礦井水害與防治

王德明教授能源與安全工程學(xué)院礦井通風(fēng)與安全

MineVentilationandSafety中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教學(xué)多媒體課件1

13礦井水害與防治

213．1概述在礦井建設(shè)與生產(chǎn)過(guò)程中，地下水，地表水和雨水等都可能通過(guò)各種通道進(jìn)入礦井，我們把所有流入礦井的水，統(tǒng)稱為礦井水。為了保證礦井建設(shè)與生產(chǎn)的正常進(jìn)行，就必須及時(shí)地將其排出礦外。當(dāng)?shù)V井涌水超過(guò)正常排水能力時(shí)，即釀成水災(zāi)，給礦井建設(shè)與生產(chǎn)造成嚴(yán)重的后果，甚至威脅著礦工的生命安全。礦井充水的水源主要有：降水、地表水、含水層水、斷層水與老空水。如果在礦井開采過(guò)程中沒(méi)有采取積極有效的措施，它們都能造成水災(zāi)事故。3在舊中國(guó)，我國(guó)主要礦山在帝國(guó)主義侵占下，進(jìn)行掠奪式開采，根本不顧防水工作，致使水災(zāi)事故經(jīng)常發(fā)生。解放后，黨和政府極為重視防治水工作，努力消除煤礦水害，保障安全生產(chǎn)，取得了顯著成效。不但基本上防止了重大的水災(zāi)事故，而且將舊中國(guó)遺留下來(lái)的被淹礦井陸續(xù)恢復(fù)了生產(chǎn)。我國(guó)許多煤田水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，有些礦井的可采煤層，由于受礦井水的威脅一時(shí)不能開采。因此要多快好省地開發(fā)我國(guó)的地下資源，除了繼承和發(fā)展前人的防治水經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)一步探索與研究新的防治水的方法和手段。4造成礦井水害的原因是多方面的。大量事實(shí)證明，主要是由于沒(méi)有認(rèn)真貫徹黨的安全生產(chǎn)方針，喪失警惕，工作上缺乏調(diào)查研究，沒(méi)有充分依靠群眾，做好防治水的工作等主觀原因造成的。例如某礦務(wù)局1956~1966年全局發(fā)生的多次水災(zāi)事故中，由于勘探資料不足，對(duì)礦井地質(zhì)構(gòu)造、水文情況不清楚而造成的占20％，由于沒(méi)有執(zhí)行探放水制度，在構(gòu)造破壞帶違章作業(yè)，以及注漿質(zhì)量不高等原因造成的占80％。所以，只要牢固樹立安全生產(chǎn)思想，從戰(zhàn)略上藐視困難，在具體工作中又能認(rèn)真地對(duì)待困難，礦井水害也是可以防治的。513．2地面防治水地面防、排水是防止與減少雨水和地表水大量流入礦井的重要措施，是保證礦井安全生產(chǎn)的第一道防線，特別是對(duì)于降水和地表水為主要充水水源的礦井，地面防排水尤為重要。地面防水工作必須根據(jù)各礦區(qū)的地形、地貌及氣候條件，采取下列幾種措施：1、慎重選擇井簡(jiǎn)位置井口標(biāo)高應(yīng)高出當(dāng)?shù)貧v年最高洪水位以上。在特殊條件下，確難找到較高的位置或需要在山坡上建筑井筒時(shí)，則必須修筑堅(jiān)實(shí)的高臺(tái)，或在井口附近修筑可靠的泄水溝和防水堤壩，以防止暴雨、山洪直接從井筒灌入井下，造成災(zāi)害。6

2、井田范圍內(nèi)的河、湖，溝渠，應(yīng)盡可能將其疏干，加固河床或遷移至礦區(qū)以外

例如我國(guó)黑龍江省的一個(gè)煤礦，將位于該礦井田范圍內(nèi)的黃泥河，移出了礦外，徐州大黃山礦將流經(jīng)井田范圍內(nèi)的不老河改道。如圖13-1所示，河流改道或遷移，可以徹底解除地表水通過(guò)裂縫透入井下，但工程量大、投資多，故須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后再設(shè)計(jì)施工。同時(shí)，還應(yīng)注意盡量少占農(nóng)田和對(duì)舊河道進(jìn)行妥善處理，以免重新積水。7如果地形不允許改道，則可將井田范圍內(nèi)的河道取直，以減少滲透通道和減少煤柱損失，或者將河床加固防止?jié)B透。3、填塞漏水通道與排除積水地面的洼地、塌陷裂縫、基巖裂隙、溶洞、廢棄鉆孔、古井等，都可能直接成為地表水及降水直接或間接流入井下的通道，因此，必須采取防止積水的措施。對(duì)于面積不大的洼地、塌陷區(qū)，可用粘土填平夯實(shí)，并使之高出地面，對(duì)于面積較大的塌陷洼地，可以開鑿疏水溝渠，修筑圍堤，必要時(shí)可安設(shè)水蔡設(shè)備，傲到及時(shí)攔水、疏水與排水，使水不能積存下來(lái)，對(duì)廢鉆fL、洞穴、古井，應(yīng)用泥沙，粘土等妥善封閉。84、挖排洪溝

位于山麓地區(qū)或山前平原的礦井，降水可以形成山洪流入礦區(qū)甚至淹沒(méi)礦井，直接威脅礦井安全。為此，可以在井田邊緣垂直于來(lái)水方向，挖排洪溝攔住洪水，井利用地形將洪水引出井田以外(圖13-2)。如徐州某礦三面受山包圍，每到雨季均遭洪水危害，后來(lái)在井田外圍修了約十多公里的排水溝，消除了洪水威脅，保證了安全生產(chǎn)。

95、加強(qiáng)雨季前的防汛工作

除了上述技術(shù)措施外，還必藕在雨季汛期之前，做好防汛準(zhǔn)備工作。地面防水工作，往往分布的面積很廣，工程量很大，而且不能有絲毫疏忽。因此領(lǐng)導(dǎo)必須十分重視，充分發(fā)動(dòng)和依靠群眾，有領(lǐng)導(dǎo)、有準(zhǔn)備、有計(jì)劃、有步驟地進(jìn)行。1013．3井下防治水1、做好礦井地質(zhì)工作與水文觀測(cè)工作

為了做好井下防治水工作，首先必須掌握水情(水源和涌水通道等)。為了查明礦井水潭，應(yīng)掌握以下情況：1)沖積層的厚度和組成，各分層的含水、透水性能；2)斷層和裂隙的位置，錯(cuò)動(dòng)距離，延伸長(zhǎng)度，含水、導(dǎo)水的性質(zhì)，破碎帶范圍；3)礦井含水層與隔水層的數(shù)量、厚度、含水性08。各含水層的涌水量，滲造性以及距開采層的距離；4)老窯的詳細(xì)情況，如開采時(shí)間，開采方法、開采深度、開采范圍，積水區(qū)域及分布狀況等，115)礦井開采以后觀測(cè)頂板破壞與地表陷落的情況，塌陷帶、沉降帶的高度，以及分析開采后涌水量的變化，從而判斷能否透水。在水文觀測(cè)方面，一般包括下列內(nèi)容：1)收集地面氣象，降水量與河流水文資料（流速、流量、水位、枯水期、洪水期），查明地表水體的分布范圍和水量；2)通過(guò)對(duì)探水鉆孔或水文觀測(cè)孔中的水壓，水位和水量變化的觀測(cè)，水質(zhì)的分析，查明礦井水的來(lái)梅。礦井水與地下水和地表水的補(bǔ)給關(guān)系。通過(guò)以上調(diào)查研究與觀測(cè)，便可以基本上掌握井下水文情況，了解礦井水的分布和來(lái)源。122、井下探水

為了進(jìn)一步探明水文情況，確切掌握水源的位置和距離，在采掘工作之前往往需要探水。這是預(yù)防透水事故的重要措施?！兑?guī)程》第219條規(guī)定：“掘進(jìn)工作面遇到下列情況必須探水前進(jìn)；1)接近溶洞、含水?dāng)鄬踊蚝S富的含水層(包括流沙層、沖積層、風(fēng)化帶等)時(shí)；2)接近可能與河流、湖泊、蓄水池、含水層等相通的斷層時(shí)；3)接近被淹井巷、老空時(shí)；4)打開隔離煤柱放水時(shí)。探水工作要根據(jù)探水地點(diǎn)的水文特點(diǎn)，制訂具體措施，并且必須有專人負(fù)責(zé)管理。13關(guān)于探水的起點(diǎn)、超前距離，鉆孔直徑，鉆孔布置等簡(jiǎn)述如下：1)探水的起點(diǎn)由于積水范圍不可0B掌握得很準(zhǔn)確，探水的起點(diǎn)至可疑水源必須留出適當(dāng)?shù)陌踩嚯x。探水的起點(diǎn)應(yīng)根據(jù)水文資料的可靠程度與積水區(qū)的水頭壓力，積水量大小，煤層厚度和硬度以及抗拉強(qiáng)度等因素來(lái)確定。根據(jù)我國(guó)一些煤礦的經(jīng)驗(yàn)，必須在離可疑水源75~150米以外開始打探水鉆，有時(shí)甚至在200米以外就開始打鉆。2)鉆孔深度與超前距離一般采用邊探邊掘的方法，即鉆孔鉆進(jìn)一定深度后，才掘進(jìn)巷道，且鉆孔深度劉．巷道掘進(jìn)距離應(yīng)始終保持一段超前距離(圖13-3)，以確保掘進(jìn)工作的安全。1415

鉆孔的超前距離一般不得小于20米，使工作面前方經(jīng)常保持不小于20米的保護(hù)礦柱。在薄煤層內(nèi)可適當(dāng)縮短，但最小不得少于5米。巖層中的探水鉆孔則需超前5∽10米。鉆孔的深度一般為40米左右。這樣每打一次鉆，可以連續(xù)掘進(jìn)20~30米。3)鉆孔直徑與數(shù)目探水鉆孔探到積水區(qū)以后，一般情況下即利用探水鉆孔排出積水，因此鉆孔直徑的大小，既要能使積水順利地流出，又要防止沖垮煤壁，對(duì)其要安全地加以控制，故探水鉆孔的直徑以不大于75mm為宜。鉆孔數(shù)目應(yīng)不少于三個(gè)，需在工作面前方的中心與上下左右都能起到探水作用。16

4)探水鉆孔的布置探水鉆孔布置合理與否，對(duì)保障礦井與施工人員安全，節(jié)約鉆探工程量，提高掘進(jìn)速度等均有重要影響。布置鉆孔時(shí)應(yīng)針對(duì)積水資料的可靠程度、積水區(qū)周圍的地質(zhì)構(gòu)造、掘進(jìn)巷道所在位置與積水區(qū)的相對(duì)關(guān)系以及積水壓力的大小，煤層硬度和厚度等條件具體確定。例如，在緩傾斜薄煤層巷道里打探水孔，主要是預(yù)防積水從掘進(jìn)工作面前方或兩幫突然涌水。因此，鉆孔要布置在巷道中部的位置(圖13-4)。在開始探水時(shí)，可打7個(gè)孔，除中心孔外，在其兩側(cè)各打3個(gè)孔，以后繼續(xù)掘進(jìn)時(shí)，可適當(dāng)減少，但不能少于3個(gè)孔。1718在急傾斜薄煤層巷道里打探水鉆孔時(shí)，主要是防止積水從工作面前方或頂、底板突然涌水。為此，鉆孔應(yīng)布置在工作面中部的垂直位置上(圖13—5)。在中厚或厚煤層巷道里探水時(shí)，既要防止掘進(jìn)工作面前方或兩幫突然涌水，又要防止頂，底板突然涌水。所以，鉆孔的布置要根據(jù)煤層厚度和巷道布置位置來(lái)確定。當(dāng)巷道沿著煤層頂板布置時(shí)，鉆孔布置如圖13—6a，當(dāng)巷道沿煤層底板布置時(shí)，鉆孔布置如圖13-6b。19如圖13-7所示，某巷道沿?cái)鄬臃较蚓蜻M(jìn)，根據(jù)調(diào)查資料，積水在斷層的另一盤，為了保障掘進(jìn)巷道時(shí)的安全，可以在掘進(jìn)時(shí)向斷層方向布置一個(gè)鉆孔，以作警戒。鉆孔盡量打深些，超前距20米，鉆孔方向偏向斷層。如圖13-8所示，探老空積水時(shí)，除了保證足夠的鉆孔深度與超前距離外，還需使探水鉆孔有足夠的密度。因?yàn)槔峡諆?nèi)巷道極不規(guī)則，如果鉆孔密度不夠，古巷道就可能從鉆孔間漏過(guò)而發(fā)生遣水。老空巷道的寬度一般為3米左右。根據(jù)淄博礦區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，探水巷道每次前進(jìn)的終點(diǎn)處，各探水眼之間的距離不得大于3米。20215)探水時(shí)的安全措施探水前必須做好下列準(zhǔn)備工作與安全措施：(1)探水工作面附近的支架應(yīng)加固，背好幫頂，以免壓力水沖垮煤壁和支架；(2)清理好巷道，保證安全撤退路線暢通無(wú)阻。20o以上的傾斜巷道要設(shè)梯子和扶手；(3)預(yù)先準(zhǔn)備好有適當(dāng)斷面和坡度的排水溝，使水流暢通。同時(shí)應(yīng)有相應(yīng)容量的水倉(cāng)和排水設(shè)備，(4)在探水地點(diǎn)要安設(shè)電話，在與探水地點(diǎn)有關(guān)的區(qū)域，亦應(yīng)設(shè)置通訊系統(tǒng)，這樣當(dāng)迎頭一旦發(fā)現(xiàn)透水而又無(wú)法控制時(shí)，可立即通知險(xiǎn)區(qū)人員迅速撤離(預(yù)先規(guī)定好撤退路線)，(5)打探水鉆時(shí)，如發(fā)現(xiàn)煤、巖變松或沿鉆桿向外流水超過(guò)正常打鉆供水量時(shí)，必須立即停止打鉆(不得移動(dòng)或撥出鉆桿)并報(bào)告礦調(diào)度室。22(6)發(fā)現(xiàn)鉆孔內(nèi)放出有害或易燃?xì)怏w時(shí)，必須立即停止打鉆，切斷電源、撤出人員，采取措施及時(shí)處理；(7)在水壓較大的地點(diǎn)探水時(shí)，要安設(shè)套管，使鉆桿通過(guò)套管進(jìn)行打鉆。套管上安有水壓表和閥門，探到水源后，即利用套管放水。

3、放水(或疏干)放水(或疏干)就是有計(jì)劃地將水源的水全部或部分疏放出來(lái)，使礦井或個(gè)別地段的地下水被疏干，從而徹底消除在采掘過(guò)程中發(fā)生突然涌水的可能性。這是礦井防治水中最積極、最有效的措施之一。疏干的方法有地面預(yù)先疏干、用鉆孔疏干和利用巷道疏干三種。23現(xiàn)按不同類型的礦井水，說(shuō)明其疏干方法與措施：1)疏放老空水排放老空積水，必須根據(jù)安全、經(jīng)濟(jì)、合理的原則，針對(duì)積水區(qū)的不同情況，確定不同的放水方案。一般說(shuō)來(lái)有下列幾種處理方式：(1)直接放水老空區(qū)沒(méi)有水的補(bǔ)給來(lái)源，排放這個(gè)區(qū)域的積水，礦井的排水負(fù)擔(dān)時(shí)，可以直接放水。(2)先堵后放當(dāng)老空區(qū)與溶洞水或其他巨大水源有聯(lián)系時(shí)，其動(dòng)水儲(chǔ)量很大，如不堵住水源，在短時(shí)間內(nèi)是不可能將水排完的，此時(shí)就應(yīng)先堵住出水點(diǎn)，然后再排放積水。(3)先放后堵當(dāng)被淹井巷有某種地面水或地下水作為直接補(bǔ)給水源，但涌水量又不大，或者在一定季節(jié)沒(méi)有補(bǔ)給。對(duì)這種老空水，應(yīng)選擇適當(dāng)時(shí)機(jī)先行排水，然后再利用枯水時(shí)期興建必要的防漏工程或堵水工程24老空區(qū)位于不易泄水或山澗或河灘洼地，雨季滲水流入老空，或者老空面積很大，水質(zhì)很壞，容易腐蝕排水設(shè)備，這時(shí)應(yīng)暫時(shí)隔離，把積水區(qū)留到采區(qū)末期處理。若老空積水的地區(qū)有重要建筑物或其他重要設(shè)施，放水后會(huì)起到破壞作用，則應(yīng)留以煤柱進(jìn)行永久隔離。2)疏放含水層水為了解除煤層上下含水層水對(duì)采掘工作的威脅，應(yīng)盡可能將其預(yù)先疏干。疏放方法有巷道疏干法與鉆孔疏干法兩種。(1)

利用巷道疏放含水層水如果煤層頂板有含水層，可把采區(qū)巷道提前掘出，使含水層的水通過(guò)其空隙與裂隙疏放出來(lái)，如圖13-9所示。2526在充分掌握煤層頂?shù)装搴畬拥乃畨号c水量，估計(jì)涌水量不會(huì)超過(guò)礦井正常排水能力的情況下，為了提高疏水效率和改善巷道布置，也可將疏水巷道直接布置在被疏干的含水層中。（2）利用鉆孔疏放。若含水層距煤層較遠(yuǎn)．或含水層較厚，這時(shí)可在疏水巷道中每隔一定距離向含水層打放水鉆孔進(jìn)行疏干。放水鉆孔應(yīng)選擇在比較堅(jiān)硬的巖石中，孔口要用套加固，如圖13-10所示。27淄博等礦區(qū)所用的放水套管，如圖13-11所示。這種放水套管安裝和拆卸都較方便，適用于巖石較為堅(jiān)硬、水源壓力不太大的情況。它的動(dòng)作原理是：當(dāng)順時(shí)針?lè)较驍Q動(dòng)壓力螺絲8時(shí)(螺母7和套管9固定)，壓力螺絲推動(dòng)壓力盤6和壓力臂；。由于背帽1是固定的，因而使膠皮塞2受壓膨脹，放水鉆孔被膠皮塞填塞。放水時(shí)打開2英寸水閩，使水由放水管10放出。三通管12和短接管11在打鉆孔時(shí)不安裝，待打完后再接上。壓力表、4分水閥借助測(cè)壓蓋13與三通管12相連接。2829

為了做到安全放水，必須注意以下各項(xiàng)：(1)放水前，應(yīng)估計(jì)到積水量和水位標(biāo)高并要根據(jù)礦井的排水能力與水倉(cāng)容量，研究放水順序和控制放水孔的流量。這是一項(xiàng)根本性的工作，如不預(yù)先做好，盲目放水就有可能引起水患。(2)探到水源以后，在水量不大時(shí)，一般可利用探水鉆孔放水；水量很大時(shí)，則需要另打放水鉆孔。放水鉆孔的直徑一般為50～75毫米，眼深不大于70米。放水鉆孔的孔口必須安設(shè)套管。若媒質(zhì)松軟，水壓較大時(shí)，還須將巷道全斷面進(jìn)行加固。（3）正式放水之前，應(yīng)進(jìn)行放水量，水壓及煤層透水性試驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)管壁漏水，或放水效果不好等，應(yīng)及時(shí)處理。30(4)放水過(guò)程中要隨時(shí)注意水量的變化，出水的清濁和所含雜質(zhì)情況，以及有無(wú)有害氣體涌出和有無(wú)特殊聲響等，如發(fā)現(xiàn)異狀應(yīng)及時(shí)采取措施，以防意外事故的發(fā)生。(5)應(yīng)事先規(guī)定人員撤退路線。撤退路線應(yīng)保證暢通，沿途要有良好的照明。4、截水為了使井下局部地點(diǎn)的涌水不致危及其它地區(qū)，需要永久或暫時(shí)地截住水源，將開采區(qū)與水源隔離。截水措施包括構(gòu)筑防水閘墻，防水閘門和留防水煤柱等。1)水閘墻

水閘墻要用很好的不透水材料建筑，并與建造地點(diǎn)的巖層緊密結(jié)合。目前一般用混凝土、鋼筋混凝土及磚建造。采用速凝水泥砌成的磚水閘墻，可比整體混凝土水閘墻提前達(dá)到最終強(qiáng)度，故現(xiàn)場(chǎng)較多采用。31水閘墻的形狀有平面形、圓柱形和球形三種。平面形的水閘墻施工容易，但抗壓力較小，球面形的水閘墻雖然抗壓力大，但施工復(fù)雜。故通常多用圓柱形的水閘墻。圓柱形水閘墻系圓柱形側(cè)面的一部分，支撐于巖石中兩個(gè)掏槽上，并且以凸面朝向充水的空間。水閘墻的構(gòu)造如圖13-12(縱剖面)所示。為了支撐水壓力，在巷遭的頂?shù)装搴蛡?cè)壁開鑿截口(掏槽)1，墻下安有放水管2和水壓表2，放水管用柵欄4加以圍護(hù)，以防止泥砂堵塞。墻的上部安有細(xì)管5，以便在密閉后積水時(shí)由其放出氣體。32在水壓特別大的情況下，水閘墻具有特殊的形狀，如圖13-13所示。各截口之間隔有一定距離，以免減弱巖石的堅(jiān)固性，井在承受水壓的方向，伸出錐形的混凝土壁a，其目的是為了在水閘墻前部將水匝傳給國(guó)巖和減少向水閘墻后滲水的可能性。

33建筑水閘墻時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng)：(1)筑墻地點(diǎn)的巖石應(yīng)堅(jiān)固，沒(méi)有裂縫，必要時(shí)必須將風(fēng)化松軟或有裂隙的巖石全部除去，然后筑墻。(2)應(yīng)盡可能選擇在小斷面巷遭中筑墻，以減少投資，縮短筑墻時(shí)間。(3)為避免圍巖產(chǎn)生裂縫，水閘墻掏槽時(shí)要用風(fēng)鎬或手鎬開鑿而不用炸藥。(4)水閘墻和四周巖層要緊密結(jié)合，以防止漏水。為此，應(yīng)在筑墻的同時(shí)插入注漿管，水閘墻筑成后，可由注漿管向四周聯(lián)結(jié)處灌入水泥漿。(5)為了防止水閘墻因受硫酸鈣，碳酸鈣或氧化鈣反應(yīng)的影響而遭到破壞，可用鋁鈣水泥構(gòu)筑水閘墻的前一部分(厚2米左右)。這種水泥的成分為35～55％的鋁和35～40％的鈣，經(jīng)過(guò)8小時(shí)凝固，能承受300kg／cm2的壓力。34水閘墻應(yīng)有足夠的厚度，以確保能支撐涌水的壓力。平面形水閘墻在單方向承壓的條件下，在承壓面的反面可能產(chǎn)生拉力，所以平面形水閘墻的厚度一般不得小于巷道寬度的一半。圓柱形水閘墻的厚度在設(shè)計(jì)時(shí)按圓柱面承壓條件計(jì)算，但由于在施工時(shí)需要預(yù)制比較復(fù)雜的模板，所以仍做成平面形，只是將圓柱形的弧面“內(nèi)切”于平面之中，如圖13—14所示。35圓柱形水閘墻厚度的計(jì)算公式是考慮水閘墻截槽處墻體或巖體的抗壓強(qiáng)度，用材料力學(xué)的方法推導(dǎo)出來(lái)的水閘墻厚度S為式中P——最大水壓，kg／cm2；K——水閘墻的建筑材料或圍巖的允許抗壓強(qiáng)度，kg／cm2。如果巖石的抗壓強(qiáng)度大于建筑材料的抗壓強(qiáng)度時(shí)，取建筑材料的K值；否則取巖石的K值。各種常用材料與圍巖的允許抗壓強(qiáng)度見表13-1；

r——水閘墻的內(nèi)半徑，cm。其大小根據(jù)圍巖的性質(zhì)及巷道的寬度b確定：圍巖較好時(shí)，r=b；圍巖較壞時(shí)，r=1.5b。此時(shí)支承面與巷道中心線的夾角α分別為30°和20°。3637如果按上述公式算得的墻厚太大時(shí)，則可將整個(gè)水閘墻構(gòu)筑成兩個(gè)或數(shù)個(gè)單獨(dú)圓柱形墻體，即將整個(gè)水閘墻分成數(shù)段砌筑。當(dāng)有。個(gè)圓柱形墻體組成時(shí)，每個(gè)單獨(dú)閘墻上所承受的壓力大致認(rèn)為近于P/n，則其單個(gè)圓柱形墻體厚度3ˊ的計(jì)算公式為：水閘墻的總厚度s按下式計(jì)算：式中n——單個(gè)圓柱形墻體的數(shù)目，一般取n=3∽5。因?yàn)槎螖?shù)過(guò)多，將增加峒室掘砌的工作量，如段數(shù)過(guò)少，墻厚過(guò)大時(shí)，則不好施工。38比較(13-1)與(13-3)式可以看出，按（13-3）式計(jì)算的水閘墻總厚度比較小，這是因?yàn)槎喽嗡l墻的支承截口較多，承壓能力大的緣故。按上述公式計(jì)算的水閘墻厚度，還需按水閘墻材料的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，并取最大值式中F——水閘墻軸心方向所受總壓力，kg；m——安全系數(shù)，取5已足夠；L——水閘墻峒室的周邊長(zhǎng)度，cm；τ——混凝土的抗剪強(qiáng)度(可取混凝土抗壓強(qiáng)度的10~15％)，kg／cm2。392)水閘門水閘門設(shè)置在發(fā)生涌水時(shí)需要堵截而平時(shí)仍帶運(yùn)輸、行人的井下巷道內(nèi)，例如在井底車場(chǎng)、井下水泵房和變電所的出入口以及有涌水影響的采區(qū)之間都應(yīng)設(shè)置水閘門。水閘門是整個(gè)礦井在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)過(guò)程中不可忽視的重要防水工程。不少礦井就由于預(yù)先建筑了水閘門，而避免了淹井事故的發(fā)生。40如圖13-15所示，水閘門是由混凝土墻垛1、門扇2、放水管3，放氣管4和壓力表5等部分所組成。門框的尺寸應(yīng)滿足運(yùn)輸?shù)男枰?，一般寬?.9～1.0米以上，高1．8～2米。門扇視具體情況可采用單扇或雙扇門，門扇的形狀有圓形和矩形兩種。門的形式通常是平面形，當(dāng)水壓超過(guò)25~30大氣壓力時(shí)，可采用球面形。無(wú)論平面的或球形的門扇，其與門框的接觸面都要做成斜的，而且門與門框之間均墊有橡膠或浸過(guò)焦油的帆布或鉛板，以保證接觸嚴(yán)密不漏水。4142水閘門平時(shí)是開放的。在需要運(yùn)輸?shù)南锏纼?nèi)，閘門所在位置裝設(shè)短的活動(dòng)鐵軌，當(dāng)發(fā)生透水時(shí)，可迅速將活動(dòng)鐵軌拆除，關(guān)閉水閘門。水閘門墻垛部分的厚度計(jì)算與水閘墻的計(jì)算相同。門扇的厚度，當(dāng)表壓力不超過(guò)30∽40大氣壓力時(shí)，用35~65mm的鋼板制成，或在工字鋼兩面焊以一定厚度的鋼板，當(dāng)壓力更大時(shí)，可用鑄鐵澆灌而成。水閘門門體的強(qiáng)度必須保。在承受水壓時(shí)不撓曲，使門扇和門框緊密吻合。433)留防水煤柱對(duì)于井上下的各種水源，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)盡可能將其疏干或堵塞中礦井充水的通道，徹底解除水的威脅，但這有時(shí)是不可能或不合理的，因此薄要利用一定寬度的煤柱來(lái)截住水源。按照有關(guān)規(guī)程規(guī)定，一般在下列情況下需要留防水煤柱，(1)當(dāng)煤層直接位于地衰水體或含水層之下，而上述水源又無(wú)法疏干時(shí)；(2)當(dāng)?shù)乇硭w或強(qiáng)含水層等通過(guò)斷層、裂縫與煤層有水力聯(lián)系時(shí)；(3)在被淹井巷上面或下面的煤層與巖層中進(jìn)行采掘工作，而被淹井巷中的積水不可能排除時(shí)；(4)相鄰礦井開采同一煤層，必須在礦井分界處留肪水煤柱。如果礦井是以斷層分界時(shí)，要在斷層兩側(cè)留有隔離煤柱。44合理確定防水煤柱尺寸的原則是：既能抵抗水的壓力，又要盡可能械少煤炭損失。這是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題。因?yàn)樗仨毧紤]到被隔水源的壓力，水量，煤層的賦存狀況、地質(zhì)構(gòu)造、圍巖及煤的性質(zhì)等各種因素。因此，目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有得出一種公認(rèn)的科學(xué)的計(jì)算方法。(1)

當(dāng)煤層直接與含水層或充水?dāng)鄬酉嘟佑|，如果僅考慮抵抗水的壓力時(shí)，則防水煤柱的寬度a可按下式計(jì)算：式中L——巷道寬度，m；P——水的壓力，大氣壓；K允——煤層的允許抗張強(qiáng)度，t／m2。K允=K極/m，K極為極限抗張強(qiáng)度，m為安全系數(shù)(取2～5)。45上式是把防水煤柱視作材料力學(xué)中的簡(jiǎn)支梁，略去煤柱自重，按其最大彎曲拉應(yīng)力來(lái)計(jì)算煤柱厚度而推導(dǎo)出來(lái)的理論公式。計(jì)算煤柱厚度而推導(dǎo)出來(lái)的理論公式。(2)頂?shù)装甯羲畬踊驍鄬訋Ц羲畬拥淖钚“踩碚摵穸萾可按下式計(jì)算：

式中γ——隔水層巖石的重率，t／m3；H——煤層頂?shù)装宄惺艿撵o水壓力，t／m2；L——巷道底板寬度或工作面控頂距，m；K允——隔水層的允許抗張強(qiáng)度，t／m2。46當(dāng)采掘工作面在含水層之上時(shí)取“_”號(hào)；采掘工作面在含水層之下時(shí)取“十”號(hào)。上式是把隔水層看作均質(zhì)的雙端固定梁，承受水壓和隔水層自重的均布載荷而而推導(dǎo)出來(lái)的理論公式。用上述公式計(jì)算所得的安全隔水層厚度t，如果小于實(shí)際隔水層厚度，則可不留防水煤柱，否則按算得的t值，確定采掘工作面的停頭位置與煤柱尺寸。47應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出，上述公式都是在假設(shè)簡(jiǎn)化條件后按完整的梁導(dǎo)出的理論公式。實(shí)際情況是煤層開采后不同的控頂措施會(huì)不同程度地破壞頂?shù)装寮戳旱耐暾?。因此，用上述公式?lái)計(jì)算巷道的防水煤柱或巖柱，以及緩傾斜煤層回采工作面底板隔水層的厚度還是可以的，但用來(lái)計(jì)算緩傾斜煤層回采工作面的頂板隔水層或急傾斜煤層回采工作面的頂、底板隔水層，則由于隔水層的完整性遭到破壞，其計(jì)算結(jié)果是值得懷疑的。由于實(shí)際情況的復(fù)雜性，故按公式計(jì)算的數(shù)據(jù)必須參照各礦經(jīng)驗(yàn)加以修正。48

5、堵水堵水就是將制成的漿液通過(guò)管道壓入地層裂隙，經(jīng)凝結(jié)、硬化后即起到堵隔水源的目的。注漿堵水的工藝過(guò)程和所用設(shè)備比較簡(jiǎn)單，效果較好，它已成為礦山、水工建筑。鐵道等方面防治地下水害的有效方法之一。目前在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用。注漿堵水，一般在下列條件下應(yīng)用：1)當(dāng)老空水或被淹井巷的水與強(qiáng)大水源有密切聯(lián)系，單純采用排水的方法排除積水成為不可能或不經(jīng)濟(jì)時(shí)。2)當(dāng)井筒或巷遭必須穿過(guò)一個(gè)或若干個(gè)含水豐富的含水層或充水?dāng)鄬?，如果不堵住水潭將給礦井建設(shè)帶來(lái)很大的困難與危害，甚至不可能掘進(jìn)時(shí)。493)當(dāng)井筒或工作面發(fā)生嚴(yán)重淋水，為了加固井壁，改善勞動(dòng)條件，減少排水費(fèi)用等，可以采用注漿堵水措施。4)某些涌水量特大的礦井，為了減少礦井涌水量，降低常年排水費(fèi)用，亦可采用注漿的辦法以堵住水源。在注漿堵水工程中，合理選擇注漿材料十分重要。它關(guān)系到注漿工藝、工期、成本及注漿效果。目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的注漿材料多種多樣，可以分為硅酸鹽類與化學(xué)類漿液兩大類。

50硅酸鹽類漿液有單純水泥漿與水泥—水玻璃(硅酸鈉)漿液兩種。由于水泥的來(lái)源廣、便宜、強(qiáng)度高，所以水泥仍是應(yīng)用最多的注漿材料。但水泥漿的初凝時(shí)間太長(zhǎng)，結(jié)石率低，而且在動(dòng)水條件下易被沖走。水泥—水玻璃混合漿液的初挺時(shí)間可以控制在一分鐘以內(nèi)，而且結(jié)石率可達(dá)百分之百。化學(xué)類漿液材料的種類較多。目前國(guó)內(nèi)外用得較多的是丙凝(MG-646)、鉻木素和脲醛樹脂等。MG-646的枯度幾乎和水一樣，凡是水可以滲透到的地層，它都可以滲入。它的凝膠時(shí)間可以從幾秒到幾小時(shí)準(zhǔn)確控制，并且在凝膠前粘度不變。

51采用什么漿液應(yīng)按注漿堵水的水文地質(zhì)條件以及施工的要求而確定。在基巖裂隙條件下，進(jìn)行地面預(yù)注漿或井筒工作面預(yù)注漿時(shí)，由于需要的漿液量多且要求漿液有較高的抗壓強(qiáng)度，一般采用水泥漿或水泥—水玻璃混合漿。當(dāng)進(jìn)行井倚壁后注漿時(shí)，需要漿液量小，而且要求凝膠時(shí)間快并能準(zhǔn)確地控制，一般可用水泥—水玻璃漿液、鉻木素等。在沖積層注漿時(shí)，對(duì)于粗砂、中砂可采用水泥—水玻璃漿液，對(duì)于細(xì)砂、粉砂、砂質(zhì)粘土以及細(xì)小裂隙，宜采用可靠性好的各種化學(xué)類漿液。對(duì)于溶洞、斷層，破碎帶和突水事故的處理等，目前采用的辦法是，先灌注惰性材料，如砂子，爐碴，巖粉、礫石、鋸末等，以充填過(guò)水通道，縮小過(guò)水?dāng)嗝?，增加漿液流動(dòng)阻力，減少跑漿；然后再灌注快凝水泥—水玻璃漿液，或采用強(qiáng)度較高的化學(xué)漿液材料。52為了取得注漿堵水的預(yù)期效果，必須首先查明突水地點(diǎn)，補(bǔ)給水源，溶洞大小，裂隙寬度與分布規(guī)律以及斷層錯(cuò)裂程度，斷層帶寬度、巖石破碎情況等，以便制定切合實(shí)際的注漿堵水方案。注漿堵水方案主要包括：確定堵水部位，鉆孔布置，注漿材料的配比和數(shù)量，注漿方法，注漿禹統(tǒng)，施工工藝和方法，堵水效果觀測(cè)以及安全措施等。53注漿堵水方法可分為動(dòng)水注漿與靜水注漿兩種。靜水注漿，漿液不易流失，容易控制，但有時(shí)為了達(dá)到靜水狀態(tài)，必須增加許多輔助工作和工程設(shè)施。動(dòng)水注漿，若地下水流遍不大時(shí)，有助于漿液運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散，充填空隙，對(duì)注漿有利，但如果水流速度過(guò)大，則容易沖走漿液，不利于充填固結(jié)。因此，在動(dòng)水注漿時(shí)，可根據(jù)漿液擴(kuò)散距離，在漿液中加入適量的促凝劑(水玻璃、氧化鈣等)或緩凝劑(磷酸氧二鈉、鞣酸鈉，木質(zhì)亞硫酸等)，能取得較好的效果。5413．4礦井突水及處理13．4．1透水預(yù)兆實(shí)踐證明，井下采掘工作面發(fā)生透水之前，一般都有某些征兆。廣大煤礦職工在長(zhǎng)期與水害斗爭(zhēng)的實(shí)踐中，摸索和總結(jié)出的一些透水預(yù)兆如下；1、煤層發(fā)潮發(fā)暗。煤層本來(lái)是干燥，光亮的，由于水的滲入，就變得潮濕、暗淡，如果挖去一層，還是這樣，說(shuō)明附近有積水。2、巷道壁或煤壁“掛汗”。這是由于壓力水滲過(guò)微小裂隙凝聚于巖石和煤層的表面。3、煤層變冷。煤層含水時(shí)，能吸收人體較多的熱量，所以，用手摸時(shí)有發(fā)涼感覺(jué)。4、頂板來(lái)壓，淋水加大，或底板鼓起并有滲水。555、出現(xiàn)壓力水流(或稱水線)。這表明距離水源已經(jīng)較近，應(yīng)觀察水流情況，如出水清凈說(shuō)明水源較遠(yuǎn)，出水混濁，說(shuō)明離水源很近。6、煤層有水?dāng)D出井產(chǎn)生“嘶嘶”聲，有時(shí)尚能聽到空洞泄水聲。這是屬于險(xiǎn)期征兆。7、工作面有害氣體增加。積水區(qū)常有氣體散發(fā)出來(lái)，一般是沼氣，二氧化碳和硫化氫等。8、煤壁或巷道掛紅，酸度大，水味發(fā)澀和有臭雞蛋味。這是由于積水年久，水中溶解了許多雜質(zhì)，含鐵能使水變成紅色，含硫化氫就有臭雞蛋味，酸性水發(fā)澀。56

礦井水的類型不同，出現(xiàn)的預(yù)兆也不同。

1、老空水老空水多半年代很久，水量補(bǔ)給較差，一般屬于“死水”。所以，掛紅、酸度大，水味發(fā)澀，是老空水的特點(diǎn)。2、斷層水?dāng)鄬痈浇鼛r層較為破碎，故一般出現(xiàn)工作面來(lái)壓，淋水增大，斷層水一般補(bǔ)給比較充分，多屬“活水’。因此，很少出現(xiàn)掛紅，水無(wú)澀味。在巖巷中遇到的斷層水，有時(shí)能在巖縫中見到淤泥，底部出現(xiàn)射流，水呈黃色等。3、溶洞水大多在石灰?guī)r中遇到，有時(shí)出現(xiàn)頂板來(lái)壓，柱窩滲水，裂縫浸水等現(xiàn)象。由于溶洞大部受水長(zhǎng)期浸蝕，水呈黃色或灰色，帶有臭味，有時(shí)也能出現(xiàn)掛紅。4、沖積層水在淺部掘進(jìn)井筒時(shí)常遇到?jīng)_積層水。如果隔離煤柱過(guò)小，在井下回采冒落后，裂隙溝通沖積層，也能遇到?jīng)_積層水。沖積層水的特點(diǎn)，一般是開始水小，水色發(fā)黃，夾有砂子，以后變大。57以上僅是一般的預(yù)兆，有時(shí)也會(huì)遇到特殊情況，如過(guò)斷層時(shí)有的就沒(méi)有出現(xiàn)什么預(yù)兆，只是壓力增大，以后支柱壓斷，水才下來(lái)。又如