煤礦水害及防治-PPT課件

1、煤礦水害及防治 主講：王 毅 博士 太原理工大學 2022/7/251一 礦井水災及危害二 礦井水的來源與水文地質類型三 煤礦水災典型案例分析四 我國煤礦水災特點、原因（存在問題）五 煤礦井下透水征兆六 煤礦水害預防及治理七 煤礦井下避災路線、救災與應急預案八 太原市東山煤礦水害及治理九 結論2022/7/252（一）水是人類生存最基本的資源 工業(yè)、農業(yè)、各行各業(yè)最基本的資源（二）中國水資源特點 、人均為世界的四分之一 、分布不均南多北少（南水北調） 、集中在夏季（水災）水資源與煤炭開發(fā)2022/7/253（三）山西水資源特點： 1、人均是全國的

2、17%,嚴重缺水。 2、山西是黃土高原，三面低、水外流。桑干河河北、北京官廳水庫滹沱河河北、平山縣西北坡娘子關水河北石家莊漳河水河南林縣紅旗渠沁河水河南 3、太原市人均水資源是全國的7.4%，世界最嚴重缺水的城市之一2022/7/254（四）引黃工程 30年代，閻錫山提出，調研考察，七七事變停止，解放后一直提。90年代才開始，中央批準，全年引水12億方.（五）煤炭開發(fā) 吃水困難 水資源破壞 土地荒廢 生態(tài)環(huán)境惡化2022/7/255一 礦井水災及危害1、礦井水災 煤礦突然大量透水，采掘工作面或井巷被淹，礦井局部或全部停產，財產損失、人員傷亡的事故。2、礦井水災危

3、害： 1）縮短礦井服務年限 煤炭部統(tǒng)計： 統(tǒng)配煤礦600個礦井，225處受水害威脅，占1/3強。400億噸儲量，109億噸不能或不敢采。 2）財產損失、人員傷亡 煤炭部統(tǒng)計：19551990發(fā)生水災821次，淹井227次。直接經濟損失37億，人員傷亡1380人。3）20192019發(fā)生水災122起，死亡518人。4）王家?guī)X煤礦透水事故 153人被困，115人獲救。2022/7/256二 礦井水的來源與水文地質類型一、礦井水的來源 （一）地表水：河流、湖泊、水庫、雨水、洪水-滲入或直接流入 （二）地下水：1、概念 含水層有空隙，含有水且能透水的巖（土）層 隔水層不含水，且能阻止水

4、通過的巖（土）層2、按空隙性質分類： 孔隙水松散巖層（砂層礫石層）孔隙中的水。 裂隙水整體巖層（砂巖）裂隙中的水。 巖溶水石灰?guī)r裂隙溶洞中的水。2022/7/2573、按埋藏條件分類：潛水地表下第一個隔水層上，具有自由水面的重力水。層間水兩個隔水層之間含水層的水。無壓層間水含水層未充滿水，水面不受壓，具有潛水性質。有壓層間水含水層充滿水，水對上面隔水層有壓力(承壓水)。4、含水層水量豐富的影響因素：含水層的厚度。含水層的透水性質。承壓水的壓力。5、一般規(guī)律： 地下水水壓高、水量大、來勢猛、突然涌出、危險最大 、最主要水源。2022/7/258（三）老窖（空水）

5、老窖水小煤窯采空區(qū)水、巷道積水。 老空水本礦采空區(qū)巷道積水。（四）斷層水 斷層地層斷裂錯位，形成的破碎帶。 斷層將地下各含水層連通，甚至與地表水連通。（五）陷落柱（無炭柱）水 石灰?guī)r大溶洞塌陷，形成柱狀的破碎帶，將含水層連通。2022/7/259二、煤礦水文地質類型1、分類的目的與水害作斗爭。2、分類因素 含水層的富水性（單位涌水量大小，q，L/min) 老窖（空）水分布（王家?guī)X114個，現有18個) 礦井涌水量 地質構造（斷層、陷落柱） 突水量分布 受水害影響的程度 防治水難度3、分為四類：簡單、中等、復雜、極復雜 （見規(guī)定P67 表21）2022/7/2510tyut.ed

6、u三 煤礦水災典型案例分析一、西山官地礦暴雨（洪水）淹井事故 2019年8月4日，太原西山暴雨引發(fā)洪水，通過小煤礦涌入官地礦，從平硐流出。井巷被淤泥充填，停產6個月，迎澤西大街堵塞，1個月不通車二、潞安五陽煤礦河水（漳河）涌入井下事故 因下大雨，河水猛漲沿沉降裂隙涌入井下，該礦二水平被淹停產。三、吉林梅河一井，水庫的水與泥沙涌入井下事故 1977年12月19日，上山絞車房施工，距水庫底僅7米，發(fā)生透水，64人死亡，93人負傷。2022/7/2511四、王家?guī)X透水事故 2019年3月28日，20191工作面回風巷，迎頭老窖水、砂巖裂隙水補給，透水強度28817m3/h. 被淹范圍

7、583.168m以下標高所有巷道。五、山東淄博北大井淹井事故 1935年5月19日，奧灰?guī)r承壓水沿斷層涌入井內，三天礦井全部被淹，涌水量443m3/min，538名礦工遇難，世界罕見。2022/7/2512六、開灤范各莊特大透水事故1、簡介 1984年6月2日，通過陷落柱，強大的奧灰水涌入井內，水量為2053m3/min，20h55min淹沒了年產310萬噸的特大型礦井。 6月6日，突破與呂家坨礦的邊界煤柱涌入呂礦，水量為388.8m3/min，呂礦被淹停產（煤柱僅7米） 6月25日，與呂礦相連的林西礦，邊界煤柱滲水，每分鐘18m3/min，該礦受到嚴重威脅，被迫停產（煤柱僅1

8、6米） 與林西礦相鄰的唐家莊、趙各莊，因歷史原因無隔離煤柱，也受水害威脅，被迫處于半停產狀態(tài)。2022/7/2513范各莊特大透水相鄰各礦位置示意圖2022/7/25142、危害 共損失煤炭500萬噸，減產1141.7萬噸，治水直接經濟損失4.95億元，共有11名礦工遇難。 由于奧灰水大量涌入井內，水位大幅下降，范各莊突水點以北67km范圍內出現了17個直徑10m,深310m的塌陷坑，而后又連成一片，該區(qū)域飲水井水位下降，造成20萬居民缺乏飲用水。3、原因 陷落柱導水，探水鉆孔將高壓水引出。2022/7/25154、治水：a.鉆探、物探、摸清陷落

9、柱形態(tài)和過水通道。b.強排，控制水位，確保林西礦不被水淹，消除危險，首先復產。c.注漿截水，呂范兩礦邊界不過水，再強排，呂礦復產。d.注漿封堵出水點（地面大鉆孔充填注漿）再強排，范礦復產。 該綜合治理特大透水事故獲煤炭部科技進步特等獎。2022/7/2516四 我國煤礦水災特點、原因(存在問題)一、我國煤礦水災特點1、水害主要發(fā)生在鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦（含非法煤礦） 20192008年 122起事故 有97起 占79.5% 56起較大以上水害 有45起 占80.4%2、透水事故主要水源為老窖（空）水和地表水 20192019年 56起較大以上水害中 老窖（空）透水 51起 死亡384人，

10、分別占 91.1% 91.8% 地表水透水 5起 ，死亡34人，分別占 8.9% 8.2% 2022/7/25173、掘進工作面是發(fā)生透水事故的主要地點 56起較大事故， 有45起，占80.4%。4、非法生產造成透水事故比例高 56起較大事故， 有23起，死亡112人，分別占 41% 41.1%。5、瞞報事故時有發(fā)生 56起較大事故， 有10起，死亡86人，分別占 17.9% 20.6%。2022/7/2518二、我國煤礦水害原因（存在問題）1、水文地質資料不清 1）礦井原有水文地質資料有問題 2）老窖（空）分布、積水程度更不清楚 王家?guī)X 自古以來查出老窖114

11、個，采深 100300米，最大500米，事故前有18個 （井田內有6個，相鄰12個） 與水害作斗爭如何做到 知己知彼 規(guī)定第二章 第2節(jié) 礦井防治水基礎資料 第三章 水文地質補充調查與勘探2022/7/25192、破壞防隔水煤柱 為什么留 什么地方留 留多大 影響因素是什么3、防治水工作不到位，探放水措施沒落實防治水工 程質量差4、透水征兆明顯，仍違規(guī)生產（王家?guī)X）5、監(jiān)管不到位或機構重復，責任不明確防隔水煤柱2022/7/2520五 煤礦井下透水征兆一、一般透水征兆（共性）1、礦山壓力增大，折梁、斷柱、頂板下沉、底鼓2、水氣特征：有霧氣、 煤潮濕、 變冷、 水

12、珠 、滴水、淋水變大3、水清凈說明水還遠，水混濁，已接近水源，已出現壓力水流，離水源很近二、老窖（空）水征兆 有大量的H2S氣體或呈酸性，有臭雞蛋味、水發(fā)澀、掛紅、有鐵銹色水跡三、頂板孔隙含水層 水中含細沙、 時清時混、水量增大、 砂量增大。四、底板巖溶水 底鼓，有水的嘶嘶聲或刺耳水聲，水色發(fā)黃或發(fā)灰，有時也“掛紅” 注意： 特殊情況、假象、麻痹2022/7/2521六 煤礦水害預防及治理（規(guī)定第4、5、6章）一、地面防治水1、井口、主要建筑物標高，高出當地最高洪水位2、建立輸水、防水和排水系統(tǒng)3、做好地表水堵漏、地面裂縫的填塞工作4、對河水改道或構筑防滲帷幕墻5、及時封閉報廢

13、的鉆孔及井口6、健全防治水機構，加強雨季、洪水的巡視及防范 防、排、疏、截、堵2022/7/25221、留設防隔水煤（巖）柱1）為什么要留煤（巖）柱防止透水事故2）什么地方留防隔水煤（巖）柱（規(guī)定第52條 ）煤層露頭風化帶地表水體、含水沖擊層下和水淹區(qū)鄰近地帶與富含水層有水力聯系的斷層、裂隙帶或強導水斷層接觸的煤層有大量積水的老窖和采空區(qū)導水、充水的陷落柱、巖溶洞穴或地下暗河分區(qū)隔離開采邊界、礦界受保護的觀測孔、注漿孔和電纜孔等。二、井下防治水2022/7/25233）防隔水煤柱尺寸的影響因素水文地質條件；煤的物理力學性質；地質構造；煤層賦存條件；開采方法；巖層

14、移動規(guī)律；采深。4）采空區(qū)上覆巖層破壞的普遍規(guī)律(上三帶)垮落帶（冒落帶）直接頂不規(guī)則冒落裂縫帶老頂斷裂，成規(guī)則排列彎曲下沉帶可直達地面巖層移動角（地表移動范圍）2022/7/2524 I垮落帶；II裂縫帶；III彎曲下沉帶2022/7/25252022/7/25265）防隔水煤柱尺寸的計算 無公認完善的計算方法，理論計算僅供參考 工程類比選取 注規(guī)定附錄三共9種情況的計算）6）防隔水煤柱的最小尺寸規(guī)定井田露頭、斷層兩邊20m 老窯、老空水體下掘進 巷道與水體的最小距離10倍巷道高度老窯、老空水體下回采 防隔水煤柱導水裂隙帶最大高度+保護帶厚度(

15、10m）兩礦人為邊界防隔水煤柱總寬度40m 2022/7/2527采掘空間礦山壓力分布規(guī)律（三區(qū)圖）煤柱支承壓力分布圖2022/7/25282、排水系統(tǒng)工作水泵：20h排出24h正常涌水量工作水泵備用水泵 水泵房的要求：第59條水倉的容量要求：第60條水倉水泵(水泵房)排水管地 面20h排出24h正常涌水量(雨季)2022/7/25293、水閘門與水閘墻 規(guī)定第四章 第4節(jié) 水文地質復雜、極復雜礦井A、井底車場附近設防水閘門 B、或增設潛水電泵排水系統(tǒng)在突水危險的采掘區(qū)域，其附近設置防水 閘門（第67條）防水閘門的規(guī)定與管理（第68、69條）20

16、22/7/25304、疏干開采與帶壓開采 規(guī)定第四章 第5節(jié) 疏干開采（第72 76條） 煤層頂板含水層、老空水先疏干、后開采帶壓開采（第7779條） 隔水層厚度大，能承受的水壓值實際水壓值 開采后，隔水層不破壞，底板不突水可帶壓開采 1)安全隔水層厚度計算公式：2022/7/25312)突水系數計算公式： T=P/M P-水壓，MPa M-隔水層厚度，m3)臨界突水系數（全國經驗數據） 正常塊段0.1MPa/m 構造破壞 0.06MPa/m 隔水層厚度小能承受的水壓值實際水壓值（第78條）a、疏水降壓：使實際水壓降到安全水壓以下；b、如承壓水補給邊界查清，可先

17、進行帷幕灌漿，截斷水源，再疏水降壓；2022/7/2532C、如承壓水補給充沛d、東山煤礦改革采煤方法：縮短工作面長度，減少底板破壞高度. 從下山最低處先回采先采最危險的工作面足夠的排水系統(tǒng)構筑防水閘門進行奧灰水的動態(tài)監(jiān)控及時發(fā)現出水點使水壓降到安全水壓改造含水層加固隔水層采用局部注漿2022/7/25335、注漿堵水規(guī)定第四章第六節(jié)1)注漿封堵突水點（第81條）圈定突水點位置探明突水補給水源探明突水通道的性質與大小編制注漿堵水方案（施工組織設計）封堵突水點疏干開采被壓煤層2）帷幕注漿 第82條實質是截2022/7/25343）巷道穿過導水斷層、

18、裂隙帶、陷落柱等構造探水前進 超前預注漿堵水加固必要時預先構筑防水閘門 壁后注漿處理4）回采工作面有導水斷層、裂隙帶、陷落柱時留防隔水煤柱采用注漿方法封堵導水通道 上面5項內容就是防、排、疏、堵、截得綜合治理原則2022/7/25356、注漿基礎知識1）注漿設備 泥漿泵；專用注漿泵；各種封孔器2）注漿材料 水泥；水泥-水玻璃；粘土、粉煤灰； 化學漿；砂子、石子、爐灰；速凝劑。3）注漿孔布置4）注漿種類 滲透注漿；擠壓注漿；充填注漿。5）注漿參數 擴散半徑；注漿量；注漿壓力。2022/7/2536三、井下探放水規(guī)定第五章1、防治水原則1）水文條件簡單、中等的礦井：

19、 預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采2）水文條件復雜、極復雜的礦井 預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采2、采掘遇有下列情況，應當（必須）進行探放水(第92條)1）接近水淹或者可能積水的巷道、老空或者相鄰煤礦。2）接近含水層、導水斷層、暗河、溶洞和導水陷落柱。3）打開防隔水煤（巖）柱進行放水前。2022/7/25374）接近可能與河流、湖泊、蓄水池、水井等相同的斷層破碎帶。5）接近有出水可能的鉆孔。6）接近水文地質條件復雜的區(qū)域。7）采掘破壞影響范圍內有承壓含水層或者含水構造、煤層與含水層間的防隔水煤（巖）柱厚度不清楚，可能發(fā)生突水。8）接近有突水的灌漿區(qū)。9）接近可能有

20、其他突水的地區(qū)。2022/7/25383、概念1）探水線有疑問，開始探水的位置。2）探水鉆孔主要參數超前距探水孔終孔位置始終超前工作面的距離。允許掘進距離探水無水時，安全掘進的長度幫距最外側探水孔所控制的范圍與巷道幫的距離 幫距超前距或小（12)m,幫距一般20米?？组g距探水孔允許掘進終點處的間距。 3）探水鉆孔布置方式 扇形布置三面受水威脅 半扇形布置巷道一側受水威脅4）鉆孔直徑與數目直徑：一般為（4675）mm最大不宜超過91mm孔數3個 2022/7/2539探水鉆孔參數示意圖2022/7/25404、布置探放水鉆孔的規(guī)定 規(guī)定 第94條5

21、、安裝鉆機操作前的規(guī)定 規(guī)定 第96條6、探水鉆孔超前距離和止水套管長度的規(guī)定。 規(guī)定 第98條7、探水鉆孔鉆進時，發(fā)現透水征兆應采取的措施。 規(guī)定第99條8、探放老空水的規(guī)定. 規(guī)定 第100條2022/7/2541七 煤礦井下避災路線與救災及緊急預案1、一旦突水，沿避災路線撤出，巷道交叉處設有路標指示牌，有燈光照明，指示方向，撤到上水平或地面。2、如破壞指示牌或照明，人往高處走，朝有風流的上山撤退。3、救災 發(fā)生水災報礦調度室 通知救護隊開啟全部排水設備關閉水閘門搶險救災減少水害4、應急救援：見規(guī)定第8章第1節(jié)2022/7/2542八 太原市東山煤礦水害及治

22、理一、六斜坡下山突水事故1.東山煤礦概況： 生產能力150萬噸，現生產水平750m。15號煤為主采煤層。奧灰水靜水位標高800m，下山煤層標高750220m，全部在奧灰?guī)r靜水位之下，為帶壓開采，井田內斷層十分發(fā)育，往往以斷層劃分采區(qū)和工作面。斷層是奧灰水的突水通道。2.六斜坡下山概況 六斜坡下山屬于一采區(qū)，走向長350m，傾斜長400m，開采15號煤，可采儲量130萬噸，布置三個工作面，其中一個工作面上分層已采出16萬噸。2022/7/25433.六斜坡下山突水簡介 為擴大煤儲量，沿煤層開了一條探巷，進入F11斷層5米，標高699m，無法判定煤層在哪里，停掘打鉆，鉆孔打了19.

23、8米，仍在斷層內，鉆孔涌水量僅1m3/h, 停泵升井修電機，相隔8h，發(fā)現探巷被淹，不到6天，淹沒整個采區(qū)，水位上升到+760m，流入+750大巷。整個采區(qū)積水3萬m3，涌水量540m3/h，壓煤114萬噸，淹沒設備34.6萬元，停產、減產損失10萬余元，每年增加排水費用60萬元。4.突水原因 F11斷層使15號煤層直接與奧灰水對接，在水壓1.01MPa作用下發(fā)生突水。2022/7/25445. 水害治理強排：想恢復該采區(qū)生產，因排水設備不足，失敗。在三條下山上口分別構筑防水閘門1座，堵水墻2座，想封閉出水區(qū)域，因工程質量差，不敢完全關閉防水門?；I資100萬，從地面打鉆，注漿封堵出水點，因鉆孔不準，堵水效果差，該下山一直被淹，不能恢復生產。6. 教訓對斷層導水性認識不清，探巷進入斷層，還要盲目打鉆找煤；進入斷層前，不嚴格執(zhí)行“先探后掘”的原則，盲目施工探巷；鉆孔出水了，還認識不清，不采取措施。2022/7/2545二、東山煤礦試6-1號鉆孔注漿封堵水簡介1. 試6-1號鉆孔概況 根據東山煤礦帶壓開采的需要，要求從井下施工2-3個鉆孔。試6-1號孔位于一采區(qū)下山水倉附近，孔口標高+63