矿井水灾防治-第四章讲解

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1、第四章 煤矿不同类型水害的防治,2,煤矿不同类型水害的防治,底板水,地表水,老窑水,松散裂隙水,顶板水,水害防治,3,地表防治水是在地面修筑一些防排水工程，防止降雨汇集水和地表水流(涌)入工业广场或通过渗漏流入井下，保障矿井安全所采取的技术措施。 地表防治水工作主要包括：1、河床铺底与填堵陷坑；2、排除积水；3、河流改道；4、修建水库及修筑排洪渠；5、防洪堤等。,地表水防治,4,地表水防治,必要性 矿井水的主要来源是地表水和大气降水的渗透补给，即使含水层向矿井充水，其最终补给也是大气降水或地表水，充水含水层只不过是它的直接或间接通道罢了。 未能接受大气降水和地表水补给或补给量较少的充水含水层，

2、一般是易于疏干的。因此矿井防治水最重要的一个环节，就是防治地表水或大气降水的渗透补给。,5,地表水防治,防治方法 有效的矿井防治水工作应该采取井下着眼、地面着手的方针，防、排、治相互结合。 防治措施 在近山区，以蓄为主，蓄防结合； 在矿区外围，以防为主，排放结合； 在矿区内部，以导流为主，导排结合；,6,地表水防治,注意的问题 编制基本图件，分析充水条件； 掌握降水强度与补给强度； 掌握补给条件和范围，设计具体工程； 掌握当地降水规律和强度，合理建设防洪工程规模； 掌握矿区最高洪水位和淹及范围； 根据水利工程的要求，设计沟渠堤坝的抗洪强度和排泄能力。,7,地表水防治措施,地表水防治措施从以下两

3、个方面来分析： 一、地表水防治的综合措施 二、地表防渗工程及措施,8,一、地表水防治的综合措施,(一)山区矿井地表水的防治措施 (二)平原区矿井地表水的防治措施,9,（一）山区矿井地表水的综合防治措施,地表水向井下严重渗漏，汛期威胁矿井安全时，应在漏水段进行河床铺底或修建人工河床，也可采用河流改道的办法； 在高原山地有典型岩溶的矿区，为减少暴雨时的井下高峰涌水量，保证矿井安全，可利用地势，开凿截水平硐，截疏灌向岩溶暗河的河水(洪水)； 当河谷下煤层顶底板坚硬，采后形成塌陷沟(坑)，无条件充填或修人工河床时，应在塌陷沟的上游外围挖截水沟，在沟谷处修建渡槽，地形有利时，沟河可以改道。 若矿井井口、

4、平硐硐口存在洪水威胁时，应作如下处理： 治理小窑、采空区的塌陷坑或岩溶塌陷坑。可根据情况，分别采用围、堵、截流、疏导、填土夯实及设泵站排水等措施 有泥石流灾害的矿区，应治山治坡，植树种草。工业场区和生活区要避开泥石流，必要时应修建拦洪坝和疏导工程。在易发生滑坡和塌方处的上游，应修建排水截流设施，下部修建档土墙。,10,（二）平原区矿井地表水的综合防治措施,受河流泛滥威胁的矿井，当无条件提高河流防洪标准或进行河流改道时，须在矿井井口、工业场地周围修筑堤坝。 受内涝威胁的矿区，应按河网化方式，开挖防洪排涝渠道系统，修建防洪排涝泵站，排出内涝积水。对有向井下溃水危险的塌陷坑(洞)，应用块石(或片石)

5、、砂和粘土填实或设泵排水。 对不符合在地表水体下采煤的地段，必须先排除地表积水，后采煤，或者采取其它有效的措施。 当河流或其它地表水体是矿井充水的直接或间接充水水源，对矿井安全有严重影响时，可是具体条件，在渗漏段或渗漏点分别采取铺底、改道、或截流截源等防渗措施，排除积水并应填土夯实。,11,二、地表防渗工程及措施,(一)封堵地面塌陷裂隙通道的措施 (二)漏水河床(冲沟)铺底措施 (三)河流改道或截弯取直措施 (四)修筑排洪渠、防洪堤的措施 (五)地面帷幕截流注浆截流措施,12,塌陷坑堵填方法示意图,渡洪槽示意图,（一）封堵地面塌陷裂隙通道的措施,1、封堵塌陷坑和裂隙 2、围截隔离塌陷裂隙区 3

6、、将洪水引出塌陷裂隙区,13,人工河床衬砌断面示意图,（二）漏水河床(冲沟)铺底措施,漏水河床(冲沟)铺底的原则 (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算。 (2)铺设人工河床的材料应尽量就地取材。 (3)铺砌方式必须同时满足防渗、防潜蚀、防冲刷。,14,整铺河床示意图,衬砌进出口段的要求： (1)护砌段的上下游均应超出渗漏段一定距离。 (2)进出口段应保持水流顺畅，或做成“八”字墙。 (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砌的两端潜入渗漏段。,整铺河床示意图 1-灰岩；2-页岩；3-整铺后的人工河床,15,（三）河流改道或截弯取直措

7、施,河流改道的原则： (1)河流改道一般工程量大，投资多，一般不宜轻易采用，应通过技术经济比较后再行设计施工。 (2)要考虑矿区发展远景和工农业布局，既要避免二次改道，又不要因改道而影响矿区的工农业和生活用水。 河流改道设计： (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。 (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。 (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。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。 (4)拦河坝距人工河道衔接部位应有一定距离，以免拦河坝

8、被水流冲溃。,16,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,17,（四）修筑排洪渠、防洪堤的措施,1、排洪渠的布置 2、排洪渠的布置原则 3、排洪渠的布置构造要求 4、防洪堤,18,排(截)洪渠布置示意图 在塌陷区上方修排洪沟示意图,1、排洪渠的布置,19,排洪渠进出口布置示意图,2、排洪渠的布置原则,1）渠线走向的布置原则 2）进出口的布置原则,20,3、排洪渠的布置构造要求,跌水布置示意图,复式断面排洪明渠示意图,21,4、防洪堤,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。 防洪堤布设的一般原则： (1)应尽量选用当地材料； (2)堤脚应离开岸边一定距离；

9、 (3)堤轴线应和洪水流向平行； (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。,22,（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。,23,帷幕截流背景1,(a)某矿各灰岩含水层与第四系含水层接触关系示意图,24,帷幕截流背景2,(b)某矿煤系被小汶河覆盖状况示意图,25,帷幕的设计与施工,某矿灌浆帷幕位置及各段长度示意图(为施工顺序),26,矿井底板水的防治,一、底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价 二、底板水的疏水降压 三、隔水层薄弱带的注浆加固 四、利用隔水层带

10、压开采,27,一、底板突水因素分析、预测及带压开采安全度评价,(一)采动条件下底板破坏的规律 (二)底板突水因素分析 (三)底板突水预测方法 (四)带压开采安全度评价,28,（一）采动条件下底板破坏的规律,(c)工作面周围支承压力分布特征,采动空间内应力重新分布示意图,(b)工作面底板剪切带分布特征,(a)随工作面推进底板受力特征,29,下三带的发育,1.“下三带”发育特征 2. “下三带”的确定,底板隔水层在开采条件下三带分布示意图,30,（二）底板突水因素分析,含水层富水性及水压 破裂构造 矿压破坏深度 隔水层厚度、岩性组合 山东矿业学院特殊开采所经验公式(2002年)： 式中 Cp采动对

11、底板的破坏深度，m； L工作面斜长，m； H采深，m； a煤层倾角，； f底板岩层坚固性系数,采煤工作面底板受力、剪切带分布图,31,（三）底板突水预测方法,1、采掘前的突水预测 2、采掘过程中的突水预测,32,1、采掘前的突水预测,(1)水文地质方法 (2)突水系数分析法 突水系数指单位隔水层厚度所承受的水压，又称水压比，其表达式为： 式中 Ts突水系数，MPa/m； P作用于隔水层底板的水压力，MP Mi底板隔水岩中某一性质岩石的厚度，m； Yi底板隔水岩中i层岩石等值隔水系数(泥岩为1，砂页岩为0.7，页岩为0.5，断层破碎带岩石为0.35) Cp采动对底板的破坏深度，m； n隔水层层数

12、。,33,2、采掘过程中的突水预测,(1)钻探方法 探测高水压区(若其值远远低于奥灰水压(CHA 0.41.0MPa以上)则不突水。 探测底板水的导升高度(当导升高度上界进入或达到矿压破坏区时)，往往发生突水。 (2)物探方法 (3)突水征兆的监测 一摸二看三四听； 五红六汗硫化氢； 七上八下九水沟； 嘴尝手捏身体冷。,34,（四）带压开采安全度评价,1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度 2、回采工作面底板隔水层突水系数 3、安全水头值,35,1、掘进巷道底板隔水层安全隔水厚度,计算公式： 式中： t安全隔水厚度(m)； L巷道底板宽度(m)； 底板隔水层的平均容重(t/m3)； Kp底板隔水层

13、的平均抗张强度(10-2MPa)； H底板隔水层承受的水头压力 (10-2MPa)。 如底板隔水层实际厚度小于计算值时，就是不安全的。,36,2、回采工作面底板隔水层突水系数,底板受构造破坏块段突水系数一般不大于0.06 MPa/m就可认为是安全的，正常块段(隔水层完整无断裂构造破坏)不大于0.1 MPa/m就可认为是安全的。 安全区：是指当煤层底板位于奥灰水位以下，此区不存在突水危险性； 较安全区：是指突水系数小于0.06MPa/m，存在底板突水的可能性，需采取防治水措施，进行带压开采； 危险区：是指突水系数介于0.06-0.1 MPa/m，突水的危险性较大，在岩层完整构造简单地带采取安全措

14、施的情况下可进行带压开采； 最危险区：是指突水系数大于0.1MPa/m，是底板突水的最危险地段。,37,3、安全水头值,(1)掘进巷道安全水头值 式中 H底板隔水层能够承受的安全水压(10-2MPa)； t底板隔水层厚度(m)； L巷道宽度(m)； 底板隔水层的平均容重(t/m3)； Kp底板隔水层的平均抗张强度(10-2MPa) 当掘进巷道工作区段的水压值大于所计算出的安全水压值时，巷道有底板突水的危险；反之，可以安全掘进。 (2)回采工作面安全水头值 式中 P底板隔水层能够承受的安全水压(MPa)； M底板隔水层厚度(m)； Ts突水系数(MPa/m) 当回采工作面隔水底板的实际水头值大于

15、安全水头值，则有底板突水的危险；反之，可以安全回采。,38,底板水的防治应遵循十六个字方针： 整体研究，逐块分析，因地制宜，先易后难。,二、底板水的疏水降压,(一)地表疏水降压 (二)井下疏水降压 (三)井上下联合疏水降压,39,（一）地表疏水降压,地表疏降模式,40,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,地表疏降钻孔(井)平面布置方式,41,（二）井下疏水降压,下行式井下疏水降压钻孔 注意!当下伏含水层的水头压力过高（大于45MPa）时，井下放水钻孔施工就很困难，此时此法不宜采用。,(a) 底板疏水降压孔平面布置示意图 (b)底板疏水降压孔剖面示意图,42,（三）井上下联合疏水降压,井上下联合疏水

16、降压 当地面或井下单一疏降方式效果不好或不够经济合理时，可采用井上下联合疏水，或采用供疏结合的联合疏水。当矿区一方面地面供水(工业、农业、居民饮用)紧张，另一方面井下水害严重，矿区供水与矿井排水之间严重矛盾时，可利用矿区供水水源地直接作为矿井疏放水系统，或者将矿井疏水系统直接用作矿区供水水源地，实现疏供水结合。,压力传递式井下疏水孔,压力传递式井下疏降钻孔,43,三、隔水层薄弱带的注浆加固,注浆防治矿井水害技术优点： 减少矿井生产过程中的排水电费，降低吨煤生产成本。 有利于在矿产资源开发过程中有效地保护矿区地下水资源。 有利用在矿产资源开发过程中有效地防止地下水系统环境扰动而诱发的生态环境恶化和其他相关的地质灾害发生。 具体防治方法 (一)改造含水层为隔水层，增加隔水层