《第6章矿井突水预兆及预测预报》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第6章矿井突水预兆及预测预报（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第六章 矿井突水预兆及预测预报,第一节 矿井突水预兆 第二节 突水量估算 第三节 矿井排水系统 第四节 矿井水害预测预报 复习思考题,第一节 矿井突水预兆,矿井突水是因为井下采掘活动破坏岩体天然平衡，采掘工作面周围水体在静水压力作用下，通过断层、隔水层和矿层的薄弱处进入采掘工作面。矿井突水这一现象的发生与发展是一个逐渐变化的过程，有的表现很快，有的表现很慢，这与工作面的具体位置、采场地质情况、水压和矿山压力有关。,第一节 矿井突水预兆,从开拓工作面开始，发展到突水这段时间内，在工作面及其附近显示出的某些异常现象统称为突水预兆。识别和掌握这些预兆，可以及时采取应急措施，撤离危险区人员，防止伤人事
2、故的发生。,第一节 矿井突水预兆,一、 突水一般预兆（1） 煤壁挂红。这是因为水中含有铁的氧化物，在通过煤层和岩层裂隙时，在裂隙表面会出现暗红色水锈，一般认为巷道接近积水区。（2） 煤壁挂汗。当采掘工作面接近积水区时，因水在自身压力作用下，通过煤岩裂隙透过煤岩壁，聚成水珠，俗称煤壁挂汗。,第一节 矿井突水预兆,（5） 有时有“嘶嘶”的水叫声。这是因为水体的水压大，水向裂隙中挤压发出的响声，此时，预示着离水体不远，即将突水。（6） 矿压增大，发生片帮、冒顶及底鼓。,第一节 矿井突水预兆,二、 老空水突水预兆老空水突水前，除有上述突水的一般预兆外，还有以下其特有的预兆：（1） 有臭鸡蛋味。老空水一
3、般有臭鸡蛋气味，在工作面如果闻到有这种气味时，就基本上可以判定前方有老空水。也可以用嘴来尝尝从工作面渗出的水，如果感到水味发涩，或者把水在手指间摩擦有发滑的感觉，可判断是老空水突水的征兆。,第一节 矿井突水预兆,（2） 煤体松软。由于前期开采活动的影响（如前期开采活动引起的矿压、爆破震动等），在接近老空水时，煤体与正常情况相比，一般比较破碎松软。（3） 煤体颜色变暗无光泽。这是因为在老空水附近，煤体长期受到老空水的浸入，使煤体颜色变暗，失去光泽。,第一节 矿井突水预兆,（3） 空气变冷。当工作面接近积水区时，气温骤然下降，煤壁发凉，人一进去有阴冷的感觉，时间越长就越感到阴凉。（4） 发生雾气。
4、当巷道内温度很高时，积水渗到煤壁后，引起蒸发而形成雾气。,第一节 矿井突水预兆,三、 工作面底板水突水预兆（1） 工作面压力增大，底板鼓起。造成底鼓的原因有两种：一种是底板承压含水体静水压力和矿山压力共同作用的结果，这是突水预兆；另一种是受矿山压力单方面作用而产生底鼓，一般不突水。,第一节 矿井突水预兆,（2） 工作面底板产生裂隙，并逐渐增大。（3） 裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加。当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止。此时，水色时清、时浊，底板活动时水变浑浊，底板稳定时水色变清。,第一节 矿井突水预兆,（4） 底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有“嘶嘶”声或刺耳的水声
5、。（5） 底板发生“底爆”，伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。,第一节 矿井突水预兆,四、 松散孔隙含水层突水预兆（1） 突水部位发潮、滴水、淋水，且滴水现象逐渐增大或滴水、淋水现象持续时间较长，仔细观察有时会发现水中含有少量细沙。 （2） 发生局部冒顶，水量突增并出现流沙，流沙常呈间歇性，水色时清、时浊，总的趋势是水量、沙量增加，直至流沙大量涌出。,第一节 矿井突水预兆,（3） 顶板发生溃水、溃沙。这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。在具体的突水事故过程中，上述预兆并不一定全部表现出来，所以应该细心观察，认真分析和判断。,第一节 矿井突水预兆,事故发生的直接原因是：该矿20
6、101回风巷掘进工作面附近小煤窑老空区积水情况未探明，且在发现突水预兆后未能准确识别和判断，也没有及时采取撤人措施。,第一节 矿井突水预兆,【案例6-1】2010年3月28日，山西一基建煤矿在施工过程中，在掘进工作面迎头后方78 m处的巷道右帮渗水，当班技术员和项目部副经理命令停止掘进，并向项目经理汇报，也咨询了物探技术员。但是，项目经理没能作出正确判断，也没有采取有效防范措施，结果发生了重大透水事故，造成38人死亡，115人受伤，直接经济损失4 900万元。,第二节 突水量估算,一、 突水量现场测量方法矿井突水时期，现场实际突水量的估算通常采用浮标法、水泵标定法、容积法等3种方法。这3种方法
7、均未考虑突水前的水量，计算时若有原出水量，则减去。,第二节 突水量估算,1.浮标法矿井发生突水后，初期水量一般较小，可在巷道的水沟内测定其水量。,第二节 突水量估算,选用一段长5 m左右的规整水沟，清除沟内杂物，选择上下两个断面，测出其过水断面面积之和，取过水断面面积的平均值（F），测量这两断面之间的距离（L），然后将一很轻的浮标从水沟上游断面处投入水中，同时记下起始时间，当浮标到达下游断面时，再下到达时间，其时间差即为浮标流经距离（L）所需的时间（t）。,第二节 突水量估算,其突水量的计算公式为：Q=KFL/t,式中Q突水量，m3/min；L两个过水断面之间的距离，m；F两个过水断面面积的平
8、均值，m2；t浮标流经L距离所需时间，min；K断面系数，与水深和水沟粗糙度有关，如表6-1所示。,第二节 突水量估算,这里需要说明的是，在实际工作中，上述测量步骤一般要在3次以上，最后取平均值作为测量结果。,第二节 突水量估算,2.水泵标定法矿井突水后，一般应增开水泵或增加水泵运转时间。其突水量的计算公式为：Q=KNW+SH/t （6-2）,式中 Q 突水量，m3/min；W水泵的铭牌排水量，m3/min；N增开的水泵台数，台；Ht时间内水位的上升高度，m；S水仓的水平断面积，m2；t 水位上涨H高度所用的时间，min；K水泵排水系数。,第二节 突水量估算,对于K值，新泵排清水取1.0，新泵
9、排浑水取0.9；旧泵排清水取0.8，旧泵排浑水取0.7；双台老泵单管排水取0.6。,第二节 突水量估算,3.容积法容积法计算突水量的实质就是根据淹没巷道的体积进行计算，其采用的公式为：Q=V/t 或 Q=SH/t,式中Q突水量，m3/min；V下水平巷道的淹没体积，m3；t 淹没时间，min；S 下水平不同点水平断面面积，m2；H在t时间内水位的上升高度，m。,第二节 突水量估算,4.堰测法堰测法是指在井下排水沟中设置测水堰板，使水流通过一定形状的堰口，实测堰口水流高度，根据相应经验公式计算涌水量。堰测法采用的测水堰板通常有三角堰、梯形堰和矩形堰。,第二节 突水量估算,第二节 突水量估算,5.
10、流速仪法流速仪法是指使用流速仪测定水流速度，实测水流断面，然后计算涌水量。测流速时断面的位置应选择在水沟平直、底部平坦、水流平稳的地段。,第二节 突水量估算,1.算术叠加法其计算公式为：,式中 V突水开始到某一时刻止突水的总体积，m3；Qi从突水开始分段计算的突水量，m3/min；ti从突水开始到某一时刻止，与上述水量相对应的连续时间段，min。,第二节 突水量估算,2.曲线求积仪法在直角坐标纸上，绘出涌水量变化曲线。其横坐标为时间t，纵坐标为涌水量Q，绘出从突水开始到某一时刻涌水量的变化曲线。在曲线图上用求积仪量出坐标轴与曲线所包围的全面积，用该面积乘以单位面积所代表的水量，即得出水淹没的总
11、体积。,第二节 突水量估算,二、 突水量估算在突水抢险过程中，需及时掌握从突水开始到某一时刻的突水总量。,第二节 突水量估算,三、 淹没时间预计矿井突水后，应定时测量水量及水位上涨速度，并及时预测某一标高、某一水平和整个矿井的淹没时间，这对抢险排水具有重要意义。矿井透水时，涌水量常呈不稳定状态。在水量变化的情况下，水位上升使矿井淹没的时间可由下式计算：,第二节 突水量估算,式中t 矿井淹没时间，min；V1矿井巷道、硐室和采掘工作面体积，m3； V2采空区的空隙体积，m3；V3已疏干含水层的裂隙体积，m3；Q平预测到某一时刻涌水量与最后一次实测涌水量的平均值，m3/min。,第二节 突水量估算
12、,在上式中，应该认真分析矿井淹没过程，一般来说，由于矿井水是由上往下流，先淹没下部空间，再淹没上部空间；但是，当往下流水的通道被堵塞时，下部空间部分没有淹没，便迅速淹没上部空间，不了解这一点，将可能给抢险救援工作造成非常被动的局面。,第三节 矿井排水系统,矿井排水系统是矿井必不可少的主要生产系统之一，其作用就是将煤矿井下涌出的矿井水及时、安全可靠、经济合理地排至地面，确保煤矿井下作业人员的生命安全和矿井安全生产。,第三节 矿井排水系统,一、 主排水系统矿井主排水系统由排水系统硐室和排水设备、设施两大部分组成。矿井主排水系统硐室，主要由主排水泵房硐室、水仓和管子道（管子间）组成；矿井排水设备、设
13、施主要由水泵、电动机、供电电缆、排水管、启动控制开关等组成。,第三节 矿井排水系统,煤矿防治水规定第57条规定：矿井应当配备与矿井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配电设备和水仓等，确保矿井能够正常排水。矿井井下排水设备应当符合矿井排水的要求，除正在检修的水泵外，应当有工作水泵和备用水泵。,第三节 矿井排水系统,工作水泵的能力，应当能在20 h内排出矿井24 h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应当不小于工作水泵能力的70。工作和备用水泵的总能力，应当能在20 h内排出矿井24 h的最大涌水量。检修水泵的能力，应当不小于工作水泵能力的25。,第三节 矿井排水系统,水文地质条件复杂
14、或者极复杂的矿井，还要在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置，或者增加相应的排水能力。排水管路应当有一定的备用量。工作水管的能力，应当能配合工作水泵在20 h内排出矿井24 h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应当能配合工作和备用水泵在20 h内排出矿井24 h的最大涌水量。,第三节 矿井排水系统,配电设备的能力应当与工作、备用和检修水泵的能力相匹配，并能保证全部水泵同时运转。矿井主要泵房应当至少有2个安全出口，一个出口用斜巷通到井筒，并高出泵房底板7 m以上；另一个出口通到井底车场。在通到井底车场的出口通路内，应当设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应当设置可靠的
15、控制闸门。,第三节 矿井排水系统,矿井主要水仓应当有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能够正常使用。新建、改扩建矿井或者生产矿井的新水平， 正常涌水量在1 000 m3/h以下时，主要水仓的有效容量应当能容纳8 h的正常涌水量。,第三节 矿井排水系统,正常涌水量大于1 000 m3/h的矿井，主要水仓有效容量可以按照下式计算：,式中V主要水仓的有效容量，m3； Q矿井每小时的正常涌水量，m3。,第三节 矿井排水系统,矿井最大涌水量与正常涌水量相差大的矿井，排水能力和水仓容量应当由有资质的设计单位编制专门设计，由煤矿企业总工程师组织审查批准。水仓进口处应当设置箅子，对水沙充填、水力采煤和其
16、他涌水中带有大量杂质的矿井，还应当设置沉淀池。水仓的空仓容量应当经常保持在总容量的50%以上。,第三节 矿井排水系统,水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，应当经常检查和维护，在每年雨季前，应当全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应当及时清理；每年雨季前，应当清理1次。,第三节 矿井排水系统,采区水仓的有效容量应当能容纳4 h的采区正常涌水量。煤矿防治水规定第101条规定：钻孔放水前，应当估计积水量，并根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量，防止淹井；放水时，应当设有专人监测钻孔出水情况，测定水量和水压，做好记录。如果水量突然变化，应当及时处理，并立即报告矿调度室。,第三节 矿井排水系统,二、 采区排水系统采区排水系统的建立要依据采区的涌水量来建立，须配备工作水泵、备用水泵和检修水泵，水泵能力配备标准和主排水设施相同，只是依据的是采区涌水量，并要合理地配置好相关的水管、供电等设施、设备。,
