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1、（单元教案首页）单元标题：第四章 矿井水灾防治教学时数：（ 7 ）学时，其中理论（ 7 ）学时教学目的与要求：使学生掌握矿井水灾防治基本概念及理论、矿井防治水、矿井突水事故处理。主要教学内容：第一节 基本概念及理论概述（2学时）第二节 矿井防治水（2学时）第三节 矿井突水事故处理（3学时）教学重点与难点：重点掌握矿井水灾及其对生产的影响、矿井充水程度指标、矿井水灾发生必须具备的基本条件、矿井水灾的影响因素、造成矿井水灾的主要原因；地面水防治技术、井下防治水技术；矿井水灾征兆、矿井突水的应急措施、水灾处理的一般原则、矿山救护队处理透水事故的行动要点、抢救长期被困在井下的避难人员时应注意的问题、矿
2、井水灾时期井下避难人员生存条件的分析、恢复被淹矿井的方法及安全措施；难点是矿井防治水的技术措施。课后作业：复习题课后体会：第四章 矿井水灾防治第一节 基本概念及理论概述一、矿井水灾及其对生产的影响(1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。 (2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本。(3）矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。 (4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响，轻者可造成矿井局部停产，重者则可造成全矿被淹。
3、二、矿井充水程度指标1. 含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：KB = Q/P （4-1-1）根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4 个等级：充水性弱的矿井：KB 10 m3t 。2. 矿井涌水量矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q 表示，单位为m3d 、m3h、m3min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：涌水量小的矿井：Q 15 m3min。3. 矿井突水点突水量等级划分矿井突水的突水量大小差异很大，对矿井的危害程度也不相同
4、。根据我国矿井突水情况，1984 年5 月,煤炭工业部对矿井突水点突水量做了等级划分。其等级标准是：图4-1-1 煤矿常见的水源小突水点涌水量：Q1m3min； 中等突水点涌水量：1 m3min Q 10 m3min ；大突水点涌水量：10 m3min 30m3min。 三、矿井水灾发生必须具备的基本条件矿井水灾发生必须具备的两个基本条件:一是必须有充水水源，二是必须有充水通道。1.水源造成矿井水害的水源主要有大气降水、地表水、地下水（含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等）。如图4-1-1 所示。（1）大气降水。从天空降到地面的雨和雪、冰、雹等溶化的水，称为大气降水。大气降水
5、，一部分再蒸发上升到天空；一部分留在地面，即为地表水；另一部分流入地下，即形成地下水。大气降水、地表水、地下水，实为互相补充，互为来源，形成自然界中水的循环（图4-1-2 ）。图4-1-2 自然界中水的循环图4-1-3 潜水1潜水面；2潜水层；3第一隔水层；0-0基准面（测量高程水准面）（2）地表水。地球表面江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水，它的主要来源是大气降水，也有的来自地下水。煤矿在开采浅部煤层时，地表水经过有关通道会进入煤矿井下，形成水患，给生产和建设带来灾害。图4-1-4 承压水1含水层；2隔水层；3地下水流向；4自流井；5喷泉；6断层；a补给区；b承压区（分布区）；c排
6、泄区；0-0基准面（测量水准面）；H静止水位；P承压水头（3）潜水。埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水（图4-1-3 ）称为潜水。潜水一般分布在地下浅部第四纪松散沉积层的孔隙和出露地表的岩石裂隙中,主要由大气降水和地表水补给。潜水不承受压力，只能在重力作用下由高处往低处流动。但潜水进入井下，也可能形成水患。（4）承压水。处于两个隔水层中间的地下水，称为承压水（或称自流水），如图4-1-4 所示。（5）老空积水。已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空积水。它很像一个“地下的水库”，一旦巷道或采煤工作面接近或沟通了积水老空区，则会发生水灾。（6）断层水
7、。处于断层带中的水，称为断层水。断层带往往是许多含水层的通道，因此，断层水往往水源充足，对矿井的威胁极大。2. 矿井水灾的通道（1）煤矿的井筒。地表水直接流入井筒，造成淹井事故。（2）断层裂隙。（3）采后塌陷坑。（4）石灰岩溶洞陷落柱。（5）古井老塘及封堵不严的钻孔。四、矿井水灾的影响因素（一）自然因素1. 地形。盆形洼地，降水不易流走，大多渗入井下，补给地下水，容易成灾。2. 围岩性质。围岩为松散的砂、砾层及裂隙、溶洞发育的硬质砂岩、灰岩等组成时，可赋存大量水，这种岩层属强含水层或强透水层，对矿井威胁大；围岩为孔隙小、裂隙不发育的粘土层、页岩、致密坚硬的砂岩等，则是弱含水层或称隔水层，对矿井
8、威胁小。当粘土厚度达5m以上时，大气降水和地表水几乎不能透过。 3.地质构造。地质构造主要是褶曲和断层。褶曲可影响地下水的储存和补给条件，若地形和构造一致，一般是背斜构造处水小，向斜构造处水大；断层破碎带本身可以含水，而更重要的是断层作为透水通路往往可以沟通多个含水层或地表水，它是导致透水事故的主要原因之一。4. 充水岩层的出露条件和接受补给条件。充水岩层的出露条件，直接影响矿区水量补给的大小。充水岩层的出露条件包括它的出露面积和出露的地形条件。（二）人为因素1. 顶板塌陷及裂隙。煤层开采后形成的塌陷裂缝是地表水进入矿井的良好通道。如淮南某矿由于地表塌陷区的积水突然涌入矿井，使涌水量达1344
9、3853 m3昼夜。2. 老空积水。废弃的古井和采空区常有大量积水。 3. 未封闭或封闭不严的勘探钻孔。地质勘探工作完毕后，若钻孔不加封闭或封闭不好，这些钻孔便可能沟通含水层，造成水灾。五、造成矿井水灾的主要原因(1)地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水大量灌入井下，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；(4)施工质量低劣，致使矿井井巷严重塌落
10、、冒顶、跑砂，导致透水；(5)乱采乱掘，破坏防水煤、岩柱造成突水；(6)测量错误，导致巷道穿透积水区； (7)无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井；(8)排水设备能力不足或机电事故造成；(9)排水设施平时维护不当。如水仓不按时清挖，突水时煤、岩块堵塞水井，致使排水设备失去效用而淹井等。第二节 矿井防治水一、地面水防治技术1. 慎重选择井筒位置井口（平硐口）和工业广场内主要建筑物的标高应在当地历年最高洪水位以上。2河流改道在矿井范围内有常年性河流流过且与矿井充水含水层直接相连,或河水渗漏是矿井的主要充水水源时，可在河流进入矿区的上游地段筑水坝，将河流截断，用人工另修河道使河水
11、远离矿区。3铺整河底矿区内有流水沿河床或沟底裂缝渗入井下时，则可在渗漏地段用粘土、料石或水泥铺垫河底，防止或减少渗漏。4填堵通道矿区范围内，因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷而形成的矿井进水通道，应用粘土、水泥或凝胶予以填堵。5挖沟排（截）洪地处山麓或山前平原区的矿井，因山洪或潜水流渗入井下构成水害隐患或增大矿井排水量，可在井田上方垂直来水方向布置排洪沟、渠，拦截、引流洪水，使其绕过矿区。6排除积水有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷，长年积水，且随开采面积增大，塌陷区范围越广，积水越多。此时可将积水排掉，造地复田，消除水害隐患。7加强雨季前的防汛工作做好雨季防汛准备和检查工作是减少矿井水灾的重要
12、措施。二、井下防治水技术矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。（一）做好矿井水文观测与水文地质工作1做好水文观测工作（1）收集地面气象、降水量与河流水文资料（流速、流量、水位、枯水期、洪水期）；查明地表水体的分布、水量和补给、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地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律，分析水质等。（3）观测矿井涌水量及季节性变化规律等。2做好矿井水文地质工作查明矿井水源和可能涌水的通道，为防治水提供依据。为此必须：（1）掌握冲击层的厚度和组成，各分层的透水、含水性；（2）掌握断层和裂隙的位置，错动距离，延
13、伸长度，破碎带范围及其含水和导水性能；（3）掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性，各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离，勘探钻孔的填实状况及其透水性能；（4）调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况，观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响；（5）在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量，老窑积水范围、标高和积水量，水淹区域及探水线的位置。探水线位置的确定必须报矿总工程师批准。采掘到探水线位置时，必须探水前进。（二）井下探水井下探放水是防止水害的重要手段之一，“有疑必探，先探后掘”是防止井下水害的基本原则。1探水起
14、点的确定图 4-2-1 积水线、探水线和警戒线为了保证采掘工作和人身安全，防止误穿积水区，在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点，此线即为探水线。通常将积水及附近区域划分为三条线，即积水线、探水线和警戒线，并标注在采掘工程图上，如 4-2-1所示。（1）积水线。即积水区范围线，在此线上应标注水位标高、积水量等实际资料。（2）探水线。应根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料的可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须进行超前探水、边探边掘。（3）警戒线。是从探水线再向外推50120m 计为警戒线，一般用红色表示。进入警戒线时，就应注意积水的威胁。要注意工作面有无异常变化，如有透水征兆，应提前探放水，如无异常现象可继续掘进，巷道达到探水线时，作为正式探水的起点。图 4-2-2 探水钻孔的主要参数示意图2探水钻孔的布置方式l）探水钻孔的主要参数确定探水钻孔的主要参数有超前距、帮距、密度和允许掘进距离。图 4-2-3 扇形探水钻孔（1）超前距。探水时从探水线开始向前方打钻孔，在超前探水时，钻孔很少一次就能打到老空积水，常是探水一掘进一再探水一再掘进，循环进行。而探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离，该段
