煤矿矿井水防治(王攀).

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1、煤矿防治水处理 *1 王 攀 *2 内 容 矿井水灾的发生条件、原因及危害 矿井突水的理论基础 井下防治水 截流注浆防治水害技术 *3 一、矿井水灾发生条件、原因及危害 （一）基本概念 1、矿井水：在矿井开拓、采掘过程中，渗入、淋 入、流入、涌出和溃入井巷或工作面的水。 2、矿井突水（矿井透水）：井巷、工作面与水源 接近或沟通而突然导致的出水事故。 3、矿井水灾：当矿井的涌水量超过了矿井的正常 排水能力时，造成矿井水泛滥成灾的现象，叫 矿井水灾。 *4 一、矿井水灾发生条件、原因及危害 （二）矿井水灾发生的基本条件 水灾发生的基本条件 有水源 有涌水通道 失控 大气降水 地表水 地下水 是地下

2、水的主要补给来源，直接或间接影响矿井充水 。 是地表积聚的水源，是地下水的补给水源。 孔隙水：松软岩层空隙中的水、位于表土层，威胁井筒 裂隙水：坚硬岩层裂隙中的水 岩溶水：石灰岩裂隙或溶洞中的水，水压大、水量多 老空水：一般成酸性，对金属有腐蚀作用 活水 死水 人为因素：顶板冒落裂隙带；地表岩溶塌陷带；钻孔 自然因素：空隙、裂隙、节理、层理、溶洞、孔洞、断层 *5 一、矿井水灾的发生条件、原因及危害 （三）矿井水灾发生的原因 发生的矿井水灾往往在于水文情况不清、设计不当 、措施不力、管理不善和人的思想麻痹所致。具体 有： 1、地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水(多 为雨季降水)大量灌人井

3、下，造成水灾。 2、水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断 层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱，未执行 探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水，但 措施不当。 3、井巷位置设计不当。如将井巷置于不良地质条件中 或过分接近强含水层等水源，导致施工后，因地压 和水压共同作用而发生顶、底板透水。如此案例国 内曾有发生，但为数不多。 *6 一、矿井水灾的发生条件、原因及危害 （三）矿井水灾发生的原因 4、井巷施工质量伪劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶 、跑砂导致透水，或工程钻孔在固井止水前误穿巷 道，导致顶板含水透水。 5、测量错误，导致巷道穿透积水区。 6、井下无防水闸门或虽有而管理、组织不

4、当，造成透 水时无作用而淹井。 7、出现透水预兆未觉察或未被重视或处理不当造成透 水。 8、排水设备能力不足或设备不完好或排水设备平时维 护不当。如水仓不按时清挖，储水能力不足而淹井 。 *7 一、矿井水灾的发生条件、原因及危害 （四）矿井水灾的危害 主要表现在以下几个方面： 1、恶化生产环境。可造成巷道积水，顶板淋水使工作面及 附近巷道空气潮湿，工作环境恶化，影响个人身体健康 。 2、增加排水费用，提高顿煤成本。矿井水的大小直接关系 到排水设施、设备和排水费用。 3、缩短生产设备的使用寿命。水对金属设备、设施具有腐 蚀作用。 4、损失煤炭资源。主要是指隔离煤柱的煤损。 5、引起瓦斯积聚、爆炸

5、和硫化氢中毒。 6、当矿井水的水量超过矿井的排水能力或发生突然涌水时 ，轻则造成矿井局部停产或局部巷道被淹没，重则造成 矿井淹没、人员伤亡，被迫停产、关井。 *8 二、矿井突水的理论基础 （一）顶板突水的理论“三带”理论 岩层移动的“三带”关系图 （1-煤层；2-垮落带；3-断裂带；4-弯曲下沉带） 垮落带冒落高度 采高 顶板岩石膨胀系数 煤层倾角 *9 二、矿井突水的理论基础 (二）煤层底板突水的理论基础 底 板 岩 层 内 应 力 分 布 *10 二、矿井突水的理论基础 （二）煤层底板突水的理论基础 底板岩层破坏状态 *11 二、矿井突水的理论基础 （二）煤层底板突水的理论基础 初次来压时

6、底板关 键层载荷特征 *12 三、井下防治水 井下防治水措施可概括为6个字， o 即查、测、探、放、截、堵等几个方面。 *13 三、井下防治水 （一）查 查，即查明水源和通道。主要查： 1、冲击层的组成及厚度，各分层的含水性及透水性。 2、裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围 、含水情况和导水性能。 3、含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水层的涌水 量、透水性及其开采煤层的距离。 4、老窑、古井和现在正在开采的小煤矿的分布、开采范围 、开采深度和积水情况，废弃钻孔的处理情况等。 5、开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层跨落 带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。

7、 *14 三、井下防治水 （二）测 测，即做好水文观测工作。具体讲有以下几个方面 ： 1、收集当地气象、降水量和河流水文地质资料（速度 、流量、水位、枯水期和洪水期等）；查明地表水 体的分布、水量的补给、排泄条件；查明洪水泛滥 对矿区、工业广场及居民点的影响程度。 2、通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的 水位、水压和水量变化，分析水质，查明矿井水的 来源及其补给关系。 3、观测矿井涌水量及其季节变化规律等。 *15 三、井下防治水 （三）探 探，即井下探水。 1坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则 煤矿安全规程第285条规定：矿井必须做好水害分 析预报，坚持有疑必探，先探后掘的探防

8、水原则。 煤矿生产属于地下作业，地质和水文地质条件错综 复杂，在很多情况下，由于勘探手段和客观认识能力的 限制，对地下含水条件掌握不清，不能确保没有水害威 胁，或者说还存在水害“疑问区”。所以，在采掘施工过 程中，必须分析推断前方是否有疑问区，有则采取超前 钻探措施，探明水源位置、水压、水量及其开采煤层的 距离，以便采取相应的防治水措施，确保安全生产。 *16 三、井下防治水 （三）探 2.必须探水前进的情况 煤矿安全规程第286条规定：采掘工作面遇到下列情况 之一时，必须确定探水线进行探水。 （1）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。 （2）接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。

9、 （3）打开隔离煤柱放水时。 （4）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通 的断层破碎带时。 （5）接近有出水可能的钻孔时。 （6）接近有水的灌浆区时。 （7）接近其他可能出水地区时。 经探水确认无突水危险后，方可前进。 *17 二、井下防治水 （三）探 3探水作业参数之一探水起点至积水区的最小距离L： （1）当积水区的位置确定且水压又不超过981kpa时，L煤 30m； L岩20m； （2）不能确定积水区的边界位置时， L60m； （3）掘进巷道附近有断层、陷落柱或石门揭开含水层时， L20m。 *18 三、井下防治水 （三）探 3探水作业参数之二钻孔深度 与超前距离： 采用边探边掘

10、时，探水钻孔 的孔底位置，必须始终保持超前 掘进工作面一定距离，这样就留 有相当厚度的矿柱，以确保掘进 工作面的安全。 超前距离一般不得小于20m。 在薄煤层中可适当缩短，但最小 不得小于5m。岩层中的探水钻孔 ，其超前距离一般为510m。钻 孔深度一般为40m左右，这样每 打一次钻，可以连续掘进20 30m。 *19 三、井下防治水 （三）探 3探水作业参数之三钻孔直径和数目： 一般是利用探水钻孔放出积水，因此钻孔直径的大 小，要求既能使积水顺利排出，又能防止冲跨煤壁，故 探防水钻孔直径以不大于75mm为宜。 探水钻孔的数目:不少于3个，一个中心孔2个帮孔， 其方向应保证在工作面前方的中心和

11、上下左右都能起到 探水作用。 *20 三、井下防治水 （三）探 3探水作业参数之四钻孔布置： 在缓倾斜薄煤层中，如掘进上山巷道，探水钻孔应布 成扇形,如果为平巷掘进巷道，探水钻孔应在上帮方向 布置成半扇形，钻孔之间的夹角一般为10-15，开始 探水时可打5-7个钻孔，以后根据情况可适当减少，但 不能少于3个。在急倾斜煤层中掘进巷道探水时，钻孔 应布置成扇形。 *21 *22 三、井下防治水 （三）探 4.探防水的安全措施 （1）加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固 的立柱和挡板。 （2）清理巷道，挖好排水沟，配备与探放水量相适应的排 水设备。 （3）在打钻地点或附近安设专用电话。 （

12、4）测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主 要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。 （5）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔 口管和控制闸阀。特别危险的地区，应有躲避场所，并 规定避灾路线。 （6）钻孔内水压较大时，应采用反压和防喷装置的方法钻 进，并有防止孔口管和煤岩壁突然鼓出的措施。 *23 三、井下防治水 （三）探 （7）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水 量突然增大，以及有顶钻等异常情况时，必须停止钻进， 但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向调度室报告，并 派人监测水情。如发现情况紧急时，必须立即撤出所有受 水威胁地区的人员，然后采取措施，进

13、行处理。 （8）探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置，积 水量和水压。老空积水区高于探放水点位置时，只准用钻 机进行探放水。探放水孔必须打中老空水体，并要监视放 水的全过程，核对放水量，直到老空水全部放完为止。 （9）钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其它有害气体涌出时， 必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查气体 成分。如果瓦斯或气体有害气体浓度超过煤矿安全规程 有关规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员 ，并报告矿调度室，及时处理。 *24 三、井下防治水-穿软岩层放高压老空水 *25 *26 三、井下防治水 （三）探 5.矿井水的物探 物探的主要方法： （1）加密三维

14、地震探测：主要用在较大范围内的水文地质 状况探测 （2）瞬变电磁法探测 （3）直流电法探测 *27 三、井下防治水-探 直流电法探测 不同岩性的地层具有不同的导电性。一般情况下，泥 岩、粉砂岩、中粗砂岩其视电阻率值是逐渐增高的。对 于煤系地层，纵向电阻率的变化规律基本一致，横向上 ，由于煤系地层层状分布特点，其导电性相对均一。当 含水断层或裂隙切割煤系地层时，由于含水体具有良好 的导电性，它与围岩产生明显的电性差异。应用高分辨 直流电法技术采集岩石的视电阻率值，通过对所采集数 据进行定性和定量处理就可以发现异常部位。 直流电法属全空间下的电法勘探。它以岩石的电性差 异为基础，在全空间条件下建场

15、，使用全空间电场理论 ，处理和解释有关矿井水文地质问题。本次井下物探采 用三极装置下的高分辨电法超前探测技术，在三处掘进 迎头进行矿井电法探测工作。 *28 三、井下防治水-探 直流电法探测 测量示意图 *29 三、井下防治水-探 直流电法探测 *30 三、井下防治水 （四）放 放:即疏放水，就是在探明水源之后，根据水源类型采取不同 的疏放水方法，有计划、有准备地将威胁矿井安全生产的水 源疏放干，它是防止矿井水灾最积极、最有效的措施。 1.疏放水方法 1）老空水疏放方法 （1）直接放水。当水量不大，不致超过矿井排水能力时采用 。 （2）先堵后放。当老空水与其他水源有联系时，动水储量很 大，这时

16、应先堵住出水点，然后排放积水。 （3）先放后堵。如果老空水有补给水源，但补给量不大，或 在一定季节没有补给。在这种情况下，应选择时机先行排放 ，然后进行堵漏防漏施工。 （4）先隔后放。当采区位于不易泻水的山涧或沙滩洼地之下 ，雨季渗水量过大时，应暂时隔离，做好排水准备工作后再 排放。 *31 三、井下防治水 （四）放 2）含水层水疏放方法 （1）地面疏放。在地面打钻孔或大口径水井，利用潜水泵 抽排。 （2）利用疏干巷道进行疏放。如果煤层顶板有含水层，可 把采区巷道提前掘出，使含水层的水通过其空隙和裂隙 疏放出来。 （3）利用钻孔疏放。若含水层距煤层较远或含水层较厚， 可在疏水巷道中每隔一定距离向含水层打放水钻孔进行 疏干。若在煤层下部，岩层的储水能力大于上部含水层 的泄水量时，可利用泄水或吸水钻孔导水下泄，以疏干 煤层和上部含水层。 （4）巷道与钻孔结合疏放。 *32 *33 三、井下防治水 （四）放 2.疏放水注意事项 （1）探到水源后，水量不大时，一般可用探水钻孔放水；在水 量很大时，需要另