第五章 矿井防治水技术

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1、第五章 矿井防治水技术第一节 概述一、矿井水害的概念矿井水 凡是在矿井开拓、采掘过程中，渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入井巷 或工作面的任何水源水，统称矿井水。矿井突水 凡因井巷、工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、 洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故，称为矿井 突水。矿井水害 凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部 或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。二、矿井水害对煤矿安全生产的影响 水害是煤矿五大自然灾害之一，在煤矿生产建设过程中，经常会遇到水的威胁。水害 轻者会增加煤炭企业负担，影响经济效益；重者会直接危

2、害职工生命安全和给国家财产造 成损失。具体表现在以下几个方面：（一）如果矿井排水系统不畅通，涌水任意流，巷道到 处是泥水，必然恶化井下作业环境，不利于文明生产；（二）由于矿井水的影响，可能造成 顶板淋水，使巷道内空气的湿度增加，影响工人身体健康；（三）在生产建设过程中，矿井 水量愈大，安装排水设备和排水用电费用就愈高，这不仅增加原煤成本，也给煤炭企业管 理工作增加一定的难度；（四）矿井水的存在，对金属设备、钢轨和金属支架，将会产生腐 蚀作用，缩短生产设备的使用寿命；（五）矿井水量一旦超过排水能力或突然涌水，轻者会 造成矿井巷道或采区被淹，导致停产；重者会矿毁人亡；（六）由于矿井受到水的威胁，有

3、 时就需要留设保安防水煤柱，这必然会影响煤炭资源的充分利用，有的甚至难以开采。因此，必须严格执行规程的有关规定，加强矿井水文地质条件的调查研究，做好 矿井防治水工作，杜绝水害事故发生。第二节 矿井水灾发生的规律一、矿井水灾的基本条件 形成矿井水灾的基本条件：一是必须有充水水源，二是必须有充水通道。两者缺一不 可，所以说要避免矿井水灾的发生，只需切断上述两个条件或其中一个条件即可。（一）生产矿井水灾的水源 煤矿建设和生产中常见的水源有大气降水、地表水、地下水（潜水、承压水、老空小窑 水、断层水等）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，一部分再蒸发上升到天空；另

4、一部分流入地下，即形成地下水；剩下的部 分留在地面，即为地表水。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。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。3 潜水埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水称为潜水。 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。 潜水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

5、水层中间的地下水，称为承压水（或称自流水）。 承压水具有压力，能自喷。自流井和喷泉都是承压水形成的。煤矿地层中，石灰岩裂隙及溶洞中的水为承压水，它具有很大的压力和水量，对煤矿 生产威胁极大。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”，一旦巷道或回采工作面接近或沟通了积水老空区， 则会发生水灾。老空积水往往带有酸臭味。因此，在井下遇到酸臭味涌水时，要警惕老空积水的危害。6 断层水 处于断层带（岩石错动形成）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。（一）发生矿

6、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。地下水穿透井巷壁进入井下，也能给煤矿建设 和生产造成重大灾害。2 构造断裂带 断裂构造是加大岩层导水性能的重要因素，特别是断层密集的地段，岩层支离破碎， 失去隔离水性能，成为地下水赋存的场所和运移的通道。当井下采掘工程揭露或接近这些 地带时，地下水就会进入井巷，严重的可造成突水淹井事故。3 冒落裂隙带 煤层开采后，其上方的裂隙有时可与含水层或地表水沟通，造成矿井突水；当覆盖层 厚度较小时，采空区上方形成裂缝与地面相通，如果不及时处理，雨季洪水就会沿裂缝涌 入井下。4 含水层的露头区 含水层在地表的露头区，起着沟通地表水和地下水的作用，

7、成为含水层充水的咽喉与 通道。含水层出露的面积越大，接受大气降水补给量就越多。5 煤层底板岩层突破 地下水水头压力很大的地段，在矿山压力的作用下，承压水可突破煤层底板隔水层而 涌入矿井，使矿井涌水量突然增大，有时可导致淹井事故。6 封闭不良钻孔 在煤田勘探和生产建设中，井田内要打许多钻孔，虽然钻孔的深度不同，但有部分钻 孔会打穿含水层，于是钻孔就成为沟通含水层及地表水的人为通道。由于对其封闭不良， 在开采揭露时，就会将煤层上方或下部含水层以及地表水引入矿井，造成涌水甚至突水事 故。7 导水陷落柱和地表塌陷有些陷落柱胶结程度极差，柱体周围岩石破碎，并伴生有较多的小断裂，这就可能成 为沟通地表水或

8、地下水的良好通道，当采掘工作面揭露或接近这些导水陷落柱时，就会造 成井下涌水或突水事故。二、矿井水灾的影响因素（一）自然因素1地形：若地面的地形坡度大，则大气降水不易停留和渗入地下，而是沿着地表流走， 这样对地下水的补给及矿井的充水影响就很小。反之，若地形平缓，则降水不易沿地表流 走而多渗入地下，成了矿井充水的水源。2岩石性质：影响矿井充水的岩层包括煤层、煤层的顶底板及覆盖于煤系之上的岩层。 岩石性质对矿井充水的影响主要表现在岩石的空隙和裂隙中的水进入巷道。因为地下水是 大气降水和地表水通过岩石空隙和裂隙渗入地下而形成的，所以地下水的来源就必然与岩 石的性质有着密切的关系。3断裂构造：主要是指

9、断层而言，因为有的规模较大的断裂破碎带本身可以含水，而 断层有是沟通地表水与含水层之间发生水力联系的过水通道，所以断裂构造往往是矿井突 然大量涌水的主要因素之一。我们对断层也要做具体分析，并不是所有断层都是导水的，有的断层破碎中带有充填 物的粘土，这样的断层不但不导水，甚至还起着隔水的作用，着要看具体情况而定。（二）人为因素影响矿井充水的人为因素主要为采空区顶板塌陷，废弃的旧勘探钻孔以及矿井开采面 积的扩大和长期排水等因素。1采空区顶板塌陷：煤层被开采后,使上覆岩层产生裂隙，地表发生沉陷，所造成的 裂隙就可成为降水或地表水渗入矿井的良好通道。因此我们一定要注意，煤层顶板岩石， 虽然原来是隔水的

10、，但在开采后产生塌陷裂隙，则可成为透水的，因此必须注意这种变化。2废弃的旧勘探钻孔：在地质勘探过程中，每打完一个钻孔都要用粘土或水泥砂浆进 行止水封孔。如果没有封孔或封孔质量不好，钻孔本身就可能成为地下水流入矿井的良好 通道，将含水层中的水以及地表水引入到坑道中来。3开采面积和矿井长期排水的影响：矿井涌水量随着开采面积的增大和矿井的长期排 水，在各个不同的时期也有变化。一般以静储量为主的矿井，开采初期其涌水量是随开采 面积的增大而增加，这是由于采掘系统及采空区所揭露的含水层的层数及面积逐渐增大的 缘故。但当矿井达到设计产量之后，虽然开采面积不断增加，而矿井的涌水量一般情况下 却大致保持在某一相

11、对稳定数值（因动储量补充的结果）或涌水量逐渐减少。这是由于静储 量有被疏干的趋势。而以动储量为主的矿井，一般到一定的阶段涌水量就大致保持在某一 稳定数值。上述影响矿井充水的各种因素，都不是孤立存在的，而是综合作用互相影响的，在某 种情况下，某一种因素起主要作用，而在另一种情况下；却又可能属于次要地位，因此在 研究矿井充水条件时，必须全面综合的看问题，针对具体情况加以分析，正确的确定出影 响矿井充水的主要和次要因素，以便采取正确的予防措施。三、造成水灾的主要原因 矿井水害事故的原因是一个极为复杂的课题，它涉及煤田形成的地质历史环境，以及 后期的地质构造、地质作用的改造，出现了各煤田含水的巨大差异

12、。即使条件近似的煤田， 也因设计、技术、管理、素质差异而导致矿井水害的原因不同。（ 一 ） 地面防洪、防水措施不当。防洪设施失效，或地面塌陷、裂隙未处理，使地面洪 水由井筒、塌陷、裂隙进入井下造成水害；（ 二 ） 水文地质情况不清。井巷接近充水断层、强含水层、岩溶陷落柱、富水溶岩、老 空积水区，以及打开隔水煤柱时，未按探放水规定执行，盲目施工；或虽然进行探放水， 但因措施不严密，而造成淹井或人身事故；（ 三 ） 井巷位置不合理。设计中误将井巷置于地质条件差或过份接近强含水层，导致顶、 底板透水；（ 四 ） 施工措施不力，工程质量低劣，至使井巷塌落冒顶、跑砂、透水。也有工程钻孔 封闭不良导致透水

13、的；（ 五 ） 乱采乱掘破坏防水煤柱造成透水；（ 六 ） 测量错误导致巷道进入老空积水区而透水；（ 七 ） 防水闸门未按设计修建，或修建时质量低劣不能防水, 或年久失修，当井下出现水 情时无法防水而导致淹井；（ 八 ） 排水设备能力不足，或机电事故而造成淹井；（ 九 ） 排水设施平时缺少维护，如水仓、水管不按时清理，突水时失效而导致淹井；（十）认识不足，投入不充分。（十一）对“有疑必探，先探后掘”的原则能理解，但执行中打折扣，心存侥幸。四、透水的预兆采掘工作面发生透水前，一般都有预兆。这是从多次透水事故教训中得出的正确结论。 因此，当发现采掘工作面有透水预兆时，必须停止工作，采取有效措施，防止

14、透水事故的 发生（一）透水一般预兆 1煤层发潮发暗。干燥、光亮的煤，由于水的渗入而变得潮湿暗淡。若挖去表面还是 这样，说明附近有积水。2巷道壁或煤壁“挂汗”。这是由于压力水渗过煤、岩微小裂隙后，凝聚于煤层和岩 石表面形成的。3空气变冷。空气及煤、岩中含湿量增加时，热导率增大，气温降低，煤壁变凉，人 进入后感觉阴凉，且时间越长越明显。4出现雾汽。含水煤、岩层温度较低，当温度较高的风流经过时，便产生冷热交换现 象，使巷道中湿度增加，出现雾汽。5顶板来压，淋水加大。受积水区静水压力和矿山压力的影响所至，尤其是接近断层 积水区时更为明显。6出现压力水线。高压积水通过煤、岩缝隙向外涌出时的摩擦声，这是距

15、水源很近的 征兆。若涌水清净，表明距水源稍远，若涌水混浊，表明已迫近水源。这是透水的危险征 兆，应立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。7 .工作面有害气体增加。-般积水区都存在有害气体，这些有害气体主要是叫CO?、 HS 。28.煤壁“挂红”，水的酸度大，水味发涩。这是由于积水时间久，水中溶解多种杂质， 水中含有铁的氧化物所致。这是老空水的主要特点。（二）不同类型水源的透水特点1. 冲积层水。松散的冲积层中贮有大量的水，在浅部掘进井筒，或煤层回采后顶板冒 落塌陷裂隙与冲积层沟通时，常常会遇到冲积层水。冲积层水一般具有开始涌水量较小， 夹带泥砂，水色发黄，以后水量急剧增大的特点。冲积层水一

16、般不致于构成对人体的伤害。2. 小窑、老空水一般积存时间长，水量补给差，属于“死水”，所以有“挂红”、酸度 大、水味发涩的特点。小窑、老空水多以静贮量为主，犹如地下水库，一旦突水，来势凶 猛，涌水量大，破坏性强。但涌水持续时间短，易疏干。老空水酸度大，不能饮用，而且 对井下轨道、金属支架、钢丝绳等金属设备有腐蚀作用。老空水透出一般伴有有害气体的 涌出。3. 断层水。由于断层附近岩石破碎，当采掘工作面与其接近时，常常出现工作面来压， 淋水增加，有时还可在岩缝中见到淤泥。由于断层及破碎带中积存大量水，且断层沟通各 含水层成为通道，因此，断层水多属“活水”，补给充分，一旦突水，来势猛，涌水量大， 持续时间长，在不封堵水源的情况下不易疏干