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1、矿山安全技术（第六章 矿井水害事故防治技术）刘双跃 13311130201 2/106第六章 矿井水害事故防治技术第一节 概述 第二节第二节 矿井水害事故的统计分析矿井水害事故的统计分析 第三节第三节 矿井透水事故案例与原因分析矿井透水事故案例与原因分析 第四节 矿井防治水技术 第四节第四节 矿井水害事故的防洽对策矿井水害事故的防洽对策3/106第一节 概述u矿区内大气降水、地表水、地下水通过各种通道涌 入井下，成为矿井涌水矿井涌水。u当矿井涌水量超过矿井正常排水能力时即会发生水 患，称为矿井水灾矿井水灾。uu形成矿井水害的基本条件：形成矿井水害的基本条件：一是一是必须有水源水源；二是二是必须
2、有沟通水源与井下巷道的通道通道。4/106一、矿井涌水的来源一、矿井涌水的来源图6-1 煤矿常见的水源5/106矿井涌水情况常见的有以下几种：矿井涌水情况常见的有以下几种：地表水地表水大气降水渗入或流入，往往是开采地形低洼且埋藏较 浅煤层的主要水源，在雨季表现得尤为明显。u河流、湖泊、水库、池塘水也会渗入和流入井下成为矿井水矿井水。图6-2 自然界中水的循环地表水地表水能否成为矿井 水源，除开采深度条 件外还与地层构造和 采煤方法有关。6/106矿井涌水情况常见的有以下几种：矿井涌水情况常见的有以下几种：地下水地下水有些岩层具有空隙、裂隙或溶洞并含有 地下水，我们把它叫做含水层含水层。u流砂层
3、和砾石层中的水叫孔隙水孔隙水，石灰岩含水层中的水叫溶溶 洞水洞水，砂岩中的水属于裂隙水裂隙水。图6-3 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）地下水地下水是可以流动的并不断 接受地表水的补给，开采越 深水压越高、裂隙溶洞越大 含水越丰富，它是井下最直 接、最常见的水源。 井下巷道或采煤工作面一旦 揭露这些含水层，水便会发 生突出，危害性较大。7/106图6-4 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承压水头矿井涌水情况常见的有以下几种：矿井涌水
4、情况常见的有以下几种：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6-4 所示。8/106矿井涌水情况常见的有以下几种：矿井涌水情况常见的有以下几种：老老空水空水过去采过的小煤窑以及矿井废弃的旧巷道常常有很多积水。u当采掘工作面与它们打透时，很短时间内会有大量 水涌入，来势凶猛，造成透水事故，破坏性很大。9/106矿井涌水情况常见的有以下几种：矿井涌水情况常见的有以下几种：断层断层水水岩层断裂形成断层，有的断层带内会积 存水。 断层还常将不同的含水层连通，有的甚至与地表水相通。u当开拓掘进或采煤接近或揭露这样的断层时断层水 便会涌出。井下发生的水害，有时是一种水源造成的，
5、有时是几种 水源同时造成的，并且要有通道把水释放出来。 因此，我们应当把矿井水的来源与通道都搞清楚，作到 心中有数，就可以防患于未然。10/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道开采江、河、湖、海、水库等地表水影响范围内的开采江、河、湖、海、水库等地表水影响范围内的 煤层时，煤层时，因洪水暴发冲破位于低洼地势的矿井井口围 堤，或者由于矸石、炉灰等堆积场选择得不合理，雨 季被山洪冲动淤塞河道或沟渠，u造成洪水位高出拦洪堤坝，于是洪水直接由井口灌洪水直接由井口灌 入矿井和冲毁建筑物而产生水害入矿井和冲毁建筑物而产生水害。11/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道当井筒在冲
6、击层或在基岩强含水层中凿井时，当井筒在冲击层或在基岩强含水层中凿井时，若事先未进行特殊处理就会涌水，特别是砂砾层会出现水砂一齐涌出，严重时会造成井壁坍塌、沉陷、井架偏斜。u当含水层与地表水含水层与地表水有水力联系时，还会造成河流漏失或断流。12/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道巷道在顶板风化破碎的煤层中施工，支护不当而产巷道在顶板风化破碎的煤层中施工，支护不当而产 生冒顶，生冒顶，或采煤工作面上方防水岩柱不够，当冒落高 度和导水裂缝涉及河、湖等地表水体或强含水层时， 都会造成透水。u开采被松散的砾石层直接覆盖的急倾斜煤层时，由 于煤柱留得过少或采用不合理的采煤方法(如残柱式
7、采煤法)，出煤又不加控制、将煤柱破坏，常会发生 砾石层抽冒，使大量黄泥、砾石伴有水涌入矿井。13/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道巷道直接与断层另一侧强含水层相接触并为其局部巷道直接与断层另一侧强含水层相接触并为其局部 所掩盖而造成突水所掩盖而造成突水。 如丰城云庄矿1974年回风巷遇断层，与岩溶发育的长兴灰 岩接触，遂发生突水淹井。u因为冲积层直接覆盖于石灰岩之上，突水时由于地 下水运动状态改变和水力坡度增大，致使地下水的潜 蚀、“掏空”、搬运能力增强，破坏了自然平衡，造 成泥沙、砾石相随溃入巷道，地表产生很多沉陷漏斗 ，最大直径达20m，深可达石灰岩。14/106二、煤矿
8、常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道由于隔水岩柱的抗压强度抵抗不住静水压力和矿山由于隔水岩柱的抗压强度抵抗不住静水压力和矿山压力的共同作用而引起压力的共同作用而引起底板底板承压水突然涌出；承压水突然涌出；u由于岩层在压力作用下，底板形变需要相当的时间，有时在巷道掘进过后数月而发生“缓发型”透水。15/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道由石灰岩溶洞塌落所形成的由石灰岩溶洞塌落所形成的陷落柱陷落柱内部岩石破碎、内部岩石破碎、胶结胶结不好，不好，往往构成岩溶水的垂直通道。往往构成岩溶水的垂直通道。u巷道遇到它们时，会引起多层含水层的水大量涌入矿井。 如安阳铜冶煤矿1966年遇到了陷落
9、柱突水(24m3/min)，造成的淹井事故。16/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道处理不当或封孔质量不佳的处理不当或封孔质量不佳的钻孔钻孔，在一定水文地质条件下可成，在一定水文地质条件下可成为各水体之间或含水层之间联系的遁道。为各水体之间或含水层之间联系的遁道。u当巷道接近或揭露这些钻孔时，地表水或地下水便可经钻孔进入矿井，造成强烈涌水，尤其在有可溶岩的煤田更为严重。如肥城陶阳矿，八煤顶板四层石灰岩厚度本来不大，由于勘探时期水文观测孔止水施工不当、地质孔封孔质量不良，而造成含水性强的五层石灰岩和奥陶系石灰岩水通过钻孔补给四层石灰岩进入矿井，人为造成水文地质条件复杂化。经对20
10、多个钻孔重新封闭，使四层石灰岩涌水量减少85.8%以上、水压降低1.2MPa。17/106二、煤矿常见的透水通道二、煤矿常见的透水通道巷道接近或遇到老窑、停止排水的旧巷道的集水区巷道接近或遇到老窑、停止排水的旧巷道的集水区时，时，往往在短时间内涌出大量水，来势猛，具有很大的破坏性。18/106三、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/
11、P根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为4 个等级 ： 充水性弱的矿井：KB 10 m3/t 。19/1062. 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m3/d 、m3/h、m3/min。 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 m3/min。三、矿井充水程度指标20/106三、矿井充水程度指标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：Q1m3/min； 中等突水点涌水量：1 m3/min 30m3/min。21/106四、四、煤矿井下的透水预兆煤矿井下的透水预兆煤层或岩层透水前，一般都会有某些预兆。1.1
12、.透水前的预兆透水前的预兆煤层发潮发暗煤层发潮发暗u由于水的渗入，使煤层光泽明显变暗淡，如果挖去一层仍是 这样说明附近有积水。巷道壁或顶板巷道壁或顶板“挂汗挂汗”u它是积水通过岩石微小裂隙时凝聚于岩石表面的水珠，顶板 “挂汗”多呈尖形水珠。 而煤炭自然发火预兆中的“挂汗”则常常是平行水珠，为蒸汽凝结于顶板而 形成。22/106四、煤矿井下的透水预兆四、煤矿井下的透水预兆煤层变凉煤层变凉u煤层含水时能吸收人体的热量，用手触摸时会 有发凉的感觉，而且手放的时间越长感到越凉。u它还可使空气变冷、产生雾。工作面顶板淋水加大工作面顶板淋水加大u有时可出现压力水头。23/106四、煤矿井下的透水预兆四、煤
13、矿井下的透水预兆从煤层或岩层裂缝中挤出从煤层或岩层裂缝中挤出“嘶嘶嘶嘶”水叫声水叫声u表示有涌出危险；出现压力水流，这是离水源很近的征 兆；若出水混浊，说明离水源较近；若出水清净，说明距离水 源稍远。 工作面有害气体增加工作面有害气体增加u积水区向外散出的主要有害气体有硫化氢、二氧化碳、 甲烷等。 煤壁或巷道煤壁或巷道“挂红挂红”u水的酸度大、味发涩、有臭鸡蛋味，通常属于“死水” ，这是老空积水的征兆。24/106四、煤矿井下的透水预兆四、煤矿井下的透水预兆2.2.不同水源的透水征兆不同水源的透水征兆 老空水透水征兆老空水透水征兆 由于老空水积存时间较长，水量补给较差，故称之为“ 死水”。老空
14、水透水征兆有挂红、酸性大、水叫、发涩等 特点。溶洞水透水征兆溶洞水透水征兆 由于洞内积水长期侵蚀溶岩，所以水多呈灰色或灰黄色 并带有臭味，有时也有挂红现象。u另外，当采掘巷道接近石灰岩溶洞水时，可能出现 顶板来压、裂隙和柱窝内渗水现象。25/106四、煤矿井下的透水预兆四、煤矿井下的透水预兆断层水透水征兆断层水透水征兆断层水破碎带中的地下水一般是流动的，补给也较充分，故称 “活水”。所以，很少出现挂红现象，水无涩味而发甜。 在岩巷中遇到或接近断层水时，有时在岩缝中可见到淤泥，水较 混浊多呈黄色。 另外，当采掘面接近含水断层破碎带时，会出现来压、淋水增大 等现象。冲积层水透水征兆冲积层水透水征兆
15、 浅部掘进井筒常遇到冲积层水；采空区顶板冒落、裂隙沟通 冲积层时也会遇到冲积层水。 冲积层水透水特点是：开始水量较小，呈黄色并夹有沙子，之后 急剧增大。26/106五、矿井水灾的影响因素u 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。 1、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。 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， 对矿井威胁小。当粘土厚度达5米以上时，大气降水
16、和地表水 几乎不能透过。地质构造地质构造主要是褶曲和断层。 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。2、人为因素顶板塌陷及裂隙。老空积水。未封闭或封闭不严的勘探钻孔。27/106六、六、矿井透水事故的危害矿井透水事故的危害uu水害是煤矿五大灾害之一。水害是煤矿五大灾害之一。u在煤矿建设和生产过程中常常会受到水的危害。u常言道：水火无情，一旦发生程度不同的透水事故轻则轻则增加排水设备和费用，造成原煤成本升高、生产环境恶 劣、管理困难、采区接替紧张；重则重则造成伤亡或淹井、淹采区事故，直接危及职工生命安全 和国家财产。28/106六、矿井透水事故的危害六、矿井透水事故的危害u200
