煤矿水害防治课件.ppt

2023/3/28,1,矿井水灾防治,王增明,2023/3/28,2,概述,凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。20世纪80年代，开滦煤矿范各庄矿的突水淹井事故中最大涌水量高大2053m3/min，为世界采矿史上有记载的突出水量之最。目标：不突水、不淹面不淹井、不伤人,2023/3/28,3,一、矿井水灾发生条件、原因及危害（一）基本概念,矿井水：在矿井开拓、采掘过程中，渗入、淋入、流入、涌出和溃入井巷或工作面的水。矿井突水（矿井透水）：井巷、工作面与水源接近或沟通而突然导致的出水事故。矿井水灾：当矿井的涌水量超过了矿井的正常排水能力时，造成矿井水泛滥成灾的现象，叫矿井水灾。,2023/3/28,4,一、矿井水灾发生条件、原因及危害（二）矿井水灾发生的基本条件,水灾发生的基本条件,有水源,有涌水通道,失控,大气降水,地表水,地下水,是地下水的主要补给来源，直接或间接影响矿井充水。,是地表积聚的水源，是地下水的补给水源。,孔隙水：松软岩层空隙中的水、位于表土层，威胁井筒,裂隙水：坚硬岩层裂隙中的水,岩溶水：石灰岩裂隙或溶洞中的水，水压大、水量多,老空水：一般成酸性，对金属有腐蚀作用,活水,死水,人为因素：顶板冒落裂隙带；地表岩溶塌陷带；钻孔,自然因素：空隙、裂隙、节理、层理、溶洞、孔洞、断层,2023/3/28,5,一、矿井水灾的发生条件、原因及危害（三）矿井水灾发生的原因,1、地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水(多为雨季降水)大量灌人井下，造成水灾。2、水文地质情况不清，井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱，未执行探放水制度，盲目施工，或者虽然进行了探水，但措施不当。3、井巷位置设计不当。如将井巷置于不良地质条件中或过分接近强含水层等水源，导致施工后，因地压和水压共同作用而发生顶、底板透水。,2023/3/28,6,一、矿井水灾的发生条件、原因及危害（三）矿井水灾发生的原因,4、井巷施工质量伪劣，致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂导致透水，或工程钻孔在固井止水前误穿巷道，导致顶板含水透水。5、测量错误，导致巷道穿透积水区。6、井下无防水闸门或虽有而管理、组织不当，造成透水时无作用而淹井。7、出现透水预兆未觉察或未被重视或处理不当造成透水。8、排水设备能力不足或设备不完好或排水设备平时维护不当。如水仓不按时清挖，储水能力不足而淹井。,2023/3/28,7,二、矿井水灾事故类型划分,依据造成矿井水灾害的水的来源，可以把矿井水灾事故分成六种类型，由于我国多数矿井水害往往是由23种水源造成的，单一充水的矿井水害很少，故矿井水害类型是按某一种水源或以某种水源来命名的。（一）地表水害 由地表河流、湖泊、水库等地表水体，通过连通矿井井巷的岩石裂缝、断层裂隙、岩溶孔洞、塌陷区裂隙、老窖、井巷等通道进入矿井，造成矿井充水，而且影响矿井生产和安全。,2023/3/28,8,二、矿井水灾事故类型划分,（二）含水层水水害 根据更具体的水源或与煤相关位置，分为：1.冲积层水水害 2.煤层顶、底板水水害 3.断层水水害 4.老空积水 5.岩溶水水害 6.封闭不良的钻孔水水害,2023/3/28,9,三、矿井突水预兆,挂红：因地下水中含有铁的氧化物，在水压作用下，通过煤（岩）裂隙时，附着在裂隙表面，出现暗红色铁锈。挂汗：当采掘工作面接近水区时，在水压作用下，通过煤岩裂隙在煤岩壁上凝结成许多水珠。空气变冷：采掘工作面接近大量积水时，气温骤然降低，煤壁发凉时间越长越感阴凉。出现雾气：当巷道内温度较高时，积水渗到煤壁后引起蒸发而迅速形成雾气。水叫：井下高压积水，向煤岩裂隙强烈积压与两壁摩擦会发出嘶嘶的叫声。顶板淋水加大：原有裂隙淋水突然增大。,2023/3/28,10,三、矿井突水预兆,顶板来压、底板鼓起：在地下水压作用下，顶、底板弯曲变形，有时伴有潮湿、渗水现象。水色发浑、有臭味：老空水一般发红，味涩；断层水一般发黄、味甜；溶洞水常有臭味。有害气体增加：积水区向外散发瓦斯、二氧化碳和硫化氢等有害气体。裂隙出现渗水：水清即离积水区尚远；若出现浑浊，则离积水区已近。,2023/3/28,11,四、井下防治水,矿井防治水的16字原则：预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采井下防治水措施可概括为6个字：即查、测、探、放、截、堵等几个方面。,2023/3/28,12,四、井下防治水（一）查,查，即查明水源和通道。主要查：1、冲积层的组成及厚度，各分层的含水性及透水性。2、裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含水情况和导水性能。3、含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水层的涌水量、透水性及其开采煤层的距离。4、老窑、古井和现在正在开采的小煤矿的分布、开采范围、开采深度和积水情况，废弃钻孔的处理情况等。5、开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层跨落带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。,2023/3/28,13,四、井下防治水（二）测,测，即做好水文观测工作。具体讲有以下几个方面：1、收集当地气象、降水量和河流水文地质资料（速度、流量、水位、枯水期和洪水期等）；查明地表水体的分布、水量的补给、排泄条件；查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。2、通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的水位、水压和水量变化，分析水质，查明矿井水的来源及其补给关系。3、观测矿井涌水量及其季节变化规律等。,2023/3/28,14,四、井下防治水（三）探,1坚持“有疑必探，先探后掘”的探放水原则 煤矿安全规程规定：矿井必须做好水害分析预报，坚持有疑必探，先探后掘的探防水原则。在采掘施工过程中，必须分析推断前方是否有疑问区，有则采取超前钻探措施，探明水源位置、水压、水量及其开采煤层的距离，以便采取相应的防治水措施，确保安全生产。,2023/3/28,15,四、井下防治水（三）探,2.必须探水前进的情况煤矿安全规程规定：采掘工作面遇到下列情况之一时，必须确定探水线进行探水。（1）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时；（2）接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时；（3）打开隔离煤柱放水时；（4）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时；（5）接近有出水可能的钻孔时；（6）接近有水的灌浆区时；（7）接近其他可能出水地区时；经探水确认无突水危险后，方可前进。,2023/3/28,16,四、井下防治水（三）探,3探水作业参数之一探水起点至积水区的最小距离L：（1）对于老空、老巷，水窝等积水区，当积水区的位置确定且水压又不超过1000kpa时，L煤30m；L岩20m；（2）有图纸资料，但不能确定积水区的边界位置时，L60m；（3）没有图纸资料的老窑，可根据本矿了解到的小煤窑开采最低水平，作为预测的可疑区，必要时可先进行物探控制可疑区，L100m；（4）掘进巷道附近有断层、陷落柱或石门揭开含水层时，L20m。,2023/3/28,17,四、井下防治水（三）探,3探水作业参数之二钻孔深度与超前距离：超前距：是探放水钻孔终孔位置比掘进巷道超前的距离。允许掘进距离：经探水后，证实无水害威胁，可以安全掘进的长度。帮距：探放水钻孔中最外侧斜孔到巷道帮的距离。,2023/3/28,18,四、井下防治水（三）探,3探水作业参数之三钻孔直径和数目：探水钻孔的数目:不少于3个，一个中心孔2个帮孔，其方向应保证在工作面前方的中心和上下左右都能起到探水作用。一般是利用探水钻孔放出积水，因此钻孔直径的大小，要求既能使积水顺利排出，又能防止冲跨煤壁，故探放水钻孔直径以不大于75mm为宜。,2023/3/28,19,四、井下防治水（三）探,3探水作业参数之四钻孔布置：在缓倾斜薄煤层中，如掘进上山巷道，探水钻孔应布成扇形,如果为平巷掘进巷道，探水钻孔应在上帮方向布置成半扇形，钻孔之间的夹角一般为10-15，开始探水时可打5-7个钻孔，以后根据情况可适当减少，但不能少于3个。在急倾斜煤层中掘进巷道探水时，钻孔应布置成扇形。,2023/3/28,20,2023/3/28,21,四、井下防治水（三）探,4.钻探时的安全措施（1）加强钻场附近的巷道支护，并在工作面迎头打好坚固的立柱和挡板。（2）清理巷道，挖好排水沟，配备与探放水量相适应的排水设备。（3）在打钻地点或附近安设专用电话。（4）测量和防探水人员必须亲临现场，依据设计，确定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及钻孔数目。（5）预计水压较大的地区，探水钻进之前，必须先安好孔口管和控制闸阀。特别危险的地区，应有躲避场所，并规定避灾路线。（6）钻孔内水压较大时，应采用反压和防喷装置的方法钻进，并有防止孔口管和煤岩壁突然鼓出的措施。,2023/3/28,22,四、井下防治水（三）探,（7）钻进时，发现煤岩松软、片帮、来压或钻孔中的水压、水量突然增大，以及有顶钻等异常情况时，必须停止钻进，但不得拔出钻杆，现场负责人员应立即向调度室报告，并派人监测水情。如发现情况紧急时，必须立即撤出所有受水威胁地区的人员，然后采取措施，进行处理。（8）探放老空水前，首先要分析查明老空水体的空间位置，积水量和水压。老空积水区高于探放水点位置时，只准用钻机进行探放水。探放水孔必须打中老空水体，并要监视放水的全过程，核对放水量，直到老空水全部放完为止。（9）钻孔接近老空，预计可能有瓦斯或其它有害气体涌出时，必须有瓦斯检查工或矿山救护队员在现场值班，检查气体成分。如果瓦斯或气体有害气体浓度超过煤矿安全规程有关规定时，必须立即停止钻进，切断电源，撤出人员，并报告矿调度室，及时处理。,2023/3/28,23,四、井下防治水（三）探,5.矿井水的物探物探的主要方法：（1）加密三维地震探测：主要用在较大范围内的水文地质状况探测（2）瞬变电磁法探测（3）直流电法探测,2023/3/28,24,四、井下防治水（四）放,放:即疏放水，就是在探明水源之后，根据水源类型采取不同的疏放水方法，有计划、有准备地将威胁矿井安全生产的水源疏放干，它是防止矿井水灾最积极、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。当水量不大，不致超过矿井排水能力时采用。,2023/3/28,25,四、井下防治水（四）放,（2）先堵后放。当老空水与其他水源有联系时，动水储量很大，这时应先堵住出水点，然后排放积水。（3）先放后堵。如果老空水有补给水源，但补给量不大，或在一定季节没有补给。在这种情况下，应选择时机先行排放，然后进行堵漏防漏施工。（4）先隔后放。当采区位于不易泻水的山涧或沙滩洼地之下，雨季渗水量过大时，应暂时隔离，做好排水准备工作后再排放。,2023/3/28,26,四、井下防治水（四）放,2）含水层水疏放方法（1）地面疏放。在地面打钻孔或大口径水井，利用潜水泵抽排。（2）利用疏干巷道进行疏放。如果煤层顶板有含水层，可把采区巷道提前掘出，使含水层的水通过其空隙和裂隙疏放出来。（3）利用钻孔疏放。若含水层距煤层较远或含水层较厚，可在疏水巷道中每隔一定距离向含水层打放水钻孔进行疏干。若在煤层下部，岩层的储水能力大于上部含水层的泄水量时，可利用泄水或吸水钻孔导水下泄，以疏干煤层和上部含水层。（4）巷道与钻孔结合疏放。,2023/3/28,27,四、井下防治水（四）放,2.疏放水注意事项（1）探到水源后，水量不大时，一般可用探水钻孔放水；在水量很大时，需要另打钻孔。放水钻孔直径一般为5070mm，孔深不大于70m。放水钻孔的孔口必须安设套管加固。（2）钻孔放水前，必须估计积水量，根据矿井排水能力和水仓容量，控制放水流量。（3）放水时，必须设专人监测钻孔出水情况，测定水量、水压，做好记录。若水量突然变化时，及时处理，并立即报告。（4）排除井筒和下山的积水以及恢复被淹井巷前，必须有矿山救护队检查水面上的气体成分，发现有害气体，必须及时处理。排水过程中，如有被水封住的有害气体突然涌出的可能，必须制定安全措施。（5）在放水设计中，应规定好人员撤退路线，并保证路线畅通，沿途照明良好。,2023/3/28,28,四、井下防治水（五）截,截，即截水。在探到水源后，由于条件限制无法放水，或者虽能放水但不合理时，便利用防水墙、防水闸门、防水煤柱或岩柱等设施，永久地或临时地截住水源，将采掘区与水隔开。使局部地点用水不至于威胁其他区域。防水墙：是井下防水、截水的一种设施。用于隔绝积水区（水源）或有透水危险的区域。根据防水墙服务时间的长短和作用的不同，可分为临时性防水墙和永久性防水墙2种。根据防水墙所使用的材料不同，可分为木制防水墙、砖或石料防水墙、钢筋混凝土防水墙。根据防水墙的形状不同，可分为平面形防水墙、圆柱形防水墙、球面形防水墙和多段防水墙。,2023/3/28,29,2023/3/28,30,四、井下防治水（五）截,建筑防水墙的注意事项有以下几个方面：（1）在建筑防水墙的地点，其岩石应坚固没有裂缝，如果风化松软的岩石，应全部除掉。（2）防水墙的四周要用手稿或风镐掏槽，直到至完整的煤体或岩体中。施工中禁止爆破，以防止震动造成裂缝。（3）防水墙应尽量选择在断面小的巷道中构筑，以减小费用并缩短工期。（4）建防水墙时，要在四周围岩与防水墙紧密结合在一起，以防漏水。（5）防水墙应有足够的厚度，以确保支撑水的压力。,2023/3/28,31,四、井下防治水（五）截,防水闸门:类似风门，设置在发生突水时需要堵截而平时需要行人和通车的巷道中。它是防止水灾的重要工程。规程第273条规定：水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井，必须在井底车场周围设置防水闸门。在其他有突水危险的地区，只有在其附近设置防水闸门后，方可掘进。在井底车场设置防水闸门的目的是：保护井筒、井底车场和排水设施不被水淹，便于恢复生产。在有突水危险地区设置防水闸门的目的是：进行分区隔离，在采区或巷道发生突水时，阻止灾情扩大。,2023/3/28,32,2023/3/28,33,四、井下防治水（五）截,防水煤（岩）柱：对于井上下的各种水源，在一般情况下都应尽量疏干或堵塞其入井通道，彻底解除水的威胁，但这样做有时是不合理的或不可能的，因此采取留设一定宽度的防水煤（岩）柱的方法来截住水源。一般在下列情况下需要留设防水煤（岩）柱。（1）相邻矿井的分界处，必须留有防水煤柱。矿井以断层分界时，必须在断层两侧留设防水煤柱。（2）井田内有与河流、湖泊、溶洞、含水层等有水力联系的导水断层、裂隙（带）、陷落柱时，必须找出其确切的位置，并按规定留设防水煤（岩）柱。,2023/3/28,34,四、井下防治水（五）截,防水煤柱的尺寸，在矿井设计中总的原则是：既能抵抗水的压力，确保安全生产，又要尽量减少煤炭损失。已留设的防水煤柱需要变动时，必须重新编制设计，报省级煤炭管理部门批准。严禁在各种防隔水煤柱中进行采掘活动。,2023/3/28,35,四、井下防治水（六）堵,堵，即注浆堵水。将专门制备的浆液堵水材料通过钻孔压入地层的裂隙、溶洞或断层破碎带，使浆液扩张、凝固、硬化，达到充填堵塞涌水通道、隔离水源的目的。注浆堵水方法简便，效果交好，是防止矿井涌水行之有效的措施。,2023/3/28,36,五、截流注浆防治水害技术1、封堵导水通道,导水通道，一般指连接矿井充水水源和矿井采掘空间的过水途径。,2023/3/28,37,2023/3/28,38,五、截流注浆防治水害技术2、改造含水层为隔水层,我国华北型煤田典型的水文地质结构是：煤层底板之下发育有数层太原群或石炭纪薄层灰岩含水层，而在该组含水层之下又有巨厚的奥陶系灰岩含水层。尽管薄层灰岩水不会对矿井生产带来灾害性水患威胁，但它破坏了煤层底板隔水层的连续性。尽管奥陶系灰岩含水层距离煤层较远，但其高压水可通过薄层灰岩逐级导人矿井。为了防止奥陶系灰岩水突人矿井，常在采区对薄层灰岩实施注浆改造，变薄层灰岩含水层为隔水层，实现煤层底板隔水层的连续性和整体性，以提高对奥陶系高压灰岩水的阻抗能力。,2023/3/28,39,2023/3/28,40,五、截流注浆防治水害技术3、提高隔水层的阻水性,在矿井水文地质结构中，由于构造原因，煤层与含水层之间的隔水层常存在区域性或局部性裂隙破碎带，减弱了隔水层的阻水性能或抗水压能力。当巷道掘进或工作面回采遭遇这些薄弱区段时，常常会发生突水事故。为此，在工作面回采之前，应对已经探知或分析预测的隔水层破碎带进行注浆改造，以充填和加固隔水层的整体完整性，提高其防突水能力和阻抗水压的能力，避免工作面在回采过程中发生突水事故。,2023/3/28,41,2023/3/28,42,五、截流注浆防治水害技术4、建造地下防渗帷幕墙,注浆帷幕截流技术是采用注浆的方法在含水介质层中尽量垂直地下水流方向建造地下阻水墙以防治矿井水害的方法。它也是一种人工改造含水层水文地质条件或矿井充水条件的方法，其实质是把含水介质层的补给边界改造成为阻水边界，减少含水层的侧向动态补给水量，使含水介质层在煤炭开采时变得较易于疏干或大幅度减少矿井动态涌水量。因此，这是一种从源头上消除矿井水害的防治水方法之一。,2023/3/28,43,2023/3/28,44,五、截流注浆防治水害技术,1.封堵导水通道2.改造含水层为隔水层3.提高隔水层的阻水性4.建造地下防渗帷幕墙,2023/3/28,45,六、矿井透水事故的处理,采掘工作面出现透水预兆时应采取的措施：煤矿安全规程第266条规定：采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大，顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时，必须停止作业，采取措施，立即报告矿调度室，发出警报、撤出所有受水威胁是、地点的人员。,2023/3/28,46,六、矿井透水事故的处理,3.透水时的安全措施（1）立即报告矿调度室或矿井领导人。（2）设法堵住出水点。（3）迅速撤离险区。（4）避难待救。,2023/3/28,47,六、矿井透水事故的处理,3、抢救措施 矿调度室和矿井领导人接到透水报告后，应迅速采取下列抢救措施。（1）立即报告上级有关部门。（2）通知矿山救护队做好抢险救灾准备，到达指定位置，随时调用营救遇难人员。（3）准备核查井下工作人员，如发现有人被堵于井下，首先应制定营救措施，及时组织力量，抢救遇难人员，为此，要判断人员可能的躲避地点，根据涌水量和排水能力，估计排水所需时间。当判断有人被堵在高于积水面的独头上山巷道时，必要时可通过地面钻孔向井下输送食物等。,2023/3/28,48,六、矿井透水事故的处理,（4）关闭有关的防水闸门，开动全部排水设备，调动一切人力、物力，争取在最短的时间内排除积水。在关闭防水闸门时，必须清查人员是否全部撤出。对尚未关闭但涌水量增大水面升高时需要关闭的防水闸门，要派专人看守，检查防水闸门是否灵活、严密；清理淤渣，拆除短节轨道，做好准备，待命关闭。（5）立即通知泵房人员，将水仓的水位降到最低程度，以争取较长的缓冲时间。（6）加强通风，排出透水带来的有害气体，并经常检查其浓度变化情况。,2023/3/28,49,六、矿井透水事故的处理,（7）地质人员应分析判断突水来源和最大突水量，测量涌水量及其变化，察看水井及地表水体的水位变化，判断突水量的发展趋势，采取必要的措施，防止淹没整个矿井。（8）检查维护所有排水设施和输电线路，了解水仓现有容量。如果水中携带大量泥砂和浮煤时，应在水仓进口处的大巷内分段建筑临时挡墙，使其沉淀，减少水仓淤塞。在水泵龙头被堵塞时，应组织人员下水清除龙头上的杂物。（9）根据涌水的发展趋势，及时通知受涌水威胁区域的人员、乃至井下所有人员迅速向安全地点转移，直至安全出井。,2023/3/28,50,六、矿井透水事故的处理,4、被矿井水灾围困时的避灾自救措施(1)当现场人员被涌水围困无法退出时，应迅速进入预先筑好的避难硐室中避灾，或选择合适地点快速建筑临时避难硐室避灾。如系老空透水，则须在避难硐室处建临时挡墙或吊挂风帘，防止被涌出的有害气体伤害。进入避难硐室前，应在硐室外留设明显标志。(2)在避灾期间，遇险矿工要有良好的精神心理状态，情绪安定、自信乐观、意志坚强。要坚信上级领导一定会组织人员快速营救；坚信在班组长和有经验老工人的带领下，一定能够克服各种困难，共渡难关，安全脱险。要做好长时间避灾的准备，除轮流担任岗哨观察水情的人员外，其余人员均应静卧，以减少体力和空气消耗。,2023/3/28,51,六、矿井透水事故的处理,(3)避灾时，应用敲击的方法有规律、间断地发出呼救信号，向营救人员指示躲避处的位置。(4)被困期间断绝食物后，即使在饥饿难忍的情况下，也应努力克制自己，决不嚼食杂物充饥。需要饮用井下水时，应选择适宜的水源，并用纱布或衣服过滤。(5)长时间被困在井下，发觉救护人员来营救时，避灾人员不可过度兴奋和慌乱。得救后，不可吃硬质和过量的食物，要避开强烈的光线，以防发生意外。,2023/3/28,52,谢谢！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,