矿井水文地质条件及矿井的排水能力

矿井水文地质条件及矿井的排水能力

矿区内的大气降水、地表水和地下水通过各种渠道流入井，称为井涌。当矿井涌水量超过矿井正常的排水能力时,将发生水灾。凡是影响矿井正常生产活动、威胁矿井安全生产、增加生产成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井涌水事故,称为矿井水灾。1地下水开采除废引发的洪水矿井水的来源比较多,主要有大气降水、地表水、含水层(带)水和老窑水等,除此之外,还有埋藏在地表以下第一个融水层以上的潜水,处于两个隔水层中间的承压水,处于断层破碎带中的断层水等。其中,承压水对矿山生产威胁极大,而断层水往往水源充足,对矿井的威胁也非常大。现根据矿井水的来源、影响因素等对矿井水灾成因进行归纳,分述如下:(1)地表水防治措施不得当,或工程质量低劣,会使雨季时大量地表水经由井筒或塌陷裂隙灌入井下,造成矿井水灾。(2)水文地质情况不清,井巷位置设计不合理,将井巷设计在不良的地质条件下或距含水层太近,导致透水。未掌握矿区内老空区积水、充水断层、陷落柱、钻孔、强含水层水量和水压等水文地质情况,在施工中导致巷道穿透积水区等情况发生,造成水灾事故。(3)在水文地质条件复杂、有突水淹井危险的矿井,没有按要求设置防水闸门,或防水闸门安设不合格,或年久失修关闭不严,当水灾发生时不能隔断水流而造成淹井事故。(4)管理不善,井下乱采乱挖,越界越层开采现象严重,破坏设置的防水煤柱导致透水事故发生。排水设备失去效能不更新,水仓不按时清挖,发生突水事故时,致使水仓失去排水能力而造成淹井。(5)巷道掘井过程中没有执行“有疑必探,先探后掘”的探放水原则,盲目施工,致使巷道穿越积水老窑、打穿含水层,或遭遇连接各水体的不合格封闭钻孔等情况发生,从而造成矿井突水事故。(6)采掘工作面透水前,一般会有相应的预兆发生,如挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起、水色发浑、有臭味、有毒有害气体增加等现象。当发现上述透水预兆时,说明已接近水体,此时应立即停止作业,并报告矿调度室,采取有效措施,以防止透水事故的发生。如果出现透水征兆而未察觉、未重视,或者干脆未报告、未处理,或处理方法不当而造成透水事故。2矿山洪水的风险2.1煤矿安全生产面临的主要障碍矿井突然涌水,或者涌水量超过矿井的排水能力,不能及时从井下排出时,要么造成井巷或采区被淹,要么造成财产损失,甚至于造成人员伤亡,对煤矿安全生产造成重大影响。如果排水系统不完善,矿井涌水任意流淌,井巷内到处是泥水,即使井下工作人员的作业环境恶化,又给煤矿的安全生产带来不利因素。同时,顶板淋水、煤壁渗水等因素会使巷道内空气湿度加大,影响井下职工的身体健康,而职工是井下作业的控制者,从而给井下的安全生产埋下隐患。2.2影响煤炭的生产矿井突然涌水,不仅会增加井下排水投资,而且使得煤炭开采成本增加。井下排水要安装水泵,水泵工作又要消耗大量的工业用电,大量排水就要花费大量的电费,从而增加煤炭生产的成本。矿井水量越大,排水设备和排水费用就越高,不仅增加了煤炭生产成本,而且给管理工作带来了难度。同时,矿井水对井下的机器设备产生腐蚀作用,缩短其使用期限,从而也增加了煤炭生产成本。因此,矿井水灾的发生,使得煤炭的生产成本提高,直接影响着煤矿的经济效益。2.3巷道排水效果差矿井涌水量过大时,会使巷道充满积水,给井下运输来带影响,同时井巷积水会破坏巷道顶底板岩石的稳定性,使支护工作复杂化,并给巷道的维护工作增加困难。巷道积水还给井下工作人员带来影响,使其工作环境变得更加恶劣,从而影响煤矿的井下正常采掘,给煤矿生产带来影响。2.4来一定的困难矿井涌水给建井、掘进、采煤以及机电设备等管理工作带来一定的困难。由于涌水发生,影响了正常的煤矿生产,给安全带来隐患,使得井下不能按照正常计划向前掘进,从而导致管理工作不能正常进行,严重影响煤矿的正常运转。3产的前提下,采用其防治结合的方法,在做防治矿井水灾的原则是在保证矿井安全生产的前提下,以防为主,防治结合。矿井水灾的防治方法,可归纳为“查、探、放、截、堵、排”6个字的综合防治措施。3.1矿井水资源调查水文地质资料是制定矿井水灾防治措施的依据。因此,要制定防治水计划,必须查明矿井水源和可能涌水的通道,并按计划组织具体实施,保障矿井安全。(1)收集地面气象、降水量与河流水文资料,查明地表水体分布、水量和补给、排泄等情况。(2)查明洪水对矿井的影响程度,掌握井田范围内含水层的情况。(3)调查老窑和现采矿区的开采范围、采空区的积水和分布状况。(4)掌握断层和裂隙的分布情况以及采动后顶板破碎及地表陷落情况。3.2先探后采,保证采区安全当采掘工作面接近有突水危险区域时,就存在突水灾害发生的可能性,此时,必须把握“有疑必探,先探后采”的基本原则,这是预防井下水灾发生的重要措施。采用探放水方法,查明采区前方的水情,并将水有控制地放出,可以保证采掘工作面的安全。根据不同类型的水情,可采取不同的疏放水方法和措施。3.3地下水开采区的防水做法井下截水是利用设置防水煤(岩)柱、水闸墙、水闸门等截水设施,临时或永久地截住涌水,在矿井突水灾害发生时,隔离巷道或者封闭采区,使某一地点突水不致危及整个矿井,减轻突水灾害的影响。(1)防水煤(岩)柱。在水体下、含水层下、承压含水层上或导水断层附近采掘时,在可能发生突水处的外围留设一定宽度的煤(岩)柱,以防止地表水或地下水涌入工作地点,形成水灾。在相邻矿井的分界处,必须留防水煤柱。矿井以断层分界时,必须在断层两侧留设防水煤柱。(2)水闸墙。在需要永久截堵水而平时无运输、无行人的地点设置水闸墙,将危险区域隔离开。水闸墙可分为临时水闸墙和永久水闸墙两种。前者一般用木料或砖料砌筑,后者则采用混凝土或钢筋混凝土浇灌。(3)水闸门。水闸门一般设置在可能发生涌水需要堵截,而平时仍需运输行人的巷道内,如:井底车场、井下水泵房、变电所的出入口处以及涌水互相影响的区域之间。一旦发生水灾,立即关闭闸门,把水灾限制在局部地区,保证矿井其他区域的正常工作。3.4巷道地层强度注浆堵水就是将配制的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中,使其扩散、凝固和硬化,使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性,继而达到封堵截断补给水源和加固地层的目的。注浆堵水是矿井防治水灾的重要手段之一。3.5矿山防治水效果矿井排水是利用排水设备,将流入矿井的水直接排至地表的防治水方法,是煤矿生产中的基本环节。为了排除井下涌水,就要修建水仓,安设水泵和水闸门,挖砌水沟,形成一套完整的井下排水系统。目前,我国煤矿在排水方面应用了许多新技术和新设备,如水泵自动化控制技术、密闭水泵房以及采用大孔径直通式排水孔分散排水等,均取得了良好效果,对矿山防治水做出了贡献。矿井井下排水要满足《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426—2006)。根据矿井水的水质特点,井下水采用一体化净水器混凝、沉淀、过滤处理。矿井水由井下提升至预沉调节池,之前加入混凝剂,并经管道混合器使混凝剂与矿井水充分混合。井下水经过初步沉淀和调节水质、水量后提升进入全自动高效净水器(集混凝、沉淀、过滤于一体),出水自流进入中间水池。经消毒后一部分水由泵提升进入井下洒水清水池通过静压供井下消防、洒水;另一部分由泵提升进入精滤、活性炭过滤器进行深度处理,处理后的水自流至生活清水池,消毒后由泵提升至工业场地的日用消防生活水池。预沉调节池排泥、净水器排泥,以及反冲洗水和活性炭过滤器的反冲洗水均排入湿泥池,污泥提升至污泥浓缩池浓缩后,用污泥泵打入污泥脱水间,污泥脱水后泥饼外运,上清液回流至预沉调节池。4矿井洪水防治矿井水灾是煤矿常见的一种灾害,对煤矿正常生产有着重要的影响。本文从矿井水的来源、影响因素等出发,对