我國煤礦防治水概述

我國煤礦防治水概括我國煤礦床水文地質(zhì)條件復(fù)雜，主要煤產(chǎn)地的華北石炭二疊紀(jì)煤田和南方晚二疊世煤田，屬于喀斯特水文地質(zhì)種類煤田，黃淮平原的煤田則遇到第四系沖洪積層水的危害。目前，在原統(tǒng)配煤礦中，約有 18%待開采的煤炭儲量遇到較為嚴(yán)重的水害威迫。1950年此后，我國煤礦曾發(fā)生過數(shù)百次突水事故，此中開灤范各莊礦于1984年6月2日發(fā)生突水量為2053m3/min的特大突水事故，造成經(jīng)濟損失5億元以上。因而可知，煤礦水害已成為影響煤礦安全生產(chǎn)的重大重點問題之一，對其進行防治工作研究擁有十分重要的現(xiàn)實意義和長久的戰(zhàn)略意義。一我國煤礦水害散布＜一）水害區(qū)的區(qū)分依據(jù)我國聚煤區(qū)的不一樣地質(zhì)、水文地質(zhì)特點，并考慮到礦井水對生產(chǎn)的危害程度，可將我國煤礦區(qū)分為6個礦井水害區(qū)（1、華北石炭二疊紀(jì)煤田的巖溶一裂隙水水害區(qū)；2、華南晚二疊世煤田的巖溶水水害區(qū)；3、東北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；4、西北侏羅紀(jì)煤田的裂隙水水害區(qū)；5、西藏一滇西中生代煤田的裂隙水水害區(qū)；6、臺灣第三紀(jì)煤田的裂隙一孔隙水水害區(qū)＞〈二）各水害區(qū)的簡況從表1-1-1中可看出，我國礦井水害主要散布在華北和華南兩大區(qū)。其礦井水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，水害十分嚴(yán)重。比如華北石炭二疊紀(jì)煤田的煤系基底中奧陶統(tǒng)巖溶-裂隙水水害；黃淮平原重生界松懈層水的水害；華南晚二疊世煤田的煤系頂?shù)装寤規(guī)r巖溶水水害。而東北侏羅紀(jì)煤田固然存在著裂隙水及第四系松懈層水的危害，但不嚴(yán)重；西北侏羅紀(jì)煤田處于干旱、半干旱天氣區(qū)，區(qū)內(nèi)嚴(yán)重缺水，存在著供水問題；西藏-滇西及臺灣的中、重生代煤田的水文地質(zhì)條件比較簡單，水害問題也不嚴(yán)重。表1-1-1我國煤礦水害區(qū)的簡況編號水害分區(qū)名稱天氣大區(qū)年降水量及其覆蓋面積的百分?jǐn)?shù)礦井水對生產(chǎn)危害程度附注1華北石炭二疊系巖溶-裂隙水害區(qū)亞潤濕一亞干旱天氣區(qū)600~1000mm約占70%出水、突水較屢次，涌水量大或特大＜1000~123180m/h）。常常影響生產(chǎn)或淹井，煤田為散布范圍大、可采煤層多、儲量200~600mm約占20%或負(fù)擔(dān)巨大排水花費，采煤和礦井安全都遇到嚴(yán)重威迫，區(qū)內(nèi)中深手下組煤有幾百億噸不可以開采大、煤種齊備的焦煤和主焦煤重要產(chǎn)地，對公民經(jīng)濟影響重要2華南晚二疊統(tǒng)巖溶潤濕天氣區(qū)1200~2000mm約占95%以上出水、突水很屢次，常常影響生產(chǎn)或淹井，突水量大＜2700~27000m3/h），礦井正常涌水量亦大＜3000~8000m3/h）。負(fù)擔(dān)巨額排水電費＜400~1500萬元/a）；地面由于地面塌陷，每年礦區(qū)付出上白力元賠償費。由于主巷布設(shè)在強含水層內(nèi)，故突水水害區(qū)塌陷嚴(yán)重，井下黃泥突出擁塞井巷。礦井安全遇到嚴(yán)重威迫雨季更危險水、出水屢次，主要為底板茅口灰?guī)r水，江西是頂板長興灰?guī)r水3東北侏羅系裂隙水水害區(qū)潤濕-亞潤濕天氣區(qū)400~600mm約占60%600~800mm占25%一般不影響生產(chǎn)，部分礦區(qū)受地表水和第四系松懈層水的危害較重，有時造成淹井事故局部為亞干旱區(qū)＜15%）4西北侏羅系裂隙水干旱天氣區(qū)25~75mm占80%本區(qū)嚴(yán)重缺水，存在供水問題，僅少部分地域有地表水和老空水，造成的煤礦水害局部為亞干旱區(qū)水害區(qū)75~100mm占80%100~400mm占20%5西藏-滇西中生界潤濕-亞潤濕天氣區(qū)300~600mm約占55%西藏-滇西和臺灣中、重生代煤田煤炭儲量僅占全國儲量0.1%,水文地質(zhì)條件比一小部分為亞干旱區(qū)裂隙水水害區(qū)800~1000mm約占35%1000~2000mm約占10%較簡單，水害也不嚴(yán)重6臺灣第三系裂隙-孔隙水水害區(qū)潤濕大氣區(qū)1800~4000mm約占95%以上此外第四系水〈孔隙水）、地表水體所造成的水害，不一樣程度地存在于各大種類區(qū)內(nèi)。此中僅黃淮平原煤田＜屬華北水害種類區(qū)）第四系水造成的水害較為1963年7嚴(yán)重，在煤田開發(fā)過程中，流沙潰入并吞沒礦井的事故好多。比如月徐州新河煤礦502工作面忽然潰入沖積層水、流沙和黃泥，淤塞巷道 1200m,停產(chǎn)58d。老空水＜古井、小窯）水害，常常造成局部停產(chǎn)或淹井事故，并常有人身傷亡。這種水害幾乎所有礦區(qū)都存在，危害程度與其所在水害種類區(qū)有關(guān)。二礦井水害的名詞與種類＜一）礦井水害名詞（1＞礦井水凡是在礦井開辟、采掘過程中，滲透、滴入、淋入、流入、涌入和潰入井巷或工作面的任何水源水，統(tǒng)稱為礦井水。（2＞礦井突水＜簡稱突水）凡因井巷、工作面與含水層、被淹巷道、地表水體或含水的裂隙帶、溶洞、洞窟、塌陷柱、頂板冒落帶、結(jié)構(gòu)破裂帶等靠近或溝通而忽然產(chǎn)生的出水事故，稱為礦井突水。（3＞礦井水害凡影響生產(chǎn)、威迫采掘工作面或礦井安全的、增添噸煤成本和使礦井局部或所有被吞沒的礦井水，都稱為礦井水害。＜二）礦井水害種類造成礦井水害的水源有大氣降水、地表水、地下水和老空水。此中地下水按其儲水縫隙特點又分為孔隙水、裂隙水和巖溶水等?，F(xiàn)依據(jù)水源分類，把我國礦井水害分紅若干種類〈見表1-1-2），作為防治礦井水害時的參照。表1-1-2礦井水害種類類型水源水源進入礦井的門路或方式發(fā)生過突水、淹井的典型礦區(qū)地表水水害大氣降水、地表水體<江、河湖泊、水庫、溝渠、坑塘、池沼、泉水和泥石流）井口、采空冒裂帶、巖溶地面塌陷坑或洞、斷層帶及煤層頂?shù)装寤蚍饪撞涣嫉呐f鉆孔充水或?qū)峭艏艺V、內(nèi)蒙古平莊古山礦、遼源梅河一井等老空水水害古井、小窯、廢巷及采空區(qū)積水采掘工作面靠近或交流時，老空水進入巷道或工作面山西陵川縣關(guān)嶺山煤礦、徐州旗山礦、峰峰四礦等礦區(qū)都發(fā)生過老空水的水害孔隙水水害第三系，第四系松懈含水層孔隙水、流沙水或泥沙等，有時為地表水補給采空冒裂帶、地面塌陷坑、斷層帶及煤層頂、底板含水層裂隙及封孔不良的舊鉆孔導(dǎo)水 ;吉林舒蘭煤礦、淮南孔集礦、徐州新河煤礦裂隙水水害砂巖、礫巖等裂隙含水層的水，常常受到地表水或其余含水層水的補給采后冒裂帶、斷層帶、采掘巷道揭穿頂板或底板砂巖水，或封孔不良的老鉆孔導(dǎo)水徐州大黃山煤礦、韓橋煤礦，開灤范各莊礦等煤礦區(qū)都有裂隙水水害巖溶水水害薄層灰?guī)r水水害主要為華北石炭二疊紀(jì)煤田的太原群薄層灰?guī)r巖溶水<山東省帶為徐家莊灰?guī)r水），并常常獲得中奧陶系灰?guī)r水補給采后冒裂帶、斷層帶及塌陷柱，封孔不良的老鉆孔，或采掘工作面直接揭穿薄層灰?guī)r巖溶裂隙帶突水徐州青山泉二號井，淮南謝一礦，肥城大封煤礦，楊莊礦<徐灰），新蜜蘆溝礦厚層煤層間接頂板厚層灰?guī)r含水層，并常常受地表水補給采后冒裂帶、采掘工作面直接揭穿或地面巖溶塌陷坑江西豐城云莊礦灰?guī)r水水害煤系或煤層的底板厚層灰?guī)r水<在我國煤礦區(qū)主假如華北的中奧陶系厚層<500~600m）灰?guī)r水和南方晚二疊統(tǒng)陽新灰?guī)r水），對煤礦開采威迫最大，也最嚴(yán)重采后底臌裂隙、斷層帶、結(jié)構(gòu)破碎帶、塌陷柱或封孔不好的老鉆孔和地面巖溶塌陷坑汲取地表水峰峰一礦，焦作演馬莊礦、馮營礦、中馬村礦、淄博北大井均為斷層導(dǎo)水淹井；開灤范各莊礦，安陽銅冶礦為中奧灰水經(jīng)過塌陷柱、探孔進入礦井注：①表中礦井水害種類系指按某一種水源或某一種水源為主命名的。但是，多半礦井水害常常是由2~3種水源造成的。單調(diào)水源的礦井水害極少。②頂板水或底板水，只反應(yīng)含水層水與開采煤層所處的相對地點，與水源豐富與否、水害大小沒關(guān)。同一含水層水，既可以是上覆煤層的底板水，又同時是下伏煤層的頂板水。比如，峰峰礦區(qū)的大青灰?guī)r水，既是小青煤層的底板水，又是大青煤層的頂板水。所以，不按此分類。③斷層、舊鉆孔、塌陷柱等都可能成為地表水或地下水進入礦井的通道 〈水道），它們能夠含水或?qū)?，可是以它們命名的水害，既不可以反?yīng)水源的豐富程度，又不可以表示對礦井安全危害和威迫的嚴(yán)重性。由于由它們導(dǎo)水造成的礦井水害有大有小，有的造成不了水害。其危害或威迫程度，決定于經(jīng)過它們的水的本源豐富與否。三煤礦防治水害的現(xiàn)狀與方法<一）煤礦防治水害的現(xiàn)狀.國內(nèi)現(xiàn)狀在突水機理的研究上，曾先后提出了“突水系數(shù)”、“等效隔水層”和底板隔水層中存在“原始導(dǎo)高”等觀點。經(jīng)過多年的實驗、觀察與研究，以為底板突水機理是“含水層富水性、隔水層厚度及其存在的天然裂隙與水壓、礦壓等要素的綜合作用結(jié)果?！睂ν凰饰霾杉{了統(tǒng)計學(xué)方法，力學(xué)均衡、能量均衡方法。同時，開始應(yīng)用井下物探技術(shù)，如坑道透視法、井下電法、氡氣測定法等來探測充水水源和充水通道。并在研究、考證展望突水量的數(shù)學(xué)模型方面有較大進展。疏干降壓是我國礦井防治水害的主要技術(shù)舉措。國內(nèi)除廣泛的采納常常性疏干排水外，先后還進行了峰峰礦區(qū)和淄博礦區(qū)的薄層灰?guī)r水的疏干和降壓及邯鄲礦區(qū)的疏干工作程序和疏干勘探方法。 80年月初，在淮南礦區(qū)還整體研究了太原群灰?guī)r水的疏干問題。堵水截流是我國礦井防治水害的重要方法。在靜水與動水條件下注漿封堵突水滴、礦區(qū)外頭注漿帷幕截流等都有比較成熟的方法和經(jīng)驗。焦作、峰峰、煤炭壩等礦區(qū)都進行過這種工作，最近幾年來又成功的封堵了開灤范各莊礦特大型突水。從60年月起在徐州、棗莊、新汶等煤礦和張馬屯鐵礦、水口山鉛鋅礦等不一樣水文地質(zhì)條件下的灰?guī)r地層中成功地建筑了大型堵水截流帷幕，獲得了優(yōu)秀的堵水成效。最近幾年來，峰峰四礦對煤層底板注漿截斷巖溶水垂向補給通道，獲得了顯然的成效，供給了一種可借鑒的截流方法。．外國現(xiàn)狀目前，外國主要采納主動防備法，即采納地面垂直鉆孔，用潛水泵特意疏干含水層。為了適應(yīng)早先疏干方法，外國生產(chǎn)了高揚程 〈達1000m)、大排水量(達5000m3/h)、大功率＜2000kW)的潛水泵，其疏干項目已漸漸采納電腦自動控制。外國堵水截流方法也有很大發(fā)展，建筑地下帷幕方法越來越遇到重視，蘇聯(lián)以為帷幕是此后疏干研究工作的方向之一。目前有些國家利用挖溝機在松懈層中修建帷幕；開挖、護壁、清渣流水作業(yè)，是目前外國先進的堵水截流技術(shù)?？墒?，此刻外國還沒有在巖溶地層中建筑大型帷幕的實例。為充足利用隔水層厚度，減少排水量，外國正在對隔水層的隔水機理、突水量與結(jié)構(gòu)裂隙的關(guān)系、高水壓作業(yè)下的突水機理以及隔水層穩(wěn)固性與臨界水力阻力的綜合作用等進行研究。目前展望方法有統(tǒng)計學(xué)方法、突變論方法和現(xiàn)場實驗，如水力壓裂法等。物探方法也有必定的發(fā)展。如德、英、美等國研究槽波地震法探測落差大于煤厚的斷層，以及采納井下數(shù)字地震儀探測巖層中的應(yīng)力散布；蘇聯(lián)從超前孔頂用無線電波法研究巖溶發(fā)育帶預(yù)防突水。＜二）煤礦防治水害方法如前所述，我國在礦井水害防治方面，已有了比較成熟的技術(shù)和舉措，如疏干降壓、注漿堵水、突水展望和探放水等＜見表1-1-3）。表1-1-3煤礦防治水害方法簡介防治水方法應(yīng)用礦區(qū)分類主要內(nèi)容地表水防治.在河流＜含沖溝、小溪渠道）的漏水、滲水段鋪底，修人工河床、渡槽或河流部分地段改道等.在礦區(qū)外頭修建防洪泄溝渠道，在采空區(qū)外頭挖溝排 ＜截）洪.填堵渠道〈指對巖溶地面塌陷及采空區(qū)塌陷的辦理）.建閘設(shè)站，清除塌陷區(qū)積水或防備河水倒灌湖南恩口礦、南桐紅巖礦、徐州賈汪礦區(qū)井下防水設(shè)備.留布防水煤〈巖）柱.設(shè)置防水閘門及防水閘墻.設(shè)排水泵房、水倉、排水管路及排溝渠等排水系統(tǒng)峰峰各礦、邯鄲各礦及其余大水礦區(qū)井下探放水.探放老空水.探放斷層水.探放塌陷柱水. 探放舊鉆孔水.探放含水層水峰峰、井陘、邯鄲、淄博和肥城等礦區(qū)疏干地表疏干從地面施工垂直鉆孔，安裝潛水泵，抽排含水層水地下疏干（1＞特意疏干礦井、巷道和放水孔（2＞疏干巷道＜運輸巷道疏干含水層、疏水石門、疏水平硐）（3＞疏水鉆孔＜井下放水孔疏干、井下吸水孔疏干）結(jié)合疏干（1＞地表疏干與地下疏干同時進行（2＞多井同時疏干同一含水層廣東石碌銅礦匈牙利湖南煤炭壩礦、恩口礦等徐州夏橋礦南桐紅巖礦新汶張莊礦潞安五陽礦蘇聯(lián)北烏拉爾鋁土礦湖南煤炭壩礦突水展望易于突水的結(jié)構(gòu)部位或地段的展望采掘前突水展望采掘過程中突水展望突水量展望焦作礦區(qū)、淄博礦區(qū)井陘礦區(qū)、邯鄲王鳳礦陜西韓城礦區(qū)、井陘礦區(qū)地表水體下采煤安全舉措地表水體下留設(shè)安全煤〈巖）柱＜含斷層煤柱）選擇控制采高的采煤方法，增強頂板管理保持足夠的排水能力，即設(shè)計的最大排水能力成立井上、下水文動向觀察網(wǎng)、避災(zāi)路線、報警系統(tǒng)等必需時探水掘進淮南孔集礦等樂平鐘家山礦開灤唐山礦淮南孔集礦等井陘礦區(qū)注漿堵水注漿堵水的一般施工封堵突水口〈點）的注漿封堵突水巷道的注漿封堵突水?dāng)嗔褞У淖{封堵巖溶塌陷柱的注漿巷道布設(shè)在厚層灰?guī)r的突水口的注漿封堵天然隱伏垂向補給通道的注漿堵水截流帷幕的注漿開灤范各莊礦與呂家坨礦的界限巷道動水注漿項目新汶?yún)f(xié)莊礦；肥城大封礦開灤趙各莊礦開灤范各莊礦安陽銅冶礦漣邵斗笠山礦、湖南恩口礦峰峰四礦徐州青山泉礦、棗莊郭東井酸性水防治減少酸性水發(fā)生的本源檢選、利用造酸礦物減少地表水滲透量減少大氣降水沿煤層露頭帶滲透量減少排水量減少排酸性水的時間淄博礦務(wù)局豐城礦務(wù)局江蘇潭山硫鐵礦.提升設(shè)備的耐酸性能.中和酸性水井下探放水一概括＜一）探水的目的探水系指采礦過程頂用超前勘探方法，查明采掘工作面頂?shù)装?、?cè)幫和前方的含水結(jié)構(gòu)＜包含塌陷柱）、含水層、積水老窯等水體的詳細(xì)地點、產(chǎn)狀等，其目的是為有效的防治礦井水害做好必需的準(zhǔn)備。＜二）探水的原則采掘工作一定履行“有疑必探，先探后掘”的原則，因此碰到以下狀況之一時，一定探水。（1＞靠近水淹的井巷、老空、老窯或小窯時。（2＞靠近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、含水裂隙密集帶、溶洞和塌陷柱時，或經(jīng)過它們之、乙前。（3＞翻開隔絕煤柱放水前。（4＞靠近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破裂帶或裂隙發(fā)育帶時。（5＞靠近可能涌＜突）水的鉆孔時。（6＞靠近有水或稀泥的灌漿區(qū)時。（7＞采動影響范圍內(nèi)有承壓含水層或含水結(jié)構(gòu)，或煤層與含水層間的隔水巖柱厚度不清，可能突水時。（8＞靠近礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地段，采掘工作有涌 ＜突）水先兆或狀況不明時。（9＞采掘項目靠近其余可能涌＜突）水地段時。二探放老空水小煤窯或礦井采掘的廢巷老空積水，其幾何形狀極不規(guī)則，積水量大者可達數(shù)百萬立方M,一旦采掘工作面靠近或揭穿它們時，常常造成突水淹井及人身傷亡事故，故一定早先進行探放老空水。＜一)探放水項目設(shè)計內(nèi)容(1＞探放水巷道推動的工作面和四周的水文地質(zhì)條件，如老空積水范圍、積水量、切實的水頭高度＜水壓)、正常涌水量，老空與上、下采空區(qū)、相鄰積水區(qū)、地表河流、建筑物及斷層結(jié)構(gòu)的關(guān)系等，以及積水區(qū)與其余含水層的水力聯(lián)系程度。(2＞探放水巷道的開辟方向、施工序次、規(guī)格和支護形式。(3＞探放水鉆孔組數(shù)、個數(shù)、方向、角度、深度和施工技術(shù)要求及采納的超前距與幫距。(4＞探放水施工與掘進工作的安全規(guī)定。(5＞受水威迫地域信號聯(lián)系和避災(zāi)路線確實定。(6＞通風(fēng)舉措和瓦斯檢查制度。(7＞防排水設(shè)備，如水閘門、水閘墻等的設(shè)計以及水倉、水泵、管路和溝渠等排水系統(tǒng)及能力的詳細(xì)安排。(8＞水情及避災(zāi)聯(lián)系報告制度和災(zāi)禍辦理舉措。(9＞附老空地點及積水區(qū)與現(xiàn)采區(qū)的關(guān)系圖、探放水孔部署的平面圖和剖面圖等。＜二)探放老空水的原則探放老空水除了要按照上述的探放水原則外，還應(yīng)按照下述探放老空水的詳細(xì)原則。(1＞踴躍探放。當(dāng)老空區(qū)不在河溝或重要建筑物下邊、排放老空區(qū)內(nèi)積水不會過分加重礦井排水負(fù)擔(dān)、且積水區(qū)之下又有大批的煤炭資源急待開采時，這部分積水應(yīng)想方設(shè)法地放出來，以完全排除水災(zāi)。（2>先隔絕后探放。與地表水有親密水力聯(lián)系且雨季可能接受大批增補的老空水；老空的積水量較大，水質(zhì)不好<酸性大），為防止負(fù)擔(dān)長久排水花費，對這種積水區(qū)應(yīng)先想法間隔或減少其補給水量，而后再進行探水，若間隔水源有困難沒法進行有效的探放，則應(yīng)留設(shè)煤巖柱與生產(chǎn)區(qū)分開，待到礦井生產(chǎn)后期再進行辦理。（3>先降壓后探放。對水量大、水壓高的積水區(qū)，應(yīng)先從頂、底板巖層打穿層放水孔，把水壓降下來，而后再沿煤層打聽水鉆孔。（4>先堵后探放。當(dāng)老空區(qū)為強含水層水或其余大小水源水所吞沒，出水滴有很大的補給量時，一般應(yīng)先封堵出水滴，爾后再探放水。三探放斷層水<一）探放斷層水的原則凡遇以下狀況一定探水：（1>采掘工作眼前面或鄰近有含<導(dǎo)）水?dāng)鄬哟嬖?，但詳?xì)地點不清或控制不夠嚴(yán)密時。（2>采掘工作眼前面或鄰近展望有斷層存在，但其地點和含 （導(dǎo)）水性不清，可能突水時。（3>采掘工作面底板隔水層厚度與實質(zhì)蒙受的水壓都處于臨界狀態(tài) <即等于安全隔水層厚度和安全水壓的臨界值），在掘進工作眼前面和采面影響范圍內(nèi)，能否有斷層狀況不清，一旦遭受很可能發(fā)生突水時。（4>斷層已為巷道揭穿或穿過，臨時沒有出水跡象，但由于隔水層厚度和實質(zhì)水壓已靠近臨界狀態(tài)，在采動影響下，有可能惹起突水，需要探明其深部能否已和強含水層連通，或有底板水的導(dǎo)高升度時。（5>井巷項目靠近或計劃穿過的斷層淺部不含 <導(dǎo)）水，但在深部有可能突水時。(6>依據(jù)井巷項目和自設(shè)斷層防水煤柱等的特別要求，一定探明斷層時。(7>采掘工作面距已知含水?dāng)鄬?60m時。(8>采掘工作面靠近推測含水?dāng)鄬?100m時。(9>采區(qū)內(nèi)小斷層使煤層與強含水層的距離縮短時。(10>采區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)不明，含水層水壓又大于 2?3MPa時。四探放塌陷柱水煤層底板為厚層石灰?guī)r的華北型煤日，由于導(dǎo)水塌陷柱的存在，使某些處于上覆地層原來沒有貫串煤系基底強含水層的中、小型斷層或一些張裂隙，成為水源充足、強富水的突水單薄帶，一旦被揭示，將惹起突水。若導(dǎo)水塌陷柱直接突水，后來果就更嚴(yán)重。比如1984年開灤范各莊礦2171工作面塌陷柱突水的最大涌水量達 2053m3／min，使該大型礦井在21h內(nèi)被所有吞沒