第6章礦井突水預兆及預測預報

1、第六章 礦井突水預兆及預測預報第一節(jié) 礦井突水預兆第二節(jié) 突水量估算第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng)第四節(jié) 礦井水害預測預報復習思考題第一節(jié) 礦井突水預兆 礦井突水是因為井下采掘活動破壞巖體天然平衡，采掘工作面周圍水體在靜水壓力作用下，通過斷層、隔水層和礦層的薄弱處進入采掘工作面。礦井突水這一現(xiàn)象的發(fā)生與發(fā)展是一個逐漸變化的過程，有的表現(xiàn)很快，有的表現(xiàn)很慢，這與工作面的具體位置、采場地質情況、水壓和礦山壓力有關。第一節(jié) 礦井突水預兆 從開拓工作面開始，發(fā)展到突水這段時間內，在工作面及其附近顯示出的某些異?，F(xiàn)象統(tǒng)稱為突水預兆。識別和掌握這些預兆，可以及時采取應急措施，撤離危險區(qū)人員，防止傷人事故的發(fā)生。第一

2、節(jié) 礦井突水預兆 一、 突水一般預兆 （1） 煤壁掛紅。這是因為水中含有鐵的氧化物，在通過煤層和巖層裂隙時，在裂隙表面會出現(xiàn)暗紅色水銹，一般認為巷道接近積水區(qū)。 （2） 煤壁掛汗。當采掘工作面接近積水區(qū)時，因水在自身壓力作用下，通過煤巖裂隙透過煤巖壁，聚成水珠，俗稱煤壁掛汗。第一節(jié) 礦井突水預兆 （5） 有時有“嘶嘶”的水叫聲。這是因為水體的水壓大，水向裂隙中擠壓發(fā)出的響聲，此時，預示著離水體不遠，即將突水。 （6） 礦壓增大，發(fā)生片幫、冒頂及底鼓。第一節(jié) 礦井突水預兆 二、 老空水突水預兆 老空水突水前，除有上述突水的一般預兆外，還有以下其特有的預兆： （1） 有臭雞蛋味。老空水一般有臭雞蛋

3、氣味，在工作面如果聞到有這種氣味時，就基本上可以判定前方有老空水。也可以用嘴來嘗嘗從工作面滲出的水，如果感到水味發(fā)澀，或者把水在手指間摩擦有發(fā)滑的感覺，可判斷是老空水突水的征兆。 第一節(jié) 礦井突水預兆 （2） 煤體松軟。由于前期開采活動的影響（如前期開采活動引起的礦壓、爆破震動等），在接近老空水時，煤體與正常情況相比，一般比較破碎松軟。 （3） 煤體顏色變暗無光澤。這是因為在老空水附近，煤體長期受到老空水的浸入，使煤體顏色變暗，失去光澤。第一節(jié) 礦井突水預兆 （3） 空氣變冷。當工作面接近積水區(qū)時，氣溫驟然下降，煤壁發(fā)涼，人一進去有陰冷的感覺，時間越長就越感到陰涼。 （4） 發(fā)生霧氣。當巷道內

4、溫度很高時，積水滲到煤壁后，引起蒸發(fā)而形成霧氣。第一節(jié) 礦井突水預兆 三、 工作面底板水突水預兆 （1） 工作面壓力增大，底板鼓起。造成底鼓的原因有兩種：一種是底板承壓含水體靜水壓力和礦山壓力共同作用的結果，這是突水預兆；另一種是受礦山壓力單方面作用而產(chǎn)生底鼓，一般不突水。第一節(jié) 礦井突水預兆 （2） 工作面底板產(chǎn)生裂隙，并逐漸增大。 （3） 裂隙或煤幫向外滲水，隨著裂隙的增大，水量增加。當?shù)装鍧B水量增大到一定程度時，煤幫滲水可能停止。此時，水色時清、時濁，底板活動時水變渾濁，底板穩(wěn)定時水色變清。第一節(jié) 礦井突水預兆 （4） 底板破裂，沿裂縫有高壓水噴出，并伴有“嘶嘶”聲或刺耳的水聲。 （5）

5、 底板發(fā)生“底爆”，伴有巨響，地下水大量涌出，水色呈乳白或黃色。第一節(jié) 礦井突水預兆 四、 松散孔隙含水層突水預兆 （1） 突水部位發(fā)潮、滴水、淋水，且滴水現(xiàn)象逐漸增大或滴水、淋水現(xiàn)象持續(xù)時間較長，仔細觀察有時會發(fā)現(xiàn)水中含有少量細沙。 （2） 發(fā)生局部冒頂，水量突增并出現(xiàn)流沙，流沙常呈間歇性，水色時清、時濁，總的趨勢是水量、沙量增加，直至流沙大量涌出。第一節(jié) 礦井突水預兆 （3） 頂板發(fā)生潰水、潰沙。這種現(xiàn)象可能影響到地表，致使地表出現(xiàn)塌陷坑。 在具體的突水事故過程中，上述預兆并不一定全部表現(xiàn)出來，所以應該細心觀察，認真分析和判斷。第一節(jié) 礦井突水預兆 事故發(fā)生的直接原因是：該礦20101回風

6、巷掘進工作面附近小煤窯老空區(qū)積水情況未探明，且在發(fā)現(xiàn)突水預兆后未能準確識別和判斷，也沒有及時采取撤人措施。第一節(jié) 礦井突水預兆 【案例6-1】2010年3月28日，山西一基建煤礦在施工過程中，在掘進工作面迎頭后方78 m處的巷道右?guī)蜐B水，當班技術員和項目部副經(jīng)理命令停止掘進，并向項目經(jīng)理匯報，也咨詢了物探技術員。但是，項目經(jīng)理沒能作出正確判斷，也沒有采取有效防范措施，結果發(fā)生了重大透水事故，造成38人死亡，115人受傷，直接經(jīng)濟損失4 900萬元。第二節(jié) 突水量估算 一、 突水量現(xiàn)場測量方法 礦井突水時期，現(xiàn)場實際突水量的估算通常采用浮標法、水泵標定法、容積法等3種方法。這3種方法均未考慮突水

7、前的水量，計算時若有原出水量，則減去。第二節(jié) 突水量估算 1.浮標法 礦井發(fā)生突水后，初期水量一般較小，可在巷道的水溝內測定其水量。第二節(jié) 突水量估算 選用一段長5 m左右的規(guī)整水溝，清除溝內雜物，選擇上下兩個斷面，測出其過水斷面面積之和，取過水斷面面積的平均值（F），測量這兩斷面之間的距離（L），然后將一很輕的浮標從水溝上游斷面處投入水中，同時記下起始時間，當浮標到達下游斷面時，再下到達時間，其時間差即為浮標流經(jīng)距離（L）所需的時間（t）。第二節(jié) 突水量估算 其突水量的計算公式為： Q=KFL/t 式中Q突水量，m3/min； L兩個過水斷面之間的距離，m； F兩個過水斷面面積的平均值，m2

8、； t浮標流經(jīng)L距離所需時間，min； K斷面系數(shù)，與水深和水溝粗糙度有關，如表6-1所示。第二節(jié) 突水量估算 這里需要說明的是，在實際工作中，上述測量步驟一般要在3次以上，最后取平均值作為測量結果。第二節(jié) 突水量估算 2.水泵標定法 礦井突水后，一般應增開水泵或增加水泵運轉時間。其突水量的計算公式為： Q=KNW+SH/t （6-2） 式中 Q 突水量，m3/min； W水泵的銘牌排水量，m3/min； N增開的水泵臺數(shù)，臺； Ht時間內水位的上升高度，m； S水倉的水平斷面積，m2； t 水位上漲H高度所用的時間，min； K水泵排水系數(shù)。第二節(jié) 突水量估算 對于K值，新泵排清水取1.0，

9、新泵排渾水取0.9；舊泵排清水取0.8，舊泵排渾水取0.7；雙臺老泵單管排水取0.6。第二節(jié) 突水量估算 3.容積法 容積法計算突水量的實質就是根據(jù)淹沒巷道的體積進行計算，其采用的公式為： Q=V/t 或 Q=SH/t式中Q突水量，m3/min； V下水平巷道的淹沒體積，m3； t 淹沒時間，min； S 下水平不同點水平斷面面積，m2； H在t時間內水位的上升高度，m。第二節(jié) 突水量估算 4.堰測法 堰測法是指在井下排水溝中設置測水堰板，使水流通過一定形狀的堰口，實測堰口水流高度，根據(jù)相應經(jīng)驗公式計算涌水量。堰測法采用的測水堰板通常有三角堰、梯形堰和矩形堰。第二節(jié) 突水量估算第二節(jié) 突水量估

10、算 5.流速儀法 流速儀法是指使用流速儀測定水流速度，實測水流斷面，然后計算涌水量。測流速時斷面的位置應選擇在水溝平直、底部平坦、水流平穩(wěn)的地段。第二節(jié) 突水量估算 1.算術疊加法 其計算公式為： iiitQVn1式中 V突水開始到某一時刻止突水的總體積，m3； Qi從突水開始分段計算的突水量，m3/min； ti從突水開始到某一時刻止，與上述水量相對應的連續(xù)時間段，min。第二節(jié) 突水量估算 2.曲線求積儀法 在直角坐標紙上，繪出涌水量變化曲線。其橫坐標為時間t，縱坐標為涌水量Q，繪出從突水開始到某一時刻涌水量的變化曲線。在曲線圖上用求積儀量出坐標軸與曲線所包圍的全面積，用該面積乘以單位面積

11、所代表的水量，即得出水淹沒的總體積。第二節(jié) 突水量估算 二、 突水量估算 在突水搶險過程中，需及時掌握從突水開始到某一時刻的突水總量。第二節(jié) 突水量估算 三、 淹沒時間預計 礦井突水后，應定時測量水量及水位上漲速度，并及時預測某一標高、某一水平和整個礦井的淹沒時間，這對搶險排水具有重要意義。 礦井透水時，涌水量常呈不穩(wěn)定狀態(tài)。在水量變化的情況下，水位上升使礦井淹沒的時間可由下式計算：第二節(jié) 突水量估算平QVVV321t式中t 礦井淹沒時間，min； V1礦井巷道、硐室和采掘工作面體積，m3； V2采空區(qū)的空隙體積，m3； V3已疏干含水層的裂隙體積，m3； Q平預測到某一時刻涌水量與最后一次實

12、測涌水量的平均值，m3/min。第二節(jié) 突水量估算 在上式中，應該認真分析礦井淹沒過程，一般來說，由于礦井水是由上往下流，先淹沒下部空間，再淹沒上部空間；但是，當往下流水的通道被堵塞時，下部空間部分沒有淹沒，便迅速淹沒上部空間，不了解這一點，將可能給搶險救援工作造成非常被動的局面。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 礦井排水系統(tǒng)是礦井必不可少的主要生產(chǎn)系統(tǒng)之一，其作用就是將煤礦井下涌出的礦井水及時、安全可靠、經(jīng)濟合理地排至地面，確保煤礦井下作業(yè)人員的生命安全和礦井安全生產(chǎn)。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 一、 主排水系統(tǒng) 礦井主排水系統(tǒng)由排水系統(tǒng)硐室和排水設備、設施兩大部分組成。礦井主排水系統(tǒng)硐室，主要由主排水泵房硐

13、室、水倉和管子道（管子間）組成；礦井排水設備、設施主要由水泵、電動機、供電電纜、排水管、啟動控制開關等組成。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 煤礦防治水規(guī)定第57條規(guī)定：礦井應當配備與礦井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配電設備和水倉等，確保礦井能夠正常排水。 礦井井下排水設備應當符合礦井排水的要求，除正在檢修的水泵外，應當有工作水泵和備用水泵。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 工作水泵的能力，應當能在20 h內排出礦井24 h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。備用水泵的能力應當不小于工作水泵能力的70。工作和備用水泵的總能力，應當能在20 h內排出礦井24 h的最大涌水量。檢修水泵的能力，應當不小于工作水泵能力的

14、25。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 水文地質條件復雜或者極復雜的礦井，還要在主泵房內預留安裝一定數(shù)量水泵的位置，或者增加相應的排水能力。 排水管路應當有一定的備用量。工作水管的能力，應當能配合工作水泵在20 h內排出礦井24 h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力，應當能配合工作和備用水泵在20 h內排出礦井24 h的最大涌水量。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 配電設備的能力應當與工作、備用和檢修水泵的能力相匹配，并能保證全部水泵同時運轉。 礦井主要泵房應當至少有2個安全出口，一個出口用斜巷通到井筒，并高出泵房底板7 m以上；另一個出口通到井底車場。在通到井底車場的出口通路內，應當設置易于關閉的既能防水又能防火

15、的密閉門。泵房和水倉的連接通道，應當設置可靠的控制閘門。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 礦井主要水倉應當有主倉和副倉，當一個水倉清理時，另一個水倉能夠正常使用。 新建、改擴建礦井或者生產(chǎn)礦井的新水平， 正常涌水量在1 000 m3/h以下時，主要水倉的有效容量應當能容納8 h的正常涌水量。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 正常涌水量大于1 000 m3/h的礦井，主要水倉有效容量可以按照下式計算： ）（30002QV式中V主要水倉的有效容量，m3；Q礦井每小時的正常涌水量，m3。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 礦井最大涌水量與正常涌水量相差大的礦井，排水能力和水倉容量應當由有資質的設計單位編制專門設計，由煤礦企業(yè)總工程師組織

16、審查批準。 水倉進口處應當設置箅子，對水沙充填、水力采煤和其他涌水中帶有大量雜質的礦井，還應當設置沉淀池。水倉的空倉容量應當經(jīng)常保持在總容量的50%以上。 第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 水泵、水管、閘閥、排水用的配電設備和輸電線路，應當經(jīng)常檢查和維護，在每年雨季前，應當全面檢修1次，并對全部工作水泵和備用水泵進行1次聯(lián)合排水試驗，發(fā)現(xiàn)問題，及時處理。 水倉、沉淀池和水溝中的淤泥，應當及時清理；每年雨季前，應當清理1次。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 采區(qū)水倉的有效容量應當能容納4 h的采區(qū)正常涌水量。 煤礦防治水規(guī)定第101條規(guī)定：鉆孔放水前，應當估計積水量，并根據(jù)礦井排水能力和水倉容量，控制放水流量，防止淹井

17、；放水時，應當設有專人監(jiān)測鉆孔出水情況，測定水量和水壓，做好記錄。如果水量突然變化，應當及時處理，并立即報告礦調度室。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 二、 采區(qū)排水系統(tǒng) 采區(qū)排水系統(tǒng)的建立要依據(jù)采區(qū)的涌水量來建立，須配備工作水泵、備用水泵和檢修水泵，水泵能力配備標準和主排水設施相同，只是依據(jù)的是采區(qū)涌水量，并要合理地配置好相關的水管、供電等設施、設備。第三節(jié) 礦井排水系統(tǒng) 鉆孔放水前，在考慮礦井排水能力外，如果涉及水平、采區(qū)，還應根據(jù)水平、采區(qū)排水能力和水倉容量，控制放水流量，防止淹水平、采區(qū)。當在工作面、掘進頭探水，水不能自流到采區(qū)、水平或礦井主排水系統(tǒng)時，則需要在工作面、掘進頭低洼處建立臨時排水系統(tǒng)

18、，其排水能力滿足探放水需要，鉆孔放水時，也必須控制放水流量，防止淹工作面、掘進頭。第四節(jié) 礦井水害預測預報 為提高礦井抗災能力，防范水害事故發(fā)生，在煤礦生產(chǎn)過程中必須提前做好水害預測預報，探清楚和排除各種水害后方可進行采掘生產(chǎn)。煤礦防治水規(guī)定對采掘工作面水害的預測預報工作作了專門規(guī)定。第四節(jié) 礦井水害預測預報 一、 水害預測預報的主要內容 水害預測預報主要是對即將采掘影響范圍內的施工層位、地質構造、突水可能性、涌水量大小等進行預測，并根據(jù)水害影響情況提出相應的防治水措施，主要內容包括：第四節(jié) 礦井水害預測預報 （1） 采掘工作面前方可能揭露的斷層、褶曲等地質構造，并對可能造成的危害性進行評價。

19、 （2） 采掘工作面周圍是否存在老空老巷、各種含水體及導水通道，并對涌水范圍、位置及水位、涌水量作出分析判斷和危害性評價。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （3） 對物探異常區(qū)分布情況及危害程度進行評價。 （4） 結合工作面內部及附近鉆孔，并參照礦井綜合水文地質圖中隔水層等厚線圖，分析底板隔水層厚度變化，對突水可能性進行預測。 （5） 預測預報下一步可能出水的位置，水源、水量變化趨勢，并作出危害程度評價。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （6） 根據(jù)預測預報出水位置和水量，對排水設備、設施和排水管路進行排查，評價水泵、排水管路、排水溝、水管、水槽、臨時排水水倉等是否滿足要求。 （7） 針對采掘工作面及開口巷道

20、前方上述各類水害因素分析，提出有針對性的防治水措施。第四節(jié) 礦井水害預測預報 二、 水害預測預報的種類與方法 1.水害預測預報的種類 根據(jù)煤礦防治水規(guī)定的要求，目前常用的預測預報有：年度預測預報、月預測預報、臨時預報、掘進工作面施工前預報、采煤工作面回采前預報。第四節(jié) 礦井水害預測預報 2.水害預測預報的方法 每年年初，根據(jù)當年的采掘接替計劃，結合礦井水文地質資料，全面分析水害隱患，提出水害分析預測表及水害預測圖。 在采掘過程中，對預測圖、表逐月進行檢查，不斷補充和修正。發(fā)現(xiàn)水患險情，及時發(fā)出水害通知單，并報告礦調度室，通知可能受水害威脅地點的人員撤到安全地點。第四節(jié) 礦井水害預測預報 生產(chǎn)過

21、程中，發(fā)現(xiàn)異常情況，應進行臨時預測預報，并及時將水害情況報告礦調度室，通知可能受水害威脅地點的人員撤到安全地點。第四節(jié) 礦井水害預測預報 在礦井受水害威脅區(qū)域，進行巷道掘進前，應當采用物探、化探和鉆探等方法查清水文地質條件。地測機構應提出水文地質情況分析報告，并提出水害防范措施，經(jīng)礦井總工程師組織生產(chǎn)、安監(jiān)和地測等單位審查批準后，方可進行施工。第四節(jié) 礦井水害預測預報 礦井工作面采煤前，應當采用物探、鉆探、巷探和化探等方法查清工作面內斷層、陷落柱和含水層（體）富水性等情況。地測機構應當提出專門水文地質情況報告，經(jīng)礦井總工程師組織生產(chǎn)、安監(jiān)和地測等有關單位審查批準后，方可進行回采。發(fā)現(xiàn)斷層、裂隙

22、和陷落柱等構造充水的，應當采取注漿加固或者留設防隔水煤（巖）柱等安全措施，否則，不得回采。第四節(jié) 礦井水害預測預報 日常工作中每個月都要進行預測預報，提出水害預測預報表，如表6-2、表6-3、表6-4所示。第四節(jié) 礦井水害預測預報第四節(jié) 礦井水害預測預報第四節(jié) 礦井水害預測預報月末要根據(jù)各采掘工作面影響范圍內的施工層位、涌水量、附近老空區(qū)、物探異常區(qū)、封閉不良鉆孔、水井、地表水、防排水設施、通訊設施等情況的分析，對前方施工層位、地質構造、突水可能性、涌水量大小進行預測預報，并對防治水設計及措施作出具體評價，評價結論滿足安全生產(chǎn)需要后方可組織作業(yè)。第四節(jié) 礦井水害預測預報 3.水害預測預報的組織

23、實施 （1） 采掘工作面水害預測預報分礦井預報和上一級主管部門審核2個階段：第四節(jié) 礦井水害預測預報 生產(chǎn)礦井每月末根據(jù)下月生產(chǎn)計劃安排，以采掘工作面為單元、以煤礦為單位進行水害預測預報，煤礦總工程師組織審查合格后報上一級主管部門審核。 上一級主管部門對煤礦報送的預測預報進行嚴格審核，確認預測預報正確無誤、簽署意見后，返回礦井落實執(zhí)行。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （2） 生產(chǎn)礦井及上一級主管部門對水害預測預報日常管理實行部門分工負責制，各業(yè)務部門的分工為： 采掘生產(chǎn)部門負責工作面施工進度及防治水工程管理。 機電部門負責采掘工作面防治水工作的排水設施（供電、水泵、管路）管理。第四節(jié) 礦井水害預測預

24、報 調度部門負責采掘工作面防治水工作的通訊、調度、水倉、水溝管理。 地測防治水部門負責采掘工作面的地質、水文地質預測預報、防治水設計和措施編制與指導實施。 安監(jiān)部門負責防治水設計、措施的監(jiān)督實施。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （3） 各生產(chǎn)礦井要成立預測預報小組，由礦長統(tǒng)一負責，總工程師具體組織。礦井各業(yè)務部門負責收集采掘工作面有關防治水信息并填寫水害預測預報表，由地測部門負責匯總。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （4） 生產(chǎn)礦井每月底前由總工程師組織，各生產(chǎn)業(yè)務部門參加，對當月預測預報效果進行評價總結分析，對下月預測預報進行會審。根據(jù)對地質條件及水害分析，對采掘工作面及巷道開口進行水害綜合評價，查出水

25、害隱患和監(jiān)控重點，制定防范措施，經(jīng)業(yè)務部門負責人、總工程師、安全礦長、礦長簽字確認后，上報集團公司或市、縣（市、區(qū)）煤炭局地測防治水部門審核。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （5） 集團公司或市、縣（市、區(qū)）煤炭局每月初由主管地測防治水工作的主管領導組織地測、防治水、生產(chǎn)、機電、安監(jiān)、調度等部門，對各礦上報的水害預測預報進行會審，審核施工地點是否存在突水可能性，并對防治水措施提出意見和建議，第四節(jié) 礦井水害預測預報預測預報本月生產(chǎn)過程中存在的防治水重大安全隱患，提出當月水害監(jiān)控重點，經(jīng)會審人員簽字后落實實施。對采掘工作面預測預報會審沒有通過的，立即通知礦方停產(chǎn)重新評價。第四節(jié) 礦井水害預測預報 （6） 集團公司或市、縣（市、區(qū)）煤炭局地測防治水部門每月通報水害預測預報綜合評價意見和水害監(jiān)控重點，各礦根據(jù)水害評價通報和監(jiān)控重點，進一步完善和落實防治水措施。第四節(jié) 礦