煤礦礦井水防治(王攀)

煤礦防治(fángzhì)水處理2024/9/251王攀ＴＳＺ１４０２０３０３７Ｑ共五十二頁2024/9/252內(nèi)容礦井水災(zāi)的發(fā)生條件、原因及危害礦井突水的理論基礎(chǔ)井下防治水截流(jiéliú)注漿防治水害技術(shù)共五十二頁2024/9/253一、礦井(kuàngjǐng)水災(zāi)發(fā)生條件、原因及危害

（一）基本概念

1、礦井水：在礦井開拓、采掘過程中，滲入、淋入、流入、涌出(yǒnɡchū)和潰入井巷或工作面的水。2、礦井突水（礦井透水）：井巷、工作面與水源接近或溝通而突然導(dǎo)致的出水事故。3、礦井水災(zāi)：當(dāng)?shù)V井的涌水量超過了礦井的正常排水能力時，造成礦井水泛濫成災(zāi)的現(xiàn)象，叫礦井水災(zāi)。共五十二頁2024/9/254一、礦井水災(zāi)發(fā)生(fāshēng)條件、原因及危害

（二）礦井水災(zāi)發(fā)生的基本條件水災(zāi)發(fā)生的基本(jīběn)條件有水源有涌水通道失控大氣降水地表水地下水是地下水的主要補給來源，直接或間接影響礦井充水。是地表積聚的水源，是地下水的補給水源?？紫端核绍泿r層空隙中的水、位于表土層，威脅井筒裂隙水：堅硬巖層裂隙中的水巖溶水：石灰?guī)r裂隙或溶洞中的水，水壓大、水量多老空水：一般成酸性，對金屬有腐蝕作用活水死水人為因素：頂板冒落裂隙帶；地表巖溶塌陷帶；鉆孔自然因素：空隙、裂隙、節(jié)理、層理、溶洞、孔洞、斷層共五十二頁2024/9/255一、礦井(kuàngjǐng)水災(zāi)的發(fā)生條件、原因及危害

（三）礦井水災(zāi)發(fā)生的原因

發(fā)生的礦井水災(zāi)往往在于水文情況不清、設(shè)計不當(dāng)、措施不力、管理不善和人的思想麻痹所致。具體有：1、地面防洪、防水措施不當(dāng)或管理不善，地表水(多為雨季降水)大量灌人井下，造成水災(zāi)。2、水文地質(zhì)情況不清，井巷接近(jiējìn)老空積水區(qū)、充水?dāng)鄬?、陷落柱、強含水層以及打開隔離煤柱，未執(zhí)行探放水制度，盲目施工，或者雖然進行了探水，但措施不當(dāng)。3、井巷位置設(shè)計不當(dāng)。如將井巷置于不良地質(zhì)條件中或過分接近強含水層等水源，導(dǎo)致施工后，因地壓和水壓共同作用而發(fā)生頂、底板透水。如此案例國內(nèi)曾有發(fā)生，但為數(shù)不多。

共五十二頁2024/9/256一、礦井水災(zāi)的發(fā)生條件(tiáojiàn)、原因及危害

（三）礦井水災(zāi)發(fā)生的原因4、井巷施工質(zhì)量偽劣，致使礦井井巷嚴(yán)重塌落、冒頂、跑砂導(dǎo)致透水，或工程鉆孔在固井止水前誤穿巷道，導(dǎo)致頂板含水透水。5、測量錯誤，導(dǎo)致巷道穿透積水區(qū)。6、井下無防水閘門或雖有而管理、組織(zǔzhī)不當(dāng)，造成透水時無作用而淹井。7、出現(xiàn)透水預(yù)兆未覺察或未被重視或處理不當(dāng)造成透水。8、排水設(shè)備能力不足或設(shè)備不完好或排水設(shè)備平時維護不當(dāng)。如水倉不按時清挖，儲水能力不足而淹井。

共五十二頁2024/9/257一、礦井水災(zāi)的發(fā)生條件(tiáojiàn)、原因及危害

（四）礦井水災(zāi)的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1、惡化生產(chǎn)環(huán)境。可造成巷道積水，頂板淋水使工作面及附近巷道空氣潮濕，工作環(huán)境惡化，影響個人身體健康。2、增加排水費用，提高頓煤成本。礦井水的大小直接關(guān)系到排水設(shè)施、設(shè)備和排水費用。3、縮短(suōduǎn)生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。水對金屬設(shè)備、設(shè)施具有腐蝕作用。4、損失煤炭資源。主要是指隔離煤柱的煤損。5、引起瓦斯積聚、爆炸和硫化氫中毒。6、當(dāng)?shù)V井水的水量超過礦井的排水能力或發(fā)生突然涌水時，輕則造成礦井局部停產(chǎn)或局部巷道被淹沒，重則造成礦井淹沒、人員傷亡，被迫停產(chǎn)、關(guān)井。共五十二頁2024/9/258二、礦井突水的理論基礎(chǔ)(jīchǔ)

（一）頂板突水的理論——“三帶”理論巖層移動的“三帶”關(guān)系(guānxì)圖（1-煤層；2-垮落帶；3-斷裂帶；4-彎曲下沉帶）垮落帶冒落高度采高頂板巖石膨脹系數(shù)煤層傾角共五十二頁2024/9/259二、礦井突水的理論(lǐlùn)基礎(chǔ)

(二）煤層底板突水的理論基礎(chǔ)底板巖層(yáncéng)內(nèi)應(yīng)力分布

共五十二頁2024/9/2510二、礦井(kuàngjǐng)突水的理論基礎(chǔ)

（二）煤層底板突水的理論基礎(chǔ)底板巖層破壞(pòhuài)狀態(tài)

共五十二頁2024/9/2511二、礦井突水的理論基礎(chǔ)(jīchǔ)

（二）煤層底板突水的理論基礎(chǔ)初次來壓時底板關(guān)鍵層載荷(zàihè)特征共五十二頁2024/9/2512三、井下防治(fángzhì)水井下防治水措施可概括(gàikuò)為6個字，即查、測、探、放、截、堵等幾個方面。共五十二頁2024/9/2513三、井下防治(fángzhì)水

（一）查

查，即查明水源和通道。主要查：1、沖擊層的組成及厚度，各分層的含水性及透水性。2、裂隙和斷層的位置、錯動距離(jùlí)、延伸長度、破碎帶范圍、含水情況和導(dǎo)水性能。3、含水層與隔水層的位置、數(shù)量、厚度，各含水層的涌水量、透水性及其開采煤層的距離。4、老窯、古井和現(xiàn)在正在開采的小煤礦的分布、開采范圍、開采深度和積水情況，廢棄鉆孔的處理情況等。5、開采過程中，圍巖破壞及地表塌陷情況，觀測巖層跨落帶、斷裂帶、沉降彎曲帶的高度及其對涌水的影響。共五十二頁2024/9/2514三、井下防治(fángzhì)水

（二）測

測，即做好水文觀測工作。具體講有以下幾個方面：1、收集當(dāng)?shù)貧庀?、降水量和河流水文地質(zhì)資料（速度、流量、水位、枯水期和洪水期等）；查明地表水體的分布(fēnbù)、水量的補給、排泄條件；查明洪水泛濫對礦區(qū)、工業(yè)廣場及居民點的影響程度。2、通過探水鉆孔和水文觀測孔，觀測各種地下水源的水位、水壓和水量變化，分析水質(zhì)，查明礦井水的來源及其補給關(guān)系。3、觀測礦井涌水量及其季節(jié)變化規(guī)律等。共五十二頁2024/9/2515三、井下防治(fángzhì)水

（三）探

探，即井下探水。1．堅持“有疑必探，先探后掘”的探放水原則

《煤礦安全規(guī)程》第285條規(guī)定：礦井必須做好水害分析預(yù)報，堅持有疑必探，先探后掘的探防水原則。煤礦生產(chǎn)屬于地下作業(yè)，地質(zhì)和水文地質(zhì)條件錯綜復(fù)雜，在很多情況下，由于勘探手段和客觀認(rèn)識(rènshi)能力的限制，對地下含水條件掌握不清，不能確保沒有水害威脅，或者說還存在水害“疑問區(qū)”。所以，在采掘施工過程中，必須分析推斷前方是否有疑問區(qū)，有則采取超前鉆探措施，探明水源位置、水壓、水量及其開采煤層的距離，以便采取相應(yīng)的防治水措施，確保安全生產(chǎn)。共五十二頁2024/9/2516三、井下防治(fángzhì)水

（三）探2.必須探水前進的情況《煤礦安全規(guī)程》第286條規(guī)定：采掘工作面遇到下列情況之一時，必須確定(quèdìng)探水線進行探水。（1）接近水淹或可能積水的井巷、老空或相鄰煤礦時。（2）接近含水層、導(dǎo)水?dāng)鄬?、溶洞和?dǎo)水陷落柱時。（3）打開隔離煤柱放水時。（4）接近可能與河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶時。（5）接近有出水可能的鉆孔時。（6）接近有水的灌漿區(qū)時。（7）接近其他可能出水地區(qū)時。經(jīng)探水確認(rèn)無突水危險后，方可前進。共五十二頁2024/9/2517二、井下防治(fángzhì)水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之一——探水起點至積水區(qū)的最小距離L：（1）當(dāng)積水區(qū)的位置確定且水壓又不超過(chāoguò)981kpa時，L煤≮30m；L巖≮20m；（2）不能確定積水區(qū)的邊界位置時，L≮60m；（3）掘進巷道附近有斷層、陷落柱或石門揭開含水層時，L≮20m。共五十二頁2024/9/2518三、井下防治(fángzhì)水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之二——鉆孔深度與超前距離：采用邊探邊掘時，探水鉆孔的孔底位置，必須始終保持超前掘進工作面一定距離，這樣就留有相當(dāng)厚度的礦柱，以確保掘進工作面的安全。超前距離一般不得小于20m。在薄煤層中可適當(dāng)縮短，但最小不得小于5m。巖層中的探水鉆孔，其超前距離一般為5～10m。鉆孔深度一般為40m左右(zuǒyòu)，這樣每打一次鉆，可以連續(xù)掘進20～30m。共五十二頁2024/9/2519三、井下防治(fángzhì)水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之三——鉆孔直徑和數(shù)目：一般是利用探水鉆孔放出積水，因此鉆孔直徑的大小，要求既能使積水順利排出，又能防止沖跨煤壁，故探防水鉆孔直徑以不大于75mm為宜。探水鉆孔的數(shù)目:不少于3個，一個(yīɡè)中心孔2個幫孔，其方向應(yīng)保證在工作面前方的中心和上下左右都能起到探水作用。共五十二頁2024/9/2520三、井下防治(fángzhì)水

（三）探3．探水作業(yè)參數(shù)之四——鉆孔布置(bùzhì)：在緩傾斜薄煤層中，如掘進上山巷道，探水鉆孔應(yīng)布成扇形,如果為平巷掘進巷道，探水鉆孔應(yīng)在上幫方向布置成半扇形，鉆孔之間的夾角一般為10°-15°，開始探水時可打5-7個鉆孔，以后根據(jù)情況可適當(dāng)減少，但不能少于3個。在急傾斜煤層中掘進巷道探水時，鉆孔應(yīng)布置成扇形。共五十二頁2024/9/2521共五十二頁2024/9/2522三、井下防治(fángzhì)水

（三）探4.探防水的安全措施（1）加強鉆場附近的巷道支護，并在工作面迎頭打好堅固的立柱和擋板。（2）清理巷道，挖好排水溝，配備與探放水量相適應(yīng)的排水設(shè)備。（3）在打鉆地點或附近安設(shè)專用電話。（4）測量和防探水人員必須親臨現(xiàn)場，依據(jù)設(shè)計，確定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及鉆孔(zuànkǒnɡ)數(shù)目。（5）預(yù)計水壓較大的地區(qū)，探水鉆進之前，必須先安好孔口管和控制閘閥。特別危險的地區(qū)，應(yīng)有躲避場所，并規(guī)定避災(zāi)路線。（6）鉆孔內(nèi)水壓較大時，應(yīng)采用反壓和防噴裝置的方法鉆進，并有防止孔口管和煤巖壁突然鼓出的措施。共五十二頁2024/9/2523三、井下防治(fángzhì)水

（三）探（7）鉆進時，發(fā)現(xiàn)煤巖松軟、片幫、來壓或鉆孔中的水壓、水量突然增大，以及有頂鉆等異常情況時，必須停止鉆進，但不得拔出鉆桿，現(xiàn)場負(fù)責(zé)(fùzé)人員應(yīng)立即向調(diào)度室報告，并派人監(jiān)測水情。如發(fā)現(xiàn)情況緊急時，必須立即撤出所有受水威脅地區(qū)的人員，然后采取措施，進行處理。（8）探放老空水前，首先要分析查明老空水體的空間位置，積水量和水壓。老空積水區(qū)高于探放水點位置時，只準(zhǔn)用鉆機進行探放水。探放水孔必須打中老空水體，并要監(jiān)視放水的全過程，核對放水量，直到老空水全部放完為止。（9）鉆孔接近老空，預(yù)計可能有瓦斯或其它有害氣體涌出時，必須有瓦斯檢查工或礦山救護隊員在現(xiàn)場值班，檢查氣體成分。如果瓦斯或氣體有害氣體濃度超過《煤礦安全規(guī)程》有關(guān)規(guī)定時，必須立即停止鉆進，切斷電源，撤出人員，并報告礦調(diào)度室，及時處理。共五十二頁2024/9/2524三、井下防治(fángzhì)水-穿軟巖層放高壓老空水

共五十二頁2024/9/2525共五十二頁2024/9/2526三、井下防治(fángzhì)水

（三）探5.礦井水的物探物探的主要方法：（1）加密三維地震探測(tàncè)：主要用在較大范圍內(nèi)的水文地質(zhì)狀況探測(tàncè)（2）瞬變電磁法探測（3）直流電法探測

共五十二頁2024/9/2527三、井下防治(fángzhì)水-探

直流電法探測

不同巖性的地層具有不同的導(dǎo)電性。一般情況下，泥巖、粉砂巖、中粗砂巖其視電阻率值是逐漸增高的。對于煤系地層，縱向電阻率的變化規(guī)律基本一致，橫向(hénɡxiànɡ)上，由于煤系地層層狀分布特點，其導(dǎo)電性相對均一。當(dāng)含水?dāng)鄬踊蛄严肚懈蠲合档貙訒r，由于含水體具有良好的導(dǎo)電性，它與圍巖產(chǎn)生明顯的電性差異。應(yīng)用高分辨直流電法技術(shù)采集巖石的視電阻率值，通過對所采集數(shù)據(jù)進行定性和定量處理就可以發(fā)現(xiàn)異常部位。直流電法屬全空間下的電法勘探。它以巖石的電性差異為基礎(chǔ)，在全空間條件下建場，使用全空間電場理論，處理和解釋有關(guān)礦井水文地質(zhì)問題。本次井下物探采用三極裝置下的高分辨電法超前探測技術(shù)，在三處掘進迎頭進行礦井電法探測工作。共五十二頁2024/9/2528三、井下防治(fángzhì)水-探

直流電法探測測量(cèliáng)示意圖共五十二頁2024/9/2529三、井下防治(fángzhì)水-探

直流電法探測共五十二頁2024/9/2530三、井下防治(fángzhì)水

（四）放

放:即疏放水，就是在探明(tànmínɡ)水源之后，根據(jù)水源類型采取不同的疏放水方法，有計劃、有準(zhǔn)備地將威脅礦井安全生產(chǎn)的水源疏放干，它是防止礦井水災(zāi)最積極、最有效的措施。

1.疏放水方法

1）老空水疏放方法（1）直接放水。當(dāng)水量不大，不致超過礦井排水能力時采用。（2）先堵后放。當(dāng)老空水與其他水源有聯(lián)系時，動水儲量很大，這時應(yīng)先堵住出水點，然后排放積水。（3）先放后堵。如果老空水有補給水源，但補給量不大，或在一定季節(jié)沒有補給。在這種情況下，應(yīng)選擇時機先行排放，然后進行堵漏防漏施工。（4）先隔后放。當(dāng)采區(qū)位于不易瀉水的山澗或沙灘洼地之下，雨季滲水量過大時，應(yīng)暫時隔離，做好排水準(zhǔn)備工作后再排放。共五十二頁2024/9/2531三、井下防治(fángzhì)水

（四）放2）含水層水疏放方法（1）地面(dìmiàn)疏放。在地面(dìmiàn)打鉆孔或大口徑水井，利用潛水泵抽排。（2）利用疏干巷道進行疏放。如果煤層頂板有含水層，可把采區(qū)巷道提前掘出，使含水層的水通過其空隙和裂隙疏放出來。（3）利用鉆孔疏放。若含水層距煤層較遠或含水層較厚，可在疏水巷道中每隔一定距離向含水層打放水鉆孔進行疏干。若在煤層下部，巖層的儲水能力大于上部含水層的泄水量時，可利用泄水或吸水鉆孔導(dǎo)水下泄，以疏干煤層和上部含水層。（4）巷道與鉆孔結(jié)合疏放。共五十二頁2024/9/2532共五十二頁2024/9/2533三、井下防治(fángzhì)水

（四）放2.疏放水注意事項（1）探到水源后，水量不大時，一般可用探水鉆孔放水；在水量很大時，需要另打鉆孔。放水鉆孔直徑一般為50～70mm，孔深不大于70m。放水鉆孔的孔口必須安設(shè)套管加固。（2）鉆孔放水前，必須估計積水量，根據(jù)礦井排水能力和水倉容量，控制放水流量。（3）放水時，必須設(shè)專人監(jiān)測鉆孔出水情況，測定水量、水壓(shuǐyā)，做好記錄。若水量突然變化時，及時處理，并立即報告。（4）排除井筒和下山的積水以及恢復(fù)被淹井巷前，必須有礦山救護隊檢查水面上的氣體成分，發(fā)現(xiàn)有害氣體，必須及時處理。排水過程中，如有被水封住的有害氣體突然涌出的可能，必須制定安全措施。（5）在放水設(shè)計中，應(yīng)規(guī)定好人員撤退路線，并保證路線暢通，沿途照明良好。

共五十二頁2024/9/2534共五十二頁2024/9/2535三、井下防治(fángzhì)水

（五）截截，即截水。在探到水源后，由于條件限制無法放水，或者雖能放水但不合理時，便利用防水墻、防水閘門、防水煤柱或巖柱等設(shè)施，永久地或臨時地截住水源，將采掘區(qū)與水隔開。使局部地點用水不至于威脅其他區(qū)域。1.防水墻：是井下防水、截水的一種設(shè)施。用于隔絕積水區(qū)（水源）或有透水危險的區(qū)域。根據(jù)防水墻服務(wù)時間的長短和作用(zuòyòng)的不同，可分為臨時性防水墻和永久性防水墻2種。根據(jù)防水墻所使用的材料不同，可分為木制防水墻、磚或石料防水墻、鋼筋混凝土防水墻。根據(jù)防水墻的形狀不同，可分為平面形防水墻、圓柱形防水墻、球面形防水墻和多段防水墻。

共五十二頁2024/9/2536共五十二頁2024/9/2537三、井下防治(fángzhì)水

（五）截2.防水閘門:類似風(fēng)門，設(shè)置在發(fā)生突水時需要堵截而平時需要行人和通車的巷道中。它是防止水災(zāi)的重要工程?！兑?guī)程》第273條規(guī)定：水文地質(zhì)條件復(fù)雜或有突水淹井危險的礦井，必須在井底車場周圍設(shè)置防水閘門。在其他有突水危險的地區(qū)，只有在其附近設(shè)置防水閘門后，方可掘進。在井底車場設(shè)置防水閘門的目的是：保護井筒、井底車場和排水設(shè)施不被水淹，便于恢復(fù)生產(chǎn)。在有突水危險地區(qū)設(shè)置防水閘門的目的是：進行分區(qū)隔離，在采區(qū)或巷道發(fā)生突水時，阻止災(zāi)情擴大。《規(guī)程》第274條規(guī)定：防水閘門必須靈活可靠，并保證每年進行2次關(guān)閉試驗，其中1次應(yīng)在雨季前進行，關(guān)閉閘門所使用的工具和零配件必須有專人保管(bǎoguǎn)，專門地點存放，不得挪用丟失。

共五十二頁2024/9/2538共五十二頁2024/9/2539三、井下防治(fángzhì)水

（五）截3.防水煤（巖）柱：對于井上下的各種水源，在一般情況下都應(yīng)盡量疏干或堵塞其入井通道，徹底解除水的威脅，但這樣做有時是不合理的或不可能的，因此采取留設(shè)一定寬度的防水煤（巖）柱的方法來截住水源。一般在下列情況下需要留設(shè)防水煤（巖）柱。（1）相鄰礦井的分界處，必須(bìxū)留有防水煤柱。礦井以斷層分界時，必須(bìxū)在斷層兩側(cè)留設(shè)防水煤柱。（2）井田內(nèi)有與河流、湖泊、溶洞、含水層等有水力聯(lián)系的導(dǎo)水?dāng)鄬?、裂隙（帶）、陷落柱時，必須找出其確切的位置，并按規(guī)定留設(shè)防水煤（巖）柱。共五十二頁2024/9/2540三、井下防治(fángzhì)水

（五）截防水煤柱的尺寸，在礦井設(shè)計中總的原則是：既能抵抗水的壓力，確保安全生產(chǎn)，又要盡量減少煤炭損失。已留設(shè)的防水煤柱需要變動(biàndòng)時，必須重新編制設(shè)計，報省級煤炭管理部門批準(zhǔn)。嚴(yán)禁在各種防隔水煤柱中進行采掘活動。共五十二頁2024/9/2541三、井下防治(fángzhì)水

（六）堵堵，即注漿堵水。將專門制備的漿液——堵水材料通過鉆孔壓入地層(dìcéng)的裂隙、溶洞或斷層破碎帶，使?jié){液擴張、凝固、硬化，達到充填堵塞涌水通道、隔離水源的目的。注漿堵水方法簡便，效果較好，是防止礦井涌水行之有效的措施。一般在下列場合情況下應(yīng)采用注漿堵水。（1）當(dāng)涌水水源本身水量不大，但與其他強大水源有密切聯(lián)系，單純采用排水方法排除礦井涌水成為不可能或不經(jīng)濟時。（2）當(dāng)井筒或巷道必須穿過若干的含水豐富的含水層或充水?dāng)鄬?，如果不堵住水源將給礦井建設(shè)帶來很大危害，甚至不可能進行掘進時。（3）當(dāng)井筒或工作面嚴(yán)重淋水，為了加固井壁、改善勞動條件、減少排水費用時。（4）某些涌水量大的礦井，為了減少礦井的涌水量，降低常年排水費用時。共五十二頁2024/9/2542四、截流(jiéliú)注漿防治水害技術(shù)

截流注漿防治礦井水害技術(shù)，系指通過專門的設(shè)備和工程，根據(jù)具體的礦井水文地質(zhì)條件和水害類型與特點，將預(yù)先研究配制成的低滲透漿液或骨料注入含水層、隔水層中的空隙、斷裂破碎帶、陷落柱、井巷或突(出)水口等，并使之與圍巖固結(jié)成不透水(或微透水)的、具有一定強度(qiángdù)的整體而起到堵塞過水通道、充填導(dǎo)含水空隙、降低受注巖體滲透性、增大巖石強度(qiángdù)和隔(阻)水作用的一種礦井水害防治技術(shù)方法。共五十二頁2024/9/2543四、截流注漿防治水害(shuǐhài)技術(shù)

1、封堵導(dǎo)水通道

導(dǎo)水通道，一般指連接礦井充水水源和礦井采掘空間的過水途徑。封堵導(dǎo)水通道就是利用注漿工程切斷這種過水途徑而達到預(yù)防(yùfáng)或治理礦井水害的目的。共五十二頁2024/9/2544共五十二頁2024/9/2545四、截流注漿防治水害技術(shù)(jìshù)

2、改造含水層為隔水層

我國華北型煤田典型的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)是：煤層底板之下發(fā)育有數(shù)層太原群或石炭紀(jì)薄層灰?guī)r含水層，而在該組含水層之下又有巨厚的奧陶系灰?guī)r含水層。盡管薄層灰?guī)r水不會對礦井生產(chǎn)帶來災(zāi)害性水患威脅，但它破壞了煤層底板隔水層的連續(xù)性。盡管奧陶系灰?guī)r含水層距離煤層較遠，但其高壓水可通