煤矿水害治理技术.doc
《煤矿水害治理技术.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《煤矿水害治理技术.doc(59页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、煤矿水害治理技术辽宁工程技术大学合作发展处 卢国斌教授二O一二年六月主要内容一、基本概况二、矿井充水条件分析三、矿井防治水技术措施四、矿井水害预测预报技术方法五、事故案例六、突水事故的应急救援预案七、对矿井进行突水分析评价的一个实例一、基本概况1、矿井水灾凡影响、威胁矿井安全生产、使矿井局部或全部被淹没并造成人员伤亡和经济损失的矿井涌水事故都称为矿井水灾。图1.1 某矿水淹示意图1主斜井,2副斜井,3掘进工作面,4老空水2、高压岩溶水导致突水事故我国采矿史上灾害最为严重的两次突水事故均发生在东部矿区。1935年3月5日淄博北大井,发生煤层底板奥陶系灰岩岩溶水突水事故,平均突水量443m3/mi
2、n,淹死538人;1984年6月2日开滦范各庄矿井下陷落柱突水,突水量达2000m3/min左右,矿井被淹没,给国家财产造成重大损失,见图1.2。近年来,东部矿井突水发生频率逐渐增大,先后在淮北杨庄矿、义马新安矿、峰峰梧桐矿、皖北任楼矿、徐州张集矿又相继发生特大型奥灰岩岩溶突水淹井事故。图1.2 开滦范各庄矿井下陷落柱突水山东肥城杨庄矿9101工作面掘进揭露了断层,造成突水,全矿被淹,最大突水量达73.5 m3/min 。断层断距8-14 m,属于中小断层,最大的断层断距50m,见图1.3。图1.3 断层突水突水具有水压大(3MPa)、水量大,来势汹猛,衰减较快的典型集中通道式突水特征。见下面
3、的图1.4、图1.5。断层和陷落柱突水在华北煤矿矿床中是主要的突水形式,但是在巨厚底板隔水层存在的条件下,中小断层突水必然与断层的再破坏加剧密切相关。我国目前的采煤工作,逐步进入到深矿井条件下,由于采深大和局部地应力异常造成的高地应力及采场高附加应力,是加剧断层破坏的重要因素,是厚隔水层中中小断层突水的重要原因。开采后,由于为采区保税开采措施,造成矿区环境问题:昔日的河道已经干涸、地下水位遭破坏、污染的河流等。见图1.6、图1.7、图1.8。图1.4 突水时的巷道流水图1.5 突水时的巷道流水图1.6 昔日的河道已经干涸 图1.7 地下水位遭破坏 图1.8 污染的河流流淌着黑水 3、我国煤矿水
4、害类型及分布图1.9 我国煤矿水害类型及分布 见图1.9。1)华北石炭二叠纪煤田的岩溶裂隙水水害区;2)华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区;3)东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区;4)西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区;5)西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区;6)台湾第三纪煤田的裂隙孔隙水水害区4、煤矿防治水规定图1.10 2009年12月1日起实施的 煤矿防治水规定统称为28号文。见图1.10、1.11。图1.11 2009年的28号令5、矿井防治水基本原则过去八字原则:有疑必探、先探后掘现在十六字原则:预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采二、矿井充水条件分析矿井充水条件分析,是矿床水文地质学重要研究内容
5、之一,也是矿井水文地质工作的重要环节之一。下表是煤矿防治水规定中有关矿井水文地质类型的规定。分类依据 类 别简单中等复杂极复杂受采掘破坏或影响的含水层及水体含水层性质及补给条件受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层,补给条件差,补给来源少或极少受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层,补给条件一般,有一定的补给水源受采掘破坏或影响的主要是岩溶含水层、厚层砂砾石含水层、老空水、地表水,其补给条件好,补给水源充沛受采掘破坏或影响的是岩溶含水层、老空水、地表水,其补给条件很好,补给来源极其充沛,地表泄水条件差单位涌水量q(Ls-1m-1)q0.10.1q1.01.0q5.0q5.0矿井及周边老空水
6、分布状况无老空积水存在少量老空积水,位置、范围、积水量清楚存在少量老空积水,位置、范围、积水量不清楚存在大量老空积水,位置、范围、积水量不清楚矿井涌水量(m3h-1)正常Q1最大Q2Q1180(西北地区Q190)Q2300(西北地区Q2210)180Q1600(西北地区90Q1180)300Q21 200(西北地区210Q2600)600Q12 100(西北地区180Q11 200)1 200Q23 000(西北地区600Q22 100)Q12 100(西北地区Q11 200)Q23 000(西北地区Q22 100)突水量Q3(m3h-1)无Q3600600Q31 800Q31 800开采受水
7、害影响程度采掘工程不受水害影响矿井偶有突水,采掘工程受水害影响,但不威胁矿井安全矿井时有突水,采掘工程、矿井安全受水害威胁矿井突水频繁,采掘工程、矿井安全受水害严重威胁防治水工作难易程度防治水工作简单防治水工作简单或易于进行防治水工程量较大,难度较高防治水工程量大,难度高注:1.单位涌水量以井田主要充水含水层中有代表性的为准。2.在单位涌水量q,矿井涌水量Q1、Q2和矿井突水量Q3中,以最大值作为分类依据。3.同一井田煤层较多,且水文地质条件变化较大时,应当分煤层进行矿井水文地质类型划分。4.按分类依据就高不就低的原则,确定矿井水文地质类型。 1、矿井充水条件分析内容1)充水“水源”:地表水、
8、地下水等;2)充水“通道”:裂隙、断层、下沉区域等;3)充水“强度”:压力、水量;2、矿井充水条件分析根据充水条件特征,可将矿井充水条件分析划分为:1)自然充水条件分析(1)自然充水水源松散孔隙地下水、基岩裂隙地下水、碳酸盐岩岩溶地下水;承压水、潜水、上层滞水;顶板水、底板水、周边水;大气降水地表水(2)自然充水通道点状岩溶陷落柱线状断裂(裂隙)窄条状隐伏露头面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)地震通道2)人为充水条件分析(1)人为充水水源老空水;水淹区域:是指被水淹没的井巷和被水淹没的老空的总称。老空:是指采空区、老窑和已经报废井巷的总称。采空区:是指采煤以后不再维护的空间。袭夺水;袭夺水:
9、由于矿床开采,降落漏斗不断扩大,人工流场强烈改造矿区天然地下水流场,人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。袭夺水源存在下列几种情况:位于矿床地下水排泄区的泉水;位于矿床地下水排泄区的地表水(海、湖、河)体;位于矿床地下水径流带内的-排泄区一侧相邻含水层;相邻水文地质单元地下水。 (2)人为充水通道封孔质量不佳钻孔;底板矿压破坏带、底板水压导升带;顶板冒落裂隙带;顶板抽冒带抽冒:是指在浅部厚煤层、急倾斜煤层及断层破碎带和基岩风化带附近采煤或掘巷时,顶板岩层或煤层本身在较小范围内垮落超过正常高度的现象。 地面岩溶塌陷带;3、充水强度分析1)定性分析2)定量、预测评价数值法、解析法、类比法、统
10、计学方法三、矿井防治水技术措施1、地面防治水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。根据矿区不同的地形、地貌及气候,应从下列几方面采取相应措施:1)慎重选择井筒位置井口(平硐口)和工业场地内主要建筑物的标高应在当地历年最高洪水位以上。河流改道井田范围河流人工河道图3.1 河流改道示意图2)河流改道见图3.13)铺整河底4)填堵通道5)挖沟排(截)洪6)排除积水7)加强雨季前的防讯工作2、井下防治水 矿井防治水可归纳为“防、堵、疏、排、截”五个字。1)做好矿井水文观测工作收集地表水、井下水源的水压、水位、和水量、井下涌水量变化;2)做好水文地质工作冲击层厚度、各
11、分层的透水、含水性;断层和裂隙位置、落差、延伸、含水导水性;含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性;老窑和现采小窑的范围、采空区积水分布。3)防水(探、查)预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采 是井下采掘工作必须遵循的原则。(1)遇下列情况之一者时,必须探水接近水淹井巷、老空时;接近含水层、导水断层、陷落柱时;接近可能出水的钻孔和各类防水煤柱时;接近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。(2)探水起点的确定积水线积水区域范围线;水位标高,积水量;警戒线积水线外60m,红色,超前探水,
12、边探边掘;探水线根据积水位置、积水量、地质、水文地质、采空区和巷道受矿压力等影响 。 (3)探水线规定对于老窑、采空区、峒室等积水清楚,P1Mpa,岩层不小于20m,煤层不小于30m;积水区位置边界不清楚,最小不小于60m;小窑、断层等,不小于60m;石门揭含水层不小于20m。(4)探水钻孔布置探水超前距离、允许掘进距离、帮距和密度确定:探水-掘进-再探水-再掘进,超前距一般20m,帮距与超前距一样。钻孔密度L (安全值)L开采冒落区含水层图3.5不同情况下留防水煤往的经验尺寸图3.6不同情况下留防水煤往的经验尺寸80m上含水层图3.7不同情况下留防水煤往的经验尺寸20 m含水层开采冒落区图3
13、.8不同情况下留防水煤往的经验尺寸3040 m图3.9 不同类型的防水墙3、矿井突水及其处理1)矿井突水征兆凡是井巷掘进及工作面回采过程中,接近或沟通含水层、被淹巷道、地表水体、含水断裂带、溶洞、陷落柱而突然产生的突水事故称矿井突水。突水前,在工作面及其附近往往显示出某些异常现象,这些异常统称为“突水征兆”。(1)与承压水有关断层水突水征兆工作面顶板来压、掉渣、片帮、支架倾倒等;底膨胀、底鼓张、底“爆”响声;先出小水、再出大水;采场或巷道瓦斯涌出量增大。(2)冲积层水突水征兆岩层发潮、滴水、且逐渐增大,局部冒顶、水量突增、水时清时混,流砂;溃水、溃砂。(3)老空水突水征兆发潮、发暗、挂汗、发凉
14、、吱吱水声、铁锈呈红色(4)一般征兆巷道壁或煤壁“挂汗”。这是由于积水透过微孔陈而凝聚于岩材或煤表面。顶板“挂汗”多是呈尖形水珠,有“承压欲滴”之势;区别自燃预兆 “挂汗”是平形水珠,为蒸汽凝结于顶板所形成。煤层变冷。煤层含水增大时,热导串增大,用手模煤壁时发凉感觉。淋水加大,顶板来压,或底板鼓起并有渗水。出现压力水线(或称水线)。表明水源已近,密切注视水流,出现混浊则水源很近;出现水清则稍远。有水叫声。水挤出产生“嘶嘶”声,有空洞泄水声,是最危险征兆。工作面有害气体增加,因为积水区常散发瓦斯、二氧化碳和硫化氢(有臭鸡蛋味)等。煤发潮发暗。干燥、光亮的煤渗入水变潮湿、暗淡。如果挖去表层,里面还
15、是这样,说明附近有积水。有时会遇到特殊情况:如巷道上部老空有较厚的淤泥隔水,预兆不明显,但在巷道送过去之后引起岩石松动,突然透水。如过断层时末发现透水预兆,只是压力增大,支柱折断,结果突水了。在发现透水预兆或大量涌水时,应停止作业,迅速报告矿调度室,采取相应的防水措施,并通知受威胁区域的人员撤退。2)恢复被淹矿井及安全措施(1)排除积水的方法直接排干。就是增加排水能力,直接将所突出的全部积水排干。此法适用于水量不大、补给水源有限的情况。先堵后排。当涌水的动储量特别大,补给丰富,用强力排水也不可能排干时,必须先堵住涌水通道,截住补给水源,然后再排水。(2)排水恢复期的安全措施保持良好通风,经常检
16、查气体含量;因为随着水位的下降,积存在被淹井巷中的有害气体 CO2、H2S、CH4 等可能大量泄出。因此,应事先准备好局部通风机,随着排水工作的进行,逐段排除有害气体。当井筒中瓦斯含量达0.75%时,井简应停止供电,加强通风排除瓦斯。对井巷气体还应定期取样分析,通常每班取样1次;当水位接近井底、可能泄出气体时,要每隔两小时取样1次,这时排水看泵应由矿山救护队员担任。严禁一切明火,防瓦斯爆炸;严禁在井简内或井口附近使用明火,以防井下瓦斯突然大量涌出时引起瓦斯爆炸。在井筒内安装排水设备时或进行其它工作的人员都必须佩戴安全带和自救器在恢复井巷时应特别注意冒顶坠井事故。3)矿井透水事故的处理行动原则:
17、(1)设法堵住出水点;(2)沿避灾路线向上撤人;(3)进入上山独头巷道中等待救援。排水;组织救人;多方协作;编制预案。四、矿井水害预测预报技术方法1、煤层底板突水预测预报的新方法“脆弱性指数法”1)原来采用的方法煤层底板突水是我国大部分煤矿山在开发过程中普遍面临的工程技术难题。一般都用“突水系数”法。那么何谓“突水系数”?其中:T 煤层底板突水系数, MPa / m ;M隔水段厚度,m;P 隔水段承受的地下水压,MPa;这个方法是40多年前所提出的,已无法满足深部带压开采和现代采煤方法提出的要求,不能够完全预测突水的可能性。2)突水主控因素体系对于突水具有影响的各种因素,将其归类,形成一个图,
18、分成主控因素,又在其主控因素后,分成层次,将因素细分,形成具有可用量化的形式确定。见图4.1所示。突水主控因素体系厚度、充填物岩性单位降深涌水量平均值、最大值渗透系数、渗透率充水含水层含水层水压含水层富水性含水层渗透性中奥陶统灰岩古风化壳发育及充填情况厚度等值线图力学强度高的砂岩层空间沉积位置脆、塑性岩厚度比底板隔水岩段防突性能隔水岩段关键岩层位置隔水岩段岩性比例隔水岩段总厚度工作面斜长开采方法与工艺煤层倾角矿压破坏发育带煤层采高与采深导升发育带原始导升高度线密度分布图、单位面积断层迹线的总长度张性、压性、扭性点密度分区图断距、宽度、长度及倾角充填岩性、胶结程度地质 构造断层(裂隙密集带)性质
19、断层分布密度断层尖灭点、交叉点分布密度断层规模断层充填胶结情况埋深、位置线密度分区图褶皱轴密度褶皱轴埋深褶皱密度分布图、不同部位水力性质岩溶陷落柱回采诱发的导升高度图4.1 突水主控因素体系3)脆弱性指数法脆弱性指数法:是指将可确定底板突水多种主控因素权重系数的信息融合与具有强大空间信息分析处理功能的GIS耦合于一体的煤层底板水害评价方法。采用的基本模型就是将GIS与多种主控因素权重系数的信息融合耦合于一体的模型,即式中:VI煤层底板突水的脆弱性指数;Si第i个主控因素对底板突水的“贡献”或相对权重;Ii 第i 个主控因素归一化后的无量纲值。在煤矿防治水规定第四章“矿井防治水”第五节第“疏干开
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 煤矿 水害 治理 技术
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3892200.html