煤矿防治水知识讲座(矿建)_图文

1、煤矿防治水知识讲座(矿建第一章防治水基本知识一、郑州矿区概况河南郑州矿区包括新密煤田、登封煤田、荥巩煤田和偃龙煤田东部, (见下图,地处郑州市所辖的新郑、新密、登封、荥阳、巩义等五市及二七区。范围东西长约70km;南北宽约2636km,面积约2100km2。1、气候条件本区属于温带半干旱大陆性气候区。年均降水量647.92mm,年最大降水量1081.2mm(1984年,年最小降水量397.7mm(1986年。降水主要集中在7、8、9三个月,约占全年降水量的60%。2、地形与地貌条件本区属于秦岭山系北支嵩山山脉之东延部分。北部荥密背斜上的五指岭为隆起最高山峰,海拔1215.9m,由此沿背斜轴部向

2、东下降为低山丘陵,至矿区东部过渡为平原,该山脉呈东西向展布,系黄淮I级分水岭。南部荟萃山风后岭背斜向东经林台山(标高992m、香山庙(标高936m沿火煤山风后岭逐渐下降为低山丘陵,至矿区东南部过渡为平原,也是淮河水系的颖河与双洎河之分水岭。背斜之间的宽阔地带为新密复向斜、颍阳芦店向斜,由西部的低山丘陵向东逐渐过渡为岗地和平原。矿区西南部的芦店、告城区,地形由北东朝南西之颖河河谷倾斜,为丘陵地带。3、河流状况矿区大部属于淮河流域,主要河流有颖河,石淙河、双洎河和沂水河;西北部的伊洛河属于黄河流域。2二、郑州矿区地质概况1、地层郑州矿区的地层属华北型,为石炭二叠系煤田。2、构造本矿区在大地构造上位

3、于昆仑秦岭纬向构造带北亚带的东延部分与新华夏系第二沉降带西缘之复合部位,在地质历史发展过程中,本区经历了多次构造变动,尤其以燕山运动最为强烈,奠定了本区基本构造格局。新密煤田构造基本形态表现为一宽缓的西窄东宽的较为完整的复式向斜构造,向斜轴近东西,西端抬起,东端倾没。西部登封煤田为轴向北东的芦牛向斜(颖阳芦店向斜的东延部分。区域地质构造展布呈近东西向,以高角度正断层为主,次为褶皱,局部发育豫西地区特有的滑动构造。3、水文地质(1主要含水层松散岩类孔隙裂隙含水岩组1第四系砂、砾石层孔隙含水层该含水层属于强含水层,其地下水动态直接受气象因素的控制,在本区中西部,该含水层与下伏基岩含水层水力联系较密

4、切,对米村、王庄及部分地方矿井充水有一定的影响。2上第三系泥灰岩岩溶裂隙含水层分布在三李勘探区及芦沟、裴沟井田及刘寨、曲梁地区,厚度10120m,根据钻孔揭露,该层有溶孔、小溶洞发育,在地势低洼地带,有岩溶水贮存,该层属于富水中等含水层,受气象因素影响明显。3下第三系砂砾岩孔隙、裂隙含水层主要分布在芦店、告成勘探区之山前和沟谷地带,岩性为胶结疏松的砂岩和砂砾岩,厚度20m左右,属潜水或承压水。属于中等含水层。 郑州矿区地层综合柱状图5王翻花泉群龙坡背斜王庄矿牛店大平矿唐庄告城告城矿芦店大冶矿务局超化超化矿米村矿米村王沟矿密县大牛裴沟矿东风矿芦沟矿荥密背斜辛店郑新层口店隗断断层断薛店层层断三李泉

5、群水峪泉群店薛寨断断断断魏寨层七里岗月湾层樊寨层嘧层层咕断山关口新密煤田区域构造图碎屑岩类裂隙含水岩组包括二叠、三叠系各类砂岩含水层,二叠系分布全区,三叠系仅在告成、芦店、樊寨、计河(崔庙区有分布,各砂岩层变化较大,其间有泥质岩类相隔,各层之间无明显的水力联系。碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组该类含水岩组包括太原群上、下段灰岩,奥陶系灰岩及寒武系上、中统白云质灰岩,分布广泛,含水丰富,是本区主要的含水岩体,对于矿井充水和矿区供水皆有重要意义。1太原组上段灰岩岩溶裂隙含水层(L7-8灰以L7、L8灰岩为主,一般810m,本区自西向东有增厚的趋势,该含水层属于中至强含水层。该层上距二1煤底板一般约812

6、m(三李区28-35m,成为底板直接充水岩层,也是矿井主要疏排对象。2太原组下段灰岩岩溶裂隙含水层(L1-4灰本段厚约22.0m,其中L1-3灰岩最为发育,并常常合并为一层,平均厚度13.0m左右,属于中强含水层。该含水层为一1煤顶板直接充水岩层,上距二1煤底3560m,其间除上段灰岩外还有稳定的中段泥质岩段,是二1煤间接充水含水层,该层灰岩下距奥陶系顶面一般610m,局部发生水力联系。3奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层本组厚度0135m,告成区西部处于该组灰岩的沉积边缘,一般厚10 30m,向北东厚度逐渐增大,至三李区厚度达100m以上,全区大致7080m;向西南逐渐缺失。据钻探资料,该

7、组灰岩岩溶裂隙发育,含水丰富,是区内最主要的含水层,属于强含水层。本组灰岩顶面上距一l煤底610m左右,为其直接充水岩层,限制了一1煤的开发,上距二1煤底6090m,为其间接充水岩层,一般不直接危害矿井生产,但通过大断层或其它导水通道亦可直接导致矿坑充水;亦可通过构造或其它导水通道补给上部含水层,成为矿井的间接水源。该含水层与下伏寒武系灰岩为连续沉积,其间有密切的水力联系,可视为同一个含水岩体。4寒武系灰岩岩溶裂隙含水层该含水层包括上统凤山组、长山组、崮山组及中统的张夏组,下统辛集组上部等。厚度达323450m,岩性为白云质灰岩、白云岩、鲕状灰岩等,富水性极不均一,其富水部位多与构造破碎带有关

8、,但是该含水层规模巨大,所贮存的地下水十分可观,与上覆奥陶系灰岩连为一体,对本区供水与矿井水防治具有重要意义。古老岩系裂隙含水岩组该岩体广泛出露于本区西北、西南部,包括下元古界变质岩和上元古界石英岩,其浅部节理、裂隙发育,发育深度3050m,其富水特征受降水因素的影响明显。(2主要隔水层在含水岩层(组之间广泛分布着隔水岩层或弱透水岩层,它们都具有一定的阻水性能,其阻水能力取决于岩性,岩层结构、厚度及稳定性,在后期构造作用的破坏下,可大大削弱隔水层的阻水性能,甚至使其不起隔水作用,从矿井防治水的角度出发,对本区主要隔水岩层叙述如下:1第四系粘土层在本区西部分布有厚度变化较大的中更新统(Q2红色粘

9、土;东部有厚度大而稳定的中、上更新统(Q2+Q3粘土,这些粘土层对阻止降水下渗量和阻隔第四系孔隙水与下伏基岩水的水力联系均有较大的实际意义。2第三系泥岩、粘土岩层零星分布于本区西部、北部,厚度百余m至数百m,成岩程度低。该岩层虽具有较好的隔水能力,但只有局部意义。3二叠系泥岩及砂质泥岩广泛分布在煤系地层中的泥岩,砂质泥岩及砂泥岩互层,厚度稳定,一般层厚1040m,与二叠系煤系砂岩各含水呈相间分布,在正常情况下,可阻隔各砂岩含水层间的水力联系,并可阻隔砂岩含水层向矿坑充水。应该指出的是,二1煤底板隔水岩层,其岩性为泥岩及砂质泥岩,厚度一般810m,最大抗拉强度2.64 MPa,容重2.57g/c

10、m3,理论计算和现场调查表明,在正常情况下,当二1煤开拓掘进时其下伏太灰含水层水压在0.7 0.8 MPa时,该隔水层具有防水性能,当太灰水压超过1.5 MPa时,就起不到隔水作用。4太原组中段砂泥岩岩层该段厚2030m,层位稳定,分布普遍,在正常情况下可阻隔太灰上下段灰岩含水层间的水力联系。5本溪组铝土质泥岩层该层由铝土质泥岩构成,是煤系底部重要的隔水层,厚度612m,在正常情况下可阻隔太灰与奥灰含水层间的水力联系。三、地下水的运动规律(以新密矿区为例1、地下水的补给地下水的直接补给源是大气降水,间接补给源是水库和河流渗漏。新密矿区的主要补给区在西北部山区,其次在南部、北部山区,再次为中部低

11、山、丘陵地带的石灰岩出露区和浅覆盖区。2、地下水的赋存(1第四系砂、砾石层孔隙含水层(2上第三系泥灰岩岩溶裂隙含水层(3碎屑岩类裂隙含水岩组主要包括三叠系下统金斗山砂岩裂隙含水层,平顶山砂岩裂隙含水层,上石盒子组砂岩裂隙含水层,下石盒子组砂岩裂隙含水层。(4碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组主要包括太原群上段灰岩岩溶裂隙含水层,太原群下段灰岩岩溶裂隙含水层,奥陶系中统马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层,寒武系灰岩岩溶裂隙含水层。3、地下水的径流新密矿区的地下水总体从西北、西南向东南、东径流,分北、中、南三个径流带:北带袁庄以北竹园沟芦沟曲梁北;中带蔓菁峪米村、王庄梁沟矿务局裴沟任岗曲梁南;南带大冶大平超化-苟

12、堂赵家寨。4、地下水的排泄天然排泄:以泉的形式,如超化金花泉等。人工排泄:取水井、矿井排水等,目前是主要的排泄方式。第二章矿建期间常见的水害类型及防治技术一、矿建期间常见的水害类型1、松散层水害常见的有第四、三系沙层、砾石层水害,第三系泥灰岩水害2、砂岩裂隙水害主要指基岩风化带以下富含裂隙水的各层砂岩,包括三叠系金斗山砂岩、二叠系土门组假平顶山砂岩、平顶山砂岩、上石盒子组七煤底田家沟砂岩、下石盒子组各段砂岩特别是底界砂锅窑砂岩、山西组香炭及大占砂岩、石炭系胡氏砂岩等。在构造破坏区域这些砂岩往往富水性较强,受放炮震动影响往往会顺着裂隙向矿井(筒充水,给施工带来影响甚至淹井。像芦店区的金斗山砂岩其

13、涌水量可达5060m3/h,最大可达500m3/h。3、底板薄层灰岩水害二1煤底板岩溶裂隙水是矿区各矿井充水的主要水源,其充水量占矿井总涌水量的8090%。集团公司所属矿井为了对太原群L7-8灰岩进行疏水降压,把主要巷道布置在L7-8灰岩之中,L7-8灰岩为矿井充水的直接水源。L7-8灰岩是矿区主要含水层,厚度为2.1532.3m,一般厚810m,岩溶裂隙发育,含水较丰富,据不完全统计,集中性突水点约71处,单突水点水量50630 m3/h,约占矿区总突水次数的60%左右,曾有四次淹井事故,水源来自L7-8灰。4、底板厚层灰岩水害太原组下部的L1-4灰,岩溶裂隙也较发育,含水性较强,一般对矿井

14、不直接充水,当井下遇断层或底板滑动构造、或L5到L7灰间隔水层厚度变薄时,也能向矿井充水甚至造成淹井事故。比较典型的突水有告成矿卸载坑突水、老君堂矿21081工作面下付巷出水、裴沟矿-110m东大巷的两次突水等。5、底板奥灰-寒灰水害奥陶系灰岩含水层(简称奥灰是煤系底部最重要的含水层,也是矿井充水的主要间接水源,一般情况下奥灰水是越流补给L7-8灰,间接向矿井充水,当有构造破坏,如正断层、滑动构造等,高压水就会沿构造薄弱带向矿井突水,其特点是水量大(最大达7680m3/h、来势猛、水压高,如米村、东风、王沟(指原粱沟、芦沟等矿井淹井事故,其水源就是来自奥灰含水层。此外,奥灰下部的寒武系灰岩也富

15、含岩溶裂隙水,在特定条件下可越流向上补给奥灰、L1-3灰,成为矿井充水的间接水源。6、老空水害新密煤田开发历史悠久,百年以上老窑址,特别是解放前的小煤窑沿煤层露头一带广泛分布,老窑一般采深4050m,个别达140m,这些废弃井巷多已积水,老窑积水对采矿活动构成直接充水威胁。这种水源突水特点是当井巷误揭积水老空时,老空水会在短时间内大量涌入矿井,有时也会造成淹井事故,如1973年9月芦沟矿的淹井事故就是老空水所致。2002年11月裴沟矿深部副井在井深117m发生突水淹井事故,后经查明是1957年大跃进时来集公社煤矿开采七3煤留下的采空区积水所致。2010年华晋焦煤公司王家岭煤矿“3.28”特大透

16、水事故也是开拓巷道遇老空突水所致。 王家岭煤矿“3.28”特大透水事故透水点三、水害发生的条件及原因1、矿井水害发生的必要条件(1水源赋存在地下的各含水层,以及位于采掘区域上方及附近的老空水、地表水体(水库、坑塘、河流及洪水等。(2导水通道构造裂隙自然因素的各种水害类型,突水点、突水带往往与断层或张性裂隙发育有关,各矿矿井突水点主要分布在下列构造部位:1线状断裂构造带。矿区广泛发育着东西或北西西向高角度正断层,上盘在相对下降过程中,产生较多的张裂隙,因而造成断裂带富水性强,成为沟通各主要含水层的主要通道。如1962年6月26日,梁沟矿三号井东翼绞车道下部车场施工在接近五里店断层上盘时发生底崩现

17、象,混黄色的浊水伴着巨响涌入巷道,推倒支架四棚,四个突水点总突水量1400m3/h,淹井二年之久。1960年11月,东风矿掘进+110m水仓时,遇染匠沟断层,发生突水,水量达800m3/h,造成淹井事故。2裂隙网络构造薄弱带。受构造影响,在某一范围内或沿某一方向发育有垂直或高角度的密集裂隙,由于垂向上有一定的延伸深度,在下部含水层高水压作用下,而沟通上下含水层,形成垂向导水通道。1972年1月21日,米村矿掘进东大巷进入L7-8灰岩后,发育3条北西西向张裂隙,向下沟通奥灰含水层,底板崩裂,发生巨响后突水,突水时最大水量达4515m3/h,稳定水量420m3/h,造成全井淹没。3滑动构造薄弱带。

18、滑动构造在郑州矿区广泛发育,面积少则几百平方米,多则数百平方公里,滑动构造造成地层缺失,隔水层厚度变薄,从而成为构造薄弱带,由于滑动构造发育的不规律性,矿区已发生多次因滑动构造发生突水事故。1997年5月3日,芦沟矿26下山发生不可预见的奥灰-寒灰滞后滑动构造面特大突水,最大突水量7680m3/h,造成全井淹没。2000年5月22日,天河煤矿8061工作面发生滑动构造寒灰突水,突水量800m3/h,矿井因排水能力不足而导致淹井。陷落柱(包括高大溶洞采动裂隙封闭不良钻孔井筒主要防地表洪水、水库溃水灌入(3采掘活动任何发生在矿井中的水害,都与煤矿的采掘活动有关。水源和导水通道是必要条件,是内因,而

19、采掘活动则是诱发因素,是外因。因此,人们在进行采掘活动时一定要考虑是否会诱发突水,进而采取有效的防范措施,以避免水害事故的发生。2、水害发生的原因综合考虑较大以上的的突水事故,除矿井水文地质条件复杂、矿井设计不合理等客观因素外,管理方面归纳起来主要有以下几种:(1水文地质基础工作薄弱在勘探和生产期间,水文地质工作量不足,矿井水文地质条件不清,主要含水层的富水性,各含水层的水力联系,矿井充水的主要通道,补给边界等没有查清。如芦沟矿南部边界魏寨断层在勘探期间定为南升北降的正断层,实际已演变为低角度的滑动构造,使寒灰含水层与煤层仅相距10m,结果在26下山开采时,造成滞后突水而淹井。(2防治水管理制

20、度不落实,贯彻措施不力在开采过程中,对断层的导水性、富水性认识不足时,开拓应停下来,按照“有疑必探,先探后掘”的原则进行探放水,确认无水害隐患后,再进行掘进。如梁沟矿、东风矿、王庄矿均因在断层上盘掘进,在没有探水措施的条件下,接近断层时而发生突水。(3防排水能力不足因资料短缺,未能正确评价矿井涌水量,一些矿井的涌水量预计小,配套的防排水能力不足,使矿井发生每小时几百方水而导致淹井。(4防水煤柱受破坏防水煤柱受人为破坏,失去防水功能,造成突水。如1984年8月4日晚,弋湾矿因被擅自无证开采的小煤窑沟通,天降暴雨,洪水倒灌而淹井,灌入量达5.6万m3/h,致使该矿被淹没。(5非法超层越界开采。最重

21、要的原因还是人的因素:安全意识淡薄,没有充分重视防治水工作;管理者违章指挥,光想少投入,防治水系统不完善,措施制定不完善,让在水文地质条件不清的区域施工作业等;施工者违章、冒险作业,制度、措施执行不力,缺乏必要的防治水知识等。3、突水征兆的判识一般而言,煤层或岩层透水前,都会有某些预兆,比如:(1煤层发潮发暗,煤壁或巷道“挂红”等;(2巷道壁或顶板挂汗,煤层或岩层变凉;(3 工作面矿压增大,大面积底鼓、片帮或冒顶,并伴有响声;(4 工作面顶板淋水加大,从煤层或岩层裂缝中挤出水叫声;(5工作面底板、侧帮涌水逐渐加大,水头高度逐渐升高或浇得更远;(6工作面有害气体增加等。在发现明显的透水征兆后,一

22、定要高度警觉,首先要停止生产,及时汇报,注意观察,发现情况异常立即撤人。四、水害防治的原则及技术方法1、水害防治原则矿井必须坚持“预测预报、有疑必探、物探先行、钻探验证、先探后掘、先治后采”水害防治原则。预测预报是指在查清矿井水文地质条件的基础上,运用先进的水害预测预报理论和方法,对矿井水害作出科学地分析判断和评价。目前集团公司已实施“月评价、周报告、日调度”的水害评价体系,这是水害防治的基础工作,也是水害隐患排查的主要管理手段。水害评价的基本原则是排除法把可能发生的各种水害隐患用证据逐一排除后,方可通过评价。有疑必探是指根据评价结论,对可能构成水害威胁的区域,必须采取物探、化探和钻探等综合探

23、查技术手段,查明或排除水害。物探先行、钻探验证先做物探(电法、瞬变电磁法、瑞利波法、音频电透视法等,然后对物探异常区进行钻探验证,查明隐患。先探后掘是指先综合探查,确定巷道掘进没有水害威胁后方可掘进施工。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隐患后再安排采掘工程。2、水害防治基本方法煤矿防治水规定中明确了“防、堵、疏、排、截”五种基本方法,其具体内容是:防主要指合理留设各类防隔水煤(岩柱和修建各类防水闸门或防水墙等。堵主要指注浆封堵具有突水威胁的含水层、导水断层、裂隙和陷落柱等通道。疏主要指探放老空水和对承压含水层进行疏水降压。排主要指完善排水系统,水泵、排水管路、水仓

24、和供电系统必须配套。截主要指加强地表水(河流、水库、洪水等的截流治理,和地下矿井进水边界的帷幕截流治理。3、矿建期间防治水的主要工作内容(1地面防治水挖沟排(截洪,使井口不受洪水、暴雨威胁(同时注意因暴雨引起的山体滑坡对井口造成威胁,如重庆武隆山体垮塌事故。(2井下防治水井下探放水主要是探查含水层、构造、老空水。井筒施工时,已施工井检孔的,若资料基本准确可以减少探查工作量;否则要沿井筒向下施工一定数量的探查孔,并在施工中保持一定的超前距(探老空水要求是30m,探构造要求是20m,探含水层根据水压不同超前距分别为1025m 以上。井下开拓工程施工时,按探查目的不同,有各自的布孔方式和数量要求,在

25、施工技术措施中要有明确要求。冻结水体(冻结法施工冻结施工多是勘查单位承担,在此不再多述。预注浆加固含水层/断层对于富水性较强、补给丰富的卵石、砂岩、灰岩等含水层,在预计揭露后出水量可能较(很大且靠排水难以排干甚至有突水淹井威胁、或严重影响施工进度及浇注质量时,都应该提前采取注浆措施,先行消除水患。对于含、导水断层,必须采取预注浆措施,经检验合格后方可恢复掘进。具体注浆设计要根据实际情况专门编制,在此不再多述。壁后充填注浆及含水层加固在井壁浇注完成且凝固期在三周以上时,即可进行壁后充填注浆及含水层加固,目的是消除井壁淋水等,减少排水量、改善井底作业环境,保证井壁浇注质量。需要强调三点:一是钻孔要

26、进入含水层中一定深度,宜在2m以上;二是要适当控制注浆压力,保证不致破坏井壁;三是应以速凝早强水泥浆为主,亦可注高渗透性化学浆,特殊情况下才考虑注双液浆。矿井(筒排水井筒施工期间应以多级接力排水为主,井筒落底后的临时排水应考虑直排,排水能力必须大于预计的预开拓区域的预计涌水量,且水泵、排水管路、供电系统的必须配套。物探辅助探查在矿建的开拓工程施工中,往往会进行超前探测或探放水,为减少钻探工作量,可以采取有效的物探手段进行超前探测,在地质条件较清楚、突水系数T0.07MPa/m区段,可以只对物探的低阻异常区进行验证。需要指出的是:最好用两种以上物探方法相互印证,且物探只是辅助手段,不能代替钻探,

27、否则可能会酿成重、特大事故(如2010年神华集团乌海能源公司骆驼山煤矿“3.1”特大突水事故和华晋焦煤公司王家岭煤矿“3.28”特大透水事故。五、水害防治管理要点1、建立健全防治水各项管理制度主要包括各级管理人员岗位责任制、水害评价制度与预测预报制度、探放水制度、水害隐患闭环管理制度等。2、建立专门的防治水机构,配备足够的防治水专业技术人员;建立探放水队伍,配齐专用探放水设备。3、矿井必须坚持“预测预报、有疑必探、物探先行、钻探验证、先探后掘、先治后采”水害防治原则,落实“防、堵、疏、排、截”的综合防治措施。4、加强防治水基础地质工作,查清开采区域的水文地质条件,并采取相应的防治水措施。5、建

28、立完善的排水系统。配备与矿井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配电设备和水仓等,确保矿井能够正常排水。矿井排水量配备时一定要考虑一定的富余量,能应付灾害突水及异常情况(非清水排水等6、加强培训,提高煤矿从业人员的水害判别能力。要让从业人员掌握基本的水害类型、出水征兆、避灾路线及应急处置方法,提高其对水害的警觉性、辨识能力和逃生能力,降低事故的发生率和伤亡率。7、矿井应当根据本单位的主要水害类型和可能发生的水害事故,制定水害应急预案和现场处置方案。应急预案内容应当具有针对性、科学性和可操作性。处置方案应当包括发生不可预见性水害事故时,人员安全撤离的具体措施,每年都应当对应急预案修订完善并进行1次救灾

29、演练。矿井管理人员和调度室人员应当熟悉水害应急预案和现场处置方案。2013.3重点掌握的内容1、郑州矿区常见的水害类型有哪些?顶板裂隙水害、底板薄层灰岩水害、底板厚层灰岩水害、底板奥灰-寒灰水害、老空水害、封闭不良钻孔水害、地面水害(洪水、地表水体等七种。2、矿井充水的导水通道有哪些?构造裂隙、陷落柱、采动裂隙、封闭不良钻孔、井筒等。3、水害发生的原因主要有哪些?(1水文地质基础工作薄弱;(2防治水管理制度不落实,贯彻措施不力;(3防排水能力不足;4防水煤柱受破坏;(5非法超层越界开采。4、常见的突水征兆有哪些?发现后如何处置?一般而言,煤层或岩层透水前,都会有某些预兆,比如:(1煤层发潮发暗,煤壁或巷道“挂红”等;(2巷道壁或顶板挂汗,煤层或岩层变凉;(3 工作面矿压增大,大面积底鼓、片帮或冒顶,并伴有响声;(4 工作面顶板淋水加大,从煤层或岩层裂缝中挤出水叫声;(5工作面底板、侧帮涌水