煤礦防治水課件

神木縣隆德礦業(yè)有限責任公司郵箱：895434213@電話/p>

2015年10月授課人：趙志鋒

煤礦防治水知識講座第一講礦井防治水概論一、礦井水害的定義和一般特點礦井水害是指在煤礦基建和生產(chǎn)過程中地下水涌入采掘空間，由于排水能力相對不足而造成淹沒巷道、工作面、采區(qū)、礦井(不同水平乃至整個礦井)的現(xiàn)象，它輕則影響生產(chǎn)，重則造成人員傷亡的惡性事故，是煤炭資源開發(fā)過程中一種突發(fā)性的地質(zhì)災害。礦井水害是地下水非正常涌入井巷和工作面的現(xiàn)象，這里，一方面要強調(diào)它的突發(fā)性，另一方面要強調(diào)它的災害性。二、礦井水害的防治思想

礦井水害是可以防治的，只要搞清礦井的充水特征，并采取適當?shù)墓こ檀胧?，不僅可以安全采出受水威脅的煤炭資源，而且能夠提高礦井防治水技術(shù)水平，從而為礦床水文地質(zhì)學的發(fā)展做出積極的貢獻。一般地，礦井水的防治應當從水文地質(zhì)條件的分析著手，即從區(qū)域到水文地質(zhì)條件研究開始，確定井田在水文地質(zhì)單元中所處的位置，重點分析地下水的補給、徑流和排泄條件。水文地質(zhì)條件的分析最好以水文地質(zhì)單元為分析對象，通過對地下水流場、水化學場的分析建立水文地質(zhì)概念模型。

對于井田而言，應重點分析礦井充水條件，確定充水水源和導水通道，對水害類型做出劃分，同時，對水害威脅程度做出評價。礦井水害防治的工作重點是對水患做出診斷，同時應提出具體的防治水措施。事實上，水患診斷、評價、防治水措施三者缺一不可，三要素共同構(gòu)成防災、減災的目標路線。三、在長期與煤礦水害斗爭的過程中，積累了大量寶貴的經(jīng)驗，使得人們對礦井水害類型的認識水平日益提高。目前，對礦井水害類型的劃分基本形成如下觀點：1、按水源類型劃分：

頂板水、底板水、老空水2、按導水通道劃分：斷層突水、陷落柱突水、裂隙巖體突水、封閉不良鉆孔突水、煤(巖)柱突水3、按水源含水介質(zhì)類型劃分：孔隙水、裂隙水、巖溶水

科學分類體現(xiàn)了人們對事物認識高度和認識水平，也是學科發(fā)展水平的標志，我們經(jīng)常運用科學分類手段對礦井水害類型做出分類并加以細化。

四、解決煤礦水害問題的切入點A、充水水源是否存在，回答有沒有水的問題？B、充水途徑是否存在，回答水從哪里來的問題？C、充水強度大小，回答有多少水來的問題？煤礦水害A、充水水源B、充水途徑C、充水水量礦井充水水源及其勘探途徑

礦坑充水水源（按空間位置）頂板水底板水老空水預疏放探查條件放水試驗條件確定采空區(qū)面積和積水范圍充水途徑天然通道人工通道導水裂隙導水斷層陷落柱巖溶塌洞頂板三帶底板三帶防水煤巖柱不良鉆孔點狀通道線狀通道面狀通道涌水量計算方法類比法解析法數(shù)值法統(tǒng)計學方法礦井水文地質(zhì)類型簡單中等復雜極復雜煤礦水害的特點

突水次數(shù)和突水強度呈現(xiàn)上升趨勢廢棄礦井與小窯誘發(fā)突水明顯上升

對基本水文地質(zhì)條件認識不清導致的突水事故占有較大比例

煤礦水害事故多發(fā)原因分析

1、現(xiàn)有防治水技術(shù)手段利用不夠，防治水工作規(guī)范化程度低

2、對人類活動誘發(fā)的突水事故防范措施不到位缺乏專門的防治水隊伍和規(guī)范化的水害監(jiān)管體系

3、相對落后的水害防治技術(shù)不能滿足生產(chǎn)條件要求

4、隱蔽型導水構(gòu)造的精細探查技術(shù)與裝備不足

5、深礦井開發(fā)突水機理及煤層抽冒誘發(fā)的采空區(qū)透水機理有待于研究五、水文地質(zhì)的探查方法主要包括：

物探

、鉆探、化探、試驗物探方法主要依據(jù)介質(zhì)的電性、彈性波、磁場強度、重力場的差異對不同介質(zhì)及其界面進行判識，從而滿足礦井防治水中對異常地質(zhì)體的探測要求。

地震—主要探測斷層、陷落柱，目前主要發(fā)展二維地震和三維地震；但費較高。

電法—含、導水異常的探查，目前主要發(fā)展瞬變電磁法、直流電法、音頻電透視、電測井；物探方法具有大范圍、大尺度探查的特點，但其局限性在于難以克服多解性的缺陷，往往需要通過鉆探等其它手段來驗證。鉆探方法是通過鉆探工程了解地層的結(jié)構(gòu)特點、含隔水層的空間特征。鉆探方法是各種試驗方法賴以實施的基礎(chǔ)，如抽水試驗、放水試驗、連通試驗等需要鉆孔形成以后才能組織實施。鉆探手段往往施工周期長，揭露的水文地質(zhì)信息有限，常常給人“一孔之見”之感。化探—水化學分析方法的簡稱。地下水的化學成份往往代表著其賦存地層的環(huán)境特征，按照各種特征離子的含量、礦化度、水質(zhì)類型等，可以對不同含水層地下水做出區(qū)分，從而對井下涌水的來源進行識別。

試驗—任何學科的發(fā)展都離不開試驗，礦床水文地質(zhì)學也不例外。有關(guān)水文地質(zhì)學中的試驗方法，如抽水試驗往往在煤田勘探階段就開始應用，在煤礦生產(chǎn)中作為一種補充勘探手段，也會經(jīng)常使用。礦床水文地質(zhì)工作中經(jīng)常使用的試驗手段當然要算是放水試驗了，它具有節(jié)約工程費用和直接了解礦井充水性的優(yōu)點，放水試驗成果的權(quán)威性也正體現(xiàn)于此。防治水技術(shù)措施

水患診斷結(jié)論明確以后，接下來的工作就是采取有針對性的防治水措施了，以水害類型劃分的防治水技術(shù)措施如下：

以斷層作為防范對象—預注漿通過斷層、留設(shè)防水煤巖柱；

以陷落柱作為防范對象—封堵陷落柱，留設(shè)一定的防水煤柱后，解放其周邊煤炭資源；

以裂隙巖體整體作為防范對象—對含導水異常區(qū)進行注漿加固。

以封閉不良鉆孔作為防范對象—采用工程措施，重新進行封孔處理。以老空水作為防范對象—在經(jīng)濟技術(shù)條件允許的條件下疏放老空水，徹底消除透水隱患；對于采空區(qū)積水體積太大，全面疏放不合理，不具備解放受水威脅煤炭資源的條件，從安全角度考慮，不應動用這部分煤炭資源。大面積煤炭開發(fā)存在安全隱患的井田，采取如下措施：

帷幕截流技術(shù)；

底板改造技術(shù)；

全面疏降含水層水壓的技術(shù)。防治水技術(shù)在長期預防和治理礦井水害的實踐中，各科研院所、高等院校與各大水礦區(qū)密切合作，通過科研攻關(guān)項目、工業(yè)性試驗項目等的實施研究和開發(fā)了如下防治水技術(shù)及裝備，在推動行業(yè)技術(shù)進步中做出了積極的貢獻。在這里，我們將其中的部分成果介紹給大家技術(shù)之一：礦井水文地質(zhì)條件綜合勘探——為礦井設(shè)計提供基礎(chǔ)水文地質(zhì)信息技術(shù)之二：礦井涌水量計算與預測——提供礦井的最大涌水量、正常涌水量及來源、組成和變化規(guī)律，為礦井防排水系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。技術(shù)之三：采區(qū)及工作面精細水文地質(zhì)勘探與水害預測預報——為回采工作面設(shè)計、開采方法優(yōu)化、防治水技術(shù)手段和配套措施的完善提供依據(jù)。技術(shù)之四：礦井、采區(qū)、工作面防治水規(guī)劃水文地質(zhì)安全保障體系建立——提供不同階段防治水工作思路；構(gòu)筑適合礦井特點的水害防范技術(shù)體系；建立適合礦井特點的水害防范安全規(guī)程和規(guī)范。技術(shù)之五：廢棄礦井環(huán)境預測與評價——廢棄礦井誘發(fā)的水害預測

廢棄礦井水環(huán)境預測與評價

廢棄礦井淹沒過程模擬預測廢棄礦井對臨礦水害威脅預測與防治技術(shù)之六：礦山水害治理與搶險救援——當?shù)V井出現(xiàn)水災時，提供及時、科學、具有可操作性的水害原因診斷

搶險救災技術(shù)方案

救災工程設(shè)計目前正在開展的煤礦水害防治新技術(shù)研究

深部煤炭資源開發(fā)中突水機理及安全評價技術(shù)可視化突水條件遠程監(jiān)控及預警技術(shù)

含水層水文地質(zhì)試驗與評價技術(shù)車載移動式礦井突水水源快速診斷系統(tǒng)第二講老空水預防一、老空水的定義及特點為了保證正常生產(chǎn)，煤炭開采過程中，需要對涌入井下的地下水排出地面，這時排水費用作為煤炭開采成本的一部分計入其銷售成本之中，采掘作業(yè)完成后，留下大量的廢棄巷道和采煤空間，對涌入的地下水一般不再排放，這時，采空區(qū)內(nèi)聚集著大量的地下水，稱為老空水。有些煤礦地下水占據(jù)采空區(qū)的一部分，如干旱和半干旱的北方地區(qū)，而有些煤礦，如雨量充沛的南方，地下水幾乎占據(jù)了采空區(qū)的全部空間。對同一礦井而言，老空水分為同層老空水和鄰層老空水；對相鄰礦井而言，老空水分為本礦老空水和鄰礦老空水；老空水對采煤的威脅主要表現(xiàn)在同層老空水上水平對下水平的威脅，鄰層老空水淺部對深部的威脅，鄰礦老空水對本礦的威脅。

由于老空水往往積水體積大，隔水煤巖柱不足以抵抗靜水壓力的情況下容易發(fā)生透水事故，而且來勢兇猛，經(jīng)常形成群死群傷的惡性事故。近年來，采空水造成的透水事故時有發(fā)生，在所有煤礦水害事故中占據(jù)主要位置，媒體多有報道，產(chǎn)生十分惡劣的社會甚至是政治影響。為此，黨和政府及社會各界十分關(guān)注這一影響安全生產(chǎn)大局的煤礦水害問題，在國家煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)察局多次組織的水害防治技術(shù)研討會上均將老空水防治列為扭轉(zhuǎn)安全生產(chǎn)大局的主要目標。面對老空水防治的嚴峻形勢，科技部將“十一五”攻關(guān)的主題確定為“礦井老空區(qū)探測與水害防治關(guān)鍵技術(shù)及裝備”，這些行動足以看出國家對預防和治理由老空水誘發(fā)的惡性透水事故的力度。二、老空水的探查對于老空水的防范，關(guān)鍵是確定積水范圍和積水水量，可以采取兩條途徑：一是煤礦開采有著準確的井上下對照圖，采空區(qū)范圍往往比較可靠；二是采空區(qū)積水范圍往往沒有精確的測繪資料，只能靠探查手段來解決問題了。前者對于國有大中型煤礦來說很容易做到，對于地方小煤礦來說，問題就不那么簡單了，就需要通過鉆探和物探相結(jié)合的方法解決老空水探查問題。實際工作中，必須以鉆探為主，物探配合，物探資料必須慎重驗證鑒定，確保其可靠性。三、老空水疏放探水“三線”的確定：探水“三線”是指:積水線、放水線、警戒線。①積水線:積水區(qū)外緣標高等高線，確定積水水面標高后，可直接在采掘工程平面圖上按等高線標定。②探水線:沿積水線外推60—150m的距離畫一條線即為探水線（下山掘進時即為順層的距離）當掘進巷道至此線時應開始探水。

③警戒線:由探水線再外推50—150m（在上山掘進時按傾斜距離）即為警戒線。掘進工作面進入警戒線后，就應警惕積水的威脅，注意掘進工作面的變化，如發(fā)現(xiàn)有透水征兆時應提前探水。熟悉并掌握井田周邊采煤歷史，做好詢訪調(diào)查工作，要對探放水資料進行動態(tài)分析，根據(jù)已經(jīng)掌握的情況給出有事實根據(jù)和說服力的結(jié)論。禁止使用釬子探放老空水。由于風鉆和電鉆釬子只能探3~4m，掘1~2m，沒有安全的超前距和幫距，而且不能使用套管、水門等安全防水裝置。第三講《煤礦防治水規(guī)定》

一些條款及案例第八條煤礦企業(yè)、礦井的井田范圍內(nèi)及周邊區(qū)域水文地質(zhì)條件不清楚的，應當采取有效措施，查明水害情況。在水害情況查明前，嚴禁進行采掘活動。發(fā)現(xiàn)礦井有透水征兆時，應當立即停止受水害威脅區(qū)域內(nèi)的采掘作業(yè)，撤出作業(yè)人員到安全地點，采取有效安全措施，分析查找透水原因。大部分透水事故發(fā)生前均會顯現(xiàn)出不同的透水征兆，如掛紅、掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、水叫、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起或產(chǎn)產(chǎn)裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味、（煤層變濕、松軟，煤幫出現(xiàn)滴水、淋水，礦壓增大，底板膨起、產(chǎn)生裂隙）等。要求：井下發(fā)現(xiàn)透水征兆時，就必須要立即停止受水害威脅區(qū)域內(nèi)的采掘作業(yè)，撤出作業(yè)人員到安全地點，分析原因，采取有效措施，減少人員傷亡。第四十二條礦井井口和工業(yè)場地內(nèi)建筑物的標高，應當高于當?shù)貧v年最高洪水位。如果在山區(qū)，除符合本條第一款的規(guī)定外，還應當避開可能發(fā)生泥石流、滑坡的地段。礦井井口及工業(yè)場地內(nèi)建筑物的標高低于當?shù)貧v年最高洪水位的，應當修筑堤壩、溝渠或者采取其他防排水措施。案例:2002年6月24日，河北張家口市蔚縣北部山區(qū)突降大到暴雨，山洪暴發(fā)，由于涌發(fā)煤礦井口低于當?shù)貧v年最高洪水位，使洪水倒灌井下，造成16人死亡。第四十三條當?shù)V井井口附近或者塌陷區(qū)內(nèi)外的地表水體可能潰入井下時，應當采取安全防范措施。嚴禁開采煤層露頭的防隔水煤（巖）柱。在地表容易積水的地點，應當修筑溝渠，排泄積水。修筑溝渠時，應當避開露頭、裂隙和導水巖層。特別低洼地點不能修筑溝渠排水的，應當填平壓實。如果低洼地帶范圍太大無法填平時，應當采取水泵或者建排洪站專門排水，防止低洼地帶積水滲入井下。當?shù)V井受到河流、山洪威脅時，應當修筑堤壩和泄洪渠，防止洪水侵入。對于排到地面的礦井水，應當妥善處理，避免再滲入井下。對于漏水的溝渠（包括農(nóng)田水利的灌溉溝渠）和河床，應當及時堵漏或者改道。地面裂縫和塌陷地點應當及時填塞。進行填塞工作時，應當采取相應的安全措施，防止人員陷入塌陷坑內(nèi)。在有滑坡危險的地段，可能威脅煤礦安全時，應當采取防止滑坡措施。黑龍江雞西鑫永豐煤礦發(fā)生水災事故這是礦井區(qū)周邊形成的面積約50米乘60米、深十余米的塌陷案例三：山東華源礦業(yè)公司“8·17”潰水事故這次洪水是發(fā)生在黃河的支流，大汶河的支流，叫做柴汶河，上游的降雨量超過了200毫米，柴汶河的流量達到了1800多個流量，相當于70年左右一遇的洪水標準。這條河是沒有設(shè)防的河流，煤礦利用礦渣堆積了一個簡易的堤壩，由于超標準洪水，使河岸發(fā)生了漫潰，洪水進入礦井。2007年8月17日，山東省華源礦業(yè)有限公司發(fā)生洪水淹井事礦，死亡172人，與其相鄰的名公煤礦也被洪水淹沒，致使9名礦工遇難。

由于連續(xù)兩天的強降雨導至山洪暴發(fā)，流經(jīng)華源礦區(qū)的柴汶河水位暴漲漫過河岸，漫溢的洪水沖蝕河岸，掏空基礎(chǔ)，最終沖開約65米的決口，沖入落差約5米的岸外低洼處，在洪水強烈沖刷作用下，形成三個集中潰水點潰入井下。潰入井下的水量約1260萬立方米，砂石和粉煤灰約30萬立方米，導致淹井。由于潰水流量大、速度快，水流湍急，增加了華源礦業(yè)有限公司井下撤人難度，當班井下作業(yè)人員756人，有584人安全升井，172人被困井下遇難。廢棄的井筒未填實封死，成為洪水潰入井下的主要通通。案例四：2007年7月22日，山西省呂梁市興縣魏家灘鎮(zhèn)馬圐圙(kulve)煤礦，因山洪暴發(fā)，造成河床下采空區(qū)發(fā)生塌陷，沉陷面積約800m2，洪水經(jīng)采空區(qū)潰入礦井，導致11人死亡。2007年7月22日山西呂梁興縣馬圐圙煤礦洪水事礦第四十四條嚴禁將矸石、爐灰、垃圾等雜物堆放在山洪、河流可能沖刷到的地段，以免沖到工業(yè)場地和建筑物附近或者淤塞河道、溝渠。案例五： 2003年4月17日，山西省臨汾市古縣古陽鎮(zhèn)江水坪煤礦發(fā)生1起洪水淹井事故，造成14人死亡。事故直接原因：突降大雨，形成洪峰，加之經(jīng)江水坪煤礦井口的矸石堆，由于洪水受阻，行洪不暢，抬高了洪峰水頭，洪峰夾以矸石、泥沙、樹枝順河而下堵塞了煤礦的排水涵洞，洪水倒灌主斜井。防隔水煤柱留設(shè)第五十一條相鄰礦井的分界處，應當留防隔水煤（巖）柱。礦井以斷層分界的，應當在斷層兩側(cè)留有防隔水煤（巖）柱。案例六： 2005年4月24日，吉林省吉林市蛟河市吉安煤礦+178m一層煤掘進工作面發(fā)生透水，水流經(jīng)吉安煤礦與騰達煤礦連通的溜煤眼泄入騰達煤礦，造成騰達煤礦30名礦工死亡。

事故直接原因：吉安煤礦在掘進+178m一層煤巷道過程中，違法越界開采防隔水煤（巖）柱，放炮導通原蛟河煤礦五井二號采空區(qū)積水，水流泄入騰達煤礦，導致事故發(fā)生。

注：相鄰礦井的分界處煤柱留設(shè)不小于40米。第五十二條受水害威脅的礦井，有下列情況之一的，應當留設(shè)防隔水煤（巖）柱：（一）煤層露頭風化帶；（二）在地表水體、含水沖積層下和水淹區(qū)鄰近地帶；（三）與富水性強的含水層間存在水力聯(lián)系的斷層、裂隙帶或者強導水斷層接觸的煤層；（四）有大量積水的老窯和采空區(qū)；（五）導水、充水的陷落柱、巖溶洞穴或地下暗河；（六）分區(qū)隔離開采邊界；（七）受保護的觀測孔、注漿孔和電纜孔等。第七十條井下需要構(gòu)筑水閘墻的，應當由具有相應資質(zhì)的單位進行設(shè)計，按照設(shè)計進行施工，并按照規(guī)定進行竣工驗收；否則，不得投入使用。

井下構(gòu)筑的水閘墻，要承受一定的水頭壓力，技術(shù)要求較高，要由具有資質(zhì)的單位進行設(shè)計。礦井不得自行設(shè)計構(gòu)筑水閘墻。案例七：2005年7月7日，江西省萍鄉(xiāng)市上栗縣赤山鎮(zhèn)永勝煤礦，自行在井下構(gòu)筑防水密閉墻，未按有關(guān)規(guī)范進行設(shè)計和施工，在雨季大量充水后發(fā)生垮塌，使大量老空積水潰入礦井，導致15人死亡。第七十一條報廢巷道封閉時，在報廢的暗井和傾斜巷道下口的密閉水閘墻應當留泄水孔，每月定期進行觀測，雨季加密觀測。案例八：2007年8月7日，貴州省黔西縣羊場鄉(xiāng)垅華煤礦發(fā)生一起重大水害事礦，潰水量7000立方米，造成12人死亡，2人受傷。礦井正在進行改擴建，由6萬噸/年變?yōu)?0萬噸/年。垅華煤礦地質(zhì)及開采資料不全，也未配備水文地質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員。設(shè)置的密閉水閘墻沒有留泄水孔。由于礦區(qū)連續(xù)降大到暴雨，大量雨水不斷通過地表裂隙滲透、充滿礦井邊界西側(cè)的老窯采空區(qū)，致使行人斜井210米處西幫老窯密閉墻內(nèi)的老窯積水潰決，沖毀井壁灌入井下，導致正在修水泵、檢查瓦斯的14名人員被困（包括礦長和副礦長）。第九十二條采掘工作面遇有下列情況之一的，應當進行探放水：

（一）接近水淹或者可能積水的井巷、老空或者相鄰煤礦；（二）接近含水層、導水斷層、暗河、溶洞和導水陷落柱；（三）打開防隔水煤（巖）柱進行放水前；（四）接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶；（五）接近有出水可能的鉆孔；（六）接近水文地質(zhì)條件復雜的區(qū)域；（七）采掘破壞影響范圍內(nèi)有承壓含水層或者含水構(gòu)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；（八）接近有積水的灌漿區(qū)；（九）接近其他可能突水的地區(qū)。探水前，應當確定探水線并繪制在采掘工程平面圖上。第九十三條采掘工作面探水前，應當編制探放水設(shè)計，確定探水警戒線，并采取防止瓦斯和其他有害氣體危害等安全措施。探放水鉆孔的布置和超前距離，應當根據(jù)水頭高低、煤（巖）層厚度和硬度等確定。探放水設(shè)計由地測機構(gòu)提出，經(jīng)礦井總工程師組織審定同意，按設(shè)計進行探放水。第九十四條布置探放水鉆孔應當遵循下列規(guī)定：（一）探放老空水、陷落柱水和鉆孔水時，探水鉆孔成組布設(shè)，并在巷道前方的水平面和豎直面內(nèi)呈扇形。鉆孔終孔位置以滿足平距3m為準，厚煤層內(nèi)各孔終孔的垂距不得超過1.5m；（二）探放斷裂構(gòu)造水和巖溶水等時，探水鉆孔沿掘進方向的前方及下方布置。底板方向的鉆孔不得少于2個；（三）煤層內(nèi)，原則上禁止探放水壓高于1MPa的充水斷層水、含水層水及陷落柱水等。如確實需要的，可以先建筑防水閘墻，并在閘墻外向內(nèi)探放水；（四）上山探水時，一般進行雙巷掘進，其中一條超前探水和匯水，另一條用來安全撤人。雙巷間每隔30-50m掘1個聯(lián)絡(luò)巷，并設(shè)擋水墻。探水鉆孔主要