煤礦水害防治課件(石建麗)

礦井水災防治新密市煤炭學校石建麗6/6/20231概述

凡影響生產(chǎn)、威脅采掘工作面或礦井安全的、增加噸煤成本使礦井局部或全部被淹沒的礦井水，都稱為礦井水害。20世紀80年代，開灤煤礦范各莊礦的突水淹井事故中最大涌水量高大2053m3/min，為世界采礦史上有記載的突出水量之最。

目標：不突水、不淹面不淹井、不傷人6/6/20232一、礦井水災發(fā)生條件、原因及危害

（一）基本概念

礦井水：在礦井開拓、采掘過程中，滲入、淋入、流入、涌出和潰入井巷或工作面的水。

礦井突水（礦井透水）：井巷、工作面與水源接近或溝通而突然導致的出水事故。

礦井水災：當?shù)V井的涌水量超過了礦井的正常排水能力時，造成礦井水泛濫成災的現(xiàn)象，叫礦井水災。6/6/20233一、礦井水災發(fā)生條件、原因及危害

（二）礦井水災發(fā)生的基本條件水災發(fā)生的基本條件有水源有涌水通道失控大氣降水地表水地下水是地下水的主要補給來源，直接或間接影響礦井充水。是地表積聚的水源，是地下水的補給水源。孔隙水：松軟巖層空隙中的水、位于表土層，威脅井筒裂隙水：堅硬巖層裂隙中的水巖溶水：石灰?guī)r裂隙或溶洞中的水，水壓大、水量多老空水：一般成酸性，對金屬有腐蝕作用活水死水人為因素：頂板冒落裂隙帶；地表巖溶塌陷帶；鉆孔自然因素：空隙、裂隙、節(jié)理、層理、溶洞、孔洞、斷層6/6/20234一、礦井水災的發(fā)生條件、原因及危害

（三）礦井水災發(fā)生的原因

1、地面防洪、防水措施不當或管理不善，地表水(多為雨季降水)大量灌人井下，造成水災。2、水文地質(zhì)情況不清，井巷接近老空積水區(qū)、充水斷層、陷落柱、強含水層以及打開隔離煤柱，未執(zhí)行探放水制度，盲目施工，或者雖然進行了探水，但措施不當。3、井巷位置設計不當。如將井巷置于不良地質(zhì)條件中或過分接近強含水層等水源，導致施工后，因地壓和水壓共同作用而發(fā)生頂、底板透水。6/6/20235一、礦井水災的發(fā)生條件、原因及危害

（三）礦井水災發(fā)生的原因4、井巷施工質(zhì)量偽劣，致使礦井井巷嚴重塌落、冒頂、跑砂導致透水，或工程鉆孔在固井止水前誤穿巷道，導致頂板含水透水。5、測量錯誤，導致巷道穿透積水區(qū)。6、井下無防水閘門或雖有而管理、組織不當，造成透水時無作用而淹井。7、出現(xiàn)透水預兆未覺察或未被重視或處理不當造成透水。8、排水設備能力不足或設備不完好或排水設備平時維護不當。如水倉不按時清挖，儲水能力不足而淹井。

6/6/20236二、礦井水災事故類型劃分依據(jù)造成礦井水災害的水的來源，可以把礦井水災事故分成六種類型，由于我國多數(shù)礦井水害往往是由2～3種水源造成的，單一充水的礦井水害很少，故礦井水害類型是按某一種水源或以某種水源來命名的。（一）地表水害由地表河流、湖泊、水庫等地表水體，通過連通礦井井巷的巖石裂縫、斷層裂隙、巖溶孔洞、塌陷區(qū)裂隙、老窖、井巷等通道進入礦井，造成礦井充水，而且影響礦井生產(chǎn)和安全。6/6/20237二、礦井水災事故類型劃分（二）含水層水水害根據(jù)更具體的水源或與煤相關位置，分為：

1.沖積層水水害

2.煤層頂、底板水水害

3.斷層水水害4.老空積水5.巖溶水水害6.封閉不良的鉆孔水水害

6/6/20238三、礦井突水預兆

掛紅：因地下水中含有鐵的氧化物，在水壓作用下，通過煤（巖）裂隙時，附著在裂隙表面，出現(xiàn)暗紅色鐵銹。

掛汗：當采掘工作面接近水區(qū)時，在水壓作用下，通過煤巖裂隙在煤巖壁上凝結(jié)成許多水珠。

空氣變冷：采掘工作面接近大量積水時，氣溫驟然降低，煤壁發(fā)涼時間越長越感陰涼。

出現(xiàn)霧氣：當巷道內(nèi)溫度較高時，積水滲到煤壁后引起蒸發(fā)而迅速形成霧氣。水叫：井下高壓積水，向煤巖裂隙強烈積壓與兩壁摩擦會發(fā)出嘶嘶的叫聲。

頂板淋水加大：原有裂隙淋水突然增大。6/6/20239三、礦井突水預兆頂板來壓、底板鼓起：在地下水壓作用下，頂、底板彎曲變形，有時伴有潮濕、滲水現(xiàn)象。水色發(fā)渾、有臭味：老空水一般發(fā)紅，味澀；斷層水一般發(fā)黃、味甜；溶洞水常有臭味。有害氣體增加：積水區(qū)向外散發(fā)瓦斯、二氧化碳和硫化氫等有害氣體。裂隙出現(xiàn)滲水：水清即離積水區(qū)尚遠；若出現(xiàn)渾濁，則離積水區(qū)已近。6/6/202310四、井下防治水礦井防治水的16字原則：預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采井下防治水措施可概括為6個字：即查、測、探、放、截、堵等幾個方面。6/6/202311四、井下防治水

（一）查

查，即查明水源和通道。主要查：1、沖積層的組成及厚度，各分層的含水性及透水性。2、裂隙和斷層的位置、錯動距離、延伸長度、破碎帶范圍、含水情況和導水性能。3、含水層與隔水層的位置、數(shù)量、厚度，各含水層的涌水量、透水性及其開采煤層的距離。4、老窯、古井和現(xiàn)在正在開采的小煤礦的分布、開采范圍、開采深度和積水情況，廢棄鉆孔的處理情況等。5、開采過程中，圍巖破壞及地表塌陷情況，觀測巖層跨落帶、斷裂帶、沉降彎曲帶的高度及其對涌水的影響。6/6/202312四、井下防治水

（二）測

測，即做好水文觀測工作。具體講有以下幾個方面：1、收集當?shù)貧庀?、降水量和河流水文地質(zhì)資料（速度、流量、水位、枯水期和洪水期等）；查明地表水體的分布、水量的補給、排泄條件；查明洪水泛濫對礦區(qū)、工業(yè)廣場及居民點的影響程度。2、通過探水鉆孔和水文觀測孔，觀測各種地下水源的水位、水壓和水量變化，分析水質(zhì)，查明礦井水的來源及其補給關系。3、觀測礦井涌水量及其季節(jié)變化規(guī)律等。6/6/202313四、井下防治水

（三）探1．堅持“有疑必探，先探后掘”的探放水原則

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：礦井必須做好水害分析預報，堅持有疑必探，先探后掘的探防水原則。在采掘施工過程中，必須分析推斷前方是否有疑問區(qū)，有則采取超前鉆探措施，探明水源位置、水壓、水量及其開采煤層的距離，以便采取相應的防治水措施，確保安全生產(chǎn)。6/6/202314四、井下防治水

（三）探2.必須探水前進的情況《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定探水線進行探水。（1）接近水淹或可能積水的井巷、老空或相鄰煤礦時；（2）接近含水層、導水斷層、溶洞和導水陷落柱時；（3）打開隔離煤柱放水時；（4）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時；（5）接近有出水可能的鉆孔時；（6）接近有水的灌漿區(qū)時；（7）接近其他可能出水地區(qū)時；經(jīng)探水確認無突水危險后，方可前進。6/6/202315四、井下防治水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之一——探水起點至積水區(qū)的最小距離L：（1）對于老空、老巷，水窩等積水區(qū)，當積水區(qū)的位置確定且水壓又不超過1000kpa時，L煤≮30m；L巖≮20m；（2）有圖紙資料，但不能確定積水區(qū)的邊界位置時，L≮60m；（3）沒有圖紙資料的老窯，可根據(jù)本礦了解到的小煤窯開采最低水平，作為預測的可疑區(qū)，必要時可先進行物探控制可疑區(qū)，L≮100m；（4）掘進巷道附近有斷層、陷落柱或石門揭開含水層時，L≮20m。6/6/202316四、井下防治水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之二——鉆孔深度與超前距離：超前距：是探放水鉆孔終孔位置比掘進巷道超前的距離。允許掘進距離：經(jīng)探水后，證實無水害威脅，可以安全掘進的長度。

幫距：探放水鉆孔中最外側(cè)斜孔到巷道幫的距離。6/6/202317四、井下防治水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之三——鉆孔直徑和數(shù)目：

探水鉆孔的數(shù)目:不少于3個，一個中心孔2個幫孔，其方向應保證在工作面前方的中心和上下左右都能起到探水作用。一般是利用探水鉆孔放出積水，因此鉆孔直徑的大小，要求既能使積水順利排出，又能防止沖跨煤壁，故探放水鉆孔直徑以不大于75mm為宜。6/6/202318四、井下防治水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之四——鉆孔布置：在緩傾斜薄煤層中，如掘進上山巷道，探水鉆孔應布成扇形,如果為平巷掘進巷道，探水鉆孔應在上幫方向布置成半扇形，鉆孔之間的夾角一般為10°-15°，開始探水時可打5-7個鉆孔，以后根據(jù)情況可適當減少，但不能少于3個。在急傾斜煤層中掘進巷道探水時，鉆孔應布置成扇形。6/6/2023196/6/202320四、井下防治水

（三）探4.鉆探時的安全措施（1）加強鉆場附近的巷道支護，并在工作面迎頭打好堅固的立柱和擋板。（2）清理巷道，挖好排水溝，配備與探放水量相適應的排水設備。（3）在打鉆地點或附近安設專用電話。（4）測量和防探水人員必須親臨現(xiàn)場，依據(jù)設計，確定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及鉆孔數(shù)目。（5）預計水壓較大的地區(qū)，探水鉆進之前，必須先安好孔口管和控制閘閥。特別危險的地區(qū)，應有躲避場所，并規(guī)定避災路線。（6）鉆孔內(nèi)水壓較大時，應采用反壓和防噴裝置的方法鉆進，并有防止孔口管和煤巖壁突然鼓出的措施。6/6/202321四、井下防治水

（三）探（7）鉆進時，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或鉆孔中的水壓、水量突然增大，以及有頂鉆等異常情況時，必須停止鉆進，但不得拔出鉆桿，現(xiàn)場負責人員應立即向調(diào)度室報告，并派人監(jiān)測水情。如發(fā)現(xiàn)情況緊急時，必須立即撤出所有受水威脅地區(qū)的人員，然后采取措施，進行處理。（8）探放老空水前，首先要分析查明老空水體的空間位置，積水量和水壓。老空積水區(qū)高于探放水點位置時，只準用鉆機進行探放水。探放水孔必須打中老空水體，并要監(jiān)視放水的全過程，核對放水量，直到老空水全部放完為止。（9）鉆孔接近老空，預計可能有瓦斯或其它有害氣體涌出時，必須有瓦斯檢查工或礦山救護隊員在現(xiàn)場值班，檢查氣體成分。如果瓦斯或氣體有害氣體濃度超過《煤礦安全規(guī)程》有關規(guī)定時，必須立即停止鉆進，切斷電源，撤出人員，并報告礦調(diào)度室，及時處理。6/6/202322四、井下防治水

（三）探5.礦井水的物探物探的主要方法：（1）加密三維地震探測：主要用在較大范圍內(nèi)的水文地質(zhì)狀況探測（2）瞬變電磁法探測（3）直流電法探測

6/6/202323四、井下防治水

（四）放放:即疏放水，就是在探明水源之后，根據(jù)水源類型采取不同的疏放水方法，有計劃、有準備地將威脅礦井安全生產(chǎn)的水源疏放干，它是防止礦井水災最積極、最有效的措施。

1.疏放水方法

1）老空水疏放方法（1）直接放水。當水量不大，不致超過礦井排水能力時采用。

6/6/202324四、井下防治水

（四）放（2）先堵后放。當老空水與其他水源有聯(lián)系時，動水儲量很大，這時應先堵住出水點，然后排放積水。（3）先放后堵。如果老空水有補給水源，但補給量不大，或在一定季節(jié)沒有補給。在這種情況下，應選擇時機先行排放，然后進行堵漏防漏施工。（4）先隔后放。當采區(qū)位于不易瀉水的山澗或沙灘洼地之下，雨季滲水量過大時，應暫時隔離，做好排水準備工作后再排放。6/6/202325四、井下防治水

（四）放2）含水層水疏放方法（1）地面疏放。在地面打鉆孔或大口徑水井，利用潛水泵抽排。（2）利用疏干巷道進行疏放。如果煤層頂板有含水層，可把采區(qū)巷道提前掘出，使含水層的水通過其空隙和裂隙疏放出來。（3）利用鉆孔疏放。若含水層距煤層較遠或含水層較厚，可在疏水巷道中每隔一定距離向含水層打放水鉆孔進行疏干。若在煤層下部，巖層的儲水能力大于上部含水層的泄水量時，可利用泄水或吸水鉆孔導水下泄，以疏干煤層和上部含水層。（4）巷道與鉆孔結(jié)合疏放。6/6/202326四、井下防治水

（四）放2.疏放水注意事項（1）探到水源后，水量不大時，一般可用探水鉆孔放水；在水量很大時，需要另打鉆孔。放水鉆孔直徑一般為50～70mm，孔深不大于70m。放水鉆孔的孔口必須安設套管加固。（2）鉆孔放水前，必須估計積水量，根據(jù)礦井排水能力和水倉容量，控制放水流量。（3）放水時，必須設專人監(jiān)測鉆孔出水情況，測定水量、水壓，做好記錄。若水量突然變化時，及時處理，并立即報告。（4）排除井筒和下山的積水以及恢復被淹井巷前，必須有礦山救護隊檢查水面上的氣體成分，發(fā)現(xiàn)有害氣體，必須及時處理。排水過程中，如有被水封住的有害氣體突然涌出的可能，必須制定安全措施。（5）在放水設計中，應規(guī)定好人員撤退路線，并保證路線暢通，沿途照明良好。

6/6/202327四、井下防治水

（五）截截，即截水。在探到水源后，由于條件限制無法放水，或者雖能放水但不合理時，便利用防水墻、防水閘門、防水煤柱或巖柱等設施，永久地或臨時地截住水源，將采掘區(qū)與水隔開。使局部地點用水不至于威脅其他區(qū)域。防水墻：是井下防水、截水的一種設施。用于隔絕積水區(qū)（水源）或有透水危險的區(qū)域。根據(jù)防水墻服務時間的長短和作用的不同，可分為臨時性防水墻和永久性防水墻2種。根據(jù)防水墻所使用的材料不同，可分為木制防水墻、磚或石料防水墻、鋼筋混凝土防水墻。根據(jù)防水墻的形狀不同，可分為平面形防水墻、圓柱形防水墻、球面形防水墻和多段防水墻。

6/6/2023286/6/202329四、井下防治水

（五）截建筑防水墻的注意事項有以下幾個方面：（1）在建筑防水墻的地點，其巖石應堅固沒有裂縫，如果風化松軟的巖石，應全部除掉。（2）防水墻的四周要用手稿或風鎬掏槽，直到至完整的煤體或巖體中。施工中禁止爆破，以防止震動造成裂縫。（3）防水墻應盡量選擇在斷面小的巷道中構(gòu)筑，以減小費用并縮短工期。（4）建防水墻時，要在四周圍巖與防水墻緊密結(jié)合在一起，以防漏水。（5）防水墻應有足夠的厚度，以確保支撐水的壓力。6/6/202330四、井下防治水

（五）截防水閘門:類似風門，設置在發(fā)生突水時需要堵截而平時需要行人和通車的巷道中。它是防止水災的重要工程?！兑?guī)程》第273條規(guī)定：水文地質(zhì)條件復雜或有突水淹井危險的礦井，必須在井底車場周圍設置防水閘門。在其他有突水危險的地區(qū)，只有在其附近設置防水閘門后，方可掘進。在井底車場設置防水閘門的目的是：保護井筒、井底車場和排水設施不被水淹，便于恢復生產(chǎn)。在有突水危險地區(qū)設置防水閘門的目的是：進行分區(qū)隔離，在采區(qū)或巷道發(fā)生突水時，阻止災情擴大。6/6/2023316/6/202332四、井下防治水

（五）截防水煤（巖）柱：對于井上下的各種水源，在一般情況下都應盡量疏干或堵塞其入井通道，徹底解除水的威脅，但這樣做有時是不合理的或不可能的，因此采取留設一定寬度的防水煤（巖）柱的方法來截住水源。一般在下列情況下需要留設防水煤（巖）柱。（1）相鄰礦井的分界處，必須留有防水煤柱。礦井以斷層分界時，必須在斷層兩側(cè)留設防水煤柱。（2）井田內(nèi)有與河流、湖泊、溶洞、含水層等有水力聯(lián)系的導水斷層、裂隙（帶）、陷落柱時，必須找出其確切的位置，并按規(guī)定留設防水煤（巖）柱。6/6/202333四、井下防治水

（五）截

防水煤柱的尺寸，在礦井設計中總的原則是：既能抵抗水的壓力，確保安全生產(chǎn)，又要盡量減少煤炭損失。已留設的防水煤柱需要變動時，必須重新編制設計，報省級煤炭管理部門批準。嚴禁在各種防隔水煤柱中進行采掘活動。6/6/202334四、井下防治水

（六）堵

堵，即注漿堵水。將專門制備的漿液——堵水材料通過鉆孔壓入地層的裂隙、溶洞或斷層破碎帶，使?jié){液擴張、凝固、硬化，達到充填堵塞涌水通道、隔離水源的目的。注漿堵水方法簡便，效果交好，是防止礦井涌水行之有效的措施。6/6/202335五、截流注漿防治水害技術

1、封堵導水通道

導水通道，一般指連接礦井充水水源和礦井采掘空間的過水途徑。6/6/2023366/6/202337五、截流注漿防治水害技術

2、改造含水層為隔水層

我國華北型煤田典型的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)是：煤層底板之下發(fā)育有數(shù)層太原群或石炭紀薄層灰?guī)r含水層，而在該組含水層之下又有巨厚的奧陶系灰?guī)r含水層。盡管薄層灰?guī)r水不會對礦井生產(chǎn)帶來災害性水患威脅，但它破壞了煤層底板隔水層的連續(xù)性。盡管奧陶系灰?guī)r含水層距離煤層較遠，但其高壓水可通過薄層灰?guī)r逐級導人礦井。為了防止奧陶系灰?guī)r水突人礦井，常在采區(qū)對薄層灰?guī)r實施注漿改造，變薄層灰?guī)r含水層為隔水層，實現(xiàn)煤層底板隔水層的連續(xù)性和整體性，以提高對奧陶系高壓灰?guī)r水的阻抗能力。

6/6/2023386/6/202339五、截流注漿防治水害技術

3、提高隔水層的阻水性

在礦井水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，由于構(gòu)造原因，煤層與含水層之間的隔水層常存在區(qū)域性或局部性裂隙破碎帶，減弱了隔水層的阻水性能或抗水壓能力。當巷道掘進或工作面回采遭遇這些薄弱區(qū)段時，常常會發(fā)生突水事故。為此，在工作面回采之前，應對已經(jīng)探知或分析預測的隔水層破碎帶進行注漿改造，以充填和加固隔水層的整體完整性，提高其防突水能力和阻抗水壓的能力，避免工作面在回采過程中發(fā)生突水事故。

6/6/2023406/6/202341五、截流注漿防治水害技術

4、建造地下防滲帷幕墻

注漿帷幕截流技術是采用注漿的方法在含水介質(zhì)層中盡量垂直地下水流方向建造地下阻水墻以防治礦井水害的方法。它也是一種人工改造含水層水文地質(zhì)條件或礦井充水條件的方法，其實質(zhì)是把含水介質(zhì)層的補給邊界改造成為阻水邊界，減少含水層的側(cè)向動態(tài)補給水量，使含水介質(zhì)層在煤炭開采時變得較易于疏干或大幅度減少礦井動態(tài)涌水量。因此，這是一種從源頭上消除礦井水害的防治水方法之一。

6/6/2023426/6/202343五、截流注漿防治水害技術1.封堵導水通道2.改造含水層為隔水層3.提高隔水層的阻水性4.建造地下防滲帷幕墻

6/6/202344六、礦井透水事故的處理采掘工作面出現(xiàn)透水預兆時應采取的措施：

《煤礦安全規(guī)程》第266條規(guī)定：采掘工作面或其他地點發(fā)現(xiàn)有掛紅、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)生裂隙出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾、有臭味等突水預兆時，必須停止作業(yè)，采取措施，立即報告礦調(diào)度室，發(fā)出警報、撤出所有受水威脅是、地點的人員。6/6/202345六、礦井透水事故的處理3.透水時的安全措施（1）立即報告礦調(diào)度室或礦井領導人。（2）設法堵住出水點。（3）迅速撤離險區(qū)。（4）避難待救。6/6/202346六、礦井透水事故的處理3、搶救措施礦調(diào)度室和礦井領導人接到透水報告后，應迅速采取下列搶救措施。（1）立即報告上級有關部門。（2）通知礦山救護隊做好搶險救災準備，到達指定位置，隨時調(diào)用營救遇難人員。（3）準備核查井下工作人員，如發(fā)現(xiàn)有人被堵于井下，首先應制定營救措施，及時組織力量，搶救遇難人員，為此，要判斷人員可能的躲避地點，根據(jù)涌水量和排水能力，估計排水所需時間。當判斷有人被堵在高于積水面的獨頭上山巷道時，必要時可通過地面鉆孔向井下輸送食物等。6/6/202347六、礦井透水事故的處理（4）關閉有關的防水閘門，開動全部排水設備，調(diào)動一切人力、物力，爭取在最短的時間內(nèi)排除積水。在關閉防水閘門時，必須清查人員是否全部撤出。對尚未關閉但涌水量增大水面升高時需要關