矿山应急技术与管理 课件 第6章 矿山水灾防治与应急技术

第六章矿山水灾防治与应急技术矿井水灾成因·地表水与井下防治水·探放水作业透水征兆与应急撤离·排水疏干·露天矿防排水1/48矿山应急技术与管理·第六章本章学习路线6.1矿山水灾防治措施（地下矿）矿井水灾概述·地表水防治·井下防治水·探放水作业透水预兆与应急·排水疏干·截水堵水与排水设施6.2露天矿山防水安全与应急管理防排水安全要求·防治水方法·排水安全措施核心问题：如何在采掘前查明水源、在突水时正确撤离？2/48矿山应急技术与管理·第六章6.1矿山水灾防治措施驱动问题：矿井水从哪里来？如何在采掘前把水"探出来、放出去、隔开来"？3/48矿山应急技术与管理·第六章什么是矿井水灾矿山建设和生产过程中，矿井的涌水或渗水量超过矿山正常排水能力，采场或巷道局部或全部被淹没，影响、威胁矿井正常安全生产，并造成人员伤亡和经济损失的矿井涌水事故，称为矿井水灾。确定危险程度的两种方法：①突水系数法——含水层静水压力P(kPa)与隔水层厚度H(m)的比值，即单位隔水层厚度所能承受的极限水压；②水文地质因素法——按水文地质影响因素复杂程度将水害危险划分为5个等级，数值越大越危险。4/48矿山应急技术与管理·第六章造成矿井水灾的主要原因原因一采动影响造成上覆岩层移动、破坏，产生与水源相通的裂缝。原因二掘进井巷时穿透含水层、溶洞和积水老巷等。原因三井口位置选在历年最高洪水位以下，地表水、雨雪水通过井口涌入井下。5/48矿山应急技术与管理·第六章突水系数法判定水害危险程度突水系数T=P/H（P：含水层静水压力kPa；H：隔水层厚度m）物理意义：单位隔水层厚度所能承受的极限水压值。突水系数图两种：①井田或矿区突水系数图——比例尺1:5000~1:10000；②采区突水系数图——比例尺1:1000~1:2000，甚至更大。6/48矿山应急技术与管理·第六章按水文地质因素判定水害危险按水文地质影响因素的复杂程度，将矿区水害危险程度划分为5个等级。对每个不利的水文地质因素，按其危险等级规定几种危险数值，数值越大表示危险程度越严重。使用要求：①必须结合本矿区实际情况，不断归纳总结；②考虑隔水层特性进行修正；③得出适合本地区的经验数值，据此判断采掘工作面可能突水的指标。7/48矿山应急技术与管理·第六章矿井涌水水源：地表水地表水包括：矿区附近的沟渠、江河、池塘、水库、湖泊、沼泽、废弃露天凹地积水，以及季节性雨水、雪水。水位上涨超过井口标高时涌入井下，或通过断层、裂缝渗入井下。特点：大气降水使矿井涌水具有明显季节性，并与开采深度、采矿方法及矿床地质构造有关。8/48矿山应急技术与管理·第六章矿井涌水水源：地下水地下水是矿井涌水的另一大类水源，隐蔽性强、水压高，突水时往往猝不及防。天然地下水岩层断层裂缝水、含水层积水、溶洞、暗河。老空积水老空区、废旧井巷积水——俗称"老窑水"，突水时往往伴有有害气体。9/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.2地表水防治——第一道防线地表防排水是防止或减少地表水和大气降水大量流入矿井的重要措施，是保证矿井安全的第一道防线。主要措施包括：排除积水、填塞通道、挖排洪沟、筑防洪堤坝、整铺河底及河流改道等。具体采取哪种措施，要根据地形、水文和气象条件合理选择，有时应将几种措施综合使用。特别强调：以地表水和大气降水为主要充水水源的矿井，地面防排水设施必须经常检查维护；雨季到来之前，更要做好各项防排水工作。10/48矿山应急技术与管理·第六章措施（1）（2）：井口位置与整治河流（1）确定合理井口位置井口和工业场地主要建筑物标高，必须高出当地历年最高洪水位1m以上；山区还须避开泥石流、滑坡地段。找不到较高位置时，必须修筑坚固井台，并在井台周围筑堤坝、沟渠疏通水路。（2）整治河流对矿区内沟渠、河、水库、湖采取河道加固、铺底等防渗措施；必要时河流改道可彻底防止地表水通过裂隙渗入井下，但工程量大、投资多；也可将矿区内河道取直，减少渗透概率和矿柱损失11/48矿山应急技术与管理·第六章措施（3）：填堵漏水通道与排除积水原则：先易后难、先简单后复杂。按塌陷坑/裂隙大小分四种情况处理：①有渗漏未坍塌：黏土或亚黏土铺盖夯实，厚0.5~1m，以不再渗漏为准；②塌陷坑/裂隙较大：下部石块充填，上部黏土夯实，高出地表约0.3m；③塌陷坑又大又深：底部铺支架（废钢轨/钢管/轨枕），再用混凝土封死口，回填土石，上覆0.8m黏土夯实，高出地表0.3m；④不易添堵区域：设置移动泵站。12/48矿山应急技术与管理·第六章措施（4）（5）（6）：排洪与排放管理（4）挖排洪沟：山洪袭击地段，在矿井边缘垂直来水方向挖排洪沟拦洪，或开凿泄洪渠引洪水出矿，也可修水库蓄洪。（5）堆积物存放：支护材料、矸石、土方、炉灰、垃圾必须避开山洪、河流冲刷方向。（6）井下水排放：排至地面的井下水须妥善处理，泄水沟避开断层、裂隙和透水岩层，必要时混凝土衬砌。13/48矿山应急技术与管理·第六章措施（7）（8）（9）：隔离、专项设计与防汛（7）留隔离矿柱：矿井内水渠、河流、水库等地表水无法疏排时，或矿体与含水层接触地段，留隔离矿柱阻隔透水通路。（8）特殊地段专门设计：①流砂、溶洞矿床；②河、湖、海下采矿；③雨季洪水通过的干涸河床、渠下开采；露天与地下同时开采时，必须编制专门防水设计，报上级主管部门批准。（9）加强雨季防汛：雨前做好防汛准备；每次降雨后专人检查矿区地面有无裂缝、老窑陷落、岩溶塌陷，发现漏水及时处理。14/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.3井下防治水：查明水源，三线控制（1）查明水源：通过勘测掌握古井、采空区积水及主要含水层、充水断层和裂隙分布，确定矿井的积水线、探水线、警戒线。积水线调查核定的采空区积水预定边界。探水线沿积水线外推60~150m，到此必须探水。警戒线探水线外再推50~100m，进入即警戒。15/48矿山应急技术与管理·第六章探放水总原则：有疑必探，先探后掘有疑必探·先探后掘井下采掘过程中必须执行这一原则。凡遇到下列情况，必须停止掘进，进行探水：接近溶洞、流砂层、冲积层、承压含水层、含水断层或与积水区相通的断层；接近被淹井巷、积水小窑或采空区；边探边掘区已达允许掘进长度；采掘工作面出现雾、冒汗、滴水、淋水、水响等出水征兆；接近防水矿柱。16/48矿山应急技术与管理·第六章探水前的四项准备①加强支护：探水附近工作面加强支护，预防高压水冲坏支架和工作面。②检查排水设施：按预计涌水量确定是否加大排水能力；定期清理水沟、水仓，保持畅通和缓冲作用。③安装防护设施：探水孔设套管并装水阀控制放水量；特别危险地点砌筑坚固水闸墙。④安设通讯设备：探水地点能及时与调度室、中央泵房联系。17/48矿山应急技术与管理·第六章放水（疏干）的两类方式疏放老采空区积水：直接放水水压不大、不超过矿井排水能力时，利用探水钻孔直接放水。先堵后放老空水与溶洞或其他大水水源连通、一时排不完时，先堵出水点再排水。疏放含水层水：分地面疏放水和井下疏水巷道疏水两种。前者适用于埋藏浅、渗透性好的含水层；适用于已摸清水源并预算出涌水量的情况。18/48矿山应急技术与管理·第六章放水时的三项注意事项①控制放水量：放水前估计积水量，按矿井排水能力和水仓容量控制放水数量及放水眼流量。②观测水量变化：经常观测钻孔水量；水量变小或无水时，反复下钻至原孔深或超钻，防止钻孔堵塞造成"放干"假象。③检测有害气体：放水过程中经常检查孔内有害气体含量，及时采取措施。19/48矿山应急技术与管理·第六章井下防水的三道屏障：矿柱·截水·堵水（3）留设防水矿（岩）柱：截堵井上下水源通道。按作用分为矿田隔离矿柱、断层防水矿柱、被淹井巷之间矿柱、防止潜水及流矽等流入巷道而留设的矿柱。（4）截水：在涌水巷道中设置水闸门或水闸墙，使局部涌水不波及其它区域。（5）堵水（注浆）：将水泥浆、水泥-水玻璃浆或化学浆液压入地层裂隙，凝结固化后隔绝水源。注浆材料分硅酸盐类和化学类浆液两大类。20/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.4井下必须探水前进的五种情况井下采掘遇到下列情况，必须探水前进：（1）接近含水的断层、流砂层、砾石层、溶洞或陷落柱；（2）接近与地表水体或与钻孔相通的地质破碎带；（3）接近积水的老窿、旧巷和灌过泥浆的采空区；（4）发现有出水征兆；（5）掘开隔矿柱或岩柱放水。要求：探水要根据探水地点水文特点制定具体措施，并必须有专人负责管理。21/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.5探水作业安全要求（1）加固探水地点附近巷道支架，维护好帮顶，防止压力水冲垮巷壁和支架。（2）清理巷道，保证安全撤离路线畅通；20°以上倾斜巷道要设梯子和扶手。（3）预先挖掘合适断面和坡度的排水沟使水流畅通，同时配备相应容量的水仓和排水设备。（4）打钻地点及附近安设专用通讯设备，相关区域也要设通讯系统，透水无法控制时立即通知险区人员按路线撤离。（5）

钻进中发现矿岩变松、钻孔水压水量突增、顶钻等异常时，必须停钻检查、监视水情并报告调度室；严禁移动或拨出钻杆；情况危急立即撤出受威胁人员。（6）发现钻孔有害气体或易燃气体涌出，立即停钻、切断电源、撤出人员，报告调度室处理。22/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.5探水作业安全要求（7）水压大的地点打钻要安套管，钻杆通过套管钻进，套管上装水压表和阀门，探到水源后利用套管放水。（8）探水钻给进手柄前后活动范围内不得站人，防止高压水顶出钻杆或手柄翻转打人。（9）钻孔水压过大时，采用反压、防压、防喷装置钻进，防止钻杆被高压水冲出。（10）

所有受水威胁地点（尤其下山采掘区）必须安排避灾路线；开始探水前工人必须熟悉避灾路线。24/48矿山应急技术与管理·第六章探水起点：积水线、探水线、警戒线三线位置含义积水线调查核定的积水边界采空区预定积水边界，圈在地质图上探水线积水线外推60~150m资料可靠取60m；资料不足、水压大取100~150m警戒线探水线外再推50~100m掘进进入即须警戒积水威胁24/48矿山应急技术与管理·第六章钻孔深度与超前距离钻孔超前距离一般不小于30m，使工作面前方经常保持不小于20m的保护矿柱。薄矿体中可适当缩短，最小不得小于5m；岩层中探水钻孔需超前5~10m。钻孔深度一般为40m左右，每打一次探水钻孔可连续掘进20~30m。采用"边探边掘"：钻孔钻到一定深度后再掘进巷道，钻孔深度始终对掘进距离保持一段超前距离，保证掘进安全。25/48矿山应急技术与管理·第六章探水钻孔直径、数目与扇形布置直径：一般46~76mm，最大不超过91mm，多采用75mm。数目：一般不少于3个，工作面前方中心与上下左右都要探到。布置：扇形布置，至少1个中心孔，其余与中心孔成角度。孔口加固：水泥套管加固孔口，长度不小于1.5~2mm；高压水时设防喷、反压装置。26/48矿山应急技术与管理·第六章矿山应急技术与管理·第六章6.1.7井下透水预兆（1）矿床发潮发暗：原本干燥光亮的矿体因渗水变潮变暗，挖去一层仍如此，说明附近有积水。（2）巷道壁或矿体壁"挂汗"：压力水透过微小裂隙凝聚于岩壁表面；顶板挂汗多呈尖形水珠，有"承压欲滴"之势。（3）工作面温度下降：空气变冷、产生雾气，使人感到阴凉。（4）出现压力水头，或顶板淋水加大、底板鼓起渗水。（5）出现压力水流，矿层挤水发出"嘶嘶"水叫声，或听到低沉雷声、开锅水声——水与裂隙摩擦发声，涌水在即。（6）出水清说明离水源尚远；出水混浊说明已迫近水源。（7）岩壁"挂红"：老空"死水"酸性大，含氧化铁或硫化物，水色发红——接近老窑积水的典型征兆。27/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.8突然透水时的现场处置现场人员立即向矿领导汇报，同时采取措施就地取材堵水、加固工作面，防止事故扩大。水量大、压力猛无法抢救时，尽快按避灾路线撤至上一水平或地面。万一被堵在上山独头巷道，应保持镇静、避免过度消耗体力，等待救援。28/48矿山应急技术与管理·第六章撤离注意事项（1）撤离前设法将行动路线和目的地告知地面值班或中央调度。（2）条件允许时迅速撤往突水点以上水平，不得进入突水点附近及下方的独头巷道。（3）避开压力水头和泄水主流，防被水中滚动的矿石、木料砸伤；靠巷道一侧，抓牢支架或固定物体撤离。（4）照明和安全标志被冲毁迷失方向时，迎着有风流通过的上山巷道方向避险。（5）沿途和巷道交叉口留设指示撤离方向的明显标志，提示救护人员。（6）走竖井梯子间时保持次序、禁止争抢；手抓牢、脚蹬稳，注意自身和他人安全。（7）冒顶或积水堵巷时另找安全通道；唯一出口被堵无法撤退时，组织人员避灾等待救援，禁止盲目潜水等冒险行为。29/48矿山应急技术与管理·第六章矿领导接到透水报告后的处置①立即通知矿山救护队启动应急预案，通知危险区人员撤离；②尽快关闭巷道防水闸门；人员撤至井底车场后，再关闭井底车场防水闸门，保护水泵房，组织排水；③老空水突然涌出常伴大量硫化氢、甲烷等有毒有害气体，必须保证通风正常，迅速排气；④抢救被困人员，正确判断其位置，不能只凭水位标高判断被淹范围；⑤估算排水时间，时间长可向被困地点打钻孔输送食物（水位须低于人员所在独头上山最高标高）。30/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.9排水疏干的三种方法排水疏干：将威胁矿井安全的地下水全部或部分排至地表，疏干矿床。地表疏干地面打钻，深井泵/潜水泵抽至地表；适用水位浅。地下疏干井下过滤装置+排水管网+水泵排水。联合疏干井下水泵排水与地表钻孔排水联合使用。31/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.10疏干老采空区积水的三种方式（1）直接放水：确认老空无补给水源、积水量不大时，直接疏干；应选不过分增加排水负担的时段进行。（2）先堵后放：老空与其他水源连通、流动水量大、短时排不干时，先堵出水通道再排水。（3）先放后堵：老空与其他水源连通但涌水量不大或有季节性，选择少雨季节先放水，再利用枯水期建堵水工程。特殊情况：老空位于山洞、洼地、河滩、雨季渗水量大或水质差腐蚀设备，应暂时隔离，留待后期处理；上方有重要建筑物时留矿柱永久隔离。32/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.11疏干含水层涌水的三种方法（1）巷道疏干法：含水层在矿层顶板时，提前掘疏干巷道，让含水层水通过巷周孔隙裂缝疏出排出；也可将疏干巷直接布置在含水层中。（2）钻孔疏干法：含水层距矿层远或较厚时，在疏干巷道中每隔一定距离向含水层打放水孔；下部含水层吸水能力强时，可导水下泄。（3）联合疏干法：水文地质复杂、单一方法效果不好时，疏干钻孔与疏水巷道结合使用。33/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.12疏干时的安全要求（1）按水泵管网排水能力和水仓容积控制放水量；（2）探水钻孔探到水源后，水量小直接用探水孔放，水量大另打放水孔；（3）放水前做水量、水压和矿层放水性试验；（4）放水过程观察水量清浊、有无异响，事先采取通风措施；（5）预先规定人员撤退路线，挂绳作扶手，岩石稳固处建带闸门防水墙。判断疏放水完毕：排水口不淌水且有风流进出；或水流不断但无压力；或通捣时有水不通捣时无水。34/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.14防治地下暗河防治方法：绕过、堵塞、截流、断源。最好的方法：查明暗河分布位置，使巷道绕避它。新矿区施工首先进行水文地质勘探，调查有无地下暗河。暗河出口特点：涌水量大、季节性变化大，洞口常有大量河砂卵石。查明出口位置、标高、水量，结合暗河分布规律推测其走向，做到心中有数并制定防治方案。35/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.15排放矿井酸性水的安全措施含硫矿及有机硫的矿体，当这些硫化矿物在一定条件下受到氧化后，就形成硫酸，使地下水呈酸性。主要措施：（1）建立单独排水系统，酸性水集中排出；（2）降低水泵扬程、分级排水减少腐蚀；（3）与非酸性水混合冲淡后外排（注意环境污染风险）；（4）加生石灰（CaO）中和；（5）购置耐酸水泵、排水管内衬水泥或涂红丹沥青；（6）开拓布局上减少酸性水排放年限、防止地表水渗入、提高回采率。36/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.16矿井截水设施形状优点缺点/适用平面形施工容易抗水压小球面形抗水压大施工复杂圆柱形（常用）凸面朝涌水空间，支撑于两掏槽目前矿井多数采用鳄鱼嘴式增加强度、防渗流水压特别大时使用37/48矿山应急技术与管理·第六章水闸墙的四种形状防水闸门：井下防水主要安全设施平时敞开，涌水时紧急关闭，形成分翼、分水平、分采区隔离。设置地点：井底车场、井下水泵房、变电所出入口、有涌水影响的采区之间。门扇：水压超3MPa用球面形；≤4MPa用36~65mm钢板；>4MPa用铸铁浇筑。门框：宽0.9~1m，高1.8~2m，门框与门扇的接触面做成斜的，其间垫上垫橡皮/铅板/浸焦油帆布。38/48矿山应急技术与管理·第六章应留防水矿柱的五种情况（1）开采位于地表水体或含水层之下、上部水源又无法疏干时；（2）通过断层、裂缝与地表水体或强含水层有水力联系的矿层；（3）被淹井巷上/下面采掘、积水无法排除时；（4）相邻矿井开采同一矿层，矿井分界处留防水矿柱；以断层分界时断层两侧都留；（5）采掘工作面接近水量大的钻孔、含水陷落柱等地点。尺寸确定：综合考虑水压、水量、矿床强度、厚度及规定，既安全又经济。39/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.17矿井注浆堵水的四种应用将水泥浆、水泥-水玻璃浆或化学浆液压入地层裂隙，凝结硬化后堵隔水源。适用：①老空/被淹井巷水与水源有断层裂缝连通，排水不经济；②井筒巷道必须穿过富水含水层或充水断层；③工作面严重淋水，需加固井壁；④特大涌水矿井为降低涌水量和常年排水费用。40/48矿山应急技术与管理·第六章6.1.18井下排水设施要求①水仓：两个独立巷道，总容积容纳4h正常涌水量（>2000m³/h时2h且不小于8000m³）；有效容积≥总容积70%。②泵房出口：≥2个，一个装防水门，另一个高出泵房地面7m连通安全出口；泵房地面高出巷道底板0.5m。③水泵：工作+备用+检修泵；工作泵20h排一昼夜正常涌水量；工作+备用20h排最大设计涌水量；备用≥工作50%，检修≥工作25%。④管路：工作+备用两趟管路；任一检修时其余能完成正常排水。41/48矿山应急技术与管理·第六章6.2露天矿山防水安全与应急管理驱动问题：凹陷露天矿被暴雨倒灌怎么办？截水沟、泵站、排土场防洪如何布置？42/48矿山应急技术与管理·第六章6.2.1露天矿防排水安全要求（上）（1）大、中型露天矿设专职水文地质人员，建立水文地质档案，每年制定防排水措施；（2）深凹露天矿必须建专用防洪排洪设施，进出沟口、排水井口、工业场地都要防洪；（3）按设计建排水系统，矿山周边设截水沟；有滑坡危险的采场加强截排水；（4）按设计建排水泵站，特大洪水时允许最低一个台阶临时淹没，但淹没前撤出人员和重要设备；（5）疏干出现的坑、裂缝、地表陷落范围及时圈定设标志；（6）主排水泵站电源不少于两回路，任一回路停电其余承担最大排水负荷；（7）定期化验水质、检查管道防腐；（8）排水设施和保护装置未经许可不得拆除。43/48矿山应急技术与管理·第六章6.2.1露天矿防排水安全要求（下）（9）剥离排土不得给深部或邻近矿山造成水灾或泥石流；（10）