第四章矿井水灾防治.ppt
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1、第四章 矿井水灾防治 目 录,第一节 基本概念第二节 地表水综合治理第三节 矿山泥石流防治第四节 矿井地下水综合治理 第五节 矿井突水事故处理,第一节 基本概念及理论概述主 要 内 容,一、矿井水分类二、矿井水灾及其对生产的影响 三、矿井水灾发生必须具备的基本条件四、矿井水灾的影响因素五、造成矿井水灾的主要原因,一、矿井水概念,矿井水是指地表水和地下水的统称。,矿井地表水主要指矿区地面的江河、湖泊、沼泽、水库和废弃的露天坑和塌陷坑积水以及雨水和冰雪融化汇集的水。,矿井地下水指含水层水、断层裂缝水和老空区积水。,矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面:(1)由于矿井水在采掘工作面可出现淋水,使空
2、气湿度明显增加,顶板破碎,对劳动条件及生产效率影响很大。(2)由于矿井水的存在,在生产中必须进行排水,水量越大,排水费用越高,势必增加煤炭生产成本。(3)矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等,均有腐蚀作用,这就缩短了生产设备的使用寿命。(4)当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时,则会给生产带来严重影响.,二、矿井水灾及其对生产的影响,三、矿井水灾发生必须具备的基本条件,1、水源 2、导水通道 3、释放水的空间,1、水源(1)大气降水。,图4-1-2 自然界中水的循环,(2)地表水。地球表面江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水,它的主要来源是大气降水,也有的来自地下水。(3)含水层
3、水 潜水:埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水,图4-1-3 潜水1潜水面;2潜水层;3第一隔水层;0-0基准面(测量高程水准面),承压水。处于两个隔水层中间的地下水,称为承压水(或称自流水),如图4-1-4 所示。,图4-1-4 承压水1含水层;2隔水层;3地下水流向;4自流井;5喷泉;6断层;a补给区;b承压区(分布区);c排泄区;0-0基准面(测量水准面);H静止水位;P承压水头,(4)老空积水。已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞,由于长期停止排水而积存的地下水,称为老空积水(5)断层水。处于断层带中的水,称为断层水。2.矿井水灾的通道 水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样
4、的,主要有:(1)自然通道:断层、裂隙、石灰岩溶洞、陷落柱。(2)人为通道:煤矿的井筒、采后塌陷坑、采动裂隙、古井老塘及封堵不严的钻孔。3、释放水空间:根据设计开挖的空间,包括井筒、巷道、峒室、采空区。,地裂缝,四、矿井水灾的影响因素,影响水源进入矿井井巷造成水灾的因素可分为自然的和人为因素。(一)自然因素1、含水层及构造方面:松散层含水丰富;断层导通顶底板含水层;陷落柱导通顶底板含水层;顶底板为富含水层。断层发育、顶板裂隙发育、地表岩溶发育。2、采空区:老要多且位置不清,采空区积水或积水泥浆。3、煤柱:隔离煤柱小、隔离煤柱受破坏,防水煤柱受采动影响而破坏。4、其他方面:遇暴雨引发洪水;煤仓内
5、大量进水;钻孔穿过含水层。,(二)人为因素 1、设计方面:井口标高低于历史最高洪水位,未设拦水坝;防水煤柱设计不合理;水文地质情况不清;防水密闭不合理。2、措施方面:未按照煤矿防治水规定(2009年12月1日实施)进行探放水等。3、工程质量:钻孔封闭不严;防水密闭工程质量不好;防水闸门失效;拦水坝失效,水泵损坏;停电。,第二节 地表水综合治理,一、矿井地表水源1、雨雪水2、江河、湖泊、洼地积水,二、地面水防治技术,地面防水是指在地表修筑各种防排水工程,防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。1.合理确定井筒位置2填堵通道和消除积水3挖沟排(截)洪4.整治河流5加强雨季前的防汛工作,第三节 矿山泥石
6、流,一、泥石流的种类1、按泥石流流域的地貌地质特征分标准泥石流、河谷泥石流、山坡泥石流。2、按物质组分泥流、泥石流和水流。3、按物理力学性质、运动和堆积特征黏性、稀性泥石流。4、按泥石流成因自然泥石流、人为泥石流。,泥石流,二、防治泥石流的措施1、弄清泥石流的种类和流动规律2、防治泥石流发生3、拦挡泥石流4、排导泥石流,第四节 矿井地下水综合治理一、矿井地下水源1、含水层积水2、断层裂隙水3、老空区积水,图4-1-1 煤矿常见的水源,二、查明矿井水源-做好矿并水文观测与水文地质工作1做好水文观测工作(1)收集地面气象、降水量与河流水文资料(流速、流量、水位、枯水期、洪水期);查明地表水体的分布
7、、水量和补给、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地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律,分析水质等。(3)观测矿井涌水量及季节性变化规律等。,2做好矿井水文地质工作 查明矿井水源和可能涌水的通道,为防治水提供依据。为此必须:(1)掌握冲击层的厚度和组成,各分层的透水、含水性;(2)掌握断层和裂隙的位置,错动距离,延伸长度,破碎带范围及其含水和导水性能;(3)掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性,各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离,勘探钻孔的填实状况及其透水性能,(4)调查老窑和现采小窑的开采范围、采
8、空区的积水及分布状况,观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响;(5)在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量,老窑积水范围、标高和积水量,水淹区域及探水线的位置。,二、防治水灾措施,防治水灾综合措施,探 地下水探放防排预先排水疏干隔留防水隔离煤柱堵注浆封堵截防水闸门截流测水害预测,第五节 地下水的探放 井下探放水是防止水害的重要手段之一,“有疑必探,先探后掘”是防止井下水害的基本原则。当采掘工作面遇到下列情况之一时,必须探水,确认无突水危险后,才能前进:接近水淹井巷、老空、老窑或小窑时;接近含水层、导水断层、陷落柱时;接近可能出水钻孔和各类防水煤柱时;接近
9、可能与地表水体相通的断裂破碎带或裂隙发育带时;上层采空区积水,在两层间垂直距离小于采高40倍或巷高10倍的下层采掘工作以及采掘工作面有明显出水征兆时;接近有水或稀泥的灌浆区时;接近其它可能出水地区时。,一探水起点的确定 为了保证采掘工作和人身安全,防止误穿积水区,在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点,此线即为探水线。,如 4-2-1所示。,图 4-2-1 积水线、探水线和警戒线,积水线:即积水区范围线。在此线上应标注水位标高、积水量等实际资料。探水线:应根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料的可靠程度.积水线外推60m-150m.警戒线:在探水线的外沿平行外推50-100m所
10、圈定一条线。,二探水钻孔的布置方式 探水钻孔布置原则是它既要保证安全生产,又要确保不遗漏积水区,还要求探水工程量最小。L、探水钻孔的主要参数确定 探水钻孔的主要参数有超前距、钻孔直径与数目。,2、探水孔布置方式(1)扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段,要进行搜索性探放老空积水,其探水钻孔多按扇形布置,如图4-2-3所示.,(1)超前距。如图 4-2-2所示,图 4-2-2 探水钻孔的主要参数示意图,图 4-2-3 扇形探水钻孔,(2)半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区,其探水钻孔可按半扇形布置,如图图 4-2-4所示。,图 4-2-4 半扇形探水钻孔,3、其他方法 红外线遥感技
11、术,电测技术。三、放水 当探到水源后可考虑采取放水措施。注意(1)放水前,必须估计积水量、水位标高、矿井排水能力和水仓容量等,并研究确定放水顺序和控制放水孔流量的措施,做好放水设计,报上级批准。(2)探到后,可以利用探孔放水,若水量大则采用专用钻孔放水。,第六节预先排水疏干疏干方法三种:地表疏干、井下疏干、地表和井下联合疏干。一、地表疏干在地面打钻利用潜水泵或深井泵抽排,以降低地下水位。它适合于埋藏较浅、渗透性良好的含水层。抽水钻孔可采取环状孔群和排状孔群两种布置方式:,(1)环状孔群。如图 4-2-9所示,图 4-2-9 环状孔群1疏水前水位;2疏水后水位,图 4-2-10 排状孔群,(2)
12、排状孔群。如图4-2-10。,二、井下疏干1疏放老空积水(1)直接放水。(2)先堵后放。(3)先放后堵。(4)用煤柱或构筑物暂先隔离。2、疏放含水层水 1)利用疏干巷道疏干 2)利用钻孔疏干 3)巷道与钻孔相结合疏干三、地表与井下联合疏干,1)巷道疏水,图 4-2-11 巷道疏水,(1)疏放顶板含水层 如果煤层直接顶板为水量和水压不大的含水层,常把采区巷道或回采工作面的准备巷道提前开拓出来,,在利用采准巷道疏放顶板水时,应注意以下两点:,A采准巷道提前掘进的时间,应根据疏放的水量和速度而定,超前的时间过长会影响采掘计划平衡,造成巷道长期闲置,有时会增加巷道维修工作量;如果超前时间太短又会影响疏
13、放地下水的效果。B当疏放强含水层的顶板水时,应视水量的大小,要考虑是否要扩大水仓容量和增加排水设备。,(2)疏放底板含水层 当煤层的直接底板是强充水含水层时,可考虑将巷道布置在底板中,利用巷道直接疏放底板水。,图 4-2-12 底板含水层中的疏放水巷道1 一灰岩原始水位,2 一疏放水巷道,3 一石灰岩含水层,4 一石门,2)井下钻孔疏水(1)疏放煤层顶板水 在煤层上部含水层的水量与水压较大时,为了避免回采后顶板突水,其方式有如下2种:,图 4-2-13 丛状布置钻孔,A在巷道中每隔一定距离向顶板打钻孔,使顶板水逐渐泄入巷道,通过排水沟向外排出。B在巷道中群孔放水。如图 4-2-13所示。,(2
14、)疏放煤层底板水,防止底板突水的途径主要有两个方面:一 方面是加强底板岩层抵抗破坏的能力,另一方面是设法减少地下水的破坏能力,其措施是在底板布置钻孔(图 4-2-15),疏水降压。,图 4-2-15 底板排状钻孔1静水位;2降落曲线;3疏水孔,第七节防水煤(岩)柱隔离水源,防水煤岩柱隔离水源是为了防止各种水源的水进入矿区,在受威胁的地段留有一定宽度或厚度的煤岩柱,将水源隔离。一般的以下情况需留煤岩柱:1、煤层直接位于地表水体或疏松含水层之下;2、煤层被强含水层或局部强含水层所掩盖,顶板冒落后会达到含水层;3、煤层直接与强含水层接触;4、当煤层通过断层、裂缝和底部承压含水层有联系时;5、当煤层接
15、近充水断裂带时;6、在被淹井巷上部或下面煤层与岩层中进行采掘工作时7、相邻矿井开采同一煤层时,必须在矿井分界处留隔离煤柱。,1防水煤(岩)柱的留设 防水隔离煤柱的种类有:井田边界防水隔离煤柱以及预防断层、充水含水层、岩溶陷落柱的防水煤柱等。确定防水煤柱的尺寸,是一个相当复杂的问题,至今还没有十分完善合理的方法。目前,在煤矿生产中确定防水煤柱尺寸,主要采用以下方法:1)经验比拟法,2)分析计算法 此种方法是利用理论和经验公式来计算防水煤柱的尺寸。下面分为3种情况加以介绍:(1)煤层直接和强含水层、导水断层相接触(图 4-2-17b、d),煤层顶底板岩层无突水可能,即防水煤柱主要是顺层受压时,常用
16、以下公式计算煤柱宽度(仅考虑抵抗水压力):,(4-2-1),图 4-2-18 低角度断层使煤层与强含水层接近,(2)低角度断层使煤层底板岩层与强含水层接触,如图 4-2-18所示。此时,防水煤柱除了承受水的顺层压力作用外,还要承受底板方向的压力作用。,第八节注浆防治水 一、注浆的原理及条件 原理:注浆堵水就是将配制的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中,使其扩散、凝固和硬化,(1)当涌水水源与强大水源有密切联系,单纯采用排水的方法不可能或不经济时。(2)当井巷必须穿过一个或若干个含水丰富的含水层或充水断层,如果不堵住水源将给矿井建设带来很大的危害,甚至不可能掘进时。(3)当井筒或工作面严重淋水时
17、,为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用等,可采用注浆堵水。(4)某些涌水量特大的矿井,为了减少矿井涌水量,降低常年排水费用,也可采用注浆堵水的方法堵住水源。(5)对于隔水层受到破坏的局部地质构造破坏带,除采用隔离煤柱外,还可用注浆加固法建立人工保护带;,二、注浆材料分为三大类1、固体颗粒充填阻水材料:粉煤灰、砂、砂砾、石屑等。2、凝胶堵水材料:水泥浆和水泥-水玻璃。3、化学类堵水材料:丙烯酰胺类、铬木素等。,三、注浆防治水技术1、帷幕注浆截流防水 帷幕注浆截流防水是通过钻孔用注浆方法在含水层中建造地下阻水墙的方法。是一种人为改造水文地质环境,把含水层的补给边界改造成阻水边界,使含水煤层在煤
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- 第四 矿井 水灾 防治
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