四矿山防水技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第四章 矿山防水技术,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害。矿井水害，不仅对矿井及矿工的生命财产造成威胁，还会破坏矿井的正常生产和建设。因此，矿井水害防治对矿井安全生产意义十分重大。,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、旧巷或者老空区积水等。,第一节 地面防治水,一、慎重选择井筒位置,二、铺整河底,三、河流改道,四、填堵通道,五、挖排,(,截,),洪沟,六、排除积水,七、加强雨季前的防汛工作,第二节 井下防治水,一、做好矿井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、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，查明矿井水源及其与地下水、地表水的补给关系。,(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,为了查明水源和可能涌水的通道，在矿井建设和生产过程中，应不断积累和掌握以下材料：,(1),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。,(2),掌握冲击层的厚度和组成，各分层的透水、含水性。,(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煤层的距离，勘探钻孔的填实状况及其透水性能。,(4),观测因采掘而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响。,(5),调查老窑和现采小窑的开采范围、开采经过，开采厚度及深度，采空区的积水及分布状况。,(6),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。探水线位置的确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。,二、井下探水,坚持“有疑必探，先探后掘”的原则。,规程,规定：遇下列情况之一者时，必须确定探水线进行探水：接近水淹井巷、老空或相邻煤矿时；接近含水层、导水断层、溶洞或导水陷落柱时；打开隔离煤柱放水时；接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断裂破碎带或裂隙发育带时；接近可能出水的钻孔时；接近有水的灌浆区时；接近其它可能出水的地点时。经探水确认无突水危险后，方可前进。,1,探水起点的确定,通常将积水及附近区域划分为三条线，即积水线、探水线和警戒线，并标注在采掘工程图上。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；警戒线是从积水线外推,60m,，一般用红色表示。进入警戒线后必须进行超前探水、边探边掘。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、采空区和井巷遭受矿山压力破坏等因素确定。进入探水线后必须停止掘进，进行探放水。,对探水线有如下规定,(1),对本矿井采掘工作造成的老空、老巷、硐室等积水区如果边界确定，水文地质条件清楚，水压不超过,1MPa,时，探水线至积水区最小距离：煤层中不小于,30m,；岩层中不小于,20m,。,(2),对本矿井的积水区，虽有图纸资料，但不能确定积水区边界位置时，探水线至推断积水区边界的最小距离不得小于,60m,。,(3),对有图纸资料的小窑，探水线至积水区边界的最小距离不得小于,60m,；对没有图纸资料可查的小窑，必须坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，防止发生突水事故。,(4),掘进巷道附近有断层或陷落柱时，探水线至最大摆动范围预计煤柱线时的最小距离不得小于,60m,。,(5),石门揭开含水层前，探水线至含水层最小距离不得小于,20m,。,2,探水钻孔的布置方法,1),探水钻孔的超前距离、帮距、掘进距离和密度确定,当巷道掘进到探水线时，从探水线开始布置钻孔，向前方打钻孔探水。探水钻孔的主要参数如图,4,1,所示。,为保证掘进工作的安全，探水钻孔深度和掘进距离应始终保持一定距离，该距离称为超前距离。钻孔超前距离一般不应小于,20m,，在薄煤层中可缩短，但不得小于,8m,。探水钻孔的深度通常为,40m,。,巷道迎头的探水钻孔，向前方呈扇形布置，其最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离称为帮距。为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离，一般要求帮距与超前距离相同。,钻孔密度是指允许掘进距离终点横剖面上探水钻孔之间的间距。一般不超过,3m,，以免漏掉积水区，起不到探水的作用。,2),探水钻孔布置方式,探放水钻孔布置视巷道类型、煤层厚度与硬度、巷道与积水区的相对位置来确定。布置方式有：,(1),平巷钻孔布置。平巷布置的钻孔，主要是探巷道上帮小窑老空水，钻孔呈半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。薄煤层,(,厚度,2m),，一般布置,3,组，每组,1,2,个孔；对厚煤层，一般布置,3,组，每组不少于,3,孔。当巷道沿着煤层顶板掘进时，每组至少有一个探水钻孔见底，当巷道沿着煤层底板掘进时，每组至少有一个探水钻孔见顶。,(2),上山巷道钻孔布置。上山巷道探水钻孔，主要预防积水从掘进工作面前方或两帮突然涌水。钻孔呈扇形布置于巷道前方，薄煤层布置,5,组，每组,1,2,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或底。,三、疏放水,1,疏放老空水,(1),直接放水。当水量不大，没有补给水源，不超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。,(2),先堵后放。当老空区与溶洞水或其他巨大水源有联系，动力储量很大，一时排不完或不可能排完，应先堵住出水点，切断与动水源的联系，然后疏放积水。,(3),先放后堵。如老空水或被淹井巷虽有补给水源，但补给量不大，或有一定季节性。应选择时机先行排水，然后在枯水期进行堵漏、防漏施工。,(4),先隔后放。如果水量过大，或水质很坏，腐蚀排水设备，这时应暂先隔离，做好排水准备工作后再排放；如果防水会引起塌陷，破坏上部的重要建筑物或设施时，应留设防水煤柱永久隔离。,三、疏放水,2,疏放含水层水,1),地面打钻孔抽水,在地面向含水层打钻孔，利用潜水泵或深井泵抽排水，以降低地下水位。它适合于露天矿开采，或埋藏较浅、渗透性良好的含水层。,2),利用井下疏水巷道疏水,如果煤层顶板有含水层，可提前掘进采区巷道，使含水层的水通过裂隙疏放出，再通过井下排水设备，排到地面，如图,4,4,。,图,4,4,巷道疏水,1,疏干巷道；,2,含水层；,3,静止水位；,4,降落曲线,3),利用井下钻孔疏水,可在计划疏放降压的不透水部位先掘巷道，然后在巷道中每隔一定距离向含水层打钻孔，疏放含水层水。,三、疏放水,3,疏放水时的安全注意事项,(1),探到水源后，在水量不大时，一般可用探水钻孔放水；水量很大时，必需另打放水钻孔。放水钻孔直径一般为,50,75mm,，孔深不大于,70m,。,(2),放水前应进行放水量、水压及煤层透水性试验，并根据排水设备能力及水仓最大容积，拟定放水顺序和控制水量，避免盲目放水引起水患。,(3),放水过程中随时注意水量变化，出水的清浊和杂质，有害气体深度变化，有无特殊声响等，一旦发现异常，应及时采取措施并报告调度室。,(4),准备应急措施，事先拟定人员撤退路线，沿途要有良好的照明，保证路线畅通。,四、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他地区，减轻水害的重要措施。,四、截水,1,留设防水煤,(,岩,),柱,为了防止煤层开采时各种水源涌入井下，在受水威胁的地段留一定宽度或厚度的煤（岩）柱，叫做防水煤,(,岩,),柱。,规程,规定：在相邻矿井的分界处，必须留隔离煤柱。矿井以断层为界，也必须在断层两侧留防水煤柱。防水煤柱的尺寸应根据相邻两矿的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩性质、开采方法以及岩层移动等因素，在矿井设计中规定。严禁在各种防隔水煤柱中采掘。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、陷落柱时，必须查出其确切位置，并按规定留设防水煤,(,岩,),柱。巷道必须穿过上述构造时，则必须探水前进。如果前方有水，应超前预注浆封堵加固，必要时预先建筑防水闸门或其它防水措施。,四、截水,一般在下列情况下需留设防水煤,(,岩,),柱：,(1),煤层位于地表水体或含水层下，而上部水源又无法疏干时。,(2),在被淹没井巷的积水面以下进行采掘时。,(3),在有水或稀泥的池浆区、有淤泥的旧巷或洞穴附近采掘，而上述积水或淤泥又难以排出时。,(4),煤层与强含水层直接接触时。,(5),煤层接近充水断裂带时。,(6),相邻矿井开采同一煤层时，在矿井分界处留防水煤柱。,防水煤柱尺寸的留设，应以能抵抗破坏为原则，同时又要尽量减少煤炭损失。,四、截水,2,防水墙（水闸墙）,防水墙设置在需要截水而平时无运输、行人的地点，是用不透水材料构筑的永久性构筑物，用于隔绝有突水危险的区域。防水墙要求要有足够的强度，不透水、不移位、不变形，构筑时应预插注浆管，放水管和水压表。,在水压特别大时，可采用多段防水墙。为加强防水墙的坚固性，防水墙的截口可多重设置，间隔一定距离，并在承受水压的方向伸出锥形的混凝土护壁,，减少防水墙渗水的可能性。,防水墙的形状有平面形、圆柱形、球形三种。平面形防水墙的特点是施工容易，但抗压能力小；球形防水墙的特点是抗压强度大，但施工复杂。圆柱形抗压强度和施工复杂程度介于平面形和球形防水墙之间，一般多采用。,四、截水,3,防水闸门,防水闸门一般设置在井下运输巷内，正常生产时防水闸门敞开着，当突然发生水患时，闸门关闭达到截水的目的。,防水闸门可分为临时性和永久性两种。若预计突水量不大，水头压力较小时可修筑临时水闸门，一旦出水可起缓冲作用，争取撤出人员和进一步采取必要措施，当水情加大时及时加固封堵；永久水闸门投资大，施工要求高，只有在保证施工质量前提下，当关闭水闸门后方可起到封堵水害的作用。防水闸门是由人工启闭的孤形铁门，四周用混凝土加固，并能承受设计水压力，墙内镶有放水管及电缆、电话线管路等。水管一端进水并挖有水池，出水口设有放水阀门与压力表，放水时可观察水压和调整水量，闸门是向来水方向打开。水压高时，需用高压水闸门，构筑时需对四周岩层注浆，并做耐压试验。防水闸门必须灵活可靠，并保证每年进行,2,次关闭试验。,五、矿井注浆堵水,注浆堵水就是将专门制备的浆液通过管道压入井下岩层空隙、裂隙，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，加固了地层，达到堵隔水源的目的。注浆堵水是矿井防治水害的重要手段之一。井巷施工中，有的地段涌水量大，给安全生产、施工条件、井下设备的维护带来不利的影响。通过注浆堵水减少了涌水量，改善了劳动条件。,五、矿井注浆堵水,矿井注浆堵水，一般在下列场合使用：,(1),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，如果不堵住水源无法掘进时。,(2),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。,(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),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；对于开采时必须揭露或受开采破坏的含水层，对于沟通含水层的导水通道、构造断裂等，在查明水文地质条件的基础上，可用注浆堵水，切断其补给水源；,(5),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。,第三节 矿井突水事故的处理,一、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。采掘工作突水之前，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,(1),工作面顶板来压、冒顶、掉渣、支架折断或倾倒、片帮。,(2),底板松软膨胀、底鼓张裂。,(3),在采掘面围岩内出现裂缝，当突水量大、来势猛时，与底鼓张裂的同时还伴有“底爆”响声。,(4),先出小水后出大水，突水水色开始变为灰色后转为棕黄色，不久变清。,(5),采场或巷道内瓦斯涌出量明显增大。,2,冲积层水突水征兆,(1),突水部位岩层发潮、滴水，且逐渐增大，水色发黄，夹有细砂。,(2),发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量砂量增加，直到流砂大量涌出。,(3),发生大量溃水、溃砂，这种现象可能影响至地表，导致地表出现塌陷坑。,3,老空水突水征兆,(1),煤层发潮、色暗无光。由于积水的渗透，煤层会变得发潮、发暗和无光泽。把煤壁剥挖下一薄层，若仍发暗，表明附近有积水；若里面煤干燥光亮，表明水从附近顶板上流下，浸湿煤壁表皮。,(2),煤层“挂汗”。煤层一般为不含水和不透水，若其上或其他方向有高压水，则在煤层表面会有水珠，似流汗一样。其他地层中若积水也会有类似现象。,(3),采掘面、煤层和岩层内温度低，给人“发凉”的感觉；若走进工作面感到凉且时间越长越感到凉；用手摸煤时开始感到冷，且时间越长越冷。此时应注意可能会突水。,(4),在采掘面内若在煤壁、岩层内听到“嘶嘶”的水叫声时，表征因水压大，水向裂隙中挤发出的响声，说明离水体很近，有突水危险。,(5),煤壁“挂红”、酸度增大、水味发涩，有臭鸡蛋味。,二、突水时措施,1,发生突水时在场人员的行动原则,井下发生突水事故时，在场人员首先应该立即报告矿调度室；其次，现场人员在班、组长或老工人的指挥下，发扬临危不惧的精神，就地取材，加固工作面，设法堵水，防止事故进一步扩大。如果水势凶猛，无法抢救时，应有组织地沿着避灾线路，迅速撤离到上部水平或地面。万一来不及撤退被困于上山独头巷道内，避灾人员应保持镇静，避免体力过度消耗，等待救援。,2,突水事故的抢救措施,（,1,）矿领导应准确核查井下人员，如发现有人被困于井下，首先制定出营救被困人员的措施。要判断人员可能躲避地点、涌水量的多少、井下排水能力和排出积水的时间。当有人被困于上山独头巷道内，水位低于人员所在的独头巷道的标高时，可设法通过地面向避难地点输送食物。,（,2,）立即通知泵房人员，将水仓的水位排至最低水位，以争取较长的缓冲时间。,（,3,）认真分析判断突水来源和最大突水量，观测井下涌水量及地表水体的水位变化，判断突水量发展趋势，采取必要的防水措施，防止整个矿井被淹没。,（,4,）检查所有排水设备和输电线路，了解水仓的容积，如突水带有大量的泥沙和浮煤，应在水仓进口处分段构筑临时挡墙，沉淀泥沙或浮煤，减少水仓淤塞。,（,5,）检查防水闸门的灵活性及严密程度，并派专人看守，待命关闭。关闭闸门时必须查清人员是否已全部撤出。,（,6,）采取上述措施仍然不能阻挡淹井时，井下人员应撤向地面或上水平。,三、被淹井巷的恢复,当井巷被水淹后，设法对水源进行调查研究，然后选择合适的排水设备组织力量，排出积水，恢复矿井生产。,1,排除积水的方法,(1),直接排干法。通过增加排水设备，加大排水能力，直接将所突的全部积水,(,包括静储量和动储量,),排干。此法适用于水量不大、补给水源有限的情况。,(2),先堵后排。当涌水的动储量特别大，补给丰富，用强力排水不可能排干时，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,(1),保持良好通风。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,等可能大量涌出。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，应停止向井筒供电，并要加强通风。,(2),加强有害气体的检查，对井下气体还应定期取样分析，通常每班取样一次；当水位接近井底、有可能泄出气体时，应每两小时取样一次，这时排水看泵由救护队担任。,(3),严禁在井筒内或井口附近使用明火灯或其他火源，以防止井下瓦斯突然大量涌出时引燃瓦斯爆炸。,(4),在井筒内安装排水管或进行其他工作的人员，都必须佩带安全带和隔离自救器，防止窒息与坠井。,（,5,）在修复井巷时，应特别注意防止发生冒顶、片帮等事故。,