水灾防治(第5章)

1、第五章第五章矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术v矿井防治水目的：矿井防治水目的： 防止水灾事故发生，减少正常涌水，降低防止水灾事故发生，减少正常涌水，降低生产成本，在保证矿井建设和生产的安全生产成本，在保证矿井建设和生产的安全前提下，充分合理的回收煤炭资源。前提下，充分合理的回收煤炭资源。v 为达到上述目的，必须根据各矿不同的水为达到上述目的，必须根据各矿不同的水文地质特点、矿井水灾发生的原因，采取针对文地质特点、矿井水灾发生的原因，采取针对性的安全技术对策与措施。性的安全技术对策与措施。v煤矿安全规程煤矿安全规程第第251条规定：条规定：“煤矿企业应查明矿区和矿井的水文地质条件，煤矿企业应查明

2、矿区和矿井的水文地质条件，编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组编制中长期防治水规划和年度防治水计划，并组织实施。织实施。” 煤矿企业必须定期收集、调查和核对煤矿企业必须定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下工程相邻煤矿和废弃的老窑情况，并在井上、下工程对照图上标出其井田位置、开采范围、开采年限、对照图上标出其井田位置、开采范围、开采年限、积水情况。积水情况。v 矿井防治水必须坚持矿井防治水必须坚持预防为主、防治相结合预防为主、防治相结合的方针。根据不同的水文地质条件，分别采取的方针。根据不同的水文地质条件，分别采取查、查、防、疏、排、截、堵防、疏、排、截、堵的方法予以

3、防治。的方法予以防治。v 防治水规划是指矿区整体性防治水工程，包括：防治水规划是指矿区整体性防治水工程，包括： 编制防治水规划的必要性和完成规划项目的可行性；编制防治水规划的必要性和完成规划项目的可行性； 矿区（矿井）水文地质概况及存在问题分析，查清矿区矿区（矿井）水文地质概况及存在问题分析，查清矿区（矿井）水文地质条件（查）；（矿井）水文地质条件（查）； 做好地面防洪、泄洪、内涝区排洪、井下防排水设施、做好地面防洪、泄洪、内涝区排洪、井下防排水设施、防水煤岩柱、超前物探和钻探（防）；防水煤岩柱、超前物探和钻探（防）； 制定疏放降压方案（疏）；制定疏放降压方案（疏）； 采取措施切断或减少矿井水

4、补给量（截）；采取措施切断或减少矿井水补给量（截）； 建立专门防治水队伍，适时采用注浆技术封堵井下突水建立专门防治水队伍，适时采用注浆技术封堵井下突水点（堵）等工程项目工作规划，以及这些项目工程量、点（堵）等工程项目工作规划，以及这些项目工程量、劳动组织、工期、预期效果，所需设备和主要材料及工劳动组织、工期、预期效果，所需设备和主要材料及工程费用概算等。程费用概算等。v煤矿安全规程煤矿安全规程第第252条规定：条规定： “水文地质条件复杂的矿井，必须针对主要水文地质条件复杂的矿井，必须针对主要含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行含水层（段）建立地下水动态观测系统，进行地下水动态观测、水害预

5、报分析，并制定相应地下水动态观测、水害预报分析，并制定相应的的探、防、堵、截、排探、防、堵、截、排综合防治措施。综合防治措施。”v 矿井年度防治水计划，由矿总工程师负责编制，报煤炭行业管理矿井年度防治水计划，由矿总工程师负责编制，报煤炭行业管理部门批准后，由矿长组织实施。其主要内容包括：部门批准后，由矿长组织实施。其主要内容包括： 年度计划内采掘地区的分布情况；年度计划内采掘地区的分布情况； 水文地质概况，预测可能透水的地段、分煤层涌水量的预计；水文地质概况，预测可能透水的地段、分煤层涌水量的预计； 防治水工程项目及工程量；防治水工程项目及工程量； 检查维护输电线路、井下排水设备、防水闸门；清

6、挖水仓、水沟，检查维护输电线路、井下排水设备、防水闸门；清挖水仓、水沟，制定探放水、计划；制定探放水、计划； 提出所需材料及工具清单。提出所需材料及工具清单。v 矿井防水是利用各种工程设施防止矿井大量涌水，特别是防止发生矿井防水是利用各种工程设施防止矿井大量涌水，特别是防止发生灾害性突水事故。主要措施有：灾害性突水事故。主要措施有： 减少矿井充水水源或渗入矿井的水量，疏放对矿井有威胁的地减少矿井充水水源或渗入矿井的水量，疏放对矿井有威胁的地下水，阻止水进入井巷；针对井田地质、水文地质条件构筑必要的下水，阻止水进入井巷；针对井田地质、水文地质条件构筑必要的防治水工程，减少发生突水事故。防治水工程

7、，减少发生突水事故。第一节第一节 地面防治水地面防治水地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水涌地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水涌入工业广场或渗入井下。入工业广场或渗入井下。一、地面防水方法一、地面防水方法第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第一节第一节 地面防治水地面防治水（一）河流改道（一）河流改道（二）铺整河底（二）铺整河底（三）填堵通道（三）填堵通道（四）挖沟排（截）洪（四）挖沟排（截）洪（五）排除积水（五）排除积水 塌陷坑堵填方法示意图塌陷坑堵填方法示意图 渡洪槽示意图渡洪槽示意图（一）（一）封堵地面塌陷裂隙通道的措

8、施封堵地面塌陷裂隙通道的措施 封堵塌陷坑和裂隙封堵塌陷坑和裂隙 围截隔离塌陷裂隙区围截隔离塌陷裂隙区 将洪水引出塌陷裂隙区将洪水引出塌陷裂隙区返回模块二返回模块二 人工河床衬砌断面示意图人工河床衬砌断面示意图（二）漏水河床（二）漏水河床( (冲沟冲沟) )铺底措施铺底措施漏水河床漏水河床( (冲沟冲沟) )铺底的原则铺底的原则v(1)(1)不应过多缩小原河床断面，人工铺设河床断面尺寸的确定应进行水力计不应过多缩小原河床断面，人工铺设河床断面尺寸的确定应进行水力计算。算。v(2)(2)铺设人工河床的材料应尽量就地取材。铺设人工河床的材料应尽量就地取材。v(3)(3)铺砌方式必须同时满足防渗、防潜

9、蚀、防冲刷。铺砌方式必须同时满足防渗、防潜蚀、防冲刷。v(4)(4)砂卵石等易变形的河床，一般不宜用刚性材料衬砌。砂卵石等易变形的河床，一般不宜用刚性材料衬砌。v(5)(5)在基岩上浇注混凝土时应进行清基处理。在基岩上浇注混凝土时应进行清基处理。v(6)(6)刚性衬砌应留有伸缩和不均匀沉降缝，缝间用沥青止水。刚性衬砌应留有伸缩和不均匀沉降缝，缝间用沥青止水。v(7)(7)漏水的河床岸坡，也应进行衬砌处理漏水的河床岸坡，也应进行衬砌处理v 人工河床的衬砌人工河床的衬砌 整铺河床示意图整铺河床示意图v衬砌进出口段的要求衬砌进出口段的要求v(1)(1)护砌段的上下游均应超出渗漏段一定距离。护砌段的上

10、下游均应超出渗漏段一定距离。v(2)(2)进出口段应保持水流顺畅，或做成进出口段应保持水流顺畅，或做成“八八”字墙。字墙。v(3)(3)护砌结构的始末应设截渗墙，以免冲毁护砌结构，同时可防止水流由护护砌结构的始末应设截渗墙，以免冲毁护砌结构，同时可防止水流由护砌的两端潜入渗漏段。截渗墙应嵌入不透水层或基石中砌的两端潜入渗漏段。截渗墙应嵌入不透水层或基石中 v工程实例：工程实例：返回模块二返回模块二 整铺河床示意图整铺河床示意图1-1-灰岩；灰岩；2-2-页岩；页岩；3-3-整铺后的人工河床整铺后的人工河床（三）河流改道或截弯取直措施（三）河流改道或截弯取直措施v 河流改道的原则河流改道的原则v

11、 (1)(1)河流改道一般工程量大，投资多，一般不宜轻易采用，应通过技术河流改道一般工程量大，投资多，一般不宜轻易采用，应通过技术经济比较后再行设计施工。经济比较后再行设计施工。v (2)(2)要考虑矿区发展远景和工农业布局，既要避免二次改道，又不要因要考虑矿区发展远景和工农业布局，既要避免二次改道，又不要因改道而影响矿区的工农业和生活用水。改道而影响矿区的工农业和生活用水。v 河流改道设计河流改道设计v (1)(1)人工河道路线选择应尽量走洼地，工程地质条件好，线路短。人工河道路线选择应尽量走洼地，工程地质条件好，线路短。v (2)(2)人工河道起点和终点应顺应河势。河道坡度要合理，不宜过大

12、或过人工河道起点和终点应顺应河势。河道坡度要合理，不宜过大或过小，以免冲刷或淤塞；河道的断面应能保证通过最大洪水量。小，以免冲刷或淤塞；河道的断面应能保证通过最大洪水量。v (3)(3)在人工河道起点处，须在原河道上设置拦河坝，将水流引入新河道。在人工河道起点处，须在原河道上设置拦河坝，将水流引入新河道。坝址及人工河道应选择在隔水岩层上，必要时还应对局部河段进行防渗处坝址及人工河道应选择在隔水岩层上，必要时还应对局部河段进行防渗处理。理。v (4)(4)拦河坝距人工河道衔接部位应有一定距离，以免拦河坝被水流冲溃。拦河坝距人工河道衔接部位应有一定距离，以免拦河坝被水流冲溃。v (5)(5)人工河

13、道终点河下段河道相接处交角不宜过大，以防冲刷对岸。人工河道终点河下段河道相接处交角不宜过大，以防冲刷对岸。v (6)(6)废弃河道应妥善处理，如进行废河还田、矸石填平等。废弃河道应妥善处理，如进行废河还田、矸石填平等。 河流改道示意图河流改道示意图 河流改道示意图河流改道示意图 河流改道及截弯取直示意图河流改道及截弯取直示意图返回模块二返回模块二 排排( (截截) )洪渠布置示意图洪渠布置示意图 在塌陷区上方修排洪沟示意图在塌陷区上方修排洪沟示意图1 1、排洪渠的布置、排洪渠的布置返回返回（四）修筑排洪渠、防洪堤的措施（四）修筑排洪渠、防洪堤的措施2 2、防洪堤、防洪堤 在无法布置排洪渠的地段

14、，也可布设防洪堤以阻挡洪在无法布置排洪渠的地段，也可布设防洪堤以阻挡洪水进入矿区。水进入矿区。v防洪堤布设的一般原则：防洪堤布设的一般原则：v (1)(1)应尽量选用当地材料。应尽量选用当地材料。v (2)(2)堤脚应离开岸边一定距离。堤脚应离开岸边一定距离。v (3)(3)堤轴线应和洪水流向平行。堤轴线应和洪水流向平行。v (4)(4)在易冲刷段应进行护砌，必要时应在迎水面上砌石或水泥抹面在易冲刷段应进行护砌，必要时应在迎水面上砌石或水泥抹面 返回模块二返回模块二（五）地面帷幕注浆截流措施（五）地面帷幕注浆截流措施 （当矿区内的地表河流对矿井的开采造成影响，而其它防治方（当矿区内的地表河流对

15、矿井的开采造成影响，而其它防治方法又不宜采用时，可采用注浆帷幕截流的方法，切断河水对法又不宜采用时，可采用注浆帷幕截流的方法，切断河水对矿坑的渗漏与倒灌。）矿坑的渗漏与倒灌。）帷幕截流背景帷幕截流背景1 1(b)(b)某矿各灰岩含水层与第四系含水层接触关系示意图某矿各灰岩含水层与第四系含水层接触关系示意图二、地面防治水必须掌握的技术资料二、地面防治水必须掌握的技术资料做好地面防治水工作必须掌握以下技术资料：做好地面防治水工作必须掌握以下技术资料： 了解矿区地形条件，河流、沟渠和关水利工程的分布。了解矿区地形条件，河流、沟渠和关水利工程的分布。 圈定受水面积和低洼地带，查清煤、岩层露头和地表塌陷

16、裂缝的分布圈定受水面积和低洼地带，查清煤、岩层露头和地表塌陷裂缝的分布范围。范围。 掌握当地上游地区历年降雨量、暴雨强度及其周期性的资料。掌握当地上游地区历年降雨量、暴雨强度及其周期性的资料。 调查地表水流向和水位，河流决口、分流后的水流情况；测量河床、调查地表水流向和水位，河流决口、分流后的水流情况；测量河床、沟渠的纵坡度、横断面，观察河床粗糙度，计算河床与沟渠的疏水能沟渠的纵坡度、横断面，观察河床粗糙度，计算河床与沟渠的疏水能力。力。 测量河流洪痕高程，调查发生日期、涨落经历时间，确定最大洪峰流测量河流洪痕高程，调查发生日期、涨落经历时间，确定最大洪峰流量和最高洪水位。量和最高洪水位。 在

17、工业广场和河床通过煤层露头、透水岩层、塌陷区上下游设置观测在工业广场和河床通过煤层露头、透水岩层、塌陷区上下游设置观测站，掌握河床漏失段和漏失量。站，掌握河床漏失段和漏失量。 将上述收集资料标在地形地质图上，然后根据实际情况制定出疏、防、排等相结合的防洪措施。 第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第一节第一节 地面防治水地面防治水三、防止地表水侵入矿井的安全技术措施三、防止地表水侵入矿井的安全技术措施（一）井口和工业场地建筑物防泄洪措施（一）井口和工业场地建筑物防泄洪措施 井口及主要建筑物的高程必须高于当地历年最高洪水位；井口及主要建筑物的高程必须高于当地历年最高洪水位； 避开可能

18、发生泥石流、滑坡的地段，坡面汇水地区应修建防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；洪堤坝或截水沟； 内涝区和洪水季节在泄洪总沟的出口处建立水闸，设置排洪内涝区和洪水季节在泄洪总沟的出口处建立水闸，设置排洪站；站； 严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物弃于山洪、河流地段，以免严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物弃于山洪、河流地段，以免淤塞河床。淤塞河床。（二）露头带截洪防渗措施（二）露头带截洪防渗措施 留够并严禁开采煤层露头防水煤；在露头带以外，垂直来水留够并严禁开采煤层露头防水煤；在露头带以外，垂直来水方向修筑拦洪沟拦截洪水。方向修筑拦洪沟拦截洪水。（三）塌陷区或透水岩层的河流、

19、沟渠的处理措施（三）塌陷区或透水岩层的河流、沟渠的处理措施 整铺河底法防漏；整铺河底法防漏； 将河床局部改道。将河床局部改道。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第一节第一节 地面防治水地面防治水第二节第二节 井下防治水井下防治水v矿井防治水技术措施：矿井防治水技术措施：查、测、探、放、截、堵查、测、探、放、截、堵6个字。个字。查明矿井涌水水源和和涌水通道；查明矿井涌水水源和和涌水通道；做好水文观测工作；做好水文观测工作；及时实施井下探水，包括物探和钻探；及时实施井下探水，包括物探和钻探；在探明矿井水源之后，有计划、有步骤地将矿井水源疏放干；在探明矿井水源之后，有计划、有步骤地将矿

20、井水源疏放干；利用防水墙、防水闸门、防水煤（岩）柱等设施截住水源；利用防水墙、防水闸门、防水煤（岩）柱等设施截住水源；堵是指注浆堵水。堵是指注浆堵水。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水一、查明涌水水源和涌水通道一、查明涌水水源和涌水通道第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水 冲积层的组成及厚度，各分层的岩性、硬度、裂隙发育程度、含冲积层的组成及厚度，各分层的岩性、硬度、裂隙发育程度、含水性及透水性。水性及透水性。 裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含导水裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长

21、度、破碎带范围、含导水性能。性能。 含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水层的涌水量、透水含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水层的涌水量、透水性及其与开采煤层之间的关系。性及其与开采煤层之间的关系。 老窑、老空区、邻近矿井及小煤窑的位置分布、开采范围、开采老窑、老空区、邻近矿井及小煤窑的位置分布、开采范围、开采深度和积水情况，废弃钻孔的处理情况等。深度和积水情况，废弃钻孔的处理情况等。 开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层垮落带、断裂开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层垮落带、断裂带、弯曲下沉带的高度及其对涌水的影响。带、弯曲下沉带的高度及其对涌水的影响。v 为了查明水源

22、和可能的涌水通道，应着重掌握为了查明水源和可能的涌水通道，应着重掌握矿井地质及水文地质条件，包括：矿井地质及水文地质条件，包括：二、水文观测工作二、水文观测工作 收集当地气象、降雨量和河流水文资料，包括流速、流收集当地气象、降雨量和河流水文资料，包括流速、流量、水位、枯水期和洪水期等，查明地表水体（湖泊、量、水位、枯水期和洪水期等，查明地表水体（湖泊、水库、池塘）的分布、水量的补给、排泄条件；查明洪水库、池塘）的分布、水量的补给、排泄条件；查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。 通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的水位、通过探水钻孔和

23、水文观测孔，观测各种地下水源的水位、水压和水量变化，分析水质，查明矿井水的来源及其补水压和水量变化，分析水质，查明矿井水的来源及其补给关系。给关系。 观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。 了解矿井正常涌水量、最大涌水量、计算各开采水平水了解矿井正常涌水量、最大涌水量、计算各开采水平水压等。压等。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水三、井下物探和钻探三、井下物探和钻探v 在掘进施工过程中，必须分析推断前方是否有可疑区，有则首先采取在掘进施工过程中，必须分析推断前方是否有可疑区，有则首先采取超前物探措施，对物探结果进

24、行认真分析后，确定异常区，然后采取钻探超前物探措施，对物探结果进行认真分析后，确定异常区，然后采取钻探措施，验证物探结论，探明水源位置、水压、水量及其与开采煤层的距离。措施，验证物探结论，探明水源位置、水压、水量及其与开采煤层的距离。v 采、掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水。采、掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水。 接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。 接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。 打开隔离煤柱放水时。打开隔离煤柱放水时。 接近可能与河流、湖泊、水库、蓄

25、水池、水井等相通的断层破碎带时。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。 接近有出水可能的钻孔时。接近有出水可能的钻孔时。 接近有水的灌浆区时。接近有水的灌浆区时。 接近其他可能出水地区时。接近其他可能出水地区时。v 经探水确认无突水危险后，方可掘进。经探水确认无突水危险后，方可掘进。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水四、井下疏放水四、井下疏放水v 探到水源后，水量不大时，一般可用探水孔放水，放水钻孔的孔口必须探到水源后，水量不大时，一般可用探水孔放水，放水钻孔的孔口必须安装孔口管或套管。安装孔口管或套管。v 钻孔放水前，必

26、须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水量。水量。v 放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。v 恢复被淹井巷前，必须有矿山救护队检查水面上的空气成分，发现有害恢复被淹井巷前，必须有矿山救护队检查水面上的空气成分，发现有害气体，必须及时处理。气体，必须及时处理。v 排水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全排水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全措施。措施。v 在放水设计中，应规定好人员撤退路线，并

27、保证路线畅通，沿途照明良在放水设计中，应规定好人员撤退路线，并保证路线畅通，沿途照明良好。好。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水v 必须采取科学的方法和手段实施井下疏放水，制定完善的安全技术措施，有必须采取科学的方法和手段实施井下疏放水，制定完善的安全技术措施，有计划、有准备地将威胁安全生产的水源疏放干。对于老窑、老空积水采用直接放计划、有准备地将威胁安全生产的水源疏放干。对于老窑、老空积水采用直接放水、先堵后放、先放后堵、先隔后放的疏放水方法；对于含水层水采用地面疏放、水、先堵后放、先放后堵、先隔后放的疏放水方法；对于含水层水采用地面疏放、巷道

28、疏放、钻孔疏放、巷道与钻孔结合疏放。实施过程中必须注意：巷道疏放、钻孔疏放、巷道与钻孔结合疏放。实施过程中必须注意：五、截水五、截水井下截水主要技术途径：井下截水主要技术途径： 防水闸门防水闸门 防水墙防水墙 防水煤（岩）柱等。防水煤（岩）柱等。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水（一）防水闸门（一）防水闸门v 防水闸门一般设置于井下运输巷内，正常生产时防水闸门是敞开着的，防水闸门一般设置于井下运输巷内，正常生产时防水闸门是敞开着的，当突然发生水患时，关闭闸门将水阻挡于闸门之外。当突然发生水患时，关闭闸门将水阻挡于闸门之外。第五章第五章 矿井水灾防

29、治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水1. 防水闸门位置的选择防水闸门位置的选择2. 防水闸门的分类防水闸门的分类3. 防水闸门的设置防水闸门的设置v防水闸门位置选择必须考虑以下几个问题：防水闸门位置选择必须考虑以下几个问题： 应设置在对水害具有控制作用的部位，能将水害控制在尽可能小的范围内，并考虑水害发应设置在对水害具有控制作用的部位，能将水害控制在尽可能小的范围内，并考虑水害发生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区。 应设置在不受邻近采动影响的地点，防止水闸门关闭后高压水通过裂缝外泄。应设置在不受邻近采动影响的地点，防止水闸门关闭后高

30、压水通过裂缝外泄。 应建在围岩稳定性与隔水性好的地段。应建在围岩稳定性与隔水性好的地段。 应尽量修筑在单轨巷道内，以减少掘进量和水闸门的规模。应尽量修筑在单轨巷道内，以减少掘进量和水闸门的规模。防水闸门可分为临时性和永久性两种。防水闸门可分为临时性和永久性两种。煤矿安全规程煤矿安全规程第第270条规定：条规定：v“承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受水头值小于实际水头值时，且承压含水层不具备疏水降承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受水头值小于实际水头值时，且承压含水层不具备疏水降压条件，必须采取建防水闸门等防水措施。压条件，必须采取建防水闸门等防水措施。”第第273条规定：条规定：“水文地

31、质条件复杂或有突水淹井危险水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，必须在井底车场周围设置防水闸门，在其他有突水危险地区，也必须在其附近设置防水闸门，的矿井，必须在井底车场周围设置防水闸门，在其他有突水危险地区，也必须在其附近设置防水闸门，方可掘进。方可掘进。” （二）防水闸墙（二）防水闸墙防水闸墙是另一种形式的堵水建筑，也分为两种防水闸墙是另一种形式的堵水建筑，也分为两种 临时性临时性 永久性永久性第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水图图5-1 防水闸门示意图防水闸门示意图水流方向闸门混凝土闸墩图图5-2 永久性水闸墙示意图永久性水闸墙示意图水流方

32、向导线管混凝土闸墙闸阀（三）防水煤（岩）柱（三）防水煤（岩）柱v 在水体下、含水层下承压含水层上或导水断层附近采掘在水体下、含水层下承压含水层上或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水溃入工作面，在可能发生突水时，为防止地表水或地下水溃入工作面，在可能发生突水处的外围保留一定宽度的矿体不采，以加强岩层的强度，处的外围保留一定宽度的矿体不采，以加强岩层的强度，提高阻水能力，防止水突入矿井。这种保证采矿地段的水提高阻水能力，防止水突入矿井。这种保证采矿地段的水文地质条件不致明显变坏的最小宽度矿柱。文地质条件不致明显变坏的最小宽度矿柱。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节

33、井下防治水井下防治水v什么是防水煤（岩）柱什么是防水煤（岩）柱1. 防水煤（岩）柱的种类及留设原则防水煤（岩）柱的种类及留设原则（1）防水煤（岩）柱的种类）防水煤（岩）柱的种类v根据防水煤（岩）柱所处的位置，分成不同种类：根据防水煤（岩）柱所处的位置，分成不同种类： 煤层露头风化带的防水煤柱。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。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。 断层或强导水断层接触的煤层的防水煤（岩）柱。断层或强导水断层接触的煤层的防水煤（岩）柱。 有大量积水的老窑区防水煤（岩）柱。有大量积水的老窑区防水煤（岩）柱。

34、导水、充水陷落柱防水煤（岩）柱。导水、充水陷落柱防水煤（岩）柱。 采区隔离边界防水煤（岩）柱。采区隔离边界防水煤（岩）柱。（2）防水煤（岩）柱留设原则）防水煤（岩）柱留设原则 有突水威胁又不宜疏放的地区，采掘时必须留设防水煤（岩）柱。有突水威胁又不宜疏放的地区，采掘时必须留设防水煤（岩）柱。 防水煤（岩）柱留设应在安全可靠的基础上，把煤柱宽度降到最低程度以提高防水煤（岩）柱留设应在安全可靠的基础上，把煤柱宽度降到最低程度以提高资源利用率。资源利用率。 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。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。 多

35、煤层地区防水煤（岩）柱留设，必须统一考虑。多煤层地区防水煤（岩）柱留设，必须统一考虑。 留设防水煤（岩）柱所需数据必须适当加大安全系数。留设防水煤（岩）柱所需数据必须适当加大安全系数。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水2. 防水煤（岩）柱留设防水煤（岩）柱留设煤矿安全规程煤矿安全规程第第259条规定：条规定：“相邻矿井分界处，必须留防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防相邻矿井分界处，必须留防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留有防水煤柱。水煤柱。”v 这一条主要是针对矿井边界防水煤柱，分两种情况：这一条主要是针对矿井边界防水煤柱

36、，分两种情况： 一是以人为界的边界防水煤柱；一是以人为界的边界防水煤柱； 二是以断层为界的边界防水煤柱。二是以断层为界的边界防水煤柱。v相邻矿井分界处防水煤柱是在相邻两矿井的分界处所有各煤层都应该留设煤柱。相邻矿井分界处防水煤柱是在相邻两矿井的分界处所有各煤层都应该留设煤柱。v断层两侧必须留设防水煤柱。断层两侧必须留设防水煤柱。煤矿安全规程煤矿安全规程第第265条规定：条规定：“井田内有与河流、湖泊、溶洞、含水层等有水力联系的导水断层、裂隙井田内有与河流、湖泊、溶洞、含水层等有水力联系的导水断层、裂隙（带）、陷落柱时，必须查出其确切位置，并按规定留设防水煤（岩）（带）、陷落柱时，必须查出其确切

37、位置，并按规定留设防水煤（岩）柱。柱。” 第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水3. 防水煤（岩）柱尺寸防水煤（岩）柱尺寸（1）影响防水煤（岩）柱尺寸大小的主要因素）影响防水煤（岩）柱尺寸大小的主要因素 静水压力。静水压力。 煤层本身的强度。煤层本身的强度。 采空后煤层顶板上方的导水裂隙发育高度，矿山压力及静水压采空后煤层顶板上方的导水裂隙发育高度，矿山压力及静水压力对隔水底板破坏深度、岩移角度、采厚、煤层产状要素、围力对隔水底板破坏深度、岩移角度、采厚、煤层产状要素、围岩物理力学性质等。岩物理力学性质等。 开采方式以及其他人为因素。开采方式以及其他

38、人为因素。（2）确定防水煤（岩）柱尺寸常用的几种方法）确定防水煤（岩）柱尺寸常用的几种方法 经验比拟法经验比拟法 按有关规程、规定、技术标准留设煤（岩）柱的尺寸。井田边按有关规程、规定、技术标准留设煤（岩）柱的尺寸。井田边界界 20m20m，断层两侧，断层两侧3050m3050m，煤层露头不小于，煤层露头不小于30m30m，采空区，采空区3050m3050m。 分析计算法：分析计算法：第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水 分析计算法：分析计算法：a.a.煤层直接和富含水层、导水断层接触、顶底板无突水可能煤层直接和富含水层、导水断层接触、顶底板无突水

39、可能，即煤即煤（岩）柱主要是顺层受压时，常以下述公式计算煤柱宽度：（岩）柱主要是顺层受压时，常以下述公式计算煤柱宽度：第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水b. b. 低角度断层使煤层底板和富含水层接近，如图低角度断层使煤层底板和富含水层接近，如图5-55-5所示。所示。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水图图5-5 煤层和富含水层接触且底板和富含水层煤层和富含水层接触且底板和富含水层接近防水煤（岩）柱尺寸设计示意图接近防水煤（岩）柱尺寸设计示意图MOH1H2OMCAtLac. c. 若断层上盘的含水层覆

40、盖于煤层之上，且断层带是导水的，则含水层和断层带中的水若断层上盘的含水层覆盖于煤层之上，且断层带是导水的，则含水层和断层带中的水可能有两种途径突入采空区，其一是防水煤（岩）柱被顺层水压力所破坏，其二是从可能有两种途径突入采空区，其一是防水煤（岩）柱被顺层水压力所破坏，其二是从采空区上方导水裂隙突入。如果根据导水裂隙带的高度结合塌陷角来考虑如何修改煤采空区上方导水裂隙突入。如果根据导水裂隙带的高度结合塌陷角来考虑如何修改煤（岩）柱尺寸（见图（岩）柱尺寸（见图5-65-6），将是比较合理的。），将是比较合理的。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第二节第二节 井下防治水井下防治水图图5

41、-6 煤层和充水断层接触并局部为富含水煤层和充水断层接触并局部为富含水层掩盖时防水煤（岩）柱尺寸设计示意图层掩盖时防水煤（岩）柱尺寸设计示意图OONMDECSh2aaBAAFFP六、注浆堵水六、注浆堵水堵，即注浆堵水。堵，即注浆堵水。v将专门制备的浆液将专门制备的浆液堵水材料通过钻孔压入地层的裂隙、溶隙或断层破碎带，堵水材料通过钻孔压入地层的裂隙、溶隙或断层破碎带，使浆液扩张、凝固、硬化，达到充填堵塞涌水通道、隔离水源之目的。注浆堵水使浆液扩张、凝固、硬化，达到充填堵塞涌水通道、隔离水源之目的。注浆堵水方法简便，效果较好，是防止矿井涌水行之有效的措施，故得到了广泛的应用。方法简便，效果较好，是

42、防止矿井涌水行之有效的措施，故得到了广泛的应用。一般在下列场合采用注浆堵水。一般在下列场合采用注浆堵水。 当涌水水源本身水量不大，但与其他强大水源有密切联系，单纯采用排水的当涌水水源本身水量不大，但与其他强大水源有密切联系，单纯采用排水的方法排除矿井涌水成为不可能或不经济时。方法排除矿井涌水成为不可能或不经济时。 当井筒或巷道必须穿过若干个含水丰富的含水层或充水断层，如果不堵住水当井筒或巷道必须穿过若干个含水丰富的含水层或充水断层，如果不堵住水源将给矿井建设带来很大危害，甚至不可能进行掘进时。源将给矿井建设带来很大危害，甚至不可能进行掘进时。 当井筒或工作面严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件

43、、减少排水费用时。当井筒或工作面严重淋水，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用时。 某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井的涌水量，降低常年排水费用时。某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井的涌水量，降低常年排水费用时。v 要搞好注浆堵水，首先要制订好方案，合理选择制作浆液的材料；其次要掌握要搞好注浆堵水，首先要制订好方案，合理选择制作浆液的材料；其次要掌握好注浆工艺，确保注浆质量，只有这样才能保证堵水的效果。好注浆工艺，确保注浆质量，只有这样才能保证堵水的效果。 从第六章开始，将对注浆堵水技术做重点介绍。从第六章开始，将对注浆堵水技术做重点介绍。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第

44、二节第二节 井下防治水井下防治水第三节第三节 井下探放水井下探放水采掘工作面遇到下列情况之一必须探水：采掘工作面遇到下列情况之一必须探水： 接近水淹或可能积水的井巷、老窑或相邻煤矿时。接近水淹或可能积水的井巷、老窑或相邻煤矿时。 接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。 打开隔离煤柱放水时。打开隔离煤柱放水时。 接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。通的断层破碎带时。 接近有出水可能的钻孔时。接近有出水可能的钻孔时。 接近有水的灌浆区时。接近有水的灌浆区时。 接近其他有可能出水地区时

45、。接近其他有可能出水地区时。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水一、探放水原则及程序一、探放水原则及程序v 依富水区域水量的多少、矿井现有排水能力、水依富水区域水量的多少、矿井现有排水能力、水的动力补给量、水质和疏放后可能解放煤炭的资源的动力补给量、水质和疏放后可能解放煤炭的资源量等因素，综合考虑，以安全、经济、合理为原则。量等因素，综合考虑，以安全、经济、合理为原则。v 对老窑水探放，可分为以下几种：对老窑水探放，可分为以下几种： 积极探放。积极探放。 先堵后探放。先堵后探放。 先降压后探放。先降压后探放。 先隔离后探放。先隔离后探放。第五章第五

46、章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水（一）老空、老窑探放水原则（一）老空、老窑探放水原则v 在探水前对探测区域内含水层、含水构造、老窑在探水前对探测区域内含水层、含水构造、老窑积水区等进行调查，圈定探测范围，确定积水边界，积水区等进行调查，圈定探测范围，确定积水边界，随后划定探水线，编制探、放水设计，确定掘进超随后划定探水线，编制探、放水设计，确定掘进超前距离。前距离。v 完成上述内容后进行探水和整理探水资料，随后完成上述内容后进行探水和整理探水资料，随后确定掘进距离，通知开拓单位掘进，然后再探水。确定掘进距离，通知开拓单位掘进，然后再探水。依此类推，循环进

47、行，直到揭露老窑区，放尽积水依此类推，循环进行，直到揭露老窑区，放尽积水为止。为止。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水（二）探放水程序（二）探放水程序二、小窑、老窑积水边界与探水线的确定二、小窑、老窑积水边界与探水线的确定v 将调查所得小窑、老窑分布资料，经物探将调查所得小窑、老窑分布资料，经物探及钻探核定后，划定积水范围，圈定积水边界及钻探核定后，划定积水范围，圈定积水边界线，其深部界线应根据小窑或老窑的最深下山线，其深部界线应根据小窑或老窑的最深下山划定。划定。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水

48、（一）积水边界线的确定（一）积水边界线的确定v探水线：探水线： 沿积水线水平外推沿积水线水平外推505060m60m距离划一条线即为。距离划一条线即为。v此数值视积水边界线的可靠程度、水压力大小、此数值视积水边界线的可靠程度、水压力大小、煤的坚硬程度等因素来确定。煤的坚硬程度等因素来确定。v当掘进巷道至此线时，开始探水。当掘进巷道至此线时，开始探水。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水（二）探水线的确定（二）探水线的确定v警戒线：警戒线： 由探水线再平行外推由探水线再平行外推5050150m150m（在上山掘进时指倾（在上山掘进时指倾斜距离）即为警

49、戒线斜距离）即为警戒线. .v 当巷道掘进至此线后，应警惕积水威胁，注意掘进时工当巷道掘进至此线后，应警惕积水威胁，注意掘进时工作面水情变化，如发现有透（突）水征兆，提前探放水。作面水情变化，如发现有透（突）水征兆，提前探放水。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水（三）警戒线（三）警戒线三、井下电测法超前水文地质预测预报三、井下电测法超前水文地质预测预报v 当前，我国已开发的矿井物探方法有当前，我国已开发的矿井物探方法有10余种，其余种，其中电法类有无线电波透视法（坑透法）、矿井地质雷达、中电法类有无线电波透视法（坑透法）、矿井地质雷达、矿井直流电

50、法；地震类有槽波地震法、瑞利波地震法、矿井直流电法；地震类有槽波地震法、瑞利波地震法、井下高分辨地震勘探和岩体声波探测；此外，还有磁法、井下高分辨地震勘探和岩体声波探测；此外，还有磁法、微重力法、红外遥感等。微重力法、红外遥感等。v 矿井物探技术与常规探测手段相比，具有设备投资矿井物探技术与常规探测手段相比，具有设备投资少、仪器轻便、作业机动灵活、工作周期短、成本低和少、仪器轻便、作业机动灵活、工作周期短、成本低和见效快等优点，而且仪器防爆性能好，使用条件不受限见效快等优点，而且仪器防爆性能好，使用条件不受限制，因此近些年在全国煤矿推广使用比较快，在矿井地制，因此近些年在全国煤矿推广使用比较快

51、，在矿井地质探测中正发挥着越来越大的作用。质探测中正发挥着越来越大的作用。v 下面介绍一些在我国应用比较成熟的物探方法。下面介绍一些在我国应用比较成熟的物探方法。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水（一）直流电法（一）直流电法第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水1. 直流电法仪超前水文地质预测预报的基本原理直流电法仪超前水文地质预测预报的基本原理v 一个点电源一个点电源 O 在均匀介质中的电场形态为球形（图在均匀介质中的电场形态为球形（图5-7），每个球壳为一个等电位面，），每个球壳为一个等电位面，不同

52、等电位面上不同等电位面上 A、B 两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性（电阻两点会产生电位差，电位差的大小与其通过的介质的导电性（电阻率）有关。用直流电法仪测得率）有关。用直流电法仪测得 A、B 两点的电位差，依公式可计算出介质的视电阻率。两点的电位差，依公式可计算出介质的视电阻率。图图5-7 点电源在均匀介质中的电场形态点电源在均匀介质中的电场形态j电流线A等电位面BCA B CO掘进巷道BY3X3Y2X2Y1X1A3A2A1图图5-8 三个不同电场观测示意图三个不同电场观测示意图v 在巷道中设在巷道中设 A、B 两极供电点，其中两极供电点，其中 B 点设在无穷远（大于测量范

53、围点设在无穷远（大于测量范围3倍以上），就形倍以上），就形成了以成了以 A 点为中心稳定的球形电场。设点为中心稳定的球形电场。设3个不同球形电场个不同球形电场 A1、A2 、A3 （图（图5-8）进行）进行测试，可以得到测试，可以得到3组前方相切的介质的视电阻率，经过计算机处理，消除其他方向上的干扰，组前方相切的介质的视电阻率，经过计算机处理，消除其他方向上的干扰，得到前方切点得到前方切点D处的视电阻率。连续观测就得到工作面前方不同距离处介质的视电阻率变化处的视电阻率。连续观测就得到工作面前方不同距离处介质的视电阻率变化曲线，含水地点的岩石视电阻率会大大降低，依视电阻率变化情况可以推测到工作面

54、正前方曲线，含水地点的岩石视电阻率会大大降低，依视电阻率变化情况可以推测到工作面正前方水文地质是否有异常。水文地质是否有异常。第五章第五章 矿井水灾防治技术矿井水灾防治技术 第三节第三节 井下探放水井下探放水2. 直流电法仪工作原理直流电法仪工作原理v 直流电法仪是工程隧道、井下巷道电法物探仪器。仪器由锂电池组、逆变声压、整流滤直流电法仪是工程隧道、井下巷道电法物探仪器。仪器由锂电池组、逆变声压、整流滤波、极性变换、单片机控制、波、极性变换、单片机控制、A/D 转换、显示、存储、通讯等电路组成。转换、显示、存储、通讯等电路组成。其工作原理见图其工作原理见图3-9。逆变升压电 路整流电路电流电压

55、取样电路变频输出单 片计算机存储器键 盘电源电路串口通讯PC显 示 器A/D转换器MNAB图图5-9 直流电法仪工作原理示意图直流电法仪工作原理示意图v 电池输出的直流电压经逆变升压电路产生电池输出的直流电压经逆变升压电路产生 83 V 的高压，经整流滤波、极性变换电路输的高压，经整流滤波、极性变换电路输出，即通过出，即通过 A、B 电极供入大地，建立稳定的人工电场；同时通过电极供入大地，建立稳定的人工电场；同时通过 M、N 电极接收大地的电极接收大地的感应电压信号，经感应电压信号，经 A/D 转换器转换成数字信号后送单片机控制电路，测量电压和供电电流，转换器转换成数字信号后送单片机控制电路，

56、测量电压和供电电流，经过计算存入存储器。显示器用来显示参数和测量数据，存储器用于测量参数和测量数据的经过计算存入存储器。显示器用来显示参数和测量数据，存储器用于测量参数和测量数据的储存。存储器中的数据通过储存。存储器中的数据通过 RS232 串行通讯口传送到串行通讯口传送到 PC 机中，在机中，在 PC 机中完成数据的机中完成数据的转换和成果图的绘制。转换和成果图的绘制。3. 工程实例工程实例 v 登封市庙庄煤矿是一个技改矿井，登封市庙庄煤矿是一个技改矿井， 2006年年5月对该矿的部分巷道采用直流电法进行了超前探测，根月对该矿的部分巷道采用直流电法进行了超前探测，根据探测结果对其水文地质进行

57、了预测预报。据探测结果对其水文地质进行了预测预报。（1）测点布置）测点布置v 井下直流电法勘探通常为对称四极测深装置和三极超前测深装置，由于此次超前探测的目的是了解运输大巷掘进工作井下直流电法勘探通常为对称四极测深装置和三极超前测深装置，由于此次超前探测的目的是了解运输大巷掘进工作面前方的断层含水情况，所以采用三极测深布极法。面前方的断层含水情况，所以采用三极测深布极法。v在掘进工作面迎头布置供电极在掘进工作面迎头布置供电极 A1、A2、A3，间距，间距 4 m，A1 布置在掘进工作面迎头位置布置在掘进工作面迎头位置 1 m位置，接收极位置，接收极 M、N ，间距间距 4 m，在掘进工作面迎头

58、后，在掘进工作面迎头后 300 m处布置处布置 B 极作为无穷远极。距供电极极作为无穷远极。距供电极 A112 m 开始跑极，观测记录各点视电开始跑极，观测记录各点视电阻率阻率 ，然后在计算机上绘制，然后在计算机上绘制 A1、A2、A3 点视电阻率曲线图。以各条曲线上距点视电阻率曲线图。以各条曲线上距 A1 供电点等距低阻点为依据，分别供电点等距低阻点为依据，分别以以 A1、A2、A3 点为圆心绘圆，三圆相交点即为前方低阻异常点。点为圆心绘圆，三圆相交点即为前方低阻异常点。测点布置见（图测点布置见（图3-10） 图图5-10 测点布置图测点布置图掘进工作面A1A3A2MNBAMNB操作台（2）

59、 成果分析成果分析v 将井下采集的数据通过将井下采集的数据通过RS232串行通讯口传送到计算机中，在计算机中通过串行通讯口传送到计算机中，在计算机中通过 Sufer8 完成数据的转换和成果图的绘制，完成数据的转换和成果图的绘制，详见图详见图5-11。v 本次采用直流电法仪三极布极法，对巷道超前探测本次采用直流电法仪三极布极法，对巷道超前探测 100 m，共测得数据，共测得数据 75 组，其中可信数据组，其中可信数据 73 组，有效探测距离组，有效探测距离为为 85 m。图中用两种方式表达介质的视电阻率大小，一是视电阻率等值线；一是颜色深浅，颜色较浅部分表示视电阻率。图中用两种方式表达介质的视电

60、阻率大小，一是视电阻率等值线；一是颜色深浅，颜色较浅部分表示视电阻率较低，颜色较深的部分表示视电阻率较高。图像下方数字代表距巷道掘进工作面距离。较低，颜色较深的部分表示视电阻率较高。图像下方数字代表距巷道掘进工作面距离。v 从图中可以看出：从图中可以看出：工作面前方工作面前方 484857 m57 m为一低阻区，此区间岩石的视电阻率为为一低阻区，此区间岩石的视电阻率为55556565，比正常介质视电阻率低得多，比正常介质视电阻率低得多，可视为富水区；可视为富水区；606068 m68 m之间为一高阻区，此区间岩石的视电阻率为之间为一高阻区，此区间岩石的视电阻率为145145155155，比正常