礦井水災防治實用培訓教程2

礦井水災防治新疆工業(yè)高等?？茖W校李嵐礦井水災防治徐紅新疆煤礦安全監(jiān)察局緒論：我國煤礦水害的主要類型和特點第一章：煤礦水災條件分析第二章：礦井突水預兆與突水量估計第三章：煤礦不同類型水災的預防1、老窯積水透水事故2、地表山洪水3、第四系松散孔隙含水層和第三系含水砂礫層水害4、煤層頂板充水含水層水害5、煤層底板承壓充水含水層水害6、巖溶陷落柱水害7、斷層破碎帶突水水害8、地表滑坡和井上下泥石流災害我國煤礦水害的主要類型和特點老窯積水透水事故

所謂老窯積水，就是指年代久遠采掘范圍不明的老窯積水、礦井周圍缺乏準確資料的亂采亂掘小窯積水或礦井本身自掘的廢巷老塘水。這種水體幾何形狀極不規(guī)則，又十分集中，壓力傳遞迅速，不同于含水層中地下水的滲透。這種水體不但存在于地下水資源豐富的礦區(qū)，同時也存在于干旱貧水的礦區(qū)。即使只有幾立方米的積水，也可能造成人員傷亡；水量較大的老窯積水則可毀礦傷人。

例如2003年10月19日烏魯木齊薩爾喬克供電聯(lián)營煤礦透水事故，由于超層越界開采，東部廢棄小窯的積水潰入井下，造成7人死亡，排水工作進行了40天左右，共排出大約60萬方水。

地表山洪水

在有地表水分布的地區(qū)，如長年有水的河流、湖泊、水庫、塘壩等，因煤礦井下防水煤巖柱留設(shè)不當，當井下采掘工程發(fā)生冒頂或沿斷層帶坍裂導水時，地表水將大量迅速灌入井下。一些平時甚至長期無水的干河溝或低洼聚水區(qū)，多年來平安無事，未引起人們的注意和重視，當突遇山洪爆發(fā)，洪水泛濫，會使某些不留痕跡的古筒、淺部采空塌陷裂隙、封孔不良的鉆孔，由于由于洪水侵蝕而突然陷落，造成地面洪水大量灌入井下。在特定條件下，可沖毀工業(yè)廣場，直接從生產(chǎn)井口灌入井下。這種水害往往突然而且迅猛，可造成重大損失。例如：2003年

月

日伊犁

礦。

第四系松散孔隙含水層和第三系含水砂礫層水害

我國大部分煤礦主要開采中生代侏羅系和古生代石炭二疊系地層中的煤炭，新生代第四系松散孔隙水含水層甚至第三系充水含水砂礫層往往呈不整合接觸覆蓋在這些煤系地層之上，它直接接受大氣降水和其上的河流、湖泊、水庫等地表水體的滲透補給，這些含水體常年累月不斷向其下伏的煤層和煤層頂?shù)装宄渌畬右约皵鄬恿严稁B透補給，其水力聯(lián)系的程度因彼此間接接觸關(guān)系的不同和隔水層厚度及其分布范圍的不同而變化。同時還會因各類鉆孔封空質(zhì)量的好壞，引起水力聯(lián)系的變化。情況嚴重時會造成突然淹井事故。在一些特定條件下，甚至可能造成水與流沙同時潰入井下的惡性事故。例如：哈密煤業(yè)（集團）有限責任公司二號井2004年3月7日透水事故，由于1961年施工的327鉆孔封孔質(zhì)量不好，導通了第四系松散孔隙含水層的水和第三系砂礫含水層的水，使本無水力聯(lián)系的水匯聚在327鉆孔周圍，由于采動的影響，造成水與流沙潰入井下，致使9人死亡的重大惡性事故。

煤層頂板充水含水層水害

煤系地層中一般包括多層可采煤層，其中有的可采煤層厚度很大，在這些煤層頂板之上往往沉積有多層充水含水層。由于厚煤層與多煤層的重復采動和斷層裂隙塌陷滑移程度不同，采動導水裂隙帶發(fā)育高度和部位也隨之變化，這些常使煤層頂板充水含水層未查明的富水帶中地下水突然潰入井下，造成重大水害事故。如果這類充水含水層在隱伏露頭部位得到第四系松散孔隙含水層地下水或在露頭得到地表水或大氣降水的強補給，并且他們位于煤層采動導水裂隙帶影響范圍內(nèi)，其水害的預防和治理會復雜而困難，甚至可能造成大量煤炭資源無法開采，或開采后經(jīng)濟效益極不合理。

煤層底板承壓充水含水層水害

這是我國煤礦水害頻率最高、危害程度最大的一種災害，曾多次造成突水淹井事故，各種特定條件下的底板突水事故多達幾十次甚至數(shù)百次。這種水害事故在新疆極少甚至沒有。

巖溶陷落柱水害

這類水害賦存條件孤立而隱蔽，事前難以探查發(fā)現(xiàn)，防治難度極大，但這類水害新疆不存在。

斷層破碎帶突水水害

這種類型的水害即可與老窯水發(fā)生聯(lián)系，也可與煤層頂板含水層或底板承壓含水層甚至與地表水體發(fā)生水力聯(lián)系而引起，是煤礦水害最普遍的一類，它可以沿斷層走向很長一段范圍內(nèi)普遍含水或者導水而引發(fā)水害，也可以是局部的一小段甚至是一個導水點而誘發(fā)突水，更有甚者，原始狀態(tài)是不含（導）水的，在采動條件下引起頂板導水裂隙意外提高上限或底板巖體裂隙發(fā)生活化而轉(zhuǎn)化為導水斷層而突水。這類事故在新疆雖不多見，但由于它的治理和預防非常困難而復雜，要引起足夠重視。

地表滑坡和井上下泥石流災害

此類災害發(fā)生的前提條件是有層間軟滑的粘土層、松散破碎的斷層帶、粘土充填的節(jié)理裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面，但要形成災害還是與地表、地下的工程活動密切相關(guān)。分布在高、中山區(qū)的一些煤礦，此類災害非常突出，造成的危害也很大。解決這類災害問題的方法既要從水文地質(zhì)角度去研究，也需從工程地質(zhì)和巖土工程的角度去探討分析。

第一章煤礦水災條件分析一、礦井充水基本條件

（一）、天然條件

1、水源：大氣降水：大氣降水補給為主的礦床具有下列特點：礦床礦層（床）埋藏較淺，礦床主要充水巖層（組）是裸露的或者其覆蓋較薄，降水量大且采場面積也大的大型露天礦，礦床處于分水嶺或地下水位變幅帶內(nèi)。地表水：海、湖、大河流、水庫、水池等

地下水：根據(jù)充水巖層性質(zhì)不同，可分為砂礫石孔隙充水、堅硬巖層裂隙充水和巖溶充水。根據(jù)礦層與充水巖層接觸關(guān)系不同，可分為直接充水和間接充水。根據(jù)礦層與充水巖層相對位置不同，可分為頂板水充水、底板水充水和周邊水充水。2、通道：巖溶陷落柱，斷裂帶、裂隙，隱伏露頭、天窗，地震裂隙（二）、人為條件

1、水源：襲奪水源，老窯水。

2、通道：頂板冒裂帶，底板礦壓破壞帶，巖溶地面塌陷，封孔質(zhì)量不佳的鉆孔。第二章礦井突水預兆與突水量估計

一、突水預兆（一）、一般預兆1、煤層變潮濕、松軟；煤幫出現(xiàn)滴水、淋水現(xiàn)象，而且淋水由小變大，有時煤幫出現(xiàn)鐵銹色水跡。2、工作面氣溫降低，或出現(xiàn)霧氣或硫化氫氣味。

3、有時可聞到水的“嘶嘶”聲。4、礦壓，發(fā)生片幫、冒頂和底臌。（二）工作面底板灰?guī)r含水層突水預兆1、工作面壓力增大，底板臌起，底臌量有時可達500mm以上。2、工作面底板產(chǎn)生裂隙，并逐漸增大。

3、沿裂隙或煤幫向外滲水，隨著裂隙的增大，水量增大，當?shù)装鍧B水量增大到一定程度時，煤幫滲水可能停止，此時水色時清時濁，底板活動時水變渾濁、底板穩(wěn)定時水色變清。4、底板破裂，沿裂縫有高壓水噴出，并伴有“嘶嘶”聲或有刺耳水聲。5、底板發(fā)生底爆，伴有巨響，地下水大量涌出，水色呈乳白或黃色。（三）松散孔隙含水層突水預兆1、突水部位發(fā)潮、滴水、且滴水現(xiàn)象逐漸增大，仔細觀察可以發(fā)現(xiàn)水中含少量細沙。2、發(fā)生局部冒頂，水量突增并出現(xiàn)流沙，流沙常呈間歇性，水色時清時混，總的趨勢是水量、沙量增加，直至流沙大量涌出。3、頂板發(fā)生潰水、潰沙，這種現(xiàn)象可能影響到地表，致使地表出現(xiàn)塌陷坑。

第三章煤礦不同類型水災的預防

第一節(jié)地表水害防治

有效的礦井防治水工作應該采取井下著眼、地面著手的方針，防、排、治相結(jié)合。

防治的具體措施：（1）在近山區(qū)，以蓄為主，蓄防結(jié)合。結(jié)合地方水土整治，建水庫，挖魚鱗坑植樹，開挖山前順水溝，進行水土保持，減少水土流失，盡量使山洪少下山或緩慢下山。（2）在礦區(qū)外圍，以防為主，排放結(jié)合。挖排洪溝組成防截圈，截山洪入侵，使外圍山洪集中匯向主干排洪道（有滲透段需鋪底防滲），排洪道下游設(shè)閘并建排洪站，一旦河水倒流可落閘向外排水。（3）在礦區(qū)內(nèi)部，以導流為主，導排結(jié)合，在低平的礦區(qū)內(nèi)部，結(jié)合采動的低凹塌陷區(qū)分布情況，挖縱橫交錯的排洪溝，使進入礦區(qū)的地表水、平原區(qū)降水和礦井排水迅速泄出礦區(qū)。如一些低凹塌陷區(qū)有滲漏可能者，則設(shè)站排出，使其永不存水。第二節(jié)老窯水害的防治

一、防治老窯水的必要性老窯積水水害，不僅在老窯或地方小井多的礦井存在，在國有大型煤礦的廢巷老塘，因種種原因在本該無水的地點也意外積存了或多或少的水體，它們的意外潰出會傷人毀物，對于所有地下開采的礦井，均會遇到老窯水的問題對于這類水害防治的主要策略是嚴格執(zhí)行探放水制度，如果老窯水與地表水體或強充水含水層存在密切的水力聯(lián)系，探放后可能給礦區(qū)帶來長期的排水負擔和相應的突水危險時，則可先行隔離，留待礦井后期處理。但防水隔離煤柱的留設(shè)必須大于經(jīng)驗公式計算的最大值，確保安全

二、老窯水防治的技術(shù)思路要解決好七個方面的問體：

（一）、克服麻痹僥幸心理，避免疏忽大意老窯積水分布規(guī)律不易掌握，很簡單的問題也會釀成慘痛的水害事故，因此，必須要有嚴肅謹慎一絲不茍的工作態(tài)度，堅持“全面分析，逐頭逐面排查，多找疑點，有疑必探，先探后掘”的基本原則。（二）、認真分析老窯積水的調(diào)查資料對老窯積水調(diào)查資料的系統(tǒng)分析和正確使用，是防治這類水害的一個重要環(huán)節(jié)。對老窯的資料調(diào)查，一定要嚴肅認真，深入細致，確切地加以記錄，并且反復分析核實，判斷可靠程度。依據(jù)資料的可信度，本著“留有余地，以防萬一”的原則，在有關(guān)圖紙上圈出積水線，積水線至探水線的最小距離不得小于60m；對沒有圖紙資料可查的老窯，可根據(jù)本礦井已了解到的小窯

開采最低水平，做為預測的可疑區(qū)，必要時可先行物探控制可疑區(qū)，再由可疑區(qū)向外推100m作為探水線。對于大片積水區(qū)，必要時還要沿探水線外推50m-100m做為警戒線，采掘工程進入警戒線必須超前探水，必須向不同方向打警戒線探孔，以初步掌握構(gòu)造和積水情況。在距積水實際邊界20米處停止掘進，進行打鉆防水，在確證積水已被放凈后，才允許繼續(xù)掘進。

對已知斷層的探水線，由斷層所留設(shè)的防水煤柱線至少外推20m作為探水線。石門揭露含水層的探水線，探水線至含水層的水平最小距離不得小于20m垂直距離應根據(jù)水壓和隔水層的巖性等資料綜合分析確定其最小距離。對本礦開采所造成的老窯、老巷、水窩等積水區(qū)，邊界位置準確，水壓補超過1Mpa，探水線至積水區(qū)的最小距離：在煤層中不得小于30m，在巖層中不得小于20m。（三）、制定合理有效的防治對策

1、當老窯積水與地表水、強充水含水層存在水力聯(lián)系且有較大補給水量時，應防止繞流和滲漏，采取“先隔后放”的策略，避開地表水和強充水含水層的威脅，留待礦區(qū)后期處理，以減輕礦井長期排水負擔，但留設(shè)的防水隔離煤柱要絕對可靠。2、在必須采用探放水方法才能查明老窯及其它積水條件的情況下，必須綜合考

慮設(shè)置防水閘門、安全撤人通道、通向地面的兩個以上安全出口，排水及排放有毒有害氣體的具體路線和措施，必須保證措施到位。3、提出科學合理的確保安全的探放水設(shè)計。4、在全面了解和掌握老窯積水周圍情況的基礎(chǔ)上，制定具體措施及時了解掌握周圍的采掘工程與積水區(qū)關(guān)系的變化，警惕近處又要防止遠處水害的出現(xiàn)。烏魯木齊礦業(yè)（集團）有限責任公司堿溝煤礦2001年2月16日透水事故。（四）、嚴密組織探水掘進在有足夠幫距、超前距和控制密度的鉆孔掩護下，掘進巷道接近積水體，然后利用鉆孔將老窯積水放出來。探水掘進要注意以下幾個方面：1、探水眼的方位、傾角、深度要驗算，保證準確無誤，要將連同鉆孔穿過煤層或頂、底板巖層的深度和長度，準確地填繪在探水圖上（1：200或1：500），掘進時方位和距離要經(jīng)常檢查。

2、探水眼要安裝套管和孔口控水裝置，鉆進前必須進行耐壓試驗，保證一旦探透積水可有效控制3、探頭迎頭及頂、幫必須加強支護，鉆機必須安裝牢固。4、探水地點有安全撤人的避災路線，有向受其威脅的相鄰地點發(fā)出警報信號的裝置，有定期檢查有害氣體的制度。5、要制定安全操作規(guī)程，預防有毒有害氣體溢出傷人的專門的安全技術(shù)措施。（五）、特別注意近探近放和貫通積水巷道或積水區(qū)發(fā)現(xiàn)近距離探到水體，必須迅速加固鉆孔周圍及巷道頂幫，另選安全地點，在較遠處打孔放水或掃孔沖淤，通搗淤泥時要制定安全措施。（六）、重視自采自掘采空區(qū)廢巷積水的探放1、對原不積水的區(qū)域要分析重新積水的條件和可能，經(jīng)常圈定積水區(qū)。

2、注意少填漏填的峒子。3、不能盲目進行近探近放。

（七）鉆、物探結(jié)合問題積極采用物探手段，幫助圈定積水區(qū)。但鉆、物探結(jié)合，必須以鉆探為主，物探資料要有鉆孔驗證。第三節(jié)松散空隙水害的防治一、主要研究內(nèi)容1、查清一般條件。2、必須查明具體工程地點（如立井筒、斜井、上回風道位置、采區(qū)、采煤工作面等），研究區(qū)的松散沉積層的結(jié)構(gòu)和厚度，其下基巖的結(jié)構(gòu)和厚度以及兩者之間的接觸關(guān)系。二、查明條件的主要方法手段1、煤田地質(zhì)勘探2、補做水文地質(zhì)勘探工作

3、如果條件相對清楚，可采取“以治帶查”、“查治結(jié)合”的方針。例如：烏魯木齊礦業(yè)（集團）有限責任公司（原烏魯木齊礦務局）所屬的六個礦井，開采中侏羅系八道灣組的煤，均開采急傾斜煤層，源自天山的烏魯木齊河、水磨溝河、八道灣河、蘆草溝河和鐵廠溝河由南向北徑流，各河溝及河漫灘寬度幾十至幾百米，沖洪積層后幾十余米，天山雪水明流補給，水沿煤層露頭及其頂?shù)装辶严吨苯友a給井下，隨著礦井礦井延深，

排水量越來越大，排水負擔也越來越重。局采取了以治帶查措施，在各河漫灘上游，垂直地下水流向的方向上，但在采區(qū)塌陷影響范圍以外，修防洪渠；向沖擊層底面打排水立井數(shù)個，用截流平巷連接溝通，截流巷位于基巖頂面，使第四系空隙水匯聚于平巷，再由立井排出地面，這樣減少了礦井排水量，截水潛井的揚程只有十幾米到三十多米，排水費用大大降低。同時由于截流，水質(zhì)較好的潛水不再流入礦井受污染，可直接開發(fā)利用，由此產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益。第四章煤礦主要防治水技術(shù)

第一節(jié)井下防水煤（巖）柱留設(shè)一、防水煤（巖）柱類型及留設(shè)原則（一）常用防水煤（巖）柱類型1、斷層防水煤（巖）柱2、井田邊界煤柱3、上、下水平（或相鄰采區(qū)）防水煤（巖）柱4、水淹區(qū)防水煤（巖）柱5、地下水體防水煤（巖）柱6、沖擊層防水煤（巖）柱（二）防水煤（巖）柱留設(shè)原則

1、在有突水威脅但又不宜疏放的地區(qū)，必須留設(shè)防水煤（巖）柱。2、防水煤柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基礎(chǔ)上把煤柱的寬度或高度降到最低限度。3、留設(shè)的防水煤（巖）柱必須與當?shù)氐牡刭|(zhì)改造、水文地質(zhì)條件、煤層賦存條件、圍巖的物理力學性質(zhì)、煤層的組合結(jié)構(gòu)方式等自然因素密切結(jié)合，還與采煤方法、開采強度、支護形式等人為因素互相適應。

4、一個井田或水文地質(zhì)單元的防水煤（巖）柱應該在它的總體開采設(shè)計中確定。5、在多煤層地區(qū)，各煤層的防水煤（巖）柱必須統(tǒng)一考慮確定，以免某一煤層的開采破壞另一煤層的煤（巖）柱，致使整個防水煤（巖）柱失效。6、在同一地點有兩種或兩種以上留設(shè)煤（巖）柱的要求時，所留設(shè)的煤（巖）柱必須滿足各個留設(shè)煤（巖）柱的要求。

7、對防水煤（巖）柱的維護要特別嚴格，因為煤（巖）柱的如何一處被破壞，必將造成整個煤（巖）柱無效。8、留設(shè)防水煤（巖）柱所需的數(shù)據(jù)必須在本地區(qū)取得。9、防水巖柱中必須有一定厚度的粘土質(zhì)隔水巖層或裂隙不發(fā)育、含水性極弱的巖層，否則防水巖柱將無隔水性。

第二節(jié)井下探放水一、探水的目的是為有效地防治礦井水害做好必要的準備。二、探水原則1、接近水淹的井巷、老窯或小窯時。2、接近含水層、導水斷層、含水裂隙密集帶、溶洞和陷落柱時，或通過它們之前。

3、打開隔離煤柱放水前。4、接近可能