煤礦水害及防治-PPT課件

1、煤礦水害及防治 主講：王 毅 博士 太原理工大學(xué) 2022/7/251一 礦井水災(zāi)及危害二 礦井水的來源與水文地質(zhì)類型三 煤礦水災(zāi)典型案例分析四 我國(guó)煤礦水災(zāi)特點(diǎn)、原因（存在問題）五 煤礦井下透水征兆六 煤礦水害預(yù)防及治理七 煤礦井下避災(zāi)路線、救災(zāi)與應(yīng)急預(yù)案八 太原市東山煤礦水害及治理九 結(jié)論2022/7/252（一）水是人類生存最基本的資源 工業(yè)、農(nóng)業(yè)、各行各業(yè)最基本的資源（二）中國(guó)水資源特點(diǎn) 、人均為世界的四分之一 、分布不均南多北少（南水北調(diào)） 、集中在夏季（水災(zāi)）水資源與煤炭開發(fā)2022/7/253（三）山西水資源特點(diǎn)： 1、人均是全國(guó)的

2、17%,嚴(yán)重缺水。 2、山西是黃土高原，三面低、水外流。桑干河河北、北京官?gòu)d水庫(kù)滹沱河河北、平山縣西北坡娘子關(guān)水河北石家莊漳河水河南林縣紅旗渠沁河水河南 3、太原市人均水資源是全國(guó)的7.4%，世界最嚴(yán)重缺水的城市之一2022/7/254（四）引黃工程 30年代，閻錫山提出，調(diào)研考察，七七事變停止，解放后一直提。90年代才開始，中央批準(zhǔn)，全年引水12億方.（五）煤炭開發(fā) 吃水困難 水資源破壞 土地荒廢 生態(tài)環(huán)境惡化2022/7/255一 礦井水災(zāi)及危害1、礦井水災(zāi) 煤礦突然大量透水，采掘工作面或井巷被淹，礦井局部或全部停產(chǎn)，財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡的事故。2、礦井水災(zāi)危

3、害： 1）縮短礦井服務(wù)年限 煤炭部統(tǒng)計(jì)： 統(tǒng)配煤礦600個(gè)礦井，225處受水害威脅，占1/3強(qiáng)。400億噸儲(chǔ)量，109億噸不能或不敢采。 2）財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡 煤炭部統(tǒng)計(jì)：19551990發(fā)生水災(zāi)821次，淹井227次。直接經(jīng)濟(jì)損失37億，人員傷亡1380人。3）20192019發(fā)生水災(zāi)122起，死亡518人。4）王家?guī)X煤礦透水事故 153人被困，115人獲救。2022/7/256二 礦井水的來源與水文地質(zhì)類型一、礦井水的來源 （一）地表水：河流、湖泊、水庫(kù)、雨水、洪水-滲入或直接流入 （二）地下水：1、概念 含水層有空隙，含有水且能透水的巖（土）層 隔水層不含水，且能阻止水

4、通過的巖（土）層2、按空隙性質(zhì)分類： 孔隙水松散巖層（砂層礫石層）孔隙中的水。 裂隙水整體巖層（砂巖）裂隙中的水。 巖溶水石灰?guī)r裂隙溶洞中的水。2022/7/2573、按埋藏條件分類：潛水地表下第一個(gè)隔水層上，具有自由水面的重力水。層間水兩個(gè)隔水層之間含水層的水。無壓層間水含水層未充滿水，水面不受壓，具有潛水性質(zhì)。有壓層間水含水層充滿水，水對(duì)上面隔水層有壓力(承壓水)。4、含水層水量豐富的影響因素：含水層的厚度。含水層的透水性質(zhì)。承壓水的壓力。5、一般規(guī)律： 地下水水壓高、水量大、來勢(shì)猛、突然涌出、危險(xiǎn)最大 、最主要水源。2022/7/258（三）老窖（空水）

5、老窖水小煤窯采空區(qū)水、巷道積水。 老空水本礦采空區(qū)巷道積水。（四）斷層水 斷層地層斷裂錯(cuò)位，形成的破碎帶。 斷層將地下各含水層連通，甚至與地表水連通。（五）陷落柱（無炭柱）水 石灰?guī)r大溶洞塌陷，形成柱狀的破碎帶，將含水層連通。2022/7/259二、煤礦水文地質(zhì)類型1、分類的目的與水害作斗爭(zhēng)。2、分類因素 含水層的富水性（單位涌水量大小，q，L/min) 老窖（空）水分布（王家?guī)X114個(gè)，現(xiàn)有18個(gè)) 礦井涌水量 地質(zhì)構(gòu)造（斷層、陷落柱） 突水量分布 受水害影響的程度 防治水難度3、分為四類：簡(jiǎn)單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜 （見規(guī)定P67 表21）2022/7/2510tyut.ed

6、u三 煤礦水災(zāi)典型案例分析一、西山官地礦暴雨（洪水）淹井事故 2019年8月4日，太原西山暴雨引發(fā)洪水，通過小煤礦涌入官地礦，從平硐流出。井巷被淤泥充填，停產(chǎn)6個(gè)月，迎澤西大街堵塞，1個(gè)月不通車二、潞安五陽煤礦河水（漳河）涌入井下事故 因下大雨，河水猛漲沿沉降裂隙涌入井下，該礦二水平被淹停產(chǎn)。三、吉林梅河一井，水庫(kù)的水與泥沙涌入井下事故 1977年12月19日，上山絞車房施工，距水庫(kù)底僅7米，發(fā)生透水，64人死亡，93人負(fù)傷。2022/7/2511四、王家?guī)X透水事故 2019年3月28日，20191工作面回風(fēng)巷，迎頭老窖水、砂巖裂隙水補(bǔ)給，透水強(qiáng)度28817m3/h. 被淹范圍

7、583.168m以下標(biāo)高所有巷道。五、山東淄博北大井淹井事故 1935年5月19日，奧灰?guī)r承壓水沿?cái)鄬佑咳刖畠?nèi)，三天礦井全部被淹，涌水量443m3/min，538名礦工遇難，世界罕見。2022/7/2512六、開灤范各莊特大透水事故1、簡(jiǎn)介 1984年6月2日，通過陷落柱，強(qiáng)大的奧灰水涌入井內(nèi)，水量為2053m3/min，20h55min淹沒了年產(chǎn)310萬噸的特大型礦井。 6月6日，突破與呂家坨礦的邊界煤柱涌入?yún)蔚V，水量為388.8m3/min，呂礦被淹停產(chǎn)（煤柱僅7米） 6月25日，與呂礦相連的林西礦，邊界煤柱滲水，每分鐘18m3/min，該礦受到嚴(yán)重威脅，被迫停產(chǎn)（煤柱僅1

8、6米） 與林西礦相鄰的唐家莊、趙各莊，因歷史原因無隔離煤柱，也受水害威脅，被迫處于半停產(chǎn)狀態(tài)。2022/7/2513范各莊特大透水相鄰各礦位置示意圖2022/7/25142、危害 共損失煤炭500萬噸，減產(chǎn)1141.7萬噸，治水直接經(jīng)濟(jì)損失4.95億元，共有11名礦工遇難。 由于奧灰水大量涌入井內(nèi)，水位大幅下降，范各莊突水點(diǎn)以北67km范圍內(nèi)出現(xiàn)了17個(gè)直徑10m,深310m的塌陷坑，而后又連成一片，該區(qū)域飲水井水位下降，造成20萬居民缺乏飲用水。3、原因 陷落柱導(dǎo)水，探水鉆孔將高壓水引出。2022/7/25154、治水：a.鉆探、物探、摸清陷落

9、柱形態(tài)和過水通道。b.強(qiáng)排，控制水位，確保林西礦不被水淹，消除危險(xiǎn)，首先復(fù)產(chǎn)。c.注漿截水，呂范兩礦邊界不過水，再?gòu)?qiáng)排，呂礦復(fù)產(chǎn)。d.注漿封堵出水點(diǎn)（地面大鉆孔充填注漿）再?gòu)?qiáng)排，范礦復(fù)產(chǎn)。 該綜合治理特大透水事故獲煤炭部科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。2022/7/2516四 我國(guó)煤礦水災(zāi)特點(diǎn)、原因(存在問題)一、我國(guó)煤礦水災(zāi)特點(diǎn)1、水害主要發(fā)生在鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦（含非法煤礦） 20192008年 122起事故 有97起 占79.5% 56起較大以上水害 有45起 占80.4%2、透水事故主要水源為老窖（空）水和地表水 20192019年 56起較大以上水害中 老窖（空）透水 51起 死亡384人，

10、分別占 91.1% 91.8% 地表水透水 5起 ，死亡34人，分別占 8.9% 8.2% 2022/7/25173、掘進(jìn)工作面是發(fā)生透水事故的主要地點(diǎn) 56起較大事故， 有45起，占80.4%。4、非法生產(chǎn)造成透水事故比例高 56起較大事故， 有23起，死亡112人，分別占 41% 41.1%。5、瞞報(bào)事故時(shí)有發(fā)生 56起較大事故， 有10起，死亡86人，分別占 17.9% 20.6%。2022/7/2518二、我國(guó)煤礦水害原因（存在問題）1、水文地質(zhì)資料不清 1）礦井原有水文地質(zhì)資料有問題 2）老窖（空）分布、積水程度更不清楚 王家?guī)X 自古以來查出老窖114

11、個(gè)，采深 100300米，最大500米，事故前有18個(gè) （井田內(nèi)有6個(gè)，相鄰12個(gè)） 與水害作斗爭(zhēng)如何做到 知己知彼 規(guī)定第二章 第2節(jié) 礦井防治水基礎(chǔ)資料 第三章 水文地質(zhì)補(bǔ)充調(diào)查與勘探2022/7/25192、破壞防隔水煤柱 為什么留 什么地方留 留多大 影響因素是什么3、防治水工作不到位，探放水措施沒落實(shí)防治水工 程質(zhì)量差4、透水征兆明顯，仍違規(guī)生產(chǎn)（王家?guī)X）5、監(jiān)管不到位或機(jī)構(gòu)重復(fù)，責(zé)任不明確防隔水煤柱2022/7/2520五 煤礦井下透水征兆一、一般透水征兆（共性）1、礦山壓力增大，折梁、斷柱、頂板下沉、底鼓2、水氣特征：有霧氣、 煤潮濕、 變冷、 水

12、珠 、滴水、淋水變大3、水清凈說明水還遠(yuǎn)，水混濁，已接近水源，已出現(xiàn)壓力水流，離水源很近二、老窖（空）水征兆 有大量的H2S氣體或呈酸性，有臭雞蛋味、水發(fā)澀、掛紅、有鐵銹色水跡三、頂板孔隙含水層 水中含細(xì)沙、 時(shí)清時(shí)混、水量增大、 砂量增大。四、底板巖溶水 底鼓，有水的嘶嘶聲或刺耳水聲，水色發(fā)黃或發(fā)灰，有時(shí)也“掛紅” 注意： 特殊情況、假象、麻痹2022/7/2521六 煤礦水害預(yù)防及治理（規(guī)定第4、5、6章）一、地面防治水1、井口、主要建筑物標(biāo)高，高出當(dāng)?shù)刈罡吆樗?、建立輸水、防水和排水系統(tǒng)3、做好地表水堵漏、地面裂縫的填塞工作4、對(duì)河水改道或構(gòu)筑防滲帷幕墻5、及時(shí)封閉報(bào)廢

13、的鉆孔及井口6、健全防治水機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)雨季、洪水的巡視及防范 防、排、疏、截、堵2022/7/25221、留設(shè)防隔水煤（巖）柱1）為什么要留煤（巖）柱防止透水事故2）什么地方留防隔水煤（巖）柱（規(guī)定第52條 ）煤層露頭風(fēng)化帶地表水體、含水沖擊層下和水淹區(qū)鄰近地帶與富含水層有水力聯(lián)系的斷層、裂隙帶或強(qiáng)導(dǎo)水?dāng)鄬咏佑|的煤層有大量積水的老窖和采空區(qū)導(dǎo)水、充水的陷落柱、巖溶洞穴或地下暗河分區(qū)隔離開采邊界、礦界受保護(hù)的觀測(cè)孔、注漿孔和電纜孔等。二、井下防治水2022/7/25233）防隔水煤柱尺寸的影響因素水文地質(zhì)條件；煤的物理力學(xué)性質(zhì)；地質(zhì)構(gòu)造；煤層賦存條件；開采方法；巖層

14、移動(dòng)規(guī)律；采深。4）采空區(qū)上覆巖層破壞的普遍規(guī)律(上三帶)垮落帶（冒落帶）直接頂不規(guī)則冒落裂縫帶老頂斷裂，成規(guī)則排列彎曲下沉帶可直達(dá)地面巖層移動(dòng)角（地表移動(dòng)范圍）2022/7/2524 I垮落帶；II裂縫帶；III彎曲下沉帶2022/7/25252022/7/25265）防隔水煤柱尺寸的計(jì)算 無公認(rèn)完善的計(jì)算方法，理論計(jì)算僅供參考 工程類比選取 注規(guī)定附錄三共9種情況的計(jì)算）6）防隔水煤柱的最小尺寸規(guī)定井田露頭、斷層兩邊20m 老窯、老空水體下掘進(jìn) 巷道與水體的最小距離10倍巷道高度老窯、老空水體下回采 防隔水煤柱導(dǎo)水裂隙帶最大高度+保護(hù)帶厚度(

15、10m）兩礦人為邊界防隔水煤柱總寬度40m 2022/7/2527采掘空間礦山壓力分布規(guī)律（三區(qū)圖）煤柱支承壓力分布圖2022/7/25282、排水系統(tǒng)工作水泵：20h排出24h正常涌水量工作水泵備用水泵 水泵房的要求：第59條水倉(cāng)的容量要求：第60條水倉(cāng)水泵(水泵房)排水管地 面20h排出24h正常涌水量(雨季)2022/7/25293、水閘門與水閘墻 規(guī)定第四章 第4節(jié) 水文地質(zhì)復(fù)雜、極復(fù)雜礦井A、井底車場(chǎng)附近設(shè)防水閘門 B、或增設(shè)潛水電泵排水系統(tǒng)在突水危險(xiǎn)的采掘區(qū)域，其附近設(shè)置防水 閘門（第67條）防水閘門的規(guī)定與管理（第68、69條）20

16、22/7/25304、疏干開采與帶壓開采 規(guī)定第四章 第5節(jié) 疏干開采（第72 76條） 煤層頂板含水層、老空水先疏干、后開采帶壓開采（第7779條） 隔水層厚度大，能承受的水壓值實(shí)際水壓值 開采后，隔水層不破壞，底板不突水可帶壓開采 1)安全隔水層厚度計(jì)算公式：2022/7/25312)突水系數(shù)計(jì)算公式： T=P/M P-水壓，MPa M-隔水層厚度，m3)臨界突水系數(shù)（全國(guó)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)） 正常塊段0.1MPa/m 構(gòu)造破壞 0.06MPa/m 隔水層厚度小能承受的水壓值實(shí)際水壓值（第78條）a、疏水降壓：使實(shí)際水壓降到安全水壓以下；b、如承壓水補(bǔ)給邊界查清，可先

17、進(jìn)行帷幕灌漿，截?cái)嗨?，再疏水降壓?022/7/2532C、如承壓水補(bǔ)給充沛d、東山煤礦改革采煤方法：縮短工作面長(zhǎng)度，減少底板破壞高度. 從下山最低處先回采先采最危險(xiǎn)的工作面足夠的排水系統(tǒng)構(gòu)筑防水閘門進(jìn)行奧灰水的動(dòng)態(tài)監(jiān)控及時(shí)發(fā)現(xiàn)出水點(diǎn)使水壓降到安全水壓改造含水層加固隔水層采用局部注漿2022/7/25335、注漿堵水規(guī)定第四章第六節(jié)1)注漿封堵突水點(diǎn)（第81條）圈定突水點(diǎn)位置探明突水補(bǔ)給水源探明突水通道的性質(zhì)與大小編制注漿堵水方案（施工組織設(shè)計(jì)）封堵突水點(diǎn)疏干開采被壓煤層2）帷幕注漿 第82條實(shí)質(zhì)是截2022/7/25343）巷道穿過導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

18、裂隙帶、陷落柱等構(gòu)造探水前進(jìn) 超前預(yù)注漿堵水加固必要時(shí)預(yù)先構(gòu)筑防水閘門 壁后注漿處理4）回采工作面有導(dǎo)水?dāng)鄬印⒘严稁?、陷落柱時(shí)留防隔水煤柱采用注漿方法封堵導(dǎo)水通道 上面5項(xiàng)內(nèi)容就是防、排、疏、堵、截得綜合治理原則2022/7/25356、注漿基礎(chǔ)知識(shí)1）注漿設(shè)備 泥漿泵；專用注漿泵；各種封孔器2）注漿材料 水泥；水泥-水玻璃；粘土、粉煤灰； 化學(xué)漿；砂子、石子、爐灰；速凝劑。3）注漿孔布置4）注漿種類 滲透注漿；擠壓注漿；充填注漿。5）注漿參數(shù) 擴(kuò)散半徑；注漿量；注漿壓力。2022/7/2536三、井下探放水規(guī)定第五章1、防治水原則1）水文條件簡(jiǎn)單、中等的礦井：

19、 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采2）水文條件復(fù)雜、極復(fù)雜的礦井 預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采2、采掘遇有下列情況，應(yīng)當(dāng)（必須）進(jìn)行探放水(第92條)1）接近水淹或者可能積水的巷道、老空或者相鄰煤礦。2）接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、暗河、溶洞和?dǎo)水陷落柱。3）打開防隔水煤（巖）柱進(jìn)行放水前。2022/7/25374）接近可能與河流、湖泊、蓄水池、水井等相同的斷層破碎帶。5）接近有出水可能的鉆孔。6）接近水文地質(zhì)條件復(fù)雜的區(qū)域。7）采掘破壞影響范圍內(nèi)有承壓含水層或者含水構(gòu)造、煤層與含水層間的防隔水煤（巖）柱厚度不清楚，可能發(fā)生突水。8）接近有突水的灌漿區(qū)。9）接近可能有

20、其他突水的地區(qū)。2022/7/25383、概念1）探水線有疑問，開始探水的位置。2）探水鉆孔主要參數(shù)超前距探水孔終孔位置始終超前工作面的距離。允許掘進(jìn)距離探水無水時(shí)，安全掘進(jìn)的長(zhǎng)度幫距最外側(cè)探水孔所控制的范圍與巷道幫的距離 幫距超前距或?。?2)m,幫距一般20米?？组g距探水孔允許掘進(jìn)終點(diǎn)處的間距。 3）探水鉆孔布置方式 扇形布置三面受水威脅 半扇形布置巷道一側(cè)受水威脅4）鉆孔直徑與數(shù)目直徑：一般為（4675）mm最大不宜超過91mm孔數(shù)3個(gè) 2022/7/2539探水鉆孔參數(shù)示意圖2022/7/25404、布置探放水鉆孔的規(guī)定 規(guī)定 第94條5

21、、安裝鉆機(jī)操作前的規(guī)定 規(guī)定 第96條6、探水鉆孔超前距離和止水套管長(zhǎng)度的規(guī)定。 規(guī)定 第98條7、探水鉆孔鉆進(jìn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)透水征兆應(yīng)采取的措施。 規(guī)定第99條8、探放老空水的規(guī)定. 規(guī)定 第100條2022/7/2541七 煤礦井下避災(zāi)路線與救災(zāi)及緊急預(yù)案1、一旦突水，沿避災(zāi)路線撤出，巷道交叉處設(shè)有路標(biāo)指示牌，有燈光照明，指示方向，撤到上水平或地面。2、如破壞指示牌或照明，人往高處走，朝有風(fēng)流的上山撤退。3、救災(zāi) 發(fā)生水災(zāi)報(bào)礦調(diào)度室 通知救護(hù)隊(duì)開啟全部排水設(shè)備關(guān)閉水閘門搶險(xiǎn)救災(zāi)減少水害4、應(yīng)急救援：見規(guī)定第8章第1節(jié)2022/7/2542八 太原市東山煤礦水害及治

22、理一、六斜坡下山突水事故1.東山煤礦概況： 生產(chǎn)能力150萬噸，現(xiàn)生產(chǎn)水平750m。15號(hào)煤為主采煤層。奧灰水靜水位標(biāo)高800m，下山煤層標(biāo)高750220m，全部在奧灰?guī)r靜水位之下，為帶壓開采，井田內(nèi)斷層十分發(fā)育，往往以斷層劃分采區(qū)和工作面。斷層是奧灰水的突水通道。2.六斜坡下山概況 六斜坡下山屬于一采區(qū)，走向長(zhǎng)350m，傾斜長(zhǎng)400m，開采15號(hào)煤，可采儲(chǔ)量130萬噸，布置三個(gè)工作面，其中一個(gè)工作面上分層已采出16萬噸。2022/7/25433.六斜坡下山突水簡(jiǎn)介 為擴(kuò)大煤儲(chǔ)量，沿煤層開了一條探巷，進(jìn)入F11斷層5米，標(biāo)高699m，無法判定煤層在哪里，停掘打鉆，鉆孔打了19.

23、8米，仍在斷層內(nèi)，鉆孔涌水量?jī)H1m3/h, 停泵升井修電機(jī)，相隔8h，發(fā)現(xiàn)探巷被淹，不到6天，淹沒整個(gè)采區(qū)，水位上升到+760m，流入+750大巷。整個(gè)采區(qū)積水3萬m3，涌水量540m3/h，壓煤114萬噸，淹沒設(shè)備34.6萬元，停產(chǎn)、減產(chǎn)損失10萬余元，每年增加排水費(fèi)用60萬元。4.突水原因 F11斷層使15號(hào)煤層直接與奧灰水對(duì)接，在水壓1.01MPa作用下發(fā)生突水。2022/7/25445. 水害治理強(qiáng)排：想恢復(fù)該采區(qū)生產(chǎn)，因排水設(shè)備不足，失敗。在三條下山上口分別構(gòu)筑防水閘門1座，堵水墻2座，想封閉出水區(qū)域，因工程質(zhì)量差，不敢完全關(guān)閉防水門?；I資100萬，從地面打鉆，注漿封堵出水點(diǎn)，因鉆孔不準(zhǔn)，堵水效果差，該下山一直被淹，不能恢復(fù)生產(chǎn)。6. 教訓(xùn)對(duì)斷層導(dǎo)水性認(rèn)識(shí)不清，探巷進(jìn)入斷層，還要盲目打鉆找煤；進(jìn)入斷層前，不嚴(yán)格執(zhí)行“先探后掘”的原則，盲目施工探巷；鉆孔出水了，還認(rèn)識(shí)不清，不采取措施。2022/7/2545二、東山煤礦試6-1號(hào)鉆孔注漿封堵水簡(jiǎn)介1. 試6-1號(hào)鉆孔概況 根據(jù)東山煤礦帶壓開采的需要，要求從井下施工2-3個(gè)鉆孔。試6-1號(hào)孔位于一采區(qū)下山水倉(cāng)附近，孔口標(biāo)高+63