《矿区地下水防治方法和环境地质课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《矿区地下水防治方法和环境地质课件（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、14 矿区地下水防治方法和环境水文地质,14.1 矿区地下水防治方法 14.2 矿区环境水文地质,14.1 矿区地下水防治方法,随着科学技术的发展，矿区地下水的防治方法已从简单的排水，发展到复杂的预先疏干、排供结合；从简单的堵漏，发展到现代的帷幕注浆；从单纯的治水，发展防治结合、综合调控，使过去许多不能开发的矿床得以安全开采，并从实践中总结出一套综合防治方法和治理措施。 矿井防治水十六字方针：“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”。 目前常用的矿井水防治方法有：地面防水、井下防水、疏干排水、注浆堵水。,一、防水措施 1.地面防水 开挖排水沟 防渗堵漏 河流改道 2.井下防水 合理进行开采布
2、局，采用正确的开采方法 留防水矿柱 修建防水闸门或水闸墙 超前探水,开挖排水沟,位于山麓、山前平原或位置较低的矿区，雨季常有山洪或潜流侵袭，淹没露天矿坑、井口和工业场地，或沿采空塌陷、含水层露头大量渗入造成矿井涌水。一般应在矿区上方（特别是严重渗漏地段的上方），垂直来水方向开挖大致沿地形等高线布置的排（截）洪沟，拦截洪水和浅部地下水，并利用自然坡度将水引出矿区。 除了截水沟防洪外，在某些情况下也采用防洪堤或水库蓄洪，其目的都是拦截洪水侵袭。,平面图,剖面图,防渗堵漏,采矿活动引起的塌陷坑和裂隙，基岩露头区的裂隙、溶洞及岩溶塌陷坑，废弃钻孔及老空区等，经查明与井下构成水力联系时，可用粘土、水泥、
3、钢筋混凝土等将其填堵。 大的塌陷坑和裂隙，可下部充以砾石、上部覆以粘土，分层夯实，并使其略高于地表。填堵岩溶塌陷时，混凝土盖板应浇注在塌陷洞口附近的基岩面上，并安装排气孔（管），以防潜蚀或真空负压作用引起复塌。 当河流（或渠道、冲沟）通过矿区，并沿河床或沟底的裂隙渗入矿井时，可在漏失地段用粘土及料石或水泥铺砌不透水的人工河床，以阻止或减少河水漏失。,塌陷坑充填示意图 1砾石；2粘土,整铺河床示意图 1灰岩；2页岩；3整铺后的人工河床,河流改道,当矿区内有河流通过，对矿坑充水有严重影响时，可对河流进行改道。即在河流流入矿区的上游地段筑坝，拦截河水，同时修筑人工河床将水引出矿区。在山区，也可采用排
4、水平硐来代替人工河道。如重庆市南桐矿业公司红岩煤矿就是通过排水平硐对丛林河进行改道的。 修改河道一般工程量大，投资多，不宜轻易采用，应通过技术经济比较后再进行设计施工。,河流改道示意图,1.拦河坝 2.井田边界,合理进行开采布局，采用正确的开采方法,利用自然条件，防止或减少地下水进入矿坑的积极措施。内容如下： 矿层开采顺序和井巷布置应从水文地质条件简单地段开始； 将井筒及井底车场布置在地层完整、不易突水的安全位置； 在强含水层或地表水 下采煤时，应先采深部，后采浅部； 在高压含水层之上采煤时，应先采浅部，后采深部； 对处于同一水文地质单元的矿群，应多矿井联合开采，整体疏干； 为减少顶板破坏，在
5、强含水层或地表水体下采煤时，应尽量采用房柱法或充填法，避免采用大跨度的崩落法等。,留防水矿柱,当矿层与含水层接触时，为了防止突水事故，应留设一定宽度和一定厚度的矿柱，称为防水矿柱。,矿层露头无覆盖或直接为松散孔隙含水层覆盖,矿层受断层错动与强含水层直接接触,矿层受断层错动而接近含水层,矿层与断层富水带或积水老窑直接接触,留防水矿柱,防水矿柱的留设需要考虑被隔水源的水压和水量、煤层厚度、巷道尺寸、围岩被破坏的程度，以及采空后顶板的冒落情况等因素。 我国规定对于小于3.5m厚、倾角小于30的煤层，留防水煤柱不小于20m，对于在地表水或强含水层下采煤时，防水矿柱要大于导水裂隙带的高度。,修建防水闸门
6、或水闸墙,在可能发生突水的采区巷道进出口或井下重要设施（如井底车场、水泵房、变电所等）的通道，可修建防水闸门。 在局部有突水威胁的采掘工作面，可以修筑水闸墙，一般设置在需要永久或长期阻挡水的地方。,水闸门结构图 1混凝土门垛；2门框；3门扇；4放水管；5风管；6压力表安装孔；7-活动钢轨,水闸墙示意图,自动水闸门示意图,超前探水,超前探水：在采掘过程中对于可能有水患的地段，提前进行钻探，以查明采掘工作的前方、侧帮或顶、底板的水情，确保安全生产。 原则：有疑必探、先探后掘 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： 接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿
7、时； 接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时； 打开隔离煤柱放水时； 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； 接近有出水可能的钻孔时； 接近有水的灌浆区时；接近其它可能出水地区时。经探水确认无突水危险后，方可前进。,1）探水起点的确定：通过调查访问划出的小窑老空范围一般并不能保证十分可靠。为保证矿井安全生产，通常按小窑的最深下山巷道划定一条积水线，由积水线外推60150m作为探水线，掘进巷道进入此线就要开始探水；由探水线再外推50150m作为警戒线，掘进巷道进入此线后就应警惕积水的威胁，随时注意掘进巷道迎头的变化，当发现有出水征兆时必须提前探水。探水线和警戒线的外推数
8、值，取决于积水边界的可靠程度、积水区的水头压力、积水量的大小、煤层厚度及其抗张强度等因素。 2）老空积水量的估算：,Q积相互连通的各个积水区的总水量，m3； Q采有水力联系的煤层采空区积水量之和，m3； Q巷与采空区连通的各种巷道积水量之和，m3； K充水系数。通常采空区取0.250.5，煤巷取0.50.8，岩巷取0.81.0； M采空区煤层平均采高或煤厚，m； F采空积水区的水平投影面积，m2； 煤层倾角，； W积水巷道原有断面，m2； 不同断面的巷道长度，m。,充水系数K与采煤方法、回采率、煤层倾角、煤层顶底板岩性及其碎胀程度、采后间隔时间、巷道成巷时间及其维修状况等有关。,3）探水钻孔的
9、布置原则 ： 探水钻孔应保证适当的超前距、帮距和密度。在探水工作中，一次打透积水的情况很少，而是探水-掘进-探水循环进行。探水钻孔的终孔位置应始终保持超前工作面一段的安全距离，这段距离简称超前距。经探水后，证实确无水害威胁，可以安全掘进的长度称为允许掘进距离。探水钻孔的布置一般不少于三组，每组13个钻孔。一组为中心眼，另两组为斜眼。钻孔的方向应保证在工作面前方的中心及上下左右都能起到探水作用。中心眼终点与外斜眼终点之间的距离，称为帮距。,探水钻孔的超前距、帮距和 允许掘进距离示意图,超前距和帮距愈大，安全系数愈大。安全系数愈大，探水工作量也愈大，从而会影响掘进速度；若超前距和帮距过小，则不安全
10、。因此，超前距和帮距必须合理确定。超前距可由下式计算：,a超前距（即防水煤柱宽度L），m； A安全系数（一般取25）； B巷道的跨度（宽或高取其大者），m； p水头压力，MPa； Kp煤的抗拉强度，MPa。,实际工作中，超前距一般采用20m，薄煤层可缩小到不小于8m。帮距一般与超前距一致，可略小12m。,二、疏干排水,疏干排水：为了采矿安全，降低成本，对威胁采矿的各种充水水源采取的疏排、控制和隔离等工程措施，统称矿床疏干。 疏干：指通过一定的积水构筑物及相应的排水设施，对可能造成矿床直接充水的含水层进行积极、主动的排水，使地下水位降低至开采段以下的排水方法和过程。 疏水降压：指对矿床间接充水的
11、含水层，通过排水将其水头降低至某一安全高度。 分类： 按时间分：（1）预先疏干：在井巷掘进开始前进行，待地下水位（水压）全部或部分降低后再开始开采工作； （2）平行疏干：与掘进工作同时进行，直至全部采完为止。 按疏干方式分： 地表疏干 地下疏干 联合疏干,1.地表疏干,深井疏干、漏水孔、水平疏干孔 深井疏干：在疏干地段从地表施工一系列疏干钻孔至充水岩层，用深井泵或潜水泵将地下水排除地表，以降低水位或水压，达到安全开采目的。 适用于：矿体埋藏较浅、含水层渗透性强的矿区 优点：经济、安全、施工方便，便于供排结合，可减轻因排水而引起的地面塌陷。 疏干钻孔的布置方式：线形孔排、环形孔排、任意孔排。,1
12、.地表疏干,漏水孔（吸水孔）：当矿区需要疏干含水层的下部存在透水性好且水位低于拟被疏干含水层水位的某一透水层或含水层时，可在地表施工一系列漏水钻孔，将上部含水层中的地下水，通过漏水钻孔自流泄至下部含水层中，从而达到上部含水层疏干或降压的目的。 优点：最经济、简便的疏干方法。 水平疏干孔：在露天采区边坡底部施工一个近水平（1-5上坡角）钻孔，地下水在自然梯度驱使下流出，泻入排水沟（图14-6）。 优点：经济、安全、 简便、疏干较彻底 目前疏干露天边坡 地下水最有效的方法。,漏水孔示意图,2.地下疏干,地下疏干（井下疏干）是直接利用巷道或在巷道中通过各种类型的疏水钻孔，来降低地下水位的一种疏降方法
13、，故又称巷道疏降。疏干巷道，按其在含水层中的相对位置有以下三种形式： （1）在基岩含水层中，疏干巷道布置在含水层中，进行直接疏降。如湖南煤炭坝煤矿将运输大巷直接布置到茅口灰岩中。 （2）疏干巷道嵌入在含水层与隔水层之间。当煤层直接顶板为含水层时，也可预先布置采准巷道疏干顶板含水层，然后再进行回采工作。 （3）巷道布置在隔水层或煤层中，通过放水钻孔、直接式过滤器等疏降含水层，疏放出的水汇集于巷道内，再排出地表。,布置在含水层中的疏降巷道,利用采准巷道疏水示意图,3.联合疏降,联合疏降是指两种及两种以上疏降方法的联合使用。在水文地质、工程地质条件复杂的矿区，通常需要同时采用或在不同阶段接替使用多种
14、方法联合疏降充水水体的水位。,三、注浆堵水,注浆堵水：用具有一定压力和浓度的浆液（水泥浆、化学浆液等）通过钻孔注入含水层的孔隙或通道中，使其扩散、凝固，形成地下帷幕，堵塞进水途径，切断矿坑充水水源，达到防治水的目的。 井筒注浆堵水 巷道注浆堵水 注浆恢复被淹没矿井或采区 注浆帷幕截流 防渗墙堵水,1.井筒注浆堵水,井筒注浆堵水是特殊凿井法的一种。当井筒涌水量大于一台泵的排水能力时，应采用注浆法施工。井筒注浆堵水的有以下三种类型。 井筒地面预注浆：井筒开凿前，从地面施工钻孔，对含水层进行预先注浆，把水或流砂隔离在井筒开凿范围及其影响带之外，使井筒开凿时无水或少水，从而保证井筒安全顺利地穿过含水层
15、或流砂层。 井筒工作面预注浆：当井筒工作面接近含水层时，应停止掘进，从工作面向含水层施工注浆钻孔，进行预先注浆。 井筒壁后注浆：井筒建成后，井壁后面有出水存在而造成井壁漏水、漏砂时，应在井筒内向壁后施工注浆钻井，进行壁后注浆。,2.巷道注浆堵水,在涌水量大的坚硬岩层中掘进巷道时，可采用注浆法辅助掘进，将注浆材料压入岩层裂隙或溶洞中，以封闭透水通道。,3.注浆恢复被淹没矿井或采区,当矿井或采区突水被淹没后，注浆封闭突水点常是处理这类问题的最好措施之一。封闭突水点的钻孔数量，视具体情况而定。当突水点位置已知且范围不大及附近岩层完整时，可采用单孔注浆，直接封闭出水口。当突水点的位置不清，水量、水压较
16、大，且突水点附近岩层破碎时，可围绕突水点布置一组钻孔进行帷幕注浆。 在动水中注浆时困难较多，为了增加水的流动阻力，减缓水的流速，一般需要先在钻孔中投入骨料（砂、砾石等），然后注入速凝浆液，以免浆液被流动的水冲跑。,4.注浆帷幕截流,注浆帷幕截流是针对具有充沛补给水源的大水矿区，为减少矿井涌水量，而采取的一种连续拦截补给水源的防治水方法。 实施中，通常在矿区主要进水边界或浅部垂直补给带施工一定间距的钻孔排，向孔内注浆，形成连续的隔水帷幕，阻截或减少地下水对矿区的影响，提高露天边坡的稳定性，防止因疏降排水引起的地面变形、开裂、塌陷等不良工程地质现象，保护地下水源。根据理论，注浆帷幕在任何情况下都能采用，但要进行技术经济计算与分析。,5.防渗墙堵水,防渗墙堵水技术是用特殊的施工机具，沿工程线边挖掘沟槽，边在沟槽内填入防渗材料，逐段形成连续的防渗墙。,14.2 矿区环境水文地质,14.2.1 区域地下水位持续下降 14.2.2 岩溶地表塌陷 14.2.3 地面沉降 14.2.4 地下水质恶化 14.2.5 酸性矿井水的形成与防治,14
