矿井水害事故的防治.doc

矿长培训班：

矿井水害事故的防治
讲 议

刘益文
四川矿山安全技术培训中心

主要内容：
（教材P153－163）
一、矿井水害发生的条件、原因及危害
二、煤矿水害呈显著的上升势头
三、煤矿水害的主要类型
四、矿井水害的防治
五、矿井排水的有关计算
六、案例分析

一、矿井水害发生的条件、原因及危害
一）、矿井水害的概念
1、矿井水：
2、矿井突水：
3、矿井水害：
4、矿井透水事故：
二）、矿井水害发生的基本条件 有水源、有透水通道、足够的充水强度、失控）
1、有水源：
★大气降水
★地表水
★地下水
（1）含水层水： 潜水 ，承压水
（2）老空积水
（3）断层水
（4）陷落柱水
2、有透水通道（又名充水途径）
直观型：
（1）煤矿井筒
（2）地表松散砂砾层
（3）煤层底板岩层突破
（4）断层、裂隙
（5）采后塌陷坑冒落柱
（6） 石灰岩溶洞陷落柱
（7）古井老塘及封堵不严的钻孔
（8）含水层露头区
充水途径分类：
3、充水强度：正常涌水量，最大涌水量，灾害涌水量
4、失控： 是指对矿井充水水源和充水通道的管理达不到预定的要求，导致淹井停产甚至人员伤亡等情况的发生。

三）矿井水灾发生的原因
（一）工程技术方面的原因
1、地面防洪、防水设施不当
2、水文地质情况不清楚
3、乱采滥掘
4、积水巷道位置测量有失误
5、井下排水系统不合理
6、井下未构筑防水闸门
7、钻孔封闭不严或没有封孔
（二）管理方面的原因
1、思想麻痹 、管理不重视 （东风煤矿“4.6”透水事故管理原因分析）
2、人力、物力不足
3、不能严格执行“有凝必探、先探后掘”的基本原则（某矿901正五上山探水事故）
4、对防洪工程质量把关不严
5、对以水为介质的泥浆、泥石流、以及对以水为载体的有害气体的灾害、危害认识不足，没有相应的防范措施。
四） 矿井水灾的危害
（一）、水灾危害的后果
1、恶化生产及作业环境
2、缩短生产设备的使用寿命
3、引起巷道变形
4、增加开采成本
5、降低资源开采率
6、易引起瓦斯积聚、爆炸或H2S中毒
7、失控易造成淹井及人员伤亡
★ 龙滩“10.4”透水事故后果介绍
二、煤矿水害呈显著的上升势头
1、主要特点：
2、存在不足：
3、煤矿水害呈显著上升势头的主要原因：
三、矿井突水预兆
一般预兆：挂汗，挂红，水叫，空气变冷，雾气，淋水加大等。
特殊预兆：冲击层，老窑水，岩溶水，断层水，含水层（底板及松散孔隙）等预兆
四、煤矿水害的主要类型
大致可分为以下七种煤矿水害事故类型：
一）溪（河）水倒灌型
洪水洪峰来临时，洪水易冲毁矿井挡水墙后直奔井巷。如果是平硐开拓，洪水会淹没平硐并在洞口附近堆积大量泥沙和杂物；如果是平硐-暗斜井开拓，洪水将沿暗斜井进入下山井巷，如图7。

特点：
1、四川煤矿井口多位于横向冲沟旁侧。
山区的横向冲沟具有坡降大、水流动态变化很大的特征。一般冲沟坡降可达50%以上，平常沟水流量仅有每秒数公升甚至为干沟。
2、雨季期大强度降水时，有一定汇水面积的冲沟流水可猛增上百倍甚至数百倍，峰值流量可达每秒数立方米。
3、沟水洪峰峰值流量虽然短暂，一般为1～2小时，但它的势能大、冲击力强。
4、携带有大量石块、杂物的冲沟洪水易冲毁冲沟旁侧挡水墙后溃入井巷。
二）、大强度降水涌入型
四川有部分矿井存在大强度降水引发矿井涌水量陡然猛增而形成水害事故。
特点：部分矿井地表采空冒落塌陷裂隙发育或岩溶发育，在洪讯期发生大强度降水时水力疏导强度猛增，并瞬间形成降水及地表水进入井巷的畅流通道，造成矿井涌水量短时增大数十至数百倍，原抽排水能力远远不能承受而发生淹井事故。
三）、老窑透水型
1、上部老窑透水
受降水补给，老窑积水量逐年增大，水位抬升、静水压力增大。同时，经长期积水浸润-渗透作用，防水煤柱强度降低并向极限平衡状态靠近。由于降水或地表水的注入引起的静水压力的正向突变或井下爆破震动的驱动，防水煤柱瞬间崩解或失稳倾倒，老窑积水以强势能态倾泻进入生产井巷，形成老窑透水事故，如图8-1

2、侧向老窑透水
两相邻煤矿以分界煤柱相隔。其中一矿原边界采空区积水，而另矿后来布置边界采区。同样因静水压力等原因造成另侧向老窑透水。如图8-2

四）、岩溶突水型
1、我省晚二叠煤系地层易发生岩溶突水
2、部分矿井与嘉陵江组（T1j）、飞仙关组（T1f）岩溶含水层有关，仍易发生岩溶突水。
3、部分矿井埋藏有岩溶陷落柱，采掘揭露时，易发生岩溶突水。
岩溶突水案例：龙滩矿井“10、4”突水事故

如图9-1，龙滩矿井回风系统尚未施工段斜长181m，位于龙王洞背斜西翼膝状构造部位，长兴组（P2c）地层。在长兴组灰岩中，标高+643m下山施工碛头见地下河，该区域还埋藏有地下岩溶湖等大小岩溶积水体26处（事故后物探成果显示）以上。事故前，回风上山施工碛头标高+553m，碛头正面岩墙厚度0.6～1.0m以远为地下岩溶湖。因岩溶湖静水压力大，另有放炮震动的叠加，岩墙瞬间进入极限平衡状态而被剪切摧毁，岩溶湖水、淤泥及块石等突入巷道，死亡28人，摧毁整个井巷系统全部设施设备。之后，又在原突水位置发生三次突水。以上四次突水共疏干岩溶水静储量约98.65万m3，淤泥6.54万m3，搬运大块石150m3/105块，造成灾难性岩溶突水事故。
华蓥山隧道岩溶突水事故

如图9-2，正在施工的华蓥山隧道（双洞）西段位于龙王洞背斜西翼，嘉陵江组和飞仙关组灰岩夹钙质泥岩层段，岩溶十分发育。隧道路面标高505米，隧道上方洞湾地下河出口标高540米，广洞湾地下河出口标高655米。隧道所揭露的多处被黄泥、砂砾等充填并半固结的岩溶洞穴与两地下河相连接。经过25～30天的浸润和压力传导，历经潮湿、淋水、股状出水过程，洞穴充填物处于崩解的极限状态。4月30日，该地区降大雨，降水量达132mm，在水头压力驱动之下，上部两地下河河水摧毁溶洞充填物溃入隧道，最大突水量达7.95m3/s。之后，在111天之内，在同样位置，先后发生九次岩溶突水。
五）、断层突水型
1、一般情况下，断层的断带区域易发生断层涌水。在具备溪河、地塘水库等补给条件时，易发生断层突水，如图10-1。

2、以断层为采掘边界，断层另一侧（盘）为岩溶强含水层，易发生岩溶-断层突水，如图10-2。

六）、冒顶塌落突水型

如图11，采掘井巷将导致冒落带、裂隙带、移动塌陷盆地的形成。如果井巷上方有强含水层甚至有河流溪沟时，地下及地表水将沿变形裂隙溃入井巷，发生冒顶塌落突水。
七）、其他类型
无效水闸门、电路故障、排水功能不足、测量严重误差等原因，易导致淹井事故。

五、 矿井水害的防治
一）、防治水原则
1、探放水原则：“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”
2、治理水害方针：“预防为主防治结合”
(德阳天池煤矿一号井“06.6.19”重大透水事故)
（二）、防治水的一般规定
《规程》相关规定；
《关于加强煤矿水害防治工作的指导意见》（安监总煤矿[2006]98号）
1、加强矿井水文地质基础工作
《规程》251条 煤矿企业应查明矿区和矿井的水文地质条件编制中长期防治水规划、年度防治水计划和水害应急预案，并组织实施；定期收集相邻煤矿和废弃老窑情况，并在井上、下工程对照图上标出井田位置，开采范围，开采年限，积水情况。
（1）、防治水规划
（2）、年度防治水计划
（3）、水害应急预案
（4）、《矿井综合水文地质图》； 《矿井充水性图》
2、建立健全矿井水害预测预报制度
《规程》252条 “探、防、堵、截、排”综合防治措施
对地质构造、水害类型等进行预测预报
开展水害隐患排查
3、加强矿井雨季“三防”工作
《规程》253条 组织抢险队伍、储备足够的抢险救灾物资
雨季“三防”计划、实施方案、队伍
4、认真落实矿井水害防治责任制
煤矿法定代表人是矿井水害防治工作第一责任人
总工程师（技术负责人）对矿井水害防治负技术责
（三）、地面防治水技术与措施
1、煤矿企业必须建立疏水、防水和排水系统。
《规程》254条 煤矿企业必须查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，疏水能力和最高洪水位资料，建立疏水、防水和排水系统。
2、防止井筒灌水
（1）慎重选择井筒位置
《规程》255条 井口和工业场地内建筑物的高程必须高于当地历年最高洪水位，并避开可能发生泥石流、滑坡的地段。
（2）挖沟排（截）洪
在井口上方垂直来水方向布置排洪沟、渠，拦截洪水，使洪水绕过矿区
3、防止地表渗水
（1）河流改道
（2）铺整河底
（3）堵塞通道
4、防止地面积水 将积水排掉，造地复田，消除水害隐患
5、建立地表水防治工程 编制地表水防治工程计划，并认真组织实施
6、加强雨季前、雨季间的防汛、防排水、雷电工作
做好“三防”准备和检查工作
7、其它
（1）严禁开采煤层露头的防水煤柱等 《规程》256条
（2）修筑堤坝、泄洪渠等防止滑坡
（3）严禁杂物乱堆放
（四）、井下防治水的一般技术措施
1、严格执行《规程》的有关规定
1）留设防水煤柱 《规程》259条
在相邻矿井的分界处，以及断层两侧必须留设防水煤柱，严禁在各种防隔水煤柱中采掘。
2）穿构造带的措施必须探水前进等《规程》265条
3）透水预兆，停止作业《规程》266条
4）建立规范的排水系统
《规程》278条
2、做好水文观测工作与矿井地质工作
收集气象资料，查明地表水体，观测各种水源，观测矿井涌水情况。
查明矿井水源和可能涌水的通道。
3、严密组织探水掘进
认真验收探水工程；安装套管和水门；加强支护、钻机安装牢固；避灾路线、
警报信号；操作规程。
特别注意近探近放和贯通积水巷道或积水区,
（如：峨眉山市川主乡荷叶煤矿“04.8.12”透水事故）
4、实施疏水降压开采
要有计划、有步骤地疏干或局部疏干影响采掘安全的充水含水层
5、实施带压开采
将煤层底板承压充水含水层的水头压力疏降至安全高度
6、设置防水闸门和水闸墙
防水闸门一般设置在井底车场周围或井下运输巷内，正常生产时是敞开着的，当突然发生水患时，关闭水闸门将水阻挡在闸门之外。
水闸墙：就是堵水建筑（分临时和永久）
临时水闸墙：在由出水危险的地点（如采掘工作面）备有堵水材料如木料，草袋），一旦突水后，迅速将其堵截在小范围内。起临时抢险作用。
永久水闸墙：一般在回采结束后，为永久隔绝有大量涌水的区段而砌筑的一种永久性关闭的挡水建筑。
7、加强排水设备的安全管理
管理及责任制度
相关图纸，填写相关记录
完善管理挡案
持证上岗
加强排水系统的检查和维护
8、克服麻痹心理，避免疏忽大意
坚持：全面分析，逐头逐面排查，多找疑点，有疑必探。
人员再紧，探放水工作必须专人负责
有疑必探，采掘工程没有把握必须探水，如探水工作影响了采掘工程，可采取其它补救措施，但决不能放松这一工作
水小（如老窑水）也不可大意，应严格按照规章制度施工，把水放出来才可施工

案例：某矿开采浅部十层煤时，“对是否探水掘进的争论”。
9、严格利用矿井防治水技术
矿井水害－－“水老虎”
“防、排、探、放、疏、截、堵”等七个方面的综合运用
10、透水时的应急措施
1）、在场人员的行动原则
组织抢救 、防止事故扩大
迅速撤退到安全地点
保持镇静、避免体力消耗，等待援救
2）、透水时的应急措施
报告、立即制定荣救措施
争取缓冲时间
分析、判断水情
采取措施（如：检修排水设备、输电线路和防水闸门等）
撤退、出井
六、矿井排水的有关计算：
《规程》第二百七十八条规定：
主要排水设备应符合下列要求：
（一）水泵：必须有工作、备用和检修的水泵。工作水泵的能力，应能在20h内排出矿井24h的正常涌水量（包括充填水及其他用水）。备用水泵的能力应不小于工作水泵能力的70%。工作和备用水泵的总能力，应能在20h内排出矿井24h的最大涌水量。检修水泵的能力应不小于工作水泵能力的25%。水文地质条件复杂的矿井，可在主泵房内预留安装一定数量水泵的位置。
（二）水管：必须有工作和备用的水管。工作水管的能力应能配合工作水泵在20h内排出矿井24h的正常涌水量。工作和备用水管的总能力，应能配合工作和备用水泵在20h内排出矿井24h的最大涌水量。
第二百七十九条主要泵房至少有2个出口，一个出口用斜巷通到井筒，并应高出泵房底板7m以上；另一个出口通到井底车场，在此出口通路内，应设置易于关闭的既能防水又能防火的密闭门。泵房和水仓的连接通道，应设置可靠的控制闸门。
第二百八十条主要水仓必须有主仓和副仓，当一个水仓清理时，另一个水仓能正常使用。新建、改扩建矿井或生产矿井的新水平，正常涌水量在1000m3/h以下时，主要水仓的有效容量应能容纳8h的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的矿井，主要水仓有效容量可按下式计算：
Ｖ＝2（Q+3000）
式中 V——主要水仓的有效容量，m3； Q——矿井每小时正常涌水量，m3。
但主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量。 采区水仓的有效容量应能容纳4h的采区正常涌水量。 矿井最大涌水量和正常涌水量相差特大的矿井，对排水能力、水仓容量应编制专门设计。 水仓进口处应设置箅子。对水砂充填、水力采煤和其他涌水中带有大量杂质的矿井，还应设置沉淀池。水仓的空仓容量必须经常保持在总容量的50%以上。
例如：某矿为平硐、暗斜井开拓，测得正常涌水量为25m3/h，最大涌水量为40m3/h，
计算：1、工作水泵的能力
2、备用水泵的能力
3、工作和备用水泵的总能力
4、检修水泵的能力
5、工作水管的能力
6、工作和备用水管的总能力
7、主要水仓的有效容量
8、若矿井正常涌水量为1100m3/h，主要水仓有效容量不得少于多少（注意：主要水仓的总有效容量不得小于4h的矿井正常涌水量）
第二百八十一条水泵、水管、闸阀、排水用的配电设备和输电线路，必须经常检查和维护。在每年雨季以前，必须全面检修1次，并对全部工作水泵和备用水泵进行1次联合排水试验，发现问题，及时处理。
水仓、沉淀池和水沟中的淤泥，应及时清理，每年雨季前必须清
理1次。

七、 案例（分析）：
1、找原因：
四川某矿矿井正常涌水量为60m3/h，矿井有工作泵一台（排水能力为60m3/h），无备用泵和检修泵；矿井水泵供电单回路；2006年8月，该矿因所在区域连降暴雨，地表水沿采空塌陷区渗如井下，使巷道被淹，因水泵用电电缆绝缘低，造成保护装置动作，；电工甩掉保护装置，强行起动水泵。20min后，变压器爆炸。全井淹没，造成重大经济损失。试分析该事故的直接、间接原因。
2、生存条件的分析
（济宁二号煤矿“4.15”透水事故的处理与分析）
1997年4月15日22时20分，兖州矿业（集团）公司未投产的基建矿井济宁二号煤矿1305工作面轨道巷施工迎头透水，该矿综掘一队10名施工人员遇险。事故发生后，在山东省委、省政府、煤炭部和省煤管局的关怀下，在社会各界的支持下，经过兖矿集团公司近86h的奋力抢救，至4月19日6时35分，遇险人员中有7人获救，3人遇难。
一、基本概况
二、事故发生经过及事故区域概

三、事故抢救经过：
四、透水后被困人员生存条件的分析与计算
涌水排干后，矿地测科在遇险人员躲避处附近进行了勘察。根据躲避地点水位线留下的痕迹得知，未被水淹没的巷道空间体积约为50m3。后经理论计算，巷道空间体积实为49．4m3。
现根据2种方法，计算7名遇险人员的最长生存时间。
1．按02浓度的下降计算
一般把02浓度降低到10％作为人生存的极限值
(1)未透水前，经检测该处02浓度为20％。遇险人员被困后，该处可供呼吸消耗的02量为：
49．4×(20％一10％)×1000=9880(L)
(2)遇险人员被困后，按平静立姿状态，每人每分钟0．5L耗氧计算，7人每小时耗氧量为：
0．5×7×60=210(L)
(3)7名遇险人员在未被水淹的空间能生存的最长时间为
9880÷210=47(h)
2．按CO2浓度的增加计算
一般把C02浓度增加到10％作为人生存的极限值。
(1)未透水前，该处风流中C02浓度经测量为0．5％。遇险人员被困后，由于呼吸，使C02浓度从0．5％增加到10％，允许增加的C02量为：
49．4×(10％一0．5％)×1000=4693(L)
(2)遇险人员被困后，按平静立姿状态，每人每分钟呼出C02量为0．4L计算，7人每小时呼出C02量为：
0．4×7×60=168(L)
(3)7名遇险人员在未被水淹的空间能生存的最长时间为
4693÷168=27.9(h)
用以上2种方法计算的遇险人员最长生存时间应取其中的时间短者，即为27．9h。
由于在抢救时，及时将洒水管改为供风管，因而确保了灾区的供氧量，延长了被困人员的生存时间。幸运的是，洒水管正好在遇险人员躲避处有一断裂口，使大量气体漏出。因此，将洒水管改为供风管，向被困人员供风，是保证这7名被困人员得以生存的关键措施。
五、事故原因分析
六、几点体会
1、对这次事故的处理，各级领导非常重视，部、省、市、区的领导亲临现场指导，解决救灾中的各种问题。社会各界以来人、来电或其它方式给予支援，给参战的全体抢救人员以极大的鼓舞。
2、救灾指挥部的组织指挥科学严密、有条不紊，抢救措施及时、周密、有效，为抢救的成功赢得了宝贵的时间。

思考题：

一、矿井水害的概念
矿井水，矿井突水，矿井水害
二、矿井水害发生的基本条件
三、煤矿水害的主要类型
四、矿井水害的防治原则、方针
五、如何做好井下防治水工作
六、《规程》对排水系统的规定及要求：如278条，279条，281条，284条等
七、如何加强排水设备的安全管理