矿山防水专业知识讲座优质课件

矿山防水专矿山防水专业知识讲座业知识讲座 1984年年开滦开滦范各庄矿范各庄矿特大突水事故最大涌水量高大特大突水事故最大涌水量高大2053m3/min，成为有，成为有记载的世界采矿史上突水水量之最，造成经济损失近记载的世界采矿史上突水水量之最，造成经济损失近5亿元。亿元。2001年年7月月17日凌晨日凌晨3时时许，南丹县龙泉矿业总厂下属的许，南丹县龙泉矿业总厂下属的拉甲坡矿拉甲坡矿发生特发生特大透水事故，造成井下大透水事故，造成井下81名矿工死亡。初时，黎家西矢口否认发生了透水事名矿工死亡。初时，黎家西矢口否认发生了透水事故，后被故，后被受贿受贿300余万隐瞒南丹矿难事故余万隐瞒南丹矿难事故 万瑞忠被执行死刑万瑞忠被执行死刑。2004年年3月月7日日，新疆哈密煤业（集团）有限责任公司井采，新疆哈密煤业（集团）有限责任公司井采公司二井公司二井发生发生透水事故，透水事故，24名矿工被困井下，名矿工被困井下，9名遇难。名遇难。2004年年 4月月25日日早早5时许，时许，黑龙江双鸭山矿业集团东荣三矿九采区黑龙江双鸭山矿业集团东荣三矿九采区-442m标高水采工作面突发透水事故，初步认定是该地与标高水采工作面突发透水事故，初步认定是该地与东四片采空区老塘东四片采空区老塘相透相透。2004年年 4月月11日下午日下午4时多，地处新密市的郑煤集团时多，地处新密市的郑煤集团超化矿超化矿突发透水事突发透水事故，故，12人被困井下，其中包括透水后下井察看水情的该矿人被困井下，其中包括透水后下井察看水情的该矿代理总工程师周定代理总工程师周定栓栓及另外一名副总工程师。被困及另外一名副总工程师。被困4天天5夜后夜后4月月16日上午日上午9时时30分分，最后一名，最后一名遇险矿工被抬出井口。遇险矿工被抬出井口。一、矿井水灾 地球上水的分布：按水的分布空间不同，可分为大气水、地表水和地下水三类。地下水是直接威胁生产的不安全因素之一，它是采矿工作者的重要研究对象。由于自然界中的三大类水之间，存在着不可分割的内在关系。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。造成矿井水害的水源主要有：大气降水、地表水、含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等。概概 述述 矿井水灾的危险u破坏矿井的正常建设和生产u威胁人员的生命安全u造成国家和个人财产损失 概概 述述 二、矿井水灾的来源（一）地面水源 1大气降水 主要形式是下雨下雪。地面的雨雪水是地下水的主要补给来源，同时也可能通过裂隙或井巷直接灌入井下。1996年8月4日，太原市下暴雨，34小时降雨314毫米，滚滚山洪经小煤窑进入地下，使两座国统大型煤矿的6.4万米井巷被淤死，毁坏井下采煤设备2929台，80余名矿工被洪水围困在井下，造成重大经济损失和人员伤亡。2地表水 地表水：河流、湖泊、水库和积水洼等，能够通过裂隙、井巷、断层、溶洞等直接灌入井下，也可作为地下水补给来源。1977年12月19日，吉林辽远梅河一井，在采掘时与地面水库冒通，造成64人死亡，93人负伤的重大事故。（二）地下水源1含水层水 生活在山区的人，大多见过泉水，泉水实际上是从地下岩层中溢流出地面的地下水。当井下开拓巷道时，打到某些岩层，水就从岩层中涌出。那么地下水为什么能在某些岩层中存在呢？这是因为在一些岩层或砂土层中存在着许多空隙，当大气降水或地表水渗入地下时，岩土层中的空隙就成为地下水聚居的场所，这些即含地下水而又透水的岩层，称为含水层。1974年9月28日，徐州矿务局义安煤矿704工作面上方，发生含水层突水事故，使整个二采区被迫关闭，至今未能恢复生产。（二）地下水源2断层水 断层地带岩石破碎，易于积水。特别是断层与河流或含水层相通时，造成的水灾危害更大。1935年德国统治的山东省淄博矿务局洪山矿，由于不采取有效的探放水等措施，在掘进巷道接近裂隙较大的周瓦庄断层时，由于该断层和当地的朱龙河相通，使河水大量灌入井下，平均涌水量达643m3/min，78小时后整个矿井被淹没，夺去了536名矿工的生命，成为世界上最大的水灾事故之一。3老空水 古代的小煤窑和近代煤矿的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空水。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）矿井水对各种金属设备、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。生产矿井常用含水系数（KB）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。1.含水系数 含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：KB=Q/P 根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4 个等级：充水性弱的矿井：KB 10 m3t。2.矿井涌水量 矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q 表示，单位为m3d、m3h、m3min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：涌水量小的矿井：Q 15 m3min。3.矿井突水点突水量等级划分其等级标准是：小突水点涌水量：Q1m3min；中等突水点涌水量：1 m3min Q 10 m3min；大突水点涌水量：10 m3min 30m3min。矿井水灾发生必须具备的基本条件矿井水灾发生必须具备的基本条件煤矿常见的水源 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的措施：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。2河流改道 3铺整河底 4填堵通道 5挖沟排（截）洪水 6填堵通道和排除积水 7加强雨季前的防讯工作 第二节第二节 地表水综合治理地表水综合治理泥泥石石流流的的种种类类：按按不不同同特特点点分分成成不不同同种种类类，一一般常用分类如下。般常用分类如下。标准型泥石流：有明显的形成区，流通区和堆积区河谷型泥石流：流域呈狭长形，既有堆积又有冲刷山坡型泥石流：流域呈斗状，面积小，无明显流通区 第三节第三节 矿山泥石流防治矿山泥石流防治防治泥石流的措施：防治泥石流的措施：查明泥石流的种类和流动规律防止泥石流发生;种植被、加固、建坡面排水系统拦挡泥石流：筑坝、平坡排导泥石流：建导流堤、排洪道 第三节第三节 矿山泥石流防治矿山泥石流防治矿井地下水源：矿井地下水源：含水层积水断层裂隙水老空区积水 第四节第四节 矿井地下水综合治理矿井地下水综合治理煤矿常见的水源 井下水害来势凶猛，俗有“水老虎”之称。矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。一、做好矿井水文观测与水文地质工作(查)1做好水文观测工作-收集地表水、井下水源的水压、水位、和水量、井下涌水量变化。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和水量。2)通过对探水钻孔或水文观测孔中的水压、水位和水量变化的规律，水质的分析，查明矿井水的来源，以及矿井水和地下水，地表水的补给关系。3)观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。第四节第四节 矿井地下水综合治理矿井地下水综合治理2 2做好矿井水文地质工作做好矿井水文地质工作 为为了了查查明明水水源源和和可可能能涌涌水水的的通通道道，在在矿矿井井建建设设和和生生产产过过程程中中，应应不不断断积积累和掌握以下情况：累和掌握以下情况：1)1)、冲击层的厚度和组成，、冲击层的厚度和组成，各分层的含水、透水性能。各分层的含水、透水性能。2)2)、断断层层和和裂裂隙隙的的位位置置，错错动动距距离离，延延伸伸长长度度，破破碎碎带带范范围围和和含含水水、导导水性能。水性能。3)3)、矿矿井井含含水水层层和和隔隔水水层层的的数数量量、位位置置、厚厚度度、岩岩性性，各各含含水水层层的的涌涌水水量，水压、渗透性以及距开采层的距离。量，水压、渗透性以及距开采层的距离。4)4)、调调查查老老窑窑和和现现采采小小窑窑的的开开采采时时间间，开开采采方方法法、开开采采深深度度、开开采采范范围围，积水区域及分布状况。积水区域及分布状况。5)5)、检查勘探钻孔、检查勘探钻孔的填实状况及其透水性能。的填实状况及其透水性能。6)6)、开开采采过过程程中中围围岩岩破破坏坏范范围围及及地地表表塌塌陷陷情情况况，观观测测塌塌陷陷带带、裂裂隙隙带带，沉降带的高度，以及采动对涌水量的影响，从而判断能否透水。沉降带的高度，以及采动对涌水量的影响，从而判断能否透水。7)7)、井井巷巷出出水水点点的的位位置置及及其其水水量量；老老窑窑积积水水范范围围、标标高高和和积积水水量量，都都必必须须绘绘在在采采掘掘工工程程图图上上。水水淹淹区区域域应应标标出出探探水水线线的的位位置置。探探水水线线的的位位置置确确定定，必须报矿总工程师批准。采掘到探水线位置时，必须探水前进。必须报矿总工程师批准。采掘到探水线位置时，必须探水前进。二、井下探水(探)“有疑必探，先探后掘”是采掘工作必须遵循的原则。遇下列情况之一者时，必须探水：（一）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。（二）接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。（三）打开隔离煤柱放水时。（四）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。（五）接近有出水可能的钻孔时。（六）接近有水的灌浆区时。（七）接近其他可能出水地区时（水文地质复杂、有导水裂隙等）。第五节第五节 地下水的探放地下水的探放二、井下探水(探)1、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。通常将积水及附近区域划分为三条线：积水线、探水线和警戒线，并标注在采掘工程图上。1)积水线积水区域范围线；水位标高，积水量标注于图中；2)警戒线从探水线再向外平行推移50150m所确定的一条界限。掘进巷道进入这一界限后，应警惕积水的威胁。如发现有透水征兆，应提前探放水，无的话继续掘进。到达探水线时，作为正式探水的起点；二、井下探水(探)1、探水起点的确定：3)探水线沿积水线外推60150m的距离划一条线即为探水线。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。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、采空区和巷道遭受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须停止掘进，进行探放水。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。2 2、探水钻孔布置、探水钻孔布置 1)1)探水超前距离、允许掘进距离、帮距和密度确定探水超前距离、允许掘进距离、帮距和密度确定：(1)(1)超超前前距距：探探水水钻钻孔孔终终孔孔位位置置应应始始终终超超前前掘掘进进进进工工作作面面一一段段距距离离，该该段距离称超前距。一般岩层不小于段距离称超前距。一般岩层不小于20m20m，矿层，矿层30M30M (2)(2)允许掘进距离：允许掘进距离：经探水证实无水害威胁，可安全掘进的长度。经探水证实无水害威胁，可安全掘进的长度。(3)(3)帮帮距距：即即呈呈扇扇形形布布置置的的最最外外侧侧探探水水孔孔所所控控制制的的范范围围与与巷巷道道帮帮的的距距离离。其值应与超前距相同。其值应与超前距相同。(4)(4)钻钻孔孔密密度度（孔孔间间距距）：它它指指允允许许掘掘进进距距离离终终点点横横剖剖面面上上，探探水水钻钻孔孔之间的间距。一般不超过之间的间距。一般不超过3m3m，以免漏掉积水区。，以免漏掉积水区。允许掘允许掘进距离进距离超前超前距离距离帮距帮距安全外围线安全外围线外斜眼外斜眼终孔位置终孔位置2、探水钻孔布置 2)探水钻孔布置，原则：巷道掘进所占空间应有钻孔控制，且钻孔间距小于巷道高度、宽度、或煤层厚度。(1)平巷钻孔，主要是探巷道上帮小窑老空水，钻孔呈扇形布置在巷道上帮。依据煤层厚薄及巷道沿底、顶掘进不同，布孔方式也不一样。对于薄煤层，3组，每组12个钻孔；厚煤层，3组，每组不少于3个钻孔 (2)上山巷道钻孔布置，钻孔呈扇形布置于巷道前方，薄煤层布置5组，每组12孔；厚煤层布置5组，每组不少于3孔，且每组钻孔至少有一孔见顶成底，钻孔水平夹角及倾斜角要求与平巷钻孔相同。放水钻孔孔口安全装置1 一钻杆，2 一150 钻孔，3 一水泥，4 一筋条，5 一89 钢管，6 一水压表，7 一水阀门平巷与上山互相配合探水三、放水（疏干）有计划地将威胁性水源全部或部分地疏放掉，是消除水患的有效措施之一。分为地表疏干、井下疏干和地表井下联合疏干。1疏放老空水（井下疏干）1)1)直接放水；直接放水；当水量不大，不超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。当水量不大，不超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。2)2)先先堵堵后后放放；当当老老空空区区与与溶溶洞洞水水或或其其他他巨巨大大水水源源有有联联系系，动动力力储储量量很很大大，一一时时排不完或不可能排完，这时应先堵住出水点，然后排放积水。排不完或不可能排完，这时应先堵住出水点，然后排放积水。3)3)先先放放后后堵堵；如如老老空空水水或或被被淹淹井井巷巷虽虽有有补补给给水水源源，但但补补给给量量不不大大，或或在在一一定定季季节没有补给在这种情况下，应选择时机先行排水，然后进行堵漏，防漏施工。节没有补给在这种情况下，应选择时机先行排水，然后进行堵漏，防漏施工。4)4)先先隔隔后后放放；如如果果水水量量过过大大，或或水水质质很很坏坏，腐腐蚀蚀排排水水设设备备，这这时时应应暂暂先先隔隔离离，做做好好排排水水准准备备工工作作后后再再排排放放;如如果果防防水水会会引引起起塌塌陷陷，影影响响上上部部的的重重要要建建筑筑物物或或设设施施时，应留设防水煤柱永久隔离。时，应留设防水煤柱永久隔离。第六第六节节 预先排水疏干预先排水疏干 2疏放含水层水（井下疏干）1）地面疏放水 在地面打钻或打大口径水井，利用潜水泵或探井泵抽排，以降低地下水位。它适合于埋藏较浅，渗透性良好的含水层。施工快、疏排能力强、见效快而又安全。2）利用疏干巷道疏水。如果煤层顶板有含水层，可把采区巷道提前掘进，使含水层的水通过其空隙和裂隙疏放出来。3）钻孔疏水。可在计划疏水降压的不突水部位先掘巷道然后在巷道中每隔适当距离向含水层打钻。4）巷道和钻孔结合疏放。第六第六节节 预先排水疏干预先排水疏干第六第六节节 预先排水疏干预先排水疏干巷道疏水环状孔群1疏水前水位；2疏水后水位 排状孔群四、截水 在探到水源时，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，便需要截水。截水是利用水闸墙、水闸门和防水煤（岩）柱等物体，临时或永久地截住涌水，将采掘区与水源隔离，使某一地点突水不致危及其它地区，减轻水灾危害的重要措施。防水煤（岩）柱厚度：“规程执行说明”规定，掘进巷道与积水体之间的隔离煤（岩）柱，其最小垂距不得小于巷道掘凿高度的10倍。井田边界隔离煤往最小值不应小于20 m，断层各侧的隔离煤柱也不应小于20 m。防水墙：地点、承压、材料、墙厚。水闸墙是用不透水材料构成的永久性构筑物，用于隔绝有透水危险的区域。水闸门：一般设置于井下运输巷内，正常生产时防水闸门敞开着，当突然发生水患时，闸门关闭将水阻挡于闸门之外。第七第七节节 防水煤柱隔离水源防水煤柱隔离水源防水煤（岩）柱的留设 凡是煤层与含水层或含水带的接触地段，预留一定宽度的煤层不采，使工作面与地下水源或通道保持一定距离，以防止地下水流入工作面，留下不采的煤柱，称为防水隔离煤柱。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、被弃井巷、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）经验比拟法第七第七节节 防水煤柱隔离水源防水煤柱隔离水源第七第七节节 防水煤柱隔离水源防水煤柱隔离水源留设防水煤柱的经验尺寸水闸墙1截槽；2水压表；3放水管；4保护栅栏；5细管球面拱形闸门1门扇；2门框；3门绞；4拉杆；5止水垫料 五、矿井注浆堵水 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，使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性而达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。焦作中马村矿，由于掌握了矿井水的补给条件和变化规律，采取了综合性防治水措施，奋战5个月，征服了涌水量高达105t/min的特大涌水，使淹没了8年的矿井重新恢复生产。中马村矿是50年代被淹矿井，当时请来了苏联有关专家进行治理，它们分析了焦作地下水极其丰富等多种因素，经过努力治理后，也解决不了问题，最后定为所有世界级治水专家都无法解决该井水淹问题。因此把该井定为根本无法恢复生产的矿井。第八第八节注浆防治水节注浆防治水 五、矿井注浆堵水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，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。第八第八节注浆防治水节注浆防治水五、矿井注浆堵水p帷幕注浆截流防水p顶底板含水层的注浆改造p采煤工作面底板突水的封堵p断层突水封堵p陷落柱突水的封堵p巷道穿过含水层段的预注浆堵水第八第八节注浆防治水节注浆防治水矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：p(1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。p(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。p(3）矿井水对各种金属设备、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。p(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.第九第九节矿井水灾的预测预报节矿井水灾的预测预报矿井充水程度指标 生产矿井常用含水系数（KB）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。1.含水系数 含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：KB=Q/P 根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4 个等级：充水性弱的矿井：KB 10 m3t。第九第九节矿井水灾的预测预报节矿井水灾的预测预报矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：2.矿井涌水量矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q表示，单位为m3d、m3h、m3min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：涌水量小的矿井：Q 15 m3min。3.矿井突水点突水量等级划分其等级标准是：小突水点涌水量：Q1m3min；中等突水点涌水量：1 m3min Q 10 m3min；大突水点涌水量：10 m3min 30m3min。第九第九节矿井水灾的预测预报节矿井水灾的预测预报1、矿井的突水系统：K=P/M (P含水层中的静水压力，kPa；M隔水层厚度，m)2、按矿井的水文地质影响因素确定滴水害危险程度级危险指数，0-10；级危险指数，10-20；级危险指数，20-30；级危险指数，30-40；级危险指数，0.第九第九节矿井水灾的预测预报节矿井水灾的预测预报矿区峰峰焦作淄博井陉突水系统64.7-74.658.9-98.158.9-137.358.9-147.2透水的预兆：煤层发潮发暗巷道或煤层挂汗顶板淋水增大,底鼓产生裂隙出现渗水工作面温度下降,空气变冷,产生雾气出现水叫声出现压力水流工作面有害气体增加巷道壁或矿层壁挂红,水酸度大,味发涩,有臭鳮蛋味第九第九节矿井水灾的预测预报节矿井水灾的预测预报