为即时突水与滞后突水按突水点的水量大小，可分为小型突水(Q60m3/h)、中等突水(Q=60m3/h600m3/h)、大型突水(Q=600m3/h1800m3/h)和特大型突水(Q1800m3/h)。,2020/5/26,22,2.矿井水害的概念和分类,2.3我国矿井水害分区华北石炭、二叠岩溶裂隙水水害区：为突水特大事故多发区。有以下特点：水害事故频繁，突水量大，淹井事故多，承担巨额排水费用。华南晚二叠统岩溶水水害区：本区特点为：突水频繁，突水量大，常影响矿井生产，承担巨额排水费用。东北侏罗系裂隙水水害区；本区主要为砂岩裂隙水，其特点：一般不影响生产，局部水害严重，有时淹井。西北侏罗系裂隙水水害区：本区特点为：水害集中于浅部，地表水影响大，但因为该区缺水严重，多研究保水采煤。藏滇中生界裂隙水水害区：特点为：水文地质条件简单，水害影响不严重，煤炭储存量仅占全国总量的0.1%，该区主要研究露天矿的问题。台湾第三系裂隙孔隙水水害区，特点：水害不多，水害影响不严重。,2020/5/26,23,图例：（1）华北石炭二叠纪煤田的岩溶裂隙水水害区；（2）华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区；（3）东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；（4）西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；（5）西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区；（6）台湾第三纪煤田的裂隙孔隙水水害区我国煤矿水害分布图,2020/5/26,24,2.42013年全国煤矿水害情况,2013年重大水害事故下降，共发生水害事故21起、死亡89人未发生特别重大水害事故。11起较大水害事故中，乡镇煤矿7起、死亡34人，分别占63.6%和70.8%；国有地方2起、死亡9人；国有重点2起、死亡5人。,2020/5/26,25,2.42013年全国煤矿水害情况,掘进工作面是发生透水事故的主要地点。11起较大水害事故中，掘进工作面发生6起，采煤工作面发生4起，其它地点发生1起。,2020/5/26,26,2.42013年全国煤矿水害情况,透水水源主要是采空区积水。11起较大水害事故均为井下透水事故，其中有10起透水水源为老空水，1起透水水源为地面池塘水。,2020/5/26,27,2.42013年全国煤矿水害情况,透水原因分析。地质资料不清、探放水措施不落实，在透水征兆明显的情况下不采取措施立即撤人仍盲目违规组织生产是透水事故的主要原因。11起较大水害事故矿井中有8个事故工作面未采取任何探放水措施，其他3个矿井虽采取了一定措施，但也存在探放范围不够等问题。2起重大事故矿井均采取了探放水措施，但现场落实不到位。,2020/5/26,28,3.矿井水害的形成条件及机制,矿井充水条件的概念定义：矿井充水水源、充水通道和影响矿井充水程度的因素的综合作用称为矿井的充水条件。充水条件包含三个方面：水源通道其它影响因素,2020/5/26,29,3.矿井水害的形成条件及机制,2020/5/26,30,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.形成条件3.1.1.矿井充水水源（1）大气降水大气降水是地下水的主要补给来源，因此所有矿井的充水都不同程度地受到降水的影响。对露天矿：降水直接降落在矿坑内，形成降雨径流，其水量大小决定于降水量、露天坑范围及其汇水条件对矿井：降水沿集中入渗通道灌入矿井造成涌水，其水量大小取决于降水量大小、汇水条件、集中通道的过水断面和长度,2020/5/26,31,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.1.矿井充水水源（2）地表水流经矿区或邻近矿区的地表水体，当其与井巷或充水岩层具有水力联系时，成为矿井充水水源，甚至导致淹井。地表水体的形式：河流：如安徽两淮矿区的淮河湖泊：如山东济宁矿区的微山湖海洋：如山东龙口矿区的近海水库：如河南义马矿区的小浪底水库,2020/5/26,32,山东华源矿难示意图,2020/5/26,33,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.1.矿井充水水源（2）地表水当有地表水体存在时，井巷与地表水体间的岩石渗透性是决定地表水能否成为矿井充水水源和充水强弱的关键。若地表水体与井巷之间有相对隔水层存在，只要开采冒落裂隙带不波及地表水体，可实现水体下安全采煤；若地表水体与井巷之间为强透水岩层，或存在导水通道，地表水即形成矿井充水。,2020/5/26,34,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.1.矿井充水水源（3）地下水当井巷围岩为含水层时，储存于其中的地下水就会成为矿井充水的水源。根据充水岩层的含水空间特征，可将其分为：孔隙充水岩层：富水性相对均一，对矿井影响较大裂隙充水岩层：富水性差异性大，对矿井影响相对较小岩溶充水岩层：强富水，承压，对矿井影响大，常造成突水灾害,2020/5/26,35,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.1.矿井充水水源（4）老空积水采掘范围不明的古井、小窑积水，以及近代矿井采空区与废巷的老塘积水，统称为老空积水老空积水是矿井重要的充水水源近年来，老空积水造成的矿井水害明显增多,2020/5/26,36,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.1.矿井充水水源（4）老空积水老空积水对矿井充水的影响特点：(1)老空积水形成的矿井突水常带有突发性。(2)突水量都很集中(瞬时水量大，持续时间短)，流速快，来势凶猛，即使水量不大也能造成人员伤亡，水量大则矿毁人亡，危害更大。(3)水中含SO42-高，pH值低，具酸性，有腐蚀性。,2020/5/26,37,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（1）断裂构造（断层）断层是矿井充水的重要通道，地下水、地表水，甚至大气降水都可能沿导水断层渗入或涌入矿井。断层对矿井充水的影响表现在以下三个方面：(1)断层的导水和储水作用(2)断层缩短了煤层与对盘含水层的距离(3)断层降低岩层的强度,2020/5/26,38,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（2）岩溶陷落柱岩溶陷落柱是由于煤系地层下伏的奥陶系灰岩顶部岩溶发育，常形成巨大的溶洞，使上覆地层失去支撑，从而在重力作用下不断向下垮落而形成。由于陷落柱不同程度地贯穿了奥灰以上的地层，当其贯穿煤系地层时，陷落柱可能成为奥灰水进入矿井的通道。迄今所发现的陷落柱，许多是不导水的，如一旦揭露充水陷落柱，往往酿成水害。,2020/5/26,39,开滦范各庄矿特大突水灾害：,开滦范各庄矿2171工作面水源：奥灰水通道：大型陷落柱最大突水量达2053m3/min迄今为止仍是世界上最大的突水事故,2020/5/26,40,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（3）构造裂隙和地震裂隙构造裂隙：成岩或构造活动中形成的导水裂隙（天然导水裂隙）。如：砂岩中的构造裂隙黄土中的垂直裂隙火成岩中的成岩裂隙地震裂隙：现代地震活动中新生成的裂隙。,2020/5/26,41,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（4）采动导水裂隙带当煤层采出后，采空区围岩应力状态发生变化，导致顶板、底板破坏，在采场周围形成破坏带或人工充水通道。当破坏带波及充水水源时，就会形成矿井充水，甚至发生突水。顶板三带：弯曲下沉带(整体移动带)、裂隙带、冒落带底板三带：上部采动破坏带、中间完整带、下部原始导升带,2020/5/26,42,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（5）岩溶塌陷及天窗岩溶塌陷：是新的充水通道，大气降水和地表水常沿塌陷大量灌人井下，增大矿井涌水量，甚至造成矿井排水的往复循环，并常常伴以涌泥、涌砂等现象发生。,2020/5/26,43,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（5）岩溶塌陷及天窗天窗：是浅部隔水层发育缺失所形成的局部导水通道，是浅部松散含水层充水的常见通道。,2020/5/26,44,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.2.矿井充水通道（6）导水钻孔所有钻孔终孔后都应按封孔设计要求和钻探规程的规定进行封孔。未进行封孔或虽封孔，但质量不合乎要求的钻孔便成为沟通煤层上部或下部含水层的导水钻孔。当采掘工程揭露或接近时，会酿成突水事故。,2020/5/26,45,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.3.矿井充水影响因素（1）含水层富水性含水层的富水性不决定是否突水，但是决定突水量的大小。含水层的富水性取决于含水介质征、厚度、分布面积、补给条件等因素。总体上：岩溶含水层孔隙含水层裂隙含水层（Note：不绝对！）,2020/5/26,46,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.3.矿井充水影响因素（2）边界条件平面边界(周边界)指充水岩层与区域地下水的联系，反映其接受侧向补给的能力；剖面边界(上、下边界)指充水岩层与上、下含水层的水力联系，反映其接受垂向补给的能力。,2020/5/26,47,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.3矿井充水影响因素（3）隔水层当井巷围岩是隔水岩层时，可以阻止周围的含水层或其它水源向矿井充水。隔水岩层阻止矿井充水的作用主要取决于以下三个因素：隔水岩层的阻水能力隔水岩层的厚度和稳定性隔水岩层的岩性组合关系,2020/5/26,48,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.3矿井充水影响因素（4）地质构造（褶曲形态）褶曲的类型和规模褶曲伴生裂隙的导水作用平行主应力的横张裂隙导水性强褶曲轴部，特别是向斜轴部的纵张裂隙常常是底板突水的通道褶曲形成过程中产生的层间裂隙有利于灰岩中岩溶的发育和地下水的汇集与运移。,2020/5/26,49,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.3矿井充水影响因素（5）地形条件开采煤层与当地侵蚀基准面的关系地形汇水条件分水岭的位置地形对径流方向的控制汇水单元的面积,2020/5/26,50,3.矿井水害的形成条件及机制,3.1.3矿井充水影响因素（6）地下水动态特征地下水的动态特征是指水位和流量随时间变化的规律。稳定态：形成的矿井突水往往水量大而稳定衰减态：突水后水量迅速减少，甚至自然消失周期态：多与降水有关，峰值期易突水人工疏降场：疏降漏斗扩大导致充水岩层地下水补排关系的变化,2020/5/26,51,斯列萨列夫理论下三带理论关键层理论工程地质力学理论优势面理论零位破坏与原位张裂理论,3.2矿井水害的形成机制,2020/5/26,52,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式顶板突水条件：上覆含水层或地表水体上部导水裂隙带关键：是否有隔水层？不同开采条件下顶板导水裂隙带高度？,2020/5/26,53,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式底板突水条件：下覆承压含水层下部导水裂隙带底板采动破坏带地下水导升带关键：是否有有效隔水层？是否有足够的抗突能力？如何评价？,2020/5/26,54,3.2矿井水害的形成机制,2020/5/26,55,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1.几种主要的突水模式断层突水条件：顶板或底板含水层断层带导水并沟通含水层关键：侧向煤柱是否有足够的抗破坏能力？煤柱是否能保证隔水层最小厚度？,2020/5/26,56,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式断层突水,2020/5/26,57,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式断层突水,2020/5/26,58,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式断层突水,2020/5/26,59,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式陷落柱突水条件：顶板或底板含水层陷落柱导水并沟通含水层关键：如何发现陷落柱？性质？侧向煤柱是否有足够的抗破坏能力？,2020/5/26,60,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式老空突水条件：老空区存在积水，并位于浅部可能形成导水通道采动破坏导水裂隙波及老空积水区（开采上限问题）煤层抗破坏能力不足（煤柱留设问题）关键：导水裂隙带发育高度？侧向煤柱是否有足够的抗破坏能力？,2020/5/26,61,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式钻孔突水条件：钻孔导水（水源孔、长观孔、封闭不良孔）钻孔在采动影响范围内关键：采动影响范围如何确定？侧向煤柱是否有足够的抗破坏能力？,2020/5/26,62,3.2矿井水害的形成机制,3.2.1几种主要的突水模式由上述突水模式可知：不同的突水模式，其突水机理完全不同，控制因素也不同断裂构造、陷落柱是主要的灾害性突水导水通道开采条件下顶底板岩破坏是突水预测的关键性因素之一,4.矿井水文地质类型划分,矿井水文地质类型划分的目的是分析矿井水文地质条件，确定水文地质类型，指导矿井防治水工作，通过采取有效的防治水措施，确保煤矿安全生产。防治水规定第十一条：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。,4.矿井水文地质类型划分,划分注意事项：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。,矿井水文地质类型划分依据,根据我国的矿井水文地质特征和主要影响因素，矿井水文地质类型的划分依据如下：1受采掘破坏或影响的含水层及水体。其中包括含水层性质及补给条件和单位涌水量。受采掘破坏或影响的含水层也就是矿井充水的主要含水层。例如，在华北型煤田中开采上组煤层时可能主要是顶板砂岩含水层，而在开采太原组底部煤层时可能是煤层底板奥陶系灰岩含水层和顶板薄层灰岩含水层。单位涌水量q是反映充水含水层富水性的重要指标，q的取值应以井田内主要充水含水层中有代表性的为准。,矿井水文地质类型划分依据,2矿井及周边老空水分布状况。老空水包括古井、小窑、矿井采空区及废弃老塘的积水等。我国煤矿开采历史悠久，老空水分布广泛，对矿井或相邻矿井造成极大威胁，矿井采掘工程一旦揭露或接近，常会造成突水。老空水一般位置不清，水体几何形状不规则，空间分布无规律，积水位置难于分析判断，突水来势迅猛，破坏性强。老空水多为酸性水并具有腐蚀性，但也有含有诸如硫化氢等有害气体的老空水。老空水事故约占总水害事故的80%以上，因此，在本矿井水文地质类型划分中，老空水分布状况作为类型划分的一个重要指标。3矿井涌水量。考虑矿井正常涌水量和最大涌水量。我国西北地区矿井涌水量明显偏小，因而分类表中西北地区矿井涌水量界线值不同于其它地区。,矿井水文地质类型划分依据,4矿井突水量。含水层或含水体中的水突破隔水体而突然进入采掘系统空间的水量，往往造成灾害，因此，将突水量作为分类指标之一。5开采受水害影响程度。主要根据矿井是否经常突水，以及突水的频率和突水量的大小进行分类。6防治水工作难易程度。主要根据防治水工程量及经济效益等进行分类。如果投入的防治水工程量太大，经济效益差，目前就不宜开采，待将来科技进步了再进行安全高效开采。根据以上分类依据，把矿井水文地质类型划分为简单、中等、复杂和极复杂四种类型。,5.矿井透水征兆,老空水透水征兆：由于老空水积存时间较长，水量补给较差，故称“死水”。老空透水征兆为：煤层发潮、色暗无光；采掘工作面、煤层和岩层内“发凉”；煤层挂汗；采掘工作面、煤层和岩层内听到“嘶嘶”水叫；老空水呈红色，含铁，水面泛油花，有臭鸡蛋味，口尝发涩，酸性大。,承压水和承压水有关的断层水透水征兆：断层破碎带中的地下水是流动的，故称“活水”。所以很少有“挂红”现象，水无涩味而发甜。在岩巷中遇到或接近断层水时，有时在岩缝中可见到淤煤，水较混浊，多呈黄色；当采掘面接近含水断层破碎带时，会出现来压、淋水增大等现象，使工作面顶板来压、掉碴、冒顶、支架倾倒或折梁，底板软时膨胀鼓起，底板硬时产生张裂；先出小水后出大水；采掘工作面和巷道内瓦斯显著增大。,5.矿井透水征兆,井下透水征兆,必须要熟悉且牢记;并不是说每个工作面在透水之前都必定出现，有可能发现一个、两个，有时甚至没有看到就突水淹井了。如果一旦发现这些征兆中的一种，就必须停止生产作业，分析研究，采取措施，并立即报告矿井值班室，发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。“走为上计！”。,5.矿井透水征兆,【案例】2007年8月17日，华源矿业有限公司发生洪水淹井事故，死亡172人，相邻的名公煤矿死亡9人。事故教训之一:华源矿业公司发现井下透水后，没有及时作出人员一次性撤离升井的决定，而是分三次下达撤人命令，延误了部分人员的最佳撤离时机。,5.矿井透水征兆,【案例】2005年1月6日中班，某矿技术科技术员刘某现场跟班落实81301上山切眼贯通41303运输巷的边探边掘措施，按照先探后掘的探水原则及其探水规定，探了3个孔，其中面向工作面左侧的2个探孔煤粉干燥，右侧一个探孔湿润潮湿。在瓦斯检查工检查瓦斯不超限后，安排正常掘进放炮。,放炮后，在未对迎头水情进行分析的情况下安排出煤，17时左右，迎头煤壁出现渗水，刘某用锨铲渗水点出现浊水，迎头的右侧被老空水冲开一宽0.9m、高1.5m的豁口(豁口内老巷为冒顶区)，在场的三位职工安全撤入躲避硐内，刘某被水冲到最下部溜头处，经抢救无效死亡。技术员刘某在81301切眼贯通盯班，有突水预兆时，未及时撤离工作地点，违章作业，被突然溃出的老巷积水冲倒、淹没。,6.矿井水害防治方法,6.1编制矿井水文地质类型划分报告第十二条：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。,2020/5/26,81,6.矿井水害防治方法,6.1编制矿井水文地质类型划分报告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。,2020/5/26,82,6.矿井水害防治方法,6.1编制矿井水文地质类型划分报告区域水文地质主要描述矿区所处水文地质单元或地下水系统名称、范围、边界；地下水的补给、径流、排泄条件；强径流带展布规律及岩溶泉群流量等。特别应指出矿区所处地下水系统的具体位置。附矿区所处水文地质单元或地下水系统示意图。矿井水文地质1井田边界及其水力性质描述矿井四周边界的构成，一般是断层、隐伏露头、火成岩体和人为边界等。分析边界可能造成的含水层之间的水力联系和矿区以外含水层的水力联系。,2020/5/26,83,6.矿井水害防治方法,6.1编制矿井水文地质类型划分报告2含水层按由新到老的顺序对含水层逐一进行描述。主要内容包括含水层名称、产状、分布、厚度（最大、最小和平均厚度）、岩性及其在纵横向上变化规律；地下水位标高、单位涌水量、渗透系数；水化学类型、矿化度、总硬度等。指出含水层地下水补给来源及其与其他含水层水力联系。岩溶裂隙含水层还应指出岩溶发育情况和钻孔涌水量、泥浆消耗量、单位吸水量等。特别应指出岩溶陷落柱存在与发育状况。附主要充水含水层等水位（压）线图等。3隔水层按由新到老的顺序逐一进行描述，重点是构成煤层顶、底板的隔水层。内容主要包括岩性、分布、厚度（最大、最小、平均厚度）及其变化规律、物理力学指标和阻隔大气降水、地表水和含水层之间水力联系的有关信息。,2020/5/26,84,6.矿井水害防治方法,6.1编制矿井水文地质类型划分报告4矿井充水条件矿井充水条件主要是指充水水源、充水通道和充水强度。充水水源指矿井水来源，充水通道指水源进入矿井的通道。对各种可能的充水水源如大气降水、地表水、老窑水和地下水等，可能的充水通道如断层和裂隙密集带、陷落柱、煤层顶底板破坏形成的通道，未封堵和封堵不良的钻孔以及岩溶塌陷等进行详细描述，并应列表加以说明。5井田及周边地区老窑水分布状况详细描述井田及其周边地区老窑水分布状况，包括位置、积水范围和体积、水压以及与其他水源的联系等。必要时进行专项调研。6矿井充水状况对井下涌（突）水点进行调查，描述涌（突）水点位置，水量和水质变化规律以及涌（突）水点处理情况；统计分析矿井最大涌水量和正常涌水量，涌水量构成包括井筒残留水量，巷道涌水量、工作面涌水量和老空区来水量等。,2020/5/26,85,6.矿井水害防治方法,6.1编制矿井水文地质类型划分报告,2020/5/26,86,国家安监总局和国家煤监局在安检总煤调2009233号文中明确指出“各煤矿企业应在2010年9月底前完成矿井水文地质类型划分。”,6.矿井水害防治方法,6.2井下探放水（一）探放水概述1、探水的目的探水系指采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，其目的是为有效的防治矿井水害做好必要的准备。,2020/5/26,87,2、探水的原则采掘工作必须执行“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字原则，因而遇到下列情况之一时，必须探水。(1)接近水淹的井巷、老空、老窑或小窑时。(2)接近含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时，或通过它们之前。(3)打开隔离煤柱放水前。(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或裂隙发育带时。(5)接近可能涌（突）水的钻孔时。(6)接近有水或稀泥的灌浆区时。(7)采动影响范围内有承压含水层或含水构造，或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清，可能突水时。(8)接近矿井水文地质条件复杂的地段，采掘工作有涌（突）水预兆或情况不明时。(9)采掘工程接近其它可能涌（突）水地段时。,2020/5/26,88,3、探放（防）水设计编制内容矿井在探放（防）水工程实施前必须编制探放（防）水专项设计，并有防止瓦斯和其他有害气体等危害的安全措施。探放（防）水结束后，必须有探放（防）水工作总结。探放（防）水设计具体编制内容包括:探放（防）水区的具体水文地质条件。探放（防）水巷道的开拓方向、施工次序、规格和支护形式。探放（防）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。根据确定的超前距，应合理选择对应的探放（防）水钻机型号。探放（防）水施工与掘进工作的安全规定。受水威胁区信号联系和避灾路线的确定。通风措施和瓦斯检查制度。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突发事件处理的紧急预案。,2020/5/26,89,4、探放（防）水实施细则矿井在探放（防）水工程实施前应注意的事项：检查排水系统：准备好水沟、水仓及排水管路；检查排水泵及电动机，使之正常运转，达到设计的最大排水能力。准备堵水材料：在探水地点应备用一定数量的坑木、麻袋、木塞、木板、黄泥、棉线、锯、斧等，以便探放（防）水过程中意外出水或钻孔水压突然增大时及时处理。检查瓦斯：矿井必须按管理制度定时进行瓦斯检查，瓦斯浓度超过安全规定时应停止工作，及时加强通风。检查支架情况：井下探放（防）水施工巷道现场发现有松动或破损的支架要及时修整或更换，并仔细检查帮顶是否背好。检查煤壁：井下探放（防）水施工现场的煤壁有松软或膨胀等现象时，要及时处理，闭紧填实，必要时可打上木垛，防止水流冲垮煤壁，造成事故。检查水沟：井下探放（防）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，应立即修复。检查安全退路：在井下探放（防）水施工过程中，设计的避灾路线内不许有煤炭、木料、煤车等阻塞，要时刻保证畅通无阻。在探放（防）水过程中，要及时观测钻孔出水的水量、水压、水质和水温等地下水动态信息，发现明显异常后，千万不要轻易拔出钻杆。,2020/5/26,90,（二）探放老空水小煤窑或矿井采掘的废巷老空积水，其几何形状极不规则，积水量大者可达数百万立方米，一旦采掘工作面接近或揭露它们时，常常造成突水淹井及人身伤亡事故，故必须预先进行探放老空水。1、探放水工程设计内容(1)探放水巷道推进的工作面和周围的水文地质条件，如老空积水范围、积水量、确切的水头高度（水压）、正常涌水量，老空与上、下采空区、相邻积水区、地表河流、建筑物及断层构造的关系等，以及积水区与其它含水层的水力联系程度。,2020/5/26,91,(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。(4)探放水施工与掘进工作的安全规定。(5)受水威胁地区信号联系和避灾路线的确定。(6)通风措施和瓦斯检查制度。(7)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。(8)水情及避灾联系汇报制度和灾害处理措施。(9)附老空位置及积水区与现采区的关系图、探放水孔布置的平面图和剖面图等。,2020/5/26,92,2、探放老空水的原则探放老空水除了要遵循上述的探放水原则外，还应遵循下述探放老空水的具体原则。(1)积极探放。当老空区不在河沟或重要建筑物下面、排放老空区内积水不会过分加重矿井排水负担、且积水区之下又有大量的煤炭资源急待开采时，这部分积水应千方百计地放出来，以彻底解除水患。(2)先隔离后探放。与地表水有密切水力联系且雨季可能接受大量补充的老空水；老空的积水量较大，水质不好（酸性大），为避免负担长期排水费用，对这种积水区应先设法隔断或减少其补给水量，然后再进行探水，若隔断水源有困难无法进行有效的探放，则应留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再进行处理。(3)先降压后探放。对水量大、水压高的积水区，应先从顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来，然后再沿煤层打探水钻孔。(4)先堵后探放。当老空区为强含水层水或其它大小水源水所淹没，出水点有很大的补给量时，一般应先封堵出水点，而后再探放水。,2020/5/26,93,（三）探放断层水1.探放断层水的原则凡遇下列情况必须探水：(1)采掘工作面前方或附近有含（导）水断层存在，但具体位置不清或控制不够严密时。(2)采掘工作面前方或附近预测有断层存在，但其位置和含（导）水性不清，可能突水时。(3)采掘工作面底板隔水层厚度与实际承受的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面影响范围内，是否有断层情况不清，一旦遭遇很可能发生突水时。,2020/5/26,94,(4)断层已为巷道揭露或穿过，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)井巷工程接近或计划穿过的断层浅部不含（导）水，但在深部有可能突水时。(6)根据井巷工程和自设断层防水煤柱等的特殊要求，必须探明断层时。(7)采掘工作面距已知含水断层60m时。(8)采掘工作面接近推断含水断层100m时。(9)采区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，含水层水压又大于23MPa时。(11)对水压较大的含（导）水断层探放（防）时，应首先进行超前物探，并应配置足够的防排水能力，在巷道后构建水闸门等分区隔离工程。,2020/5/26,95,2、断层水探放（防）注意事项核准断层产状位置，分析断层带富水性，并在平面、剖面图上确定断层与采掘工作面的空间几何关系。井巷穿过可能含（导）水断层前，必须超前探水，探水线至断层交面线的最小距离应根据水压大小确定，一般不得小于20m，导水断层水压大时其距离应按比例增大。当井巷通过含水断层时，要严防顶板跨落或来压冒顶突水，同时要注意断层延迟滞后突水，要及时建议采掘部门采取相应的诸如加强支护和注浆封闭等防治水措施。对水压较大的含（导）水断层探放（防）时，应首先进行超前物探，并应配置足够的防排水能力，在巷道后构建水闸门等分区隔离工程。对与强充水含水层连通的导水断层，必须按规定留设防隔水煤柱，采掘工作面接近断层煤柱前，要复查煤柱的强度和可靠性。,2020/5/26,96,（四）探放陷落柱水煤层底板为厚层石灰岩的华北型煤层，由于导水陷落柱的存在，使某些处于上覆地层本来没有贯穿煤系基底强含水层的中、小型断层或一些张裂隙，成为水源充沛、强富水的突水薄弱带，一旦被揭穿，将引起突水。若导水陷落柱直接突水，其后果就更严重。例如1984年开滦范各庄矿2171工作面陷落柱突水的最大涌水量达2053m3min，使该大型矿井在21h内被全部淹没，成为世界采煤史上最大的一次突水。有的陷落柱不导水，有的导水。,2020/5/26,97,（五）导水钻孔的探查与处理矿区在勘探阶段施工的各类钻孔，往往能贯穿若干含水层，有的还可能穿透多层老空积水区甚至含水断层等。若封孔或止水效果不好，人为沟通了本来没有水力联系的含水层或水体，使煤层开采的充水条件复杂化。山东肥城矿区的原“中一井”，因地质勘探阶段的钻孔封孔质量不好，将中奥灰水导入煤系薄层灰岩，致使开采上组煤时矿井涌水量很大，且长期达不到疏水降压的目的，矿井一直无法投产，被迫改为“水文地质试验井”，补做了10余年的水文地质补充勘探工作，将有怀疑的钻孔一一作了启封，最终才解决了这一人为造成的水文地质问题。淄博夏庄煤矿附近的一个矿，穿越煤系地层打奥灰供水孔时，因套管止水质量不好，岩溶承压水沿钻孔上升后，使该矿七层煤残留煤柱遭到破坏，矿井突然增加12m3min的涌水量，该矿几乎被淹。有的矿的施工地质孔将上层煤的老空积水大量导入正在生产的下层煤采区，也曾造成严重的水害。因此，必须采取有效的措施防止产生导水钻孔，封闭确已存在或有怀疑的导水钻孔。,2020/5/26,98,（六）探放含水层水由于基岩裂隙水的埋藏、分布和水动力条件等都具有明显的不均匀性，煤层顶、底板砂岩水、岩溶水等在某些（或某一）地段对采掘工作面没有任何影响，而在另一些地段却带来不同程度的危害。为确保矿井安全生产，必须探清含水层的水量、水压和水源等，才能予以治理。防治煤层顶、底板含水层的水害，既要从整体上查明水文地质条件，采取疏干降压或截源堵水等防治措施，又要重视井下采区的探查。,2020/5/26,99,疏干开采是指对煤层顶板或煤层含水层的疏干；而疏水降压是指对煤层底板含水层而言，其目的是使煤层底板含水层水压降低至采煤安全水压。矿井疏干的目的是预防地下水突然涌入矿井，避免灾害事故，改善劳动条件，提高劳动生产率，消除地下水静水压力造成的破坏作用等，是煤矿防治水的一种主要措施。对于大水矿区，为了减少矿井涌水量，应采取截流、浅排和排、供、生态环保三位一体结合等辅助措施，与疏干工作统筹考虑，进行综合防治。,6.3疏干开采,2020/5/26,100,6.矿井水害防治方法,（一）疏干程序矿井疏干过程可分为疏干勘探、试验疏干和经常疏干三个逐渐过渡程序，应与矿井的开发工作密切配合。1、疏干勘探疏干勘探是以疏干为目的的补充水文地质勘探。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，提出疏干方案。2、试验性疏干试验性疏干方案的正确制定表现在矿井开采初期能降低水位，并能经过612个月，尤其是雨季的考验。要尽可能利用疏干勘探工程，并补充疏干给水装置。通过试验，视干扰效果及残余水头的状况，进行工程调整。3、经常性疏干经常性疏干是生产矿井日常性的疏干工作，随着开采范围的扩大和水平延伸，疏干工作要不断地进行调整、补充，甚至重新制定疏干方案，以满足矿井生产的要求。,2020/5/26,101,（二）疏干方式疏干工程应与采掘工程密切结合。疏干工程按其进行阶段（或时间）可分为预先疏干和并行疏干。预先疏干在井巷开拓之前进行；并行疏干是在井巷开拓过程中进行，一直到矿井全部采完为止。疏干方式有三种：地表式是从地表进行疏干；地下式是在地下进行疏干；联合式是同时采用上述两种方式或多井同时疏干。目前这三种疏干方式皆有采用。（三）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水文地质勘探的基础上进行的。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。,2020/5/26,102,疏水降压,所谓疏水降压防治矿井水害技术就是对威胁矿井安全生产的主要充水含水层水，通过专门的工程和技术措施在人工受控的条件下进行超前预疏干或疏降水压，进而减少或消除其在矿山建设和生产过程中对矿井安全的威胁。其基本内容可划分为疏干和疏水降压两大方面。,疏水降压防治矿井水害的典型类型,2020/5/26,104,地面群孔疏水,井下巷道疏水,2020/5/26,105,井下专用疏水巷疏水,工作面顺槽疏水,2020/5/26,106,地面直通式疏水,井下上仰式疏水,2020/5/26,107,井下下行式疏水,压力传递式井下疏水,疏水降压防治矿井水害技术的适用条件,2020/5/26,108,1矿井主要充水含水层属于自身充水含水层。由于矿井的主要工程活动位于含水层之中，或者说矿井的采掘活动将直接揭露充水含水层，含水层中的水无法躲避，早晚都要被释放。为了减少或消除采掘过程中大量的水短时间涌入矿井给矿井正常生产与建设带来影响或超过矿井设计的排水能力而造成淹井事故，需要在人工受控条件下预先对含水层水进行疏放。2矿井主要充水含水层属于直接充水含水层。当含水层作为煤层的直接顶板或底板时，一旦巷道进入煤层或工作面回采后，由于缺乏工程层位与含水层之间的隔水保护层，含水层中的水会直接进入巷道或工作面给矿井生产造成影响或灾害。在这种水文地质条件下，往往需要采用预疏水技术防治矿井水害。3矿井主要充水含水层以静储水量为主，动态补给量有限。以静储水量为主的矿井充水含水层发生矿井充水时，往往是瞬间冲击水量大，后期水量迅速衰减甚至干枯，当矿井生产诱发该类含水层突（透）水时，往往在总出水量有限的条件下给矿井带来严重灾害，采用预先疏水技术可以有效的消减峰值水量而达到消除矿井水害的目的。4煤层顶板间接含水层与煤层之间隔水层的厚度小于工作面顶板冒落带与裂隙带高度。在这种条件下，尽管煤层顶板存在着隔水层，但隔水层的厚度小于工作面回采后冒裂带高度，一旦工作面回采后，含水层中的水必然通过冒裂带导入矿井。为了减少初次冒裂后来自顶板的峰值水量，通常在工作面回采之前，通过井上或井下专门的疏水工程进行含水层水的预疏放。5煤层底板存在高承压含水层，且煤层与含水层之间的隔水层厚度较薄，在自然状态下隔水层不能阻抗高压水的破坏和侵入。在这种条件下，可通过疏放水技术降低含水层中的压力水头以达到实现带压开采的条件。,无论在矿山企业现场，还是在科研、教学部门，甚至在大学教学课本中，以往解决这个问题的唯一方法就是“突水系数法”。,式中:TS突水系数，MPa/m；HW煤层底板隔水岩段所承受的水压值，MPa;煤层底板隔水岩段的实际厚度，；,那么何谓“突水系数”？,6.4带压开采,2020/5/26,109,6.3带压开采,典型矿区底板突水性与隔水层厚度关系,编制突水系数图：前面已经提到，突水系数的应用是通过突水系数图来体现的。有两种突水系数图，一种是矿区或井田的突水系数图，比例尺常为1：50001：10000；第二种是采区的突水系数图，比例尺一般是1：10001：2000，甚至更大些。编制带压开采地质、水文地质说明书：开采受水害威胁地区的煤层，在编制开拓、掘进与回采设计之前，必须编制该范围的地质、水文地质说明书，以作为设计的依据。,2020/5/26,111,6.5井下防水闸门和水闸墙,防水闸门硐室和水闸墙为井下防水的主要安全设施，凡水患威胁严重的矿井，在井下巷道设计布置中，就应在适当地点预留防水闸门硐室和水闸墙的位置，使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。在水患发生时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。（一）防水闸门的关闭1、当井下发生突然涌水或出现突水预兆危及矿井安全时，必须立即作好关闭防水闸门准备工作，同时请示矿务局总工程师，批准后方可关闭防水闸门。正常情况下，由于采区报废或按计划暂停采区生产，要求关闭防水闸门时，须提前写出专题报告（内容包括采区尚余储量、涌水量、充水含水