防治水综合 安全技术措施

1、防治水综合 安全技术措施煤矿水害是矿井五大灾难之一,往往造成突水淹井或沉没整个工作面的恶性事故。依据矿井水的来源可分为地下水害、地表水害和老窑积水水害。防治水是防止矿井水害事故发生,减小矿井正常涌水,降低煤炭生产成本,在保证矿井建设和生产的安全前提下使国家的煤炭资源得到充分合理的回收。为防止水害事故给矿井的正常安全生产造成影响,特制定矿井防治水综合安全技术措施。 一、水文地质状况 我公司矿区位于沁水盆地南缘低山丘陵区,水文地质单元属延河泉域中北部。依据含水层岩性和地下水赋存特征,本区地下水类型可划分为松散岩类孔隙水、碎屑盐类裂隙水、碎屑夹碳酸岩类岩溶裂隙水、和碳酸盐岩类岩溶水四种。 1、矿区水

2、文地质条件 矿区松散岩孔隙水含水岩组主要赋存于第四系上更新统地层,含水岩组一般厚为0-10米,富水性差,为透水而不含水层;碎屑岩类裂隙水、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙岩溶水,富水性弱;碳酸盐岩岩溶水在本区埋深较深,据x省煤田地质勘探144队,1996年提交的本矿地质报告,区域水位标高为450-560米,高于本矿现开采3#煤层底板标高79-122米,3#煤为带压开采,但奥陶系灰岩顶界至3#煤层间距为120余米,可起一定的隔水作用,构成3#煤底板突水危急性小,但该含水层富水性强,具不匀称性,开采过程中,若遇断层,在断裂连通导水的状况下,不排解有突水的可能,因此在开采过程中应坚持“预估预报、有掘必探,先探

3、后掘、先治后采”的原则。本区与煤层开采有关的地下水类型主要有二叠系、石炭系碎屑及碳酸盐类岩溶水。 1)?主要含水层 石炭系、二叠系岩裂隙含水层 含水层主要为x省组k7砂岩和下石盒子组底部的k8砂岩。 k7砂岩为x省组与太原组的分界标志层,岩性以中细、中粗粒砂岩为主,局部为粉砂岩,具有近似垂直于层面的裂隙带。据邻区抽水试验,单位涌水量为0.0004-0.003l/s·m,水位标高567.12米,为弱富水含水层。 k8砂岩是x省组与下石盒子组分界标志层,岩性以中细粒岩为主,局部 地段为粗砂岩,裂隙较发育。 奥陶系岩溶水含水层 含水层主要有上、下马家沟组灰岩和峰峰组灰岩组成,上、下马家沟

4、组灰岩溶发育,局部可见1-2米的溶洞,富水性强,单井最大涌水量为1900m3/d,介由于岩溶发育不均一,富水性也不匀称;峰峰组在掩盖层薄的地段内,岩溶发育极普遍,多为透水层,随埋深增加岩溶发育减弱。据邻区钻孔抽水试验,单井涌水量为0.0015-41.85l/s·m,富水性不匀称,区域水位标高在450-560米间,成为矿区下伏的主要充水含水层。 2)?主要隔水层 石炭系上统及下叠系隔水层 主要由具有可塑性的泥岩、砂质泥岩级成,各层砂岩间及灰岩间均有 泥岩分布,一般厚度2至数米不等,可起到良好的层间隔水作用。 石炭系中统本溪组隔水层 该层岩性以铝士质泥页岩为主,一般为10米左右,裂隙不发

5、育,透水 性差,为煤系地层较好的区域隔水底板,隔断了与下伏岩溶水的水力联系。 2、矿坑充水因素: 可能进入矿坑的水源有:大气降水、地表水、地下水和采空积水等。 大气降水对矿坑充水的影响 大气降水入渗量具有明显的季节性、多年同期性的变化规律,且随着 降水量的转变而转变,降水入渗对地形低洼浅埋矿床的充水影响最明显,但随开采深度的增加,影响渐渐降低,且涌水高峰值出现滞后现象。 地表水对矿床充水的影响 由于矿区内无大的河流,平常沟谷干枯无水,但存在季节性河流,一 般洪水来猛去速,持续时间短,凡井口不在历年洪水位置内,就不会发生洪水涌入坑内事故,对矿床充水影响小。 地下水对矿床充水的影响 本矿现开采3#

6、煤,煤层赋存于石炭系x省组地层中,其直接充水含水 层以顶板砂岩充水为主,其次为开采过程中产生的塌陷裂隙带,在局部地段接受下石盒子组底界k8砂岩充水补给,该层砂岩富水性弱,渗透系数k=0.032m/d。另据本矿地质报告,该地区区域岩溶水水位标高在450-560米,而本矿3#煤底板标高为328-481米,低于突、灰水水位标高79-122米,由于奥陶系灰岩顶界至3#煤层间距为120余米,可起一定的隔水作用,对3#煤开采影响较小,但在今后的采煤中,若遇断层,在断裂连通导水的状况下,可形成间接充水含水层,对矿山开采影响大。 老窑、采空区积水 本区采煤历史较久,矿区内及周边有老窑及采空区分布,采空内或有

7、积水,对采矿构成直接威逼,为矿区突水的隐患区,其危害性极大,所以在煤矿开采过程中,一定要加强探放水工作。 3、矿区水环境 1)?原生水环境 矿区内无地表水体,松散岩类孔隙水水量贫乏,碎屑岩夹碳酸盐岩类 裂隙岩溶水富水性弱。已不能满意当地用需求。 2)?含水层疏干、地下水位下降 矿区煤层之上含水层受煤矿矿坑排水及煤层开采后顶板冒落、裂缝下沉、松弛扰动影响,含水层结构遭到破坏,呈半疏干-疏干状态。 煤层下伏岩溶水,水位也呈渐渐下降趋势。 3)?水资源污染 矿区废水一般用作井下防尘,对地表水以及浅层地下水不造成污染。 4、矿坑涌水量 据地质报告,矿井目前正常涌水量为35m3/d,最大50m3/d。

8、二、矿井水害水源分析 1、地下水 地下水是指赋存于地表以下岩层空隙中的重力水,岩层的空隙是地下水存在的先决条件,也是地下水储存和运动的场所。地下的岩层分为隔水层和含水层,由于隔水层和含水层的存在并具备一定的隔水界面与之相组合时,就会形成储水构造。该种模式打算了含水层中的地下水承受静水压力,称之为承压水。 地下水依据含水岩空隙性质不同可以分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。大气降水是地下水的主要补给来源。 2、地表水 地表水体包括河流、湖泊、池沼和水库等,大气降水也是地表水的水源。其水源可能通过井口、采后冒裂带、岩溶塌陷坑、断层带及封闭不良、钻孔充水或导水进入矿井。 3、老窑积水 古代的小煤窑和近代煤矿

9、的采空区及废弃巷道由于长期停止排水而保存的地下水,称为老窑积水。尤其是年月久远缺乏足够资料的这种老窑积水,是煤矿生产建设中最危急的水患之一。 三、矿井水害监测 1、地下水 地下水的观测内容包括矿井、煤层、采掘面的涌水量观测及各类水文地质钻孔、地质孔的水量、水压、水质、水温的动态观测。井下突、涌、淋、滴、渗水点的观测内容包括:出水时间;出水地点;出水层、厚度、岩性,喀斯特裂隙发育状况,出水形式、出水点顶底板围岩压力的显现变化状况;出水点水的颜色、温度、透明度、口感、气味等物理性质,并取样进行水质分析;四周出水点和观测孔的水量、水压变化状况等。 2、地表水 收集当地的气象资料,把握降水量、蒸发量、

10、气温、湿度等数据。调查矿区内的湖泊、池塘、水库、塌陷积水区的水位、水量、库容等数据。矿区范围内有河流通过时,应在河流出入矿区地段,含水层露头过河地段,断层过河地段、河下采煤处,支流入口处、地表塌陷处,溶洞发育地段,以及严重渗漏地段的上下方设立水文观测站,定期观测水位、流量。观测时间一般为每月一次,雨季或暴雨后依据需要增加观测次数。 3、老窑积水 对周边煤矿进行调查,收集其井口坐标、标高、井深,了解现开采的范围、充水特征、出水量、老空充水区、充水巷道的位置。调查了解因周边煤矿开采而引起危害矿井的可能的充水因素等。周边煤矿开采结束后,要收集报废井筒的封闭日期、封填材料及深度等资料。 对小煤矿、老窑

11、、老空积水区的观测,必需支配两人,严禁单人进行观测。 四、矿井突水预兆及突水量估算 1、一般预兆 1)煤层变潮湿、松软;煤帮出现滴水、淋水现象,且淋水由小变大;有时煤帮出现铁锈色水迹; 2)工作面气温降低,或出现雾气或硫化氢气味; 3)有时可听到水的“嘶嘶”声; 4)矿压增大,发生片帮、冒顶及底臌。 2、工作面底板灰岩含水层突水预兆 1)工作面压力增大,底板臌起,底臌量有时可达500mm以上; 2)工作面底板产生裂隙,并渐渐增大; 3)沿裂隙或煤帮向外渗水,随着裂隙的增大,水量增加,当底板渗水量大到一定程度时,煤帮渗水可能停止,此时水色时清时浊,底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清; 4)底

12、板裂开,沿裂缝有高压水喷出,并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声; 5)底板发生“底爆”,伴有巨响,地下水大量涌出,水色呈乳白色或黄色。 3、松散孔隙含水层水突水预兆 1)突水部位发潮、滴水、且滴水现象渐渐增大,认真观看可以发觉水中含有少量细砂; 2)发生局部冒顶,水量突增并出现流砂,流砂常呈间歇性,水色时清时混,总的趋势是水量、砂量增加,直至流砂大量涌出; 3)顶板发生溃水、溃砂,这种现象可能影响到地表,致使地表出现塌陷坑。 突水发生后,水量的估算是一项必不可少的重要工作。常用的方法有:浮标法、水泵标定法和容积法。 五、水害防治安全技术措施 1、地下水防治 防治地下水害,要从整体上查明矿井水文地质条件

13、,采取疏水降压或截源堵水等措施进行处理。 矿井疏水过程可分为疏水勘探、试验疏水和经常疏水。疏水方式包括三种: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。 1)地表疏干 地表疏干主要用在预先疏干阶段,是在地表钻孔中用潜水泵预先疏降充水含水层的水位或水压的疏干方式。 2)地下疏干 地下疏干主要应用在并行疏干阶段,通常采用巷道疏干和井下钻孔疏干的方法。 3)联合疏干 联合疏干常应用于矿井水文地质条件比较复杂的矿井。 疏干工程包括地面疏干井和疏干巷道 2、地表水防治 地面防水是指在地表修筑各种防排水工程,防止或削减大气降水和地表水涌入工业广场或渗入井下,

14、它是保证矿井安全生产的第一道防线,特殊是以大气降水和地表水为主要充水水源的矿井尤为重要。 地表水害防范措施 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,把握基岩充水含水层出露及隐伏露头状况,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洪沟渠的汇水面积,结合实际状况,进行矿坑充水条件分析。 2)把握不同降水强度下的地表和地下径流模数,一般要依据一流、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。 3)依据煤层开采的“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水层的破坏状况

15、,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,设计地表防治水的详细工程。 4)要充分利用当地气象资料,依据大气降雨规律及降雨强度,比较准 备地预估防洪渠、堤坝、桥涵的瞬时流量,以确定防洪的标准和断面。 5)把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看。 6)依据水利工程的要求,设计沟渠堤坝的抗洪强度和排泄能力。 地面防水方法 1)?河流改道 矿区范围内有常年性河流流过且与矿井直接充水含水层接触,河水渗漏量大,是矿井的主要充水水源,会给生产带来影响。属该状况可在河流进入矿区的上游地段筑水坝,将原河流截断,用人工河道将河水引出矿区。若因地形

16、条件不允许改道,而河流又很弯曲,可在井田范围内将河道截弯取直,缩短河道流经矿区的长度,削减河水下渗量。 2)?铺整河底 矿区有季节性河流、冲沟、渠道,当水流沿河或沟底裂缝渗入井下时,则可在渗漏地段用黏土、料石、水泥修筑不透水的人工河床,制止或削减河水渗漏。如x省南桐煤矿长兴灰岩出露地表且沟谷发育,通过铺整河底、修筑人工河床,雨季涌水量削减了30%-50%。 3)?填堵通道 矿区范围内,因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷等,经查明是矿井进水通道时,应用黏土或水泥填堵,对较大的溶洞或塌陷裂缝,下部填碎石、上部盖以黏土分层夯实,且略高出地面,以防积水。 4)?挖沟排(截)洪 地处山麓或山前平原区的矿

17、井,因山洪或潜水流入井,构成水害隐患或增大矿井排水量,可在井田上方垂直来水方向沿地形等高线布置排洪沟、渠拦截洪水和浅层地下水,并通过安全地段引出矿区。 5)?排解积水 有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷,长年积水,且随开采面积增大,塌陷区范围越广,积水越多,此时可将积水排掉,造地复田,消退隐患。 防止地面水侵入工业场地和矿井的措施 煤矿安全规程第255、256、257条的规定是针对井口、工业广场和矿井免受洪水侵入而制定的安全措施。执行时,可分如下几种状况: 1)?井口和工业场地建筑物防泄洪 井口(包括风井)及主要建筑物(配电所、绞车房)的高程必需高于当地历年最高洪水位,低于者必需加高于洪水位之上

18、或修筑堤坝防洪;位于山区时还必需避开可能发生泥石流、滑坡的地段;坡面汇水地区应修建防洪堤坝或截水沟;内涝区和洪水季节有河水倒流现象的矿区与工业场地,应在泄洪总沟的出口处建立水闸,设置排洪站,以备河水倒灌时落闸、向外排水;严禁将矸石炉灰、垃圾等杂物弃于山洪、河流能冲刷地段,以免淤塞河床、沟渠造成洪水泛滥。 2)?露头带截洪防渗 留够并严禁开采煤层露头防水煤柱,以削减大气降水或地表水沿煤层露头带渗入矿井;在露头带以外,垂直来水方向修筑拦洪沟拦截洪水,并依据地形条件将水引出防护区。 3)经过塌陷区或透水岩层的河流、沟渠的处理 漏水渠道、河床应准时堵漏。位于塌陷区的,则在塌陷稳定后地段, 采用整铺河底

19、的方法防漏;河底与导水裂隙带相通的河流,整铺河底无效时,可依据地形、地质、水文地质状况因地制宜,将河床局部改道。 滑坡泥石流的防范措施 1)?不在古滑坡和可能形成新滑坡的地点兴建工程建筑; 2)?不在易形成滑坡的岩体上积累矸石、剥离的土方,增加其负荷量; 3)?兴建工程建筑时做好工程地质和水文地质勘察,设计上要防止开挖可能诱发滑坡的沟渠或堵塞某些沟渠,引起地表水或地下水径流方向的转变; 4)?采矿时要运用开采沉陷的岩移规律,尽可能避免形成与滑坡方向全都的岩移;依据详细条件在矿井划分、开拓水平和采区划分上有针对性的支配,使沉陷盆地的形成和采动岩移向着不利于滑坡的方向发展。 3、老窑积水 对老窑积

20、水的主要防治对策就是要严格执行探放水制度,以根除水患。 1)高度警惕有掘必探 老窑积水不论大小,必需执行有掘必探,采掘工程有作业就必需进行探水,探放水工作必需由专人负责。 2)专心调查分析 对老窑积水资料的调查,一定要严肃专心,深入细致,准确地加以记录。依据资料的牢靠程度,本着“留有余地、以防万一”的原则,在有关图纸上圈出积水线、积水线外推50-150米划定探水线,采掘工程进入探水线必需超前探水,对于大片积水区,必要时还要沿探水线外50-100米作为警戒线。采掘工程进入警戒线,必需向不同方向打警戒性探孔,初步掌握层位、构造和积水的可能性。 3)严密组织探水掘进 在探放老空水前,要依据把握的老窑

21、水状况,制定合理的探放水设计,留设的防隔水煤柱要适当加大。依据积水层的赋存条件和采掘巷道的相互关系,探水钻孔必需在巷道的前方、两帮和顶、底都有布置,保证有足够的掩护距离和密度,防止从探水钻孔之间漏过老窑。 4)接近积水老窑时,发觉近距离探到积水,必需快速加固钻孔四周及巷道顶帮,另选安全地点,在较远处打孔放水或扫孔冲淤。在掘透老窑区时,必需在放水孔四周补打钻孔,保证在平面和剖面上都不漏掉积水硐子,各钻孔都能保证进出风,证明确无积水和有害气体后,方可沿钻孔标高以上掘透。 4、井下防治水 井下防水主要是预防井下突然涌水的应急措施,有防水闸门、防水墙和防水煤柱等。由于本矿区水文地质条件简洁,所以着重对

22、防水煤柱进行加强。 1)?防水煤(岩)柱的种类及留设原则 防水岩柱的种类。依据防水煤(岩)柱所处的位置,可以分成不同种类,常用的防水煤(岩)柱有: ?煤层露头风化带的防水煤柱; ?在地表水体、含水冲积层下和水淹区邻近地带的防水煤(岩)柱; ?与强含水层间有水力联系的断层或强导水断层接触的煤层的防水煤(岩)柱; ?有大量积水的老窑和老窑区防水煤(岩)柱; ?导水、充水陷落柱防水煤(岩)柱; ?分区隔离开采界防水煤(岩)柱。 2)?防水煤(岩)柱留设原则: ?有突水威逼又不宜疏通地区,采掘时必需留设防水煤(岩)柱; ?防水煤(岩)柱留设应在安全牢靠的基础上,把煤柱宽度降到最低程度以提高资源利用率;

23、 ?一个井田或一个水文地质单元内的防水煤(岩)柱,应在总体开采设计中确定,即开采方式和井巷布局与各种煤柱留设相适应,避免在以后煤柱留设中造成困难; ?留设防水煤(岩)柱所需数据必需就地选取,邻区或外区数据仅供参考,若需采用时应适当加大安全系数。 3)?井下探放水 井下掘进、回采工作面在施工前,必需进行探放水设计,制定适应生产要求的探放水作业规程。在作业过程中,要严格按探放水规程进行施工,留足足够的安全距。接近老窑水或已知水体的探放水要制定特地的安全技术措施进行探放水。 5、井下探放水安全措施 1)?坚持“有掘必探,先探后掘”的探放水原则。 2)?探水前首先加固探水工作面支护,背好帮顶,以免压力冲垮煤壁和支柱。 3)?挖好排水沟,预备好相应容量的水仓和排水设备。 4)?探水工作地点要安设专用电话,一旦发觉透水而又无法掌握时,可马上通知受威逼的险区人员准时按防水路线标志撤离危急地区。 5)?清理巷道,保证安全撤退路线畅通无阻。 6)?打探水钻孔时,如发觉煤岩松软或沿钻杆向外流水超过正常打钻供水量,必需马上停钻,但不得移动或拔出钻杆,派人监视水情,并马上报告