煤矿水害及防治.ppt
2023/5/21,1,煤矿水害及防治,主讲：王 毅 博士 太原理工大学,2023/5/21,2,一 矿井水灾及危害二 矿井水的来源与水文地质类型三 煤矿水灾典型案例分析四 我国煤矿水灾特点、原因（存在问题）五 煤矿井下透水征兆六 煤矿水害预防及治理七 煤矿井下避灾路线、救灾与应急预案八 太原市东山煤矿水害及治理九 结论,2023/5/21,3,（一）水是人类生存最基本的资源 工业、农业、各行各业最基本的资源（二）中国水资源特点、人均为世界的四分之一、分布不均南多北少（南水北调）、集中在夏季（水灾）,水资源与煤炭开发,2023/5/21,4,（三）山西水资源特点：1、人均是全国的17%,严重缺水。2、山西是黄土高原，三面低、水外流。桑干河河北、北京官厅水库滹沱河河北、平山县西北坡娘子关水河北石家庄漳河水河南林县红旗渠沁河水河南 3、太原市人均水资源是全国的7.4%，世界最严重缺水的城市之一,2023/5/21,5,（四）引黄工程 30年代，阎锡山提出，调研考察，七七事变停止，解放后一直提。90年代才开始，中央批准，全年引水12亿方.（五）煤炭开发 吃水困难 水资源破坏 土地荒废 生态环境恶化,2023/5/21,6,一 矿井水灾及危害,1、矿井水灾 煤矿突然大量透水，采掘工作面或井巷被淹，矿井局部或全部停产，财产损失、人员伤亡的事故。2、矿井水灾危害：1）缩短矿井服务年限 煤炭部统计：统配煤矿600个矿井，225处受水害威胁，占1/3强。400亿吨储量，109亿吨不能或不敢采。2）财产损失、人员伤亡 煤炭部统计：19551990发生水灾821次，淹井227次。直接经济损失37亿，人员伤亡1380人。3）20072008发生水灾122起，死亡518人。4）王家岭煤矿透水事故 153人被困，115人获救。,2023/5/21,7,二 矿井水的来源与水文地质类型,一、矿井水的来源（一）地表水：河流、湖泊、水库、雨水、洪水-渗入或直接流入（二）地下水：1、概念 含水层有空隙，含有水且能透水的岩（土）层 隔水层不含水，且能阻止水通过的岩（土）层2、按空隙性质分类：孔隙水松散岩层（砂层砾石层）孔隙中的水。裂隙水整体岩层（砂岩）裂隙中的水。岩溶水石灰岩裂隙溶洞中的水。,2023/5/21,8,3、按埋藏条件分类：潜水地表下第一个隔水层上，具有自由水面的重力水。层间水两个隔水层之间含水层的水。无压层间水含水层未充满水，水面不受压，具有潜水性质。有压层间水含水层充满水，水对上面隔水层有压力(承压水)。4、含水层水量丰富的影响因素：含水层的厚度。含水层的透水性质。承压水的压力。5、一般规律：地下水水压高、水量大、来势猛、突然涌出、危险最大、最主要水源。,2023/5/21,9,（三）老窖（空水）老窖水小煤窑采空区水、巷道积水。老空水本矿采空区巷道积水。（四）断层水 断层地层断裂错位，形成的破碎带。断层将地下各含水层连通，甚至与地表水连通。（五）陷落柱（无炭柱）水 石灰岩大溶洞塌陷，形成柱状的破碎带，将含水层连通。,2023/5/21,10,二、煤矿水文地质类型1、分类的目的与水害作斗争。2、分类因素 含水层的富水性（单位涌水量大小，q，L/min)老窖（空）水分布（王家岭114个，现有18个)矿井涌水量 地质构造（断层、陷落柱）突水量分布 受水害影响的程度 防治水难度3、分为四类：简单、中等、复杂、极复杂（见规定P67 表21）,2023/5/21,11,三 煤矿水灾典型案例分析,一、西山官地矿暴雨（洪水）淹井事故 1996年8月4日，太原西山暴雨引发洪水，通过小煤矿涌入官地矿，从平硐流出。井巷被淤泥充填，停产6个月，迎泽西大街堵塞，1个月不通车二、潞安五阳煤矿河水（漳河）涌入井下事故 因下大雨，河水猛涨沿沉降裂隙涌入井下，该矿二水平被淹停产。三、吉林梅河一井，水库的水与泥沙涌入井下事故 1977年12月19日，上山绞车房施工，距水库底仅7米，发生透水，64人死亡，93人负伤。,2023/5/21,12,四、王家岭透水事故 2010年3月28日，20101工作面回风巷，迎头老窖水、砂岩裂隙水补给，透水强度28817m3/h.被淹范围583.168m以下标高所有巷道。五、山东淄博北大井淹井事故 1935年5月19日，奥灰岩承压水沿断层涌入井内，三天矿井全部被淹，涌水量443m3/min，538名矿工遇难，世界罕见。,2023/5/21,13,六、开滦范各庄特大透水事故1、简介 1984年6月2日，通过陷落柱，强大的奥灰水涌入井内，水量为2053m3/min，20h55min淹没了年产310万吨的特大型矿井。6月6日，突破与吕家坨矿的边界煤柱涌入吕矿，水量为388.8m3/min，吕矿被淹停产（煤柱仅7米）6月25日，与吕矿相连的林西矿，边界煤柱渗水，每分钟18m3/min，该矿受到严重威胁，被迫停产（煤柱仅16米）与林西矿相邻的唐家庄、赵各庄，因历史原因无隔离煤柱，也受水害威胁，被迫处于半停产状态。,2023/5/21,14,范各庄特大透水相邻各矿位置示意图,2023/5/21,15,2、危害 共损失煤炭500万吨，减产1141.7万吨，治水直接经济损失4.95亿元，共有11名矿工遇难。由于奥灰水大量涌入井内，水位大幅下降，范各庄突水点以北67km范围内出现了17个直径10m,深310m的塌陷坑，而后又连成一片，该区域饮水井水位下降，造成20万居民缺乏饮用水。3、原因 陷落柱导水，探水钻孔将高压水引出。,2023/5/21,16,4、治水：a.钻探、物探、摸清陷落柱形态和过水通道。b.强排，控制水位，确保林西矿不被水淹，消除危险，首先复产。c.注浆截水，吕范两矿边界不过水，再强排，吕矿复产。d.注浆封堵出水点（地面大钻孔充填注浆）再强排，范矿复产。该综合治理特大透水事故获煤炭部科技进步特等奖。,2023/5/21,17,四 我国煤矿水灾特点、原因(存在问题),一、我国煤矿水灾特点1、水害主要发生在乡镇煤矿（含非法煤矿）20072008年 122起事故 有97起 占79.5%56起较大以上水害 有45起 占80.4%2、透水事故主要水源为老窖（空）水和地表水 20072008年 56起较大以上水害中 老窖（空）透水 51起 死亡384人，分别占 91.1%91.8%地表水透水 5起，死亡34人，分别占 8.9%8.2%,2023/5/21,18,3、掘进工作面是发生透水事故的主要地点 56起较大事故，有45起，占80.4%。4、非法生产造成透水事故比例高 56起较大事故，有23起，死亡112人，分别占 41%41.1%。5、瞒报事故时有发生 56起较大事故，有10起，死亡86人，分别占 17.9%20.6%。,2023/5/21,19,二、我国煤矿水害原因（存在问题）1、水文地质资料不清 1）矿井原有水文地质资料有问题 2）老窖（空）分布、积水程度更不清楚 王家岭 自古以来查出老窖114个，采深 100300米，最大500米，事故前有18个（井田内有6个，相邻12个）与水害作斗争如何做到 知己知彼 规定第二章 第2节 矿井防治水基础资料 第三章 水文地质补充调查与勘探,2023/5/21,20,2、破坏防隔水煤柱 为什么留 什么地方留 留多大 影响因素是什么3、防治水工作不到位，探放水措施没落实防治水工 程质量差4、透水征兆明显，仍违规生产（王家岭）5、监管不到位或机构重复，责任不明确,防隔水煤柱,2023/5/21,21,五 煤矿井下透水征兆,一、一般透水征兆（共性）1、矿山压力增大，折梁、断柱、顶板下沉、底鼓2、水气特征：有雾气、煤潮湿、变冷、水珠、滴水、淋水变大3、水清净说明水还远，水混浊，已接近水源，已出现压力水流，离水源很近二、老窖（空）水征兆 有大量的H2S气体或呈酸性，有臭鸡蛋味、水发涩、挂红、有铁锈色水迹三、顶板孔隙含水层 水中含细沙、时清时混、水量增大、砂量增大。四、底板岩溶水 底鼓，有水的嘶嘶声或刺耳水声，水色发黄或发灰，有时也“挂红”注意：特殊情况、假象、麻痹,2023/5/21,22,六 煤矿水害预防及治理（规定第4、5、6章）,一、地面防治水1、井口、主要建筑物标高，高出当地最高洪水位2、建立输水、防水和排水系统3、做好地表水堵漏、地面裂缝的填塞工作4、对河水改道或构筑防渗帷幕墙5、及时封闭报废的钻孔及井口6、健全防治水机构，加强雨季、洪水的巡视及防范 防、排、疏、截、堵,2023/5/21,23,1、留设防隔水煤（岩）柱1）为什么要留煤（岩）柱防止透水事故2）什么地方留防隔水煤（岩）柱（规定第52条）煤层露头风化带地表水体、含水冲击层下和水淹区邻近地带与富含水层有水力联系的断层、裂隙带或强导水断层接触的煤层有大量积水的老窖和采空区导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河分区隔离开采边界、矿界受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。,二、井下防治水,2023/5/21,24,3）防隔水煤柱尺寸的影响因素水文地质条件；煤的物理力学性质；地质构造；煤层赋存条件；开采方法；岩层移动规律；采深。4）采空区上覆岩层破坏的普遍规律(上三带)垮落带（冒落带）直接顶不规则冒落裂缝带老顶断裂，成规则排列弯曲下沉带可直达地面岩层移动角（地表移动范围）,2023/5/21,25,I垮落带；II裂缝带；III弯曲下沉带,2023/5/21,26,2023/5/21,27,5）防隔水煤柱尺寸的计算 无公认完善的计算方法，理论计算仅供参考 工程类比选取 注规定附录三共9种情况的计算）6）防隔水煤柱的最小尺寸规定井田露头、断层两边20m 老窑、老空水体下掘进 巷道与水体的最小距离10倍巷道高度老窑、老空水体下回采 防隔水煤柱导水裂隙带最大高度+保护带厚度(10m）两矿人为边界防隔水煤柱总宽度40m,2023/5/21,28,采掘空间矿山压力分布规律（三区图）,煤柱支承压力分布图,2023/5/21,29,2、排水系统工作水泵：20h排出24h正常涌水量工作水泵备用水泵 水泵房的要求：第59条水仓的容量要求：第60条,水仓,水泵(水泵房),排水管,地 面,20h排出24h正常涌水量(雨季),2023/5/21,30,3、水闸门与水闸墙 规定第四章 第4节 水文地质复杂、极复杂矿井A、井底车场附近设防水闸门 B、或增设潜水电泵排水系统在突水危险的采掘区域，其附近设置防水 闸门（第67条）防水闸门的规定与管理（第68、69条）,2023/5/21,31,4、疏干开采与带压开采 规定第四章 第5节 疏干开采（第72 76条）煤层顶板含水层、老空水先疏干、后开采带压开采（第7779条）隔水层厚度大，能承受的水压值实际水压值 开采后，隔水层不破坏，底板不突水可带压开采 1)安全隔水层厚度计算公式：,2023/5/21,32,2)突水系数计算公式：T=P/M P-水压，MPa M-隔水层厚度，m3)临界突水系数（全国经验数据）正常块段0.1MPa/m 构造破坏 0.06MPa/m 隔水层厚度小能承受的水压值实际水压值（第78条）a、疏水降压：使实际水压降到安全水压以下；b、如承压水补给边界查清，可先进行帷幕灌浆，截断水源，再疏水降压；,2023/5/21,33,C、如承压水补给充沛d、东山煤矿改革采煤方法：缩短工作面长度，减少底板破坏高度.从下山最低处先回采先采最危险的工作面足够的排水系统构筑防水闸门进行奥灰水的动态监控及时发现出水点,2023/5/21,34,5、注浆堵水规定第四章第六节1)注浆封堵突水点（第81条）圈定突水点位置探明突水补给水源探明突水通道的性质与大小编制注浆堵水方案（施工组织设计）封堵突水点疏干开采被压煤层2）帷幕注浆 第82条实质是截,2023/5/21,35,3）巷道穿过导水断层、裂隙带、陷落柱等构造探水前进 超前预注浆堵水加固必要时预先构筑防水闸门 壁后注浆处理4）回采工作面有导水断层、裂隙带、陷落柱时留防隔水煤柱采用注浆方法封堵导水通道 上面5项内容就是防、排、疏、堵、截得综合治理原则,2023/5/21,36,6、注浆基础知识1）注浆设备 泥浆泵；专用注浆泵；各种封孔器2）注浆材料 水泥；水泥-水玻璃；粘土、粉煤灰；化学浆；砂子、石子、炉灰；速凝剂。3）注浆孔布置4）注浆种类 渗透注浆；挤压注浆；充填注浆。5）注浆参数 扩散半径；注浆量；注浆压力。,2023/5/21,37,三、井下探放水规定第五章1、防治水原则1）水文条件简单、中等的矿井：预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采2）水文条件复杂、极复杂的矿井 预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采2、采掘遇有下列情况，应当（必须）进行探放水(第92条)1）接近水淹或者可能积水的巷道、老空或者相邻煤矿。2）接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱。3）打开防隔水煤（岩）柱进行放水前。,2023/5/21,38,4）接近可能与河流、湖泊、蓄水池、水井等相同的断层破碎带。5）接近有出水可能的钻孔。6）接近水文地质条件复杂的区域。7）采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤（岩）柱厚度不清楚，可能发生突水。8）接近有突水的灌浆区。9）接近可能有其他突水的地区。,2023/5/21,39,3、概念1）探水线有疑问，开始探水的位置。2）探水钻孔主要参数超前距探水孔终孔位置始终超前工作面的距离。允许掘进距离探水无水时，安全掘进的长度帮距最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离 帮距超前距或小（12)m,帮距一般20米。孔间距探水孔允许掘进终点处的间距。3）探水钻孔布置方式 扇形布置三面受水威胁 半扇形布置巷道一侧受水威胁4）钻孔直径与数目直径：一般为（4675）mm最大不宜超过91mm孔数3个,2023/5/21,40,探水钻孔参数示意图,2023/5/21,41,4、布置探放水钻孔的规定 规定 第94条5、安装钻机操作前的规定 规定 第96条6、探水钻孔超前距离和止水套管长度的规定。规定 第98条7、探水钻孔钻进时，发现透水征兆应采取的措施。规定第99条8、探放老空水的规定.规定 第100条,2023/5/21,42,七 煤矿井下避灾路线与救灾及紧急预案,1、一旦突水，沿避灾路线撤出，巷道交叉处设有路标指示牌，有灯光照明，指示方向，撤到上水平或地面。2、如破坏指示牌或照明，人往高处走，朝有风流的上山撤退。3、救灾 发生水灾报矿调度室 通知救护队开启全部排水设备关闭水闸门抢险救灾减少水害4、应急救援：见规定第8章第1节,2023/5/21,43,八 太原市东山煤矿水害及治理,一、六斜坡下山突水事故1.东山煤矿概况：生产能力150万吨，现生产水平750m。15号煤为主采煤层。奥灰水静水位标高800m，下山煤层标高750220m，全部在奥灰岩静水位之下，为带压开采，井田内断层十分发育，往往以断层划分采区和工作面。断层是奥灰水的突水通道。2.六斜坡下山概况 六斜坡下山属于一采区，走向长350m，倾斜长400m，开采15号煤，可采储量130万吨，布置三个工作面，其中一个工作面上分层已采出16万吨。,2023/5/21,44,3.六斜坡下山突水简介 为扩大煤储量，沿煤层开了一条探巷，进入F11断层5米，标高699m，无法判定煤层在哪里，停掘打钻，钻孔打了19.8米，仍在断层内，钻孔涌水量仅1m3/h,停泵升井修电机，相隔8h，发现探巷被淹，不到6天，淹没整个采区，水位上升到+760m，流入+750大巷。整个采区积水3万m3，涌水量540m3/h，压煤114万吨，淹没设备34.6万元，停产、减产损失10万余元，每年增加排水费用60万元。4.突水原因 F11断层使15号煤层直接与奥灰水对接，在水压1.01MPa作用下发生突水。,2023/5/21,45,5.水害治理强排：想恢复该采区生产，因排水设备不足，失败。在三条下山上口分别构筑防水闸门1座，堵水墙2座，想封闭出水区域，因工程质量差，不敢完全关闭防水门。筹资100万，从地面打钻，注浆封堵出水点，因钻孔不准，堵水效果差，该下山一直被淹，不能恢复生产。6.教训对断层导水性认识不清，探巷进入断层，还要盲目打钻找煤；进入断层前，不严格执行“先探后掘”的原则，盲目施工探巷；钻孔出水了，还认识不清，不采取措施。,2023/5/21,46,二、东山煤矿试6-1号钻孔注浆封堵水简介,1.试6-1号钻孔概况 根据东山煤矿带压开采的需要，要求从井下施工2-3个钻孔。试6-1号孔位于一采区下山水仓附近，孔口标高+630m，预计钻孔100m，伸入奥灰岩马家沟组。2.试6-1号孔施工简介 该钻孔由148地质队承包，未经固管封孔，一直向下钻孔62m，打透两层薄灰岩，此时孔口水压5.5大气压，水量35m3/h，若再往下钻孔，打透奥灰岩，将发生淹井事故，148地质队向矿上提出停工，并退出施工。,2023/5/21,47,3.试6-1号钻孔注浆封孔堵水简介 东山煤矿决定，由山西矿业学院、148地质队、东山煤矿，对试6-1号孔共同实施注浆封孔固管与堵水工作。山西矿业学院：提供“注浆封孔固管堵水设计”，并现 场指挥注浆工艺的实施；东山煤矿：负责准备注浆材料，加工注浆管路与安装 工作。148地质队：负责注浆（泥浆泵）的操作；三方密切配合，仅用了5个小时完成封孔、固管、堵水工作，七天后打开封口，不仅达到封孔固管的目的，而且将涌水全部封堵，滴水不漏。,2023/5/21,48,4.收获试6-1号孔能继续钻进，为带压开采提供可靠的水文地质资料；东山煤矿对奥灰水有了明确的认识，敢于开发利用，并培养与锻炼了治水的专业人才；148地质队对石炭纪灰岩，有了清醒的认识，并为封孔积累了经验。,2023/5/21,49,1.煤矿防治水的技术是成熟的，矿井水灾是完全可以避免的。2.当前矿井水灾均为违规、违章，管理监管不到位造成的，更加说明煤矿重整组合是完全正确的。3.各矿要尽快健立健全防治水基础资料 各矿要尽快健立健全防治水专业机构,九 结 论,2023/5/21,50,4.要严格执行防治水原则和探放水规定，细节决定成败。5.深化职工防治水安全培训,消除麻痹思想,警钟长鸣。6.防止经验主义，善于辨别假象，警惕特殊性。7.坚决贯彻执行规定，全面提升矿井防治水工作水平。,2023/5/21,51,谢谢！,
