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1、河 南 理 工 大 学采煤概论精品课程n n第第17章章 矿井防水和排水矿井防水和排水本章主要内容第第17章章 矿井防水和排水矿井防水和排水第一节第一节第一节第一节 矿井水源和涌水通道矿井水源和涌水通道矿井水源和涌水通道矿井水源和涌水通道第二节第二节第二节第二节 矿井防水矿井防水矿井防水矿井防水第三节第三节第三节第三节 矿井排水矿井排水矿井排水矿井排水 第一节第一节 矿井水源和涌水通道矿井水源和涌水通道n n在矿井建设和生产过程中，地面水和地下水都可能通过各在矿井建设和生产过程中，地面水和地下水都可能通过各种通道涌入矿井，我们把所有涌入矿井的水，统称为矿井种通道涌入矿井，我们把所有涌入矿井的水
2、，统称为矿井水。为了保证矿井建设和生产正常进行。必须采取有效措水。为了保证矿井建设和生产正常进行。必须采取有效措施防止水进入矿井，或将进入矿井的水排至地表。前者称施防止水进入矿井，或将进入矿井的水排至地表。前者称为防水，后者称为排水。为防水，后者称为排水。n n当矿井涌水超过正常排水能力时，就可能造成水灾，给矿当矿井涌水超过正常排水能力时，就可能造成水灾，给矿井建设和生产带来严重后果，甚至威胁井下人员的生命安井建设和生产带来严重后果，甚至威胁井下人员的生命安全。因此矿井水防治必须坚持全。因此矿井水防治必须坚持“ “以防为主，防排结合以防为主，防排结合” ”的的方针。方针。n n井下涌水的发生，
3、必须具备矿井水源和涌水通道两个条件，井下涌水的发生，必须具备矿井水源和涌水通道两个条件，因此一切防水措施都应以消除水源和杜绝涌水通道两方面因此一切防水措施都应以消除水源和杜绝涌水通道两方面着手。着手。第一节第一节 矿井水源和涌水通道矿井水源和涌水通道一、矿井水源一、矿井水源 ，按其来源分为地面水和地下水两类。，按其来源分为地面水和地下水两类。n n1 1、地面水、地面水n n地面的江、河、湖、沟、渠、池塘里的积水或季节性的雨水和山洪都叫地面的江、河、湖、沟、渠、池塘里的积水或季节性的雨水和山洪都叫做地面水。地面水往往可通过井筒、塌陷裂缝、断层裂隙、溶洞和钻孔做地面水。地面水往往可通过井筒、塌陷
4、裂缝、断层裂隙、溶洞和钻孔等直接进入井下造成水灾。等直接进入井下造成水灾。n n2 2、地下水、地下水n n地下水分为含水层水、断层水及老空水地下水分为含水层水、断层水及老空水等。等。 n n（1 1）含水层水含水层水。把矿井下的砾石层、流沙层、石灰岩层等含水比较丰富。把矿井下的砾石层、流沙层、石灰岩层等含水比较丰富的岩层称为含水层。若含水层与地面水相连通时，对矿井威胁更大。的岩层称为含水层。若含水层与地面水相连通时，对矿井威胁更大。n n（2 2）断层水断层水。由于断层附近的岩石通常较破碎，易于积水，同时，由于。由于断层附近的岩石通常较破碎，易于积水，同时，由于断层容易将若干个含水层导通，形
5、成较强的水力通道，因此，把积存与断层容易将若干个含水层导通，形成较强的水力通道，因此，把积存与断层附近或通过断层导通涌出的含水层水称为断层水。断层附近或通过断层导通涌出的含水层水称为断层水。n n（3 3）老空水老空水。井下采空区和废旧井巷里常积有水，称为老空水。老空水。井下采空区和废旧井巷里常积有水，称为老空水。老空水一般都在生产区的上部，所以静水压力很大，来势凶猛，且常含有有害一般都在生产区的上部，所以静水压力很大，来势凶猛，且常含有有害气体。因此采掘工作面接近这些地区，必须提高警惕，采取措施，以防气体。因此采掘工作面接近这些地区，必须提高警惕，采取措施，以防止发生井下透水事故。止发生井下
6、透水事故。n n一般来说，上述水源不是孤立存在的，往往是互相沟通，互相补给。一般来说，上述水源不是孤立存在的，往往是互相沟通，互相补给。第一节第一节 矿井水源和涌水通道矿井水源和涌水通道n n二、涌水通道n n水源进入矿井的可能通道有：断层破碎带、采水源进入矿井的可能通道有：断层破碎带、采掘过程形成的裂缝、井巷、封闭不好或没有封掘过程形成的裂缝、井巷、封闭不好或没有封孔的旧钻孔等。对某一具体矿井来说，上述因孔的旧钻孔等。对某一具体矿井来说，上述因素不一定同时具有充水作用，而往往只是其中素不一定同时具有充水作用，而往往只是其中个别因素或几个因素起着主导作用。所以，必个别因素或几个因素起着主导作用
7、。所以，必须抓住主要因素加以分析，以便采取有效的措须抓住主要因素加以分析，以便采取有效的措施，防止矿井水灾事故发生。施，防止矿井水灾事故发生。第二节第二节 矿井防水矿井防水一、造成矿井水灾的原因一、造成矿井水灾的原因n n1 1）井田内的水文地质等资料不清。）井田内的水文地质等资料不清。n n 盲目开采。如果对井田范围内的含水层数目，含水层与地表水的关系，水盲目开采。如果对井田范围内的含水层数目，含水层与地表水的关系，水的循环条件，岩层的透水性、断层、裂隙及其与水源和煤层的关系，古井、小的循环条件，岩层的透水性、断层、裂隙及其与水源和煤层的关系，古井、小窑的分布以及采空区塌陷情况等水文地质资料
8、掌握不清，就盲目进行开采，有窑的分布以及采空区塌陷情况等水文地质资料掌握不清，就盲目进行开采，有可能使地下水或地表水经透水通道涌进开采区而造成水灾。可能使地下水或地表水经透水通道涌进开采区而造成水灾。n n2 2）井筒位置选择不合理）井筒位置选择不合理n n 如对矿区地形、地貌及气象资料掌握不足将井口位置选择在当地历年最如对矿区地形、地貌及气象资料掌握不足将井口位置选择在当地历年最高洪水位以下的河谷或洼地，一旦遭受暴雨袭击引起山洪暴发，就可能造成高洪水位以下的河谷或洼地，一旦遭受暴雨袭击引起山洪暴发，就可能造成淹井事故。淹井事故。n n3 3）技术决定不正确）技术决定不正确n n 由于技术决定
9、上的错误，也能造成水灾，例如在断层附近，生产矿井与废由于技术决定上的错误，也能造成水灾，例如在断层附近，生产矿井与废弃矿井之间，新采区与采空区之间，没有留隔水煤柱或所留煤柱尺寸太小等技弃矿井之间，新采区与采空区之间，没有留隔水煤柱或所留煤柱尺寸太小等技术上的失误也会造成水灾。术上的失误也会造成水灾。n n4 4）麻痹大意，丧失警惕）麻痹大意，丧失警惕n n 某矿务局对某矿务局对1956195619661966年的年的1010年淹井事故统计分析表明：由于勘探资料不年淹井事故统计分析表明：由于勘探资料不足，对矿井地质构造、水文情况不清而造成的水灾占足，对矿井地质构造、水文情况不清而造成的水灾占20
10、20；由于没有执行探；由于没有执行探放水放水“ “有掘必探有掘必探” ”制度，在构造破碎带违章作业，以及注浆质量不高等原因造制度，在构造破碎带违章作业，以及注浆质量不高等原因造成的透水事故占成的透水事故占8080。第二节第二节 矿井防水矿井防水二、矿井水灾的预防二、矿井水灾的预防n n1 1）地面水的防治）地面水的防治n n (1)(1)防止井口灌水。所有矿井的井口标高，都应在本地区历年最高洪水位以上。如果防止井口灌水。所有矿井的井口标高，都应在本地区历年最高洪水位以上。如果因受地形限制，难以找到合适的井筒位置。则应修筑坚实的高台，以使井口标高高于因受地形限制，难以找到合适的井筒位置。则应修筑
11、坚实的高台，以使井口标高高于历年最高洪水水位。历年最高洪水水位。n n (2)(2)防止地面渗水。对井田范围内的河流、沟渠等。应将其疏干或改道，移到矿区之防止地面渗水。对井田范围内的河流、沟渠等。应将其疏干或改道，移到矿区之外如不能将河流改道，则应修筑护河堤坝，加固河床，以防向井下漏水或汛期河水出外如不能将河流改道，则应修筑护河堤坝，加固河床，以防向井下漏水或汛期河水出潮对矿井的危害。潮对矿井的危害。n n (3)(3)加强地面防水工程的检查。在雨季到来之前，应对整个地面防水工程进行检查，加强地面防水工程的检查。在雨季到来之前，应对整个地面防水工程进行检查，发现问题及时处理。发现问题及时处理。
12、n n2 2）井下防水）井下防水n n (1)(1)掌握矿井的水文地质资料。水文地质资料是制定防水措施的依据，因此、必须掌掌握矿井的水文地质资料。水文地质资料是制定防水措施的依据，因此、必须掌握井田范围内井上、下水源及涌水通道等情况，并将有关资料标注在采掘工程平面图握井田范围内井上、下水源及涌水通道等情况，并将有关资料标注在采掘工程平面图上，划定安全开采范围。上，划定安全开采范围。n n (2)(2)井下探水。当掘进巷道接近地下水源、被淹井巷或遇到可疑水源以及打开隔水煤井下探水。当掘进巷道接近地下水源、被淹井巷或遇到可疑水源以及打开隔水煤柱放水时，都必须贯彻执行好柱放水时，都必须贯彻执行好“
13、“有掘必探、先探后掘有掘必探、先探后掘” ”的原则。的原则。n n 探水作业不仅直接关系到探水作业人员的安全，而且关系到探水区域甚至整个矿井探水作业不仅直接关系到探水作业人员的安全，而且关系到探水区域甚至整个矿井的安全。的安全。 因此探水作业必须严格执行因此探水作业必须严格执行规程规程中的有关规定。中的有关规定。n n (3)(3)井下放水。掌握和探明地下水源之后，应采取一定的措施将威胁矿井安全生产井下放水。掌握和探明地下水源之后，应采取一定的措施将威胁矿井安全生产的水有计划地放出，并排出地面。的水有计划地放出，并排出地面。n n (4)(4)井下堵水。对于井下水源若不能将具疏干就需要留一定宽
14、度的煤柱或岩柱隔井下堵水。对于井下水源若不能将具疏干就需要留一定宽度的煤柱或岩柱隔水，对局部涌水通道进行充填。或在涌水巷道中设置水闸墙水，对局部涌水通道进行充填。或在涌水巷道中设置水闸墙( (水闸门水闸门) )进行堵水。进行堵水。第二节第二节 矿井防水矿井防水三、矿井透水事故的预兆及处理三、矿井透水事故的预兆及处理n n1 1）透水的预兆）透水的预兆）透水的预兆）透水的预兆n n (1)(1)煤层发潮、发暗。煤层本来是干燥光亮的，由于水的渗入，就变得煤层发潮、发暗。煤层本来是干燥光亮的，由于水的渗入，就变得潮湿发暗了，如果挖去一层还是这样。就说明附近有积水。潮湿发暗了，如果挖去一层还是这样。就
15、说明附近有积水。n n (2)(2)巷道壁或煤壁巷道壁或煤壁“ “挂汗挂汗” ”。这是由于压力水渗过微小的裂缝和裂缝凝。这是由于压力水渗过微小的裂缝和裂缝凝结于岩石或煤层表面造成的现象。看上去就好像煤壁或巷道壁出汗似的。结于岩石或煤层表面造成的现象。看上去就好像煤壁或巷道壁出汗似的。n n (3)(3)煤壁或巷道空气变冷。煤层含水时，能吸收大量的热，所以用手摸煤壁或巷道空气变冷。煤层含水时，能吸收大量的热，所以用手摸煤壁时感到发凉，巷道的空气也会较正常时低。煤壁时感到发凉，巷道的空气也会较正常时低。n n (4)(4)顶板压力及淋水增大，或底板鼓起并向外渗水。顶板压力及淋水增大，或底板鼓起并向
16、外渗水。n n (5)(5)出现压力水流出现压力水流( (或叫压力水线或叫压力水线) )且水质浑浊这是离水源已经很近的且水质浑浊这是离水源已经很近的预兆。预兆。n n (6)(6)有水声出现。有水声出现。 一种是水受挤压发出的一种是水受挤压发出的“ “嘶嘶嘶嘶” ”声，另一种是空洞声，另一种是空洞泄水声，这些都是离水源很近的危险预兆。泄水声，这些都是离水源很近的危险预兆。n n (7)(7)有硫化氢、二氧化碳等气体逸出。工作面的有害气体增加。有硫化氢、二氧化碳等气体逸出。工作面的有害气体增加。n n (8)(8)煤壁或巷道壁煤壁或巷道壁“ “挂红挂红” ”，酸味大水味发涩，有臭鸡蛋味。这些都，
17、酸味大水味发涩，有臭鸡蛋味。这些都属于积木年久，水中溶解许多杂质的原因。含铁能使水变成红色酸性属于积木年久，水中溶解许多杂质的原因。含铁能使水变成红色酸性水发涩，合硫化氢的水有臭鸡蛋味。水发涩，合硫化氢的水有臭鸡蛋味。第二节第二节 矿井防水矿井防水n n2 2）透水时采取的措施）透水时采取的措施）透水时采取的措施）透水时采取的措施n n(1)(1)尽快掌握透水事故的地点、水量、已经淹没或可能淹没的巷道尽快掌握透水事故的地点、水量、已经淹没或可能淹没的巷道用不同方法尽快通知井下可能受威胁的一切人员撤到安全地点。用不同方法尽快通知井下可能受威胁的一切人员撤到安全地点。n n(2)(2)组织所有力量
18、，采取一切有效措施，迅速抢救遇险人员。组织所有力量，采取一切有效措施，迅速抢救遇险人员。n n(3)(3)加强通风，排除透水带来的有害气体，必要时先通风后组织抢救加强通风，排除透水带来的有害气体，必要时先通风后组织抢救人员。人员。n n(4)(4)排水期间，要经常检查有害气体的变化情况，并应时刻警惕再次排水期间，要经常检查有害气体的变化情况，并应时刻警惕再次透水。透水。透水。透水。n n3 3）恢复被淹矿井的方法）恢复被淹矿井的方法）恢复被淹矿井的方法）恢复被淹矿井的方法n n (1)(1)直接排干法。对于水量不大、水泥有限或与其它水源无通道联系的被淹直接排干法。对于水量不大、水泥有限或与其它
19、水源无通道联系的被淹井巷，可以通过增加排水设备，加大排水能力的方法，直接排干被淹井巷。井巷，可以通过增加排水设备，加大排水能力的方法，直接排干被淹井巷。n n (2)(2)先堵后排法。当井下涌水特别大，单纯采用排水方法无法恢复时，则可先堵后排法。当井下涌水特别大，单纯采用排水方法无法恢复时，则可先进行堵水，截断水源再进行排水。先进行堵水，截断水源再进行排水。第三节第三节 矿井排水矿井排水一、排水方式一、排水方式n n矿井排水通常是指将涌入矿井的水流集中起来并排至地面。矿井排水方式可分为自流式和矿井排水通常是指将涌入矿井的水流集中起来并排至地面。矿井排水方式可分为自流式和扬升式两种。在地形许可的
20、条件下，利用平硐自流排水是最经济、最可靠的方法。但它受扬升式两种。在地形许可的条件下，利用平硐自流排水是最经济、最可靠的方法。但它受地形条件限制，多数矿井没有这种条件，需要采用扬升式排水。地形条件限制，多数矿井没有这种条件，需要采用扬升式排水。n n扬升式排水是借助于水泵将水排至地面。扬升排水可分为固定式和移动式两种。井下水泵扬升式排水是借助于水泵将水排至地面。扬升排水可分为固定式和移动式两种。井下水泵房一般采用固定式；在平巷掘进时，采用移动水泵，在巷道低洼处开掘水窝将水排除；在房一般采用固定式；在平巷掘进时，采用移动水泵，在巷道低洼处开掘水窝将水排除；在掘进竖井和斜井时，把水泵吊在专用钢丝绳
21、上，随掘进工作面前进而移动。掘进竖井和斜井时，把水泵吊在专用钢丝绳上，随掘进工作面前进而移动。二、排水设备和管路二、排水设备和管路n n目前，矿井所采用的排水设备，多为卧式电动离心式水泵。目前，矿井所采用的排水设备，多为卧式电动离心式水泵。n n单级离心式水泵包括外壳和叶轮（亦称动轮），下面装有吸水管，上面装有排水管。当扬单级离心式水泵包括外壳和叶轮（亦称动轮），下面装有吸水管，上面装有排水管。当扬程低时采用单级水泵，当扬程高时，采用多级水泵，即在一根轴上串联若干个叶轮，最多程低时采用单级水泵，当扬程高时，采用多级水泵，即在一根轴上串联若干个叶轮，最多时可串联时可串联11111212个叶轮。个
22、叶轮。n n排水管路一般采用焊接钢管或无缝钢管，当压力小于排水管路一般采用焊接钢管或无缝钢管，当压力小于1MPa1MPa时可采用铸铁管。时可采用铸铁管。n n水泵的排水能力及台数以及排水管路的敷设，均应符合水泵的排水能力及台数以及排水管路的敷设，均应符合规程规程有关规定。有关规定。n n水泵安设在井下中央水泵房，排水系统。水泵安设在井下中央水泵房，排水系统。 第三节第三节 矿井排水矿井排水图17-1 单级离心式水泵1机壳;2叶轮;3排水管;4吸水管;5闸阀; 6逆止阀;7灌水漏斗;8压力计;9真空计图17-2 中央水泵房布置 1水泵;2防水门;3轨道转盘;4吸水井;5固定起重梁;6手动葫芦;7分水闸;8吸水口格栅; 9支承弯管;10防火门;11中央变电所，12管子道;13水仓;14配水井思 考 题n n1 1井下涌水发生的条件是什么？井下涌水发生的条件是什么？n n2 2矿井水源按其来源分为哪两类？矿井水源按其来源分为哪两类？n n3. 3. 造成矿井水灾的原因是什么？如何预防？造成矿井水灾的原因是什么？如何预防？n n4. 4. 矿井透水事故的预兆有哪些？防治矿井透水的矿井透水事故的预兆有哪些？防治矿井透水的 措施主要有哪些措施主要有哪些? ?n n5 5矿井排水方式可分为哪两种？矿井排水方式可分为哪两种？
