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1、第四章 矿井水灾防治 目 录,第一节 基本概念及理论概述 第二节 矿井防治水 第三节 矿井突水事故处理 复习题 问题思考,第一节 基本概念及理论概述主 要 内 容,一、 矿井水灾及其对生产的影响 二、 矿井充水程度指标 三、矿井水灾发生必须具备的基本条件 四、矿井水灾的影响因素 五、造成矿井水灾的主要原因,矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面： (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
2、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.,一、矿井水灾及其对生产的影响,二、矿井充水程度指标,生产矿井常用含水系数（KB ）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。 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
3、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 其等级标准是： 小突水点涌水量：Q1m3min； 中等突水点涌水量：1 m3min 30m3min。,三、矿井水灾发生必须具备的基本条件,图4-1-1 煤矿常见的水源,（1）大气降水。（图4-1-2 ）。,图4-1-2 自然界中水的循环,（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
4、患，给生产和建设带来灾害。 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。,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）,（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。,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排泄区； 0-0基准面（测量水准面）；H静止水位；P承压水头,（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 （6）断层水。 处于断层带中
5、的水，称为断层水。 2. 矿井水灾的通道 水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样的，主要有： （1）煤矿的井筒。 （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,影响水源进入矿井井巷造成水灾的因素可分为自然的和人为因素。 （一）自然因素 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
6、隔水层，对矿井威胁小。当粘土厚度达5米以上时，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。 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。 2. 老空积水。 3. 未封闭或封闭不严的勘探钻孔。,五、造成矿井水灾的主要原因,总结过去发生的矿井水灾，往往是安全思想不牢，思想麻痹，从而情况不明，措施不当所致。其主要原因可归结如下几个方面： (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
7、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。 (4)施工质量低劣，致使矿井井巷严重塌落、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 水主 要 内 容,一、地面水防治技术 二、井下防治水技术,一、地面水防
8、治技术,地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。 1. 慎重选择井筒位置 2河流改道 3铺整河底 4填堵通道 5挖沟排（截）洪 6排除积水 7加强雨季前的防汛工作,二、井下防治水技术,（一）做好矿并水文观测与水文地质工作 水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据。 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
9、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
10、水量，水淹区域及探水线的位置。,（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。当采掘工作面遇到下列情况之一时，必须探水，确认无突水危险后，才能前进： 接近水淹井巷、老空、老窑或小窑时； 接近含水层、导水断层、陷落柱时； 接近可能出水钻孔和各类防水煤柱时； 接近可能与地表水体相通的断裂破碎带或裂隙发育带时； 上层采空区积水，在两层间垂直距离小于采高40倍或巷高10倍的下层采掘工作以及采掘工作面有明显出水征兆时； 接近有水或稀泥的灌浆区时； 接近其它可能出水地区时。,1探水起点的确定 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
11、离划定一条线作为探水的起点，此线即为探水线。，如 4-2-1所示。,图 4-2-1 积水线、探水线和警戒线,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。 警戒线：积水线外推60m 计委警戒线，一般用红色表示。 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. 对探水线有如下规定： 对本矿井采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水区如边界确定，水文地质条件清楚； 对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于60m ；,对有图纸资料的小窑，探水线至积水区边界的最小距离不得小于60m ； 掘进巷道附近有
12、断层或陷落柱时，探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于60m； 石门揭开含水层前，探水线至含水层最小距离不得小于20m 。,2探水钻孔的布置方式 探水钻孔布置原则是它既要保证安全生产，又要确保不遗漏积水区，还要求探水工程量最小。 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。,（1）超前距。如图 4-2-2所示,图 4-2-2 探水钻孔的主要参数示意图,（2）允许掘进距离。 经探水证实无水害威胁，可安全掘进的长度称允许掘进距离。 （3）帮距。 为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，即呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离
13、。 （4）钻孔密度（孔间距）。 它指允许掘进距离终点横剖面上，探水钻孔之间的间距。 2）探水孔布置方式 （1）扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段，要进行搜索性探放老空积水，其探水钻孔多按扇形布置，如图4-2-3所示.,图 4-2-3 扇形探水钻孔,（2）半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区，其探水钻孔可按半扇形布置，如图图 4-2-4所示。,图 4-2-4 半扇形探水钻孔,3探水与掘进之间的配合 井下受水威胁的地段，探水必须与巷道掘进施工管理密切配合，才能取得良好的防治效果，主要配合方式有：,（1）双巷配合掘进交叉探水。如图 4-2-5所示。,图 4-2-5 上山巷道 探水掘进施
14、工方式,（2）双巷掘进单巷超前探水。,（3）平巷与上山配合探水。如图 4-2-6所示,图 4-2-6 平巷与上山互相配合探水,（4）隔离式探水。如图4-3-7 所示。,图 4-2-7 利用石门探水和墙外探水 a 一石门探水， b 一墙外探水,4探水钻孔的安全装置 如图 4-2-8所示,图 4-2-8 放水钻孔孔口安全装置 1 一钻杆， 2 一150 钻孔， 3 一水泥，4 一筋条， 5 一89 钢管， 6 一水压表， 7 一水阀门,5探放水作业安全要点 井下探放水作业直接与水害作斗争，不仅关系到探放水人员的安全，也关系到探放水地段甚至全矿的安危。为此，要按照 规程 的有关规定，在安钻探水前后，
15、严格遵守下列事项： ( 1 ）加强钻孔附近的巷道支架，背好顶帮，在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板，并清理巷道浮煤，挖好排水沟； ( 2）在打钻地点或其附近安设专用电话， ( 3 ）确定主要探水钻孔的位置时，应由测量和负责探水人员亲临现场. ( 4 ）打钻探水时，要时刻观察钻孔情况，发现煤层疏松，钻杆推进突然感到轻松，或顺着钻杆有水流出来（超过供水量），都要特别注意。 ( 5 ）钻眼内水压过大时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，必要时还应在岩石坚固地点砌筑防水墙，然后方可打开钻眼放水；,（三）疏放排水 根据不同类型的水源，可采取不同的疏放水方法与措施。 1疏放含水层水 1）地面打钻抽水 在地面打
16、钻利用潜水泵或深井泵抽排，以降低地下水位。它适合于埋藏较浅、渗透性良好的含水层。 抽水钻孔可采取环状孔群和排状孔群两种布置方式：,（1）环状孔群。如图 4-2-9所示,图 4-2-9 环状孔群 1疏水前水位； 2疏水后水位,图 4-2-10 排状孔群,（2）排状孔群。 如图4-2-10。,2）巷道疏水,图 4-2-11 巷道疏水,（1）疏放顶板含水层 如果煤层直接顶板为水量和水压不大的含水层，常把采区巷道或回采工作面的准备巷道提前开拓出来，（图 4-2-11）。,在利用采准巷道疏放顶板水时，应注意以下两点：,A采准巷道提前掘进的时间，应根据疏放的水量和速度而定，超前的时间过长会影响采掘计划平衡，造成巷道长期闲置，有时会增加巷道维修工作量；如果超前时间太短又会影响疏放地下水的效果。 B当疏放强含水层的顶板水时，应视水量的大小，
