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1、LOGO 煤矿水害防治理论与技术 武 强 国际水文地质学家协会（IAH）中国国家委员会 副主席 国家安全生产专家组 成 员 国家煤监局”水害防治”专家组 组 长 中国地质学会 理 事 010-62314681; 13601225324 wuq (中国矿业大学, 北京) 第一节 我国煤矿水害类型及分布 矿床充水的基本条件可分为自然条件和人为条件 两大类。 （一）自然充水水源 1.大气降水 大气降水是地下水的主要补给来源，所有矿床充水都 直接或间接地与大气降水有关。但这里所讲大气降水水源， 是指矿床直接充水的唯一水源。 第二节 矿床充水条件分析 一 矿床充水的自然条件 2. 地表水水源 在有大型地
2、表水体分布（海、湖、大河流、水库、水池 ）的矿床地区，查清天然条件下和矿床开采后的地表水对矿 床开采的影响，是矿区水文地质勘探和矿井水文地质工作的 头等重要大事，是评价矿床开采价值的重要内容。 3.围岩地下水水源 围岩地下水充水类型划分: 根据充水岩层性质不同可 分为：砂砾石孔隙充水矿床，坚硬岩层裂隙充水矿床，岩溶 充水矿床。根据矿层与充水岩层接触关系不同可分为：直 接充水矿床，间接充水矿床。 根据矿层与充水岩层相对位 置不同可分为：顶板水充水矿床，底板水充水矿床. 自然条件 1.点状岩溶陷落柱通道 岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期物理和 化学作用下, 中奥陶统灰岩形成了大量的古喀
3、斯特空洞, 在上 覆岩层和矿层的重力作用下, 空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实 ，被下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟 通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系, 特别 位于富水带上的岩溶陷落柱, 可造成不同充水含水层组中地下 水的密切水力联系。岩溶陷落柱的地表特征比较明显, 特别在 基岩裸露区更为明显。 (二) 充水天然通道矿床充水天然通道主要包括 点状岩溶陷落柱、线状断裂（裂隙）带、窄条状隐 伏露头、面状裂隙网络（局部面状隔水层变薄或尖 灭）和地震裂隙等。 自然条件 2.线状断裂(裂隙)带通道 断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿床开采 时人为采矿活动方式
4、与强度。这里重点分析断裂带的性质，后面问题 在充水人为因素部份讲述。 3 窄条状隐伏露头通道 在我国大部分煤矿山, 煤系薄层灰岩含水层和中厚层砂岩裂隙含 水层以及巨厚层的碳酸盐岩含水层多呈窄条状的隐伏露头形式与上覆 第四系松散沉积物不整合接触. 影响隐伏露头部位多层充水含水层组 地下水垂向间水力交替的因素主要有两个. 自然条件 4.面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区) 根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析, 在华北型煤田的 北部一带, 煤系含水层组主要以厚层状砂岩含水层组为主, 薄层灰 岩沉积较少。 在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩 和泥岩为主的隔水层组. 在地质历史的多期构造
5、应力作用下, 脆性 的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力, 致使隔水岩层产生了不同 方向的较为密集的裂隙和节理, 形成了较为发育的呈整体面状展布 的裂隙网络。 自然条件 （一）人为充水水源 1.袭夺水 由于矿床开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然 地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺 水源存在下列几种情况；位于矿床地下水排泄区的泉水；位于矿 床地下水排泄区的地表水（海、湖、河）体；位于矿床地下水迳流 带内的排泄区一侧相邻含水层；相邻水文地质单元地下水。 2.老窑水 老窑水一般分布在老矿山的浅部，它具有下列充水特点： 老窖水以静储量为主，静储量与采空区分布范围有
6、关；老窖水为 多年积水，水循环条件差，水中含有大量H2S气体，并多为酸性水，有 较强的腐蚀性。老窑突水一般水势迅猛，硫化氢气体危害性大。 二 矿床充水的人为条件 （二） 充水人为通道 矿坑充水人为通道包括顶板冒落裂隙带、地面岩溶疏 干塌陷带和封孔质量不佳钻孔等。 1.顶板冒落裂隙带 采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙带是矿坑充水的 人为通道，其特点如下：当冒落裂隙带发育高度达到顶板充 水岩层时，矿坑涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩 层时，矿坑涌水无明显变化；当顶板冒落裂隙带发育高度达 到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加，同时常伴有井下涌砂 现象。 人为条件 2.地面岩溶疏干塌陷带 随
7、着我国岩溶充水矿床大规模抽放水试验和疏干实践，矿 区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水 通过塌陷坑充入矿井。有时随着塌陷面积的增大，大量砂砾石 和泥砂与水一起溃入矿坑。 人为条件 在自然界分布矿床中，单一充水水源和充水通道是少见 的。从水文地质剖面可以看出，矿层（体）上部和下部往往 分布多个充水含水层组。究竟哪个是充水岩层？哪个不是充 水岩层？哪个是强充水岩层？哪个是弱充水岩层？回答这些 问题的方法称为矿床充水强度分析。 根据矿山调查资料表明，矿床开采后矿井充水强度除取决 于充水含水层的富水性、导水性、厚度和分布面积外，还取 决于三个防线。第一防线是充水含水层出露和接受补给源
8、的 条件；第二防线是充水含水层侧向边界的导水与隔水条件； 第三防线是矿层顶、底隔水岩层的隔水条件。 三 矿床充水强度分析 一、加强矿井防治水的基础工作 1、 完善矿井防治水机构设置和人员、队伍配置 大水矿区都要成立防治水领导小组。集团公司总经理和矿 长分别是防治水的第一责任者，相应的总工程师负技术责任。 每个矿要设地测科和钻探队。 地测科要有3-4名矿井地质和水文地质人员，负责资料的搜 集和分析工作； 钻探队要有专业技术员负责钻探资料的搜集和分析工作； 有条件的单位要提取吨煤防治水资金，并且落实到实处， 如山东肥城矿业集团公司，在集团公司、矿分别设地测副总工 程师，具体负责矿井防治水工作； 第
9、三节 水灾防治预案与水灾现场处理指挥 水灾防治预案 2、加强水文地质条件勘探、做好防治水预测预报工作 各煤田和井田在勘探时必须把水文地质情况搞清，给设计、建井、开采提 供详实可靠的图纸、资料。 在开采过程中对矿井的突水源要进行认真的调查研究，掌握可能出水的断 层及裂隙分布；要了解井下岩层的性质、含水层的补给来源和通道，查清井田 内的老窑数量和分布地点，查清地面河流、湖泊、池塘积水区域和水量变化； 编制好完整的水文地质资料，做到心中有数，开展逐头逐面水情水害预测预报 工作。 3、建立健全防治水管理制度，严格执行防治水的有关规程 井田之间的边界煤柱和防煤柱，要按煤矿安全规程和有关规定留设。 附近有
10、小煤窑开采的矿井，要把其开采范围和与水害有关的情况调查清楚，对 大矿有威胁的小煤窑要坚决关掉，决不迁就姑息。 坚决贯彻“有疑必探、先探后掘”的原则。按照防治水工作条例的要 求，制定切实可行的探放水措施，尤其是对老空水。要经常性的对防治水煤柱 、小煤窑和老空水进行检查，对断裂带“先探后注”，分清顶板水害和底板水 害，以防淹采区、淹井事故的发生。 水灾防治预案 4、切实完善防治水工程设施 集团公司及矿每年都要编制防治水工程计划，并认真组织实施。对防治水 工程所需的资金要予以保证。矿井的水仓、水泵能力必须与涌水量相适应，并 要有备用。要坚持不懈地进行雨季“三防”大检查。有突水危险的矿井或有突 水危险
11、的地区，都要设置防水闸门。在正常生产期间，要定期对放水闸门进行 检查和维修，保证随时可以顺畅关闭。大水矿井要做到水平隔离和采区隔离。 要积极采用新的探测手段，准确发现前方水体和导水通道，探明水文地质情况 ，对受破坏较深的隔水层可采用注浆加固、注浆堵水、帷幕截流等新技术。 5、加强职工技术培训、增强抵御水害的能力 要通过不同形式的教育培训，使职工了解透水前的各种预兆及其规律，做 到发现透水预兆，能立即停止工作，采取措施，进行处理。为防止突水事故造 成人员伤亡，井下要设置安全出口，标出避灾线路，一旦发生突水事故，可以 安全撤出险区。矿井发生突水事故后，应立即通知救护队组织抢救。同时，根 据事故水源
12、启动全部排水设备加速排水，防止整个矿井被淹。 水灾防治预案 二、 水灾预兆 一般突水事故可归纳为两种情况，一是突水 量小于矿井最大排水能力，地下水形成稳定的降 落漏斗，迫使矿井长期大量排水；另一种是突水 量超过矿井的最大排水能力，造成整个矿井或局 部采区淹没。在各类突水事故发生之前，均可能 表现出多种突水预兆，下面分别予以介绍。 水灾防治预案 （一） 一般预兆 （1）煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水可由小变大；有时 煤帮出现铁锈色水迹； （2）工作面气温降低，或出现雾气及硫化氢气味； （3）有时可闻到水的“嘶嘶”声； （4）矿压增大，发生片帮冒顶及底臌。 （二） 工作面底板灰岩
13、含水层突水预兆 （1）工作面压力增大，底板臌起，底臌量可达500mm以上； （2）工作面底板产生裂隙，并逐渐增大； （3）沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底板渗水量增大 到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊、 底板稳定时水色变清； （4）底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并有“嘶嘶” 或刺耳水声；（5）底板 发生“底爆”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或呈黄色。 水灾防治预案 （三） 冲击层水的突水预兆 （1）突水部位发潮、滴水，滴水逐渐增大，仔细观察可发现 水中有少量细砂； （2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性 ，水色时清时混，
14、总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大 量涌出； （3）顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使 地表出现塌陷坑。 水灾防治预案 三、 突水后水量估算 发生突水后，水量的估算是一项必不可少 的工作，根据现场具体条件，迅速而准确地对 突水水量做出估算，是突水事故处理和抢救的 重要依据。 水灾防治预案 当突水量增大到不能采用水沟测量时，可选用大 巷中较为平直的一段，测量大巷内的水流量，其方法 与在水沟内测量相同。 采用浮标法测定水量时，系数K可按表7-3-1选择 ： 一、井下发生水灾初期的自救 1、井下发发生突水后，应应立即用最快的方法通知附近地区的人员员一起按 照矿矿井灾害预预防和处处理计
15、计划中所规规定的路线线撤出。 2、突水初期，水势势很猛，冲力很大，人员员撤退时时一定要注意向高处处走 ，沿着上山方向进进入上一个水平，然后出井。 3、在撤退中，如出路已被水隔断，就要寻寻找井下位置最高、离井筒和大 巷最近的地方暂时躲暂时躲 避；同时时定时时在轨轨道和水管上敲打发发出求救信 号。 4、如突水区设设立水闸门时闸门时 ，在人员员撤出后，要立即紧紧紧紧 关死水闸门闸门 ， 把水流完全隔断。 5、水泵泵房人员员在接到突水事故报报警后，要立即关闭泵闭泵 房两侧侧的密闭门闭门 ，启动动所有水泵泵，把突出的水尽快排出；没接到救灾领导领导 人的撤退 命令，绝对绝对 不可离开工作岗岗位。 6、突水
16、后，特别别是老空区的积积水突出以后，往往会从积积水的空间间放出 大量有害气体，如瓦斯、硫化氢氢等，所以在避灾自救中要注意防止有 害气体中毒和窒息。 水灾现场处理与指挥 二、水灾现场处理 1、应迅速判定水灾的性质，了解突水地点、影响范围、静止水位，估计突 出水量、补给水源及有影响的地面水体。 2、要掌握灾区范围、搞清事故前人员分布，分析被困人员可能躲避的地点 以便迅速组织抢救. 3、根据突水量的大小和矿井排水能力，积极采取排、堵、截水的技术措施 。 4、加强通风，防止瓦斯和其他有害气体的积聚和发生熏人等意外事故。 5、在排水后进行侦察、抢险时，要防止冒顶、掉底和二次突水。 6、在抢救和运送长期被困井下的人员时要采取措施，要防止突然改变他们 已适应的环境和生存条件，造成不应有的伤亡。 水灾现场处理与指挥 三、水灾救灾指挥者应进行正确判断 作为指挥者，在
