1 煤矿水害防治.ppt

1、煤矿水害防治文学宽 研究员煤炭科学研究总院2009年5月,常言道：水火无情。煤矿在生产建设过程中经常受到水的威胁。突水事故与顶板、瓦斯、运输等事故相比，发生率不算高，但一旦发生，造成的人员伤亡和经济损失比顶板、机电、运输、爆破等事故等要大得多，危害相当严重。据统计，19491995年在我国煤矿一次死亡3人以上的事故中，以死亡人数计算，水害事故占15.72，仅次于瓦斯和顶板事故，位居第三；平均每次事故死亡7.06人，仅次于瓦斯和火灾事故，位居第三。 20012005年，水害事故平均每年发生52起，占15.7，在全国煤矿一次死亡10人以上事故中，水害事故平均每年发生10起，占18.8。,一、我国煤

2、矿水害事故发生的基本情况,二、对水害事故原因的分析,没有树立“安全第一，预防为主”的思想 水文地质情况不清 没有坚持“有疑必探，先探后掘”的原则 防排水工程质量低劣 无序开采，先天不足 职工安全意识淡薄，技术素质不高,1、没有树立“安全第一，预防为主”的思想 有的矿井在突水事故前，已有明显的预兆，但那里的领导同志为了早出煤、多挣钱，仍不采取措施，还强令工人继续掘进。有的矿采区上方地表有大量积水，长期不处理，以致采空区塌落使积水溃入井下。 有的井底水仓长期不清理，致使容量减少或水泵排水能力不足，在矿井发生突水时涌水量大于排水能力，眼看着矿井被淹。有的巷道、硐室工程质量不好，水砂慢慢浸下，不及时分

3、析原因，采取相应措施，处理与地表水相联的通道，导致地表水溃入井下。,2、水文地质情况不清 有些煤矿对井田范围内水文地质情况不清，资料不全，对地下水、老塘水心中无数，就盲目开井或采掘。 有的积水巷道位置测量错误或资料遗漏、不准。 有的知道有水源，但对其赋存状况及补给关系不清楚，特别是构造复杂、断层较多、老窑分布较广的地区，对水源位置不清，却盲目掘进，结果酿成突水事故。 3、没有坚持“有疑必探，先探后掘”的原则 有些领导和作业人员思想麻痹，存有侥幸心理。图省事，怕麻烦，井巷已接近老空、充水断层、陷落柱、强含水断层，还不探水放水，结果造成突水事故。,4、防排水工程质量低劣 有的矿井该建防水闸门的地方

4、不建。 有的矿井防水闸门长期不检修，已经失效，出水时不是关不上，就是不起作用。 有的矿井挡水墙打在浮煤上，两边不掏槽，水压一大就被冲垮。 有的煤矿工业用水管线泄漏，长期不处理，在低洼处或塌陷处大量积水，造成事故隐患。,5、无序开采，先天不足 有的煤矿特别是乡镇煤矿井口位置选择不当，紧靠河流、湖泊，个别井口标高过低，遇有地面洪水必然倒灌井下。 有的井口位置设计不合理，接近强含水层等水源，施工后在矿压和水压的共同作用下，围岩发生突水。有不少小煤窑就开在大矿的采区上方。 有的就在大矿的保安煤柱、防水煤柱上滥采滥掘，甚至已与大矿贯通，一到雨季时洪水从小煤窑灌入大矿井下，造成事故。,6、职工安全意识淡薄

5、，技术素质不高 有的矿井发生突水事故前已有明显征兆，但职工缺乏安全意识或经验不足，没引起足够重视和采取相应措施。 有的矿井上山巷道冒落，里面有大量的水、煤、矸等杂物，而工人在处理时竟从下往上扒，导致突水而被淹。 有的工人见溜煤眼被堵，竟用水冲，致使眼内大量积水，有些透水事故就是捅溜煤眼时发生的。,三、煤矿水害区域的划分,我国煤矿划分为6大矿井水害区，具体分布见图。,中国煤矿水害分区示意图,1、华北石炭二叠系岩溶裂隙水害区 华北石炭二叠系岩溶裂隙水害区位于阴山构造带以南，昆仑秦岭构造带东段以北，贺兰山构造带以东地区，属亚湿润、亚干旱气候区。该水害区矿井出水、突水较频繁，涌水量大，影响煤矿安全生产

6、或发生淹井事故。目前矿井中深部下组煤层受煤系地层底板强含水层威胁，有几百亿吨防隔水煤柱煤不能开采。,2、华南晚二叠统岩溶水害区 华南晚二叠统岩溶水害区位于昆仑秦岭构造带东段以南，川滇构造带以东地区，属湿润气候区，年降水量为12002000mm。该水害区矿井突水量大，约为270027000m3/h，矿井正常涌水量为30008000 m3/h，矿井担负着巨额的排水电费400万1500万元；矿区地面塌陷严重，矿井安全生产受到严重威胁，在雨季，浅部煤层开采受水害危险更大。,3、东北侏罗系裂隙水水害区 东北侏罗系裂隙水水害区位于阴山构造带以北地区，属湿润亚湿润气候区，年降水量为400800mm。该水害区

7、矿井涌水量不大，部分矿区由于受地表水、第四系松散层水和由地表水与第四系松散层水补给含水层的威胁，易发生矿井突水事故。,4、西北侏罗系裂隙水水害区 西北侏罗系裂隙水水害区位于昆仑秦岭构造带西段以北，贺兰构造带以西地区，属干旱气候区，局部为亚干旱区，年降水量为25100mm。该水害区严重缺水，存在供水问题，部分矿区存在地表水和老窑水形成的煤矿水害事故。,5、西藏滇西中生代裂隙水水害区和台湾第三系裂隙、孔隙水水害区 西藏滇西中生代裂隙水水害区和台湾第三系裂隙、孔隙水水害区、新生代煤田储量仅占全国储量的0.1，水文地质条件比较简单，水害也不严重。,6、台湾第三系煤田的裂隙孔隙水水害区,四、我国煤矿水害

8、类型及示例分析,根据我国煤矿发生水害案例的系统分析研究，按水源特征，矿井水害类型主要划分为： 老空积水透水水害 地表山洪水害 第四系松散孔隙含水层和第三系砂砾含水层水害 煤层顶板充水含水层水害 煤层底板承压充水含水层水害 岩溶陷落柱水害 断层破碎带突水水害 地表滑坡和井上下泥石流灾害,1、老空积水透水水害 老空积水是指年代久远且采掘范围不明的老窑积水、矿井周围缺乏准确测绘资料的乱掘小窑积水、矿井本身自掘的废巷老塘水和煤层采空区积水。 老空积水水体的特点是：水体压力传递迅速，流动与地表水流相同，不同于含水层中地下水的渗透。,老空积水透水水害示例 某煤矿在二号斜井自浅部沿十四层煤向下掘进没有与下部

9、采区上山掘透，就开始在西翼开拓1009平巷，地质人员已查明施工区域有老窑及含水体，确定东西1009掘进工作面必须探水前进，超前距为15m，但现场仍继续掘进施工，而且在接近突水点发生事故前2天有明显的见湿突水征兆，未引起足够的注意，结果在爆破过程中诱发老窑水体突水，2h内涌出老窑采空区积水约3700t，1009平巷以下巷道全部被淹，同时喷出大量有害气体（H2S），造成井下工作人员45人遇难的严重综合水害伤亡事故（见图）。,某矿二号斜井老空积水突水示意图,2、地表山洪水害 地表长年有水的河流、湖泊、水库、塘坝、煤矿塌陷区水体等，由于井下防水煤（岩）柱留设不当、采掘工程活动不当导致煤层顶板煤（岩）体

10、发生抽冒、工作面区域内存在导水断裂地质构造、超采防水煤柱等，使采掘工作面与地表水体产生水力联系，地表水迅速灌入井下，发生突水事故。,地表山洪水害示例 某矿开采矿井浅部缓倾斜的石炭系下部薄煤层，矿井露头区老井密布且有小窑开采浅部煤层，小煤窑的采掘面与大井相邻、相通；井田内地表水体有东大沟流过，河床及两岸正是采空区及小窑分布地。在雨季，煤矿没有采取任何措施仍然生产，当年7月至8月15天内降水量为372.6mm，造成东大沟洪水位上升，淹没了该沟西岸的南、北炮台两对小煤窑，水由七层煤一号上山的二段小上山泄入该矿井，涌水量最大达614 m3/h 。当时矿井井底水仓仅有150 m3/h的排水能力，造成该矿

11、18个采区被淹，全井停产100多天（见图）。,某煤矿一号井南翼502工作面地表水、黄泥溃入示意图,3、第四系松散孔隙含水层和第三系砂砾含水层水害 第四系松散孔隙充水含水层、第三系砂砾含水层呈不整合覆盖在煤系地层上，直接接受大气降水和展布其上的河流、湖泊、水库等地表水体的渗透补给，形成在剖面和平面上结构极其复杂的松散孔隙充水含水体。,第四系松散孔隙含水层和第三系砂砾含水层水害示例 某矿704工作面位于东翼急倾斜二采区，用小阶段爆破法回采山西组7层煤，煤层厚1.8m，倾角78，地面标高+36.2m，冲击层厚度57.59m，底部砾石含水层厚18.59m，煤层隐伏露头标高-21.39m，煤层顶板采后易

12、冒落。704工作面自开始开采到发生水害，共透水4次。最大涌水量453.6m3/h，被迫封闭停产（见图）。事后分析发现，事故发生前两天，在靠近工作面迎头4个小眼20m宽范围内，集中向上方煤柱采煤，超限出煤1017t，相当于向上采掉22m，标高已经达到-31m，基本上接近冲积层底部标高，破坏了冲积层下防水柱的完整性。,某矿704工作面松散冲积层突水示意图,4、煤层顶板充水含水层水害 煤系地层中一般存在多层可采煤层，在煤系地层上部同时发育有多层充水含水层，有的是强岩溶充水含水层，如南方型龙潭组煤系地层的顶部就发育有长兴灰岩含水层。,煤层顶板充水含水层水害示例 某矿掘进过程中，顶板压力突然增大，并有水

13、柱涌出，前面顶碹随之变形；立即向外撤人，工作人员全部安全撤离后，顶碹被压垮，装岩机被埋住；大量涌水冲刷着冒落的碎矸石和料石一起涌出，掘进迎头发生突水事故，涌水量为900m3/h ，突水后徐徐断层间的总涌水量由465.6m3/h猛增到900m3/h ，总水量增加713.4m3/h，迎头突水量为900m3/h，顶碹被冲垮10m，碹顶上部冒落达15m（见图）。,某矿断层间煤层顶板含水层突水示意图,5、煤层底板承压充水含水层水害 煤层底板承压充水含水层水害是我国煤矿水害频率最高、危害程度最大的一种灾害，多次造成突水淹采煤工作面、淹采区、淹水平、淹整个矿井的恶性事故。,煤层底板承压充水含水层水害示例 如

14、某矿东下10号煤巷在标高+65m掘进，见到落差110m的王封断层（见图）。水害灾害发生时，水从掘进工作面正前方支柱根漫流出，初期水色灰白并含油质，后变黄色，水量逐渐增大，出水口如拳头般大，涌水量最大达1020 m3/h，由于矿井井下设计排水能力小，最后导致矿井淹井。,某煤矿东下10号煤巷底板突水示意图,6、岩溶陷落柱水害 由于煤系地层在地质历史时期中不断向奥灰溶洞垮落，冒落的岩块不断冲填形成一个质地疏松岩溶陷落柱，导水性很强，同时由于陷落柱的赋存条件孤立而隐蔽，事前难以探查发现，防治难度极大，所以造成灾难性的岩溶陷落柱水害。,岩溶陷落柱水害示例 1984年6月开滦范各庄矿在回采距煤层底板奥陶系

15、灰岩含水层超过200m的第七号煤层时，这个岩溶陷落柱是一个短轴46m、长轴67m的椭圆形岩溶陷落柱，柱体冒落高度竟达200m，顶部直到七号煤层顶板，由于岩溶陷落柱沟通了煤系地层与奥灰强充水含水层的水力联系，发生了突水量高达2053m3/h的恶性突水淹井事故，损失巨大，在世界采矿史上留下了令人难以置信的案例。,7、断层破碎带突水水害 断层破碎带突水水害，本身是矿井一大水害，也可与老空水、煤层顶板含水层、底板承压含水层、地表水体等发生水力联系而引起突水水害，是煤矿水害类型中最普遍的一类。断层破碎带可以沿断层走向很长一段范围内普遍含（导）水而引发水害，也可以是局部的一小段、一个点导水而诱发突水水害。

16、有的断层破碎带原始状态是不含（导）水的，但由于采动条件下引起顶板导水裂隙提高了上限或底板岩体裂隙的存在，断层破碎带发生活化而转化为导水断层，发生矿井突水水害。,断层破碎带突水水害示例 如某矿开采厚1.2m二煤，煤层底板18m处有一层后8.5m的L2灰岩，富水性好，煤层底板40m处为巨厚的奥陶系灰岩，富水性很大，煤矿5221工作面上风巷往北4050m是区域性凤凰岭断层，落差400m左右，上风巷与凤凰岭断层之间有2条支断层，断距分别为6m、9.5m，岩层破碎，裂隙极发育，巷道标高+24.3m，水位标高+88m+69m，水压为0.450.64MPa，该矿5221回风巷靠近凤凰岭断层，掘进地质说明书上

17、要求超前探水，但现场没有实施且多次在断层带附近施工。当年12月5日5时左右，发现巷道顶板压力突然增大，老巷内发出大的响声，掘进工作面金属支架被压垮，巷道保护石垛被推翻，5时30分，老巷内顶板涌水，随着岩石不断崩落，水量迅速增加，测得突水点水量为3282m3/h，发现总水量超过排水能力，及时撤退人员及部分生产工具，关闭水闸门（见图）。,某矿5221回风巷断层破碎带突水示意图,8、地表滑坡和井上下泥石流灾害 地表滑坡和井上下泥石流灾害发生的前提条件是有层间软滑的黏土层、疏松破碎的断层带、黏土充填的节理裂隙等软弱结构面，地表、地下的工程活动等。四川、贵州、云南等高、中山地区的一些煤矿，发生地表滑坡和

18、井上下泥石流灾害十分突出，造成的危害也很大。解决这类灾害问题的方法要从水文地质、工程地质和岩土工程的角度去探讨分析。,五、矿井突水预兆与充水条件分析,矿井突水一般预兆 矿井突水易发生的地段 矿井充水水源 矿井充水通道分析 矿井充水强度分析,1、矿井突水一般预兆 矿井采掘工作面煤层变潮湿、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； 矿井采掘工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味； 矿井采掘工作面有时可听到水的“嘶嘶”声； 矿井采掘工作面矿压增大，发生片帮、冒顶及底鼓。,2、矿井突水易发生的地段 断层交叉或汇合处； 断层尖灭或消失端一带； 褶曲轴部裂隙密集带或小断裂

19、密集带； 背斜倾伏端一带； 两条大断层相互对扭地带，即张扭性破碎带，导致小构造密集； 与导水或富水大断裂成人字形连接的小断裂带； 复合部位小断层与次级小褶曲轴在地层倾向急剧转折带上的复合部位，或小褶曲轴与地层倾向转折带的复合部位或平缓小轴曲翼部； 压性断裂下盘、张性断裂上盘因富水性强，井巷通过或接近时（须切割强含水层）往往发生突水； 新构造活动强烈的断裂带； 不同力学性质的断裂组成的断裂带，富水性最强，易于发生突水。,3、矿井充水水源 （1）天然突水水源 大气降水 地表水充水水源 地下水,（2）人为充水水源 含水层袭夺水源 为了保证矿井安全生产，煤矿必须疏降高水压的承压充水含水层。随着矿床开采

20、范围的不断扩大，区域地下水位降落漏斗不断扩展，这种人工疏降地下承压含水层的活动强烈改造着矿区的天然地下水流场。地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺水源主要包括以下几种情况： 位于矿床所在区的地下水流动系统排泄区的泉水； 位于矿床开采区的地表水（海洋、湖、河）体； 相邻水文地质单元地下水。,矿井老窖积水 已废弃的老窑与废巷，存储有大量地下水，这种地下水常以储存量为主，易于疏干。当生产矿井遇到或接近它们时，往往容易突水，而且来势凶猛，水中携带有煤块和石块，有时还可能含有有害气体，造成涌水量增加。 另外，在煤矿中，有时地下水赋存于因煤层自燃所形成的巨大熔洞中。国外某煤矿曾发生12h内涌入平硐3105m3的水，使矿井被淹，排水后发现是一个大熔洞所引起。我国煤矿也存在煤层自燃现象。因此，对熔洞充水的可能性应引起重视。,4、矿井充水通道分析 （1）矿井充水天然通道 矿井充水天然通道可分为： 点状岩溶陷落柱型 线状断裂（裂隙）带型 窄条状隐伏露头型 面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄区）型 地震通道,（2）矿井人为充水通道 矿井人为充水通道包括： 顶板冒落裂隙带 地面岩溶塌陷带 封孔质量不佳钻孔,顶板冒落裂隙带 煤层开采后，采空区上方的岩层因下部被采空而失去平衡，相应地产生矿山压力，从而对采场产生破坏作用，必然引起顶部岩体的开裂、垮落和