专门水文地质学-第八章矿井水防治课件.ppt
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- 专门 水文地质学 第八 矿井 防治 课件
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1、矿井水预防矿井防治水目的:防止矿井水害事故发生,减少矿井正常涌水,降低煤炭生产成本,在保证矿井建设和生产的安全前提下,使国家的煤炭资源得到充分合理的回收。为达到上述目的,根据产生矿井水害的原因,采取不同的对策措施。煤矿安全规程规定:“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和年度防治水计划,井组织实施。矿井水预防坚持“以防为主,防治结合”的原则。必须建立在弄清水文地质情况的基础上。若矿区(井)水文地质条件不清,防治水工作就带有一定的盲目性,达不到预期效果。煤矿在建设之前,虽分阶段(普查、详查、精查)进行了勘探,提出了地质报告但由于受地质条件复杂性和勘探技术条件的限制,所获水
2、文地质资料与实际不符的情况还有遗留问题较多给煤矿建设发展带来不良后果,造成淹井、停建等被动局面。矿井水预防做好矿井水预防工作具体要做好以下几点:1.安排合理的开采布局2.掌握矿井水变化规律3.熟悉各种突水征兆矿井水预防1.安排合理的开采布局井筒位置的选定,要尽量避开水患,这是因为:1.井筒和井底车场是矿井要害基地,一些防排水及其他重要设施都在这里。2.井筒是首先开拓的基础设施,施工时防排水能力还很弱,无法应付突水事故。矿井水预防1.安排合理的开采布局井筒位置选定条件1.要力求避免穿过强含水层或富水带;2.井筒所选定地点岩层要完整、稳定,避开破碎带和岩溶发育地段;3.距离可能突水的因素要有足够的
3、安全距离,其相对隔水层厚度达到一定要求。矿井水预防1.安排合理的开采布局合理的开采布局从防治水角度来说:总的原则是流入井巷、采区的水量最小,即不会使开采条件人为地复杂化。先开采水文地质条件简单的、涌水量小的地段。这样矿井开拓时施工进度快,早见成效;同时利用其探索和积累防治水经验;同时为开采水文地质条件复杂地段起到疏降作用,以达到减少复杂地段开采初期的涌水量。矿井水预防2.掌握矿井水变化规律在查明天然条件下矿井主要充水含水层、相对隔水层、断裂构造和老窑积水等内容的基础上,还要进一步了解在开采过程中它们的变化趋势,以及由此引起的水文地质和工程地质问题。矿井水预防2.掌握矿井水变化规律为此,在勘探的
4、基础上,在矿井建设与生产中必须建立健全地下水动态长期观测网,监视水情变化,借以查清水位、水量、水质的变化规律,从而掌握地下水的补给、排泄条件及其它水文地质特征。矿井水预防 某年某年7 7月月7 7日,观测人员日,观测人员发现观测孔内水位突然下降发现观测孔内水位突然下降1 1米,这是井下突水的明显预米,这是井下突水的明显预兆。观测人员立即向矿领导兆。观测人员立即向矿领导做了汇报,随后采取了紧急做了汇报,随后采取了紧急措施,将回采工作面的人员措施,将回采工作面的人员立即全部撤出,第二天果然立即全部撤出,第二天果然大量的地下水夹杂着泥砂涌大量的地下水夹杂着泥砂涌入井下;入井下;一个钻孔的水位变化,一
5、个钻孔的水位变化,准确地预报了透水事故的发准确地预报了透水事故的发生,为保证煤矿安全生产起生,为保证煤矿安全生产起了重大作用。了重大作用。华北某矿,煤层被百余米厚冲积层所覆盖,冲积层下部分布着很厚的华北某矿,煤层被百余米厚冲积层所覆盖,冲积层下部分布着很厚的卵石层,含水极其丰富;为了开采冲积层下面的急倾斜煤层,避免冲积层卵石层,含水极其丰富;为了开采冲积层下面的急倾斜煤层,避免冲积层水突然流入矿井而造成事故,在采煤工作面上方打了观测孔,派专职人员水突然流入矿井而造成事故,在采煤工作面上方打了观测孔,派专职人员进行水位观测工作;进行水位观测工作;河南某矿,为了查明断层导水性,在断层的两盘分别布置
6、了观测孔,河南某矿,为了查明断层导水性,在断层的两盘分别布置了观测孔,观测断层两盘同一含水层的水位变化;观测断层两盘同一含水层的水位变化;经过对两个钻孔水位的长期观测,发现水位差别很大,说明断层两盘经过对两个钻孔水位的长期观测,发现水位差别很大,说明断层两盘没有直接的水力联系,此断层实际不导水;没有直接的水力联系,此断层实际不导水;由于断层的导水性问题得到解决,施工就果断大胆了。巷道穿过断层由于断层的导水性问题得到解决,施工就果断大胆了。巷道穿过断层时果然无水。时果然无水。2.掌握矿井水变化规律同时,随着矿井建设和生产的发展,要进一步加强水文地质试验工作,诸如井下升压试验、连通试验等,以查明矿
7、井的充水水源、水路和水量,充分掌握水情,找出它们的规律性,为防治水提供资料。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆一般突水事故可归纳为两种情况,一是突水量小于矿井一般突水事故可归纳为两种情况,一是突水量小于矿井最大排水能力,地下水形成稳定的降落漏斗,迫使矿井最大排水能力,地下水形成稳定的降落漏斗,迫使矿井长期大量排水;另一种是突水量超过矿井的最大排水能长期大量排水;另一种是突水量超过矿井的最大排水能力,造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发力,造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发生之前,均可能表现出多种突水生之前,均可能表现出多种突水预兆。预兆。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆煤层、岩层在
8、突水前出现的一般征兆有:煤层发潮发暗。正常情况的煤层是干燥光亮的,当有水渗入时变潮湿而失去光泽变暗。如果挖去一薄层,仍是如此,说明附近有积水。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆煤壁出汗当煤层附近存有积水时,使煤壁温度低于巷道中空气温度,在冷热交替作用下,煤壁表面会凝成小水珠如同人出汗一般。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆煤层变冷煤层不传热。当用手抚摸时,前方无积水的煤层,开始感觉凉,很快就不凉了;当煤层靠近积水时,手摸煤层发凉,时间越长越凉,这是人体的热量被含水层吸收去了。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆工作面温度低,迎头必有积水区煤层渗透进水后,吸收巷道空气中的热量,温度降低,人进入工作面时感觉冷的
9、厉害,甚至发抖。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆巷道雾气生,近有含水层当采掘工作面气温较高时,从煤壁渗出的积水,会被蒸发而形成雾气。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆淋水底鼓,快防水突由于附近高压含水层的存在使底板塑性岩层变形,或者采掘破坏上覆岩层其导水裂隙高度波及含水层出现淋水,都是突水的征兆。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆煤壁挂红,毒气增生,注意老空积水年久,煤质变松,裂隙面生锈。由于积水天长日久渗入裂隙中挤出气体,这些有毒气体(如硫化氢、沼气等)在未采掘前被压缩于裂隙中,巷道开拓时获得释放,溢入巷道。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆掌子面咕咕叫煤层附近有含水体时,往往具有较大水压力,当采动后,顶
10、板在压力下急剧下沉、破裂,发生“放炮”声。同时,底板在矿山压力作用下变形,产生裂隙水从岩石裂隙中挤出,水与岩壁摩擦发出“咕咕”、“嘶嘶”声。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆工作面底板灰岩含水层突水征兆有:(1)工作面压力增大,底板臌起(2)工作面底板产生裂隙,并逐渐增大;(3)沿裂隙或煤帮向外渗水,随着裂隙的增大,水量增加,当底板渗水量增大到一定程度时,煤帮渗水可能停止,此时水色时清时浊,底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清;矿井水预防3.熟悉各种突水征兆工作面底板灰岩含水层突水征兆有:(4)底板破裂,沿裂缝有高压水喷出,并有“嘶嘶”或刺耳水声;(5)底板发生“底爆”,伴有巨响,水大量涌出,水
11、色乳白或呈黄色。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆 冲积层水的突水征兆有:(1)突水部位发潮、滴水,滴水逐渐增大,仔细观察可发现水中有少量细砂;(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,直至流砂大量涌出;(3)顶板发生溃水、溃砂,这种现象可能影响到地表,致使地表出现塌陷坑。矿井水预防3.熟悉各种突水征兆 一旦发现上述突水征兆,应立即报告有关部门及时组织查明情况,以便及早采取有效措施,妥善处理。矿井水预防矿井水防治方法 矿井水防治方法可归纳为:抽排法 堵截法 疏降法 每一种方法都需要一定的工程量和防治水设施。矿井水防治方法 抽排法 由于采掘活动使
12、水涌入矿井,影响生产,甚至威胁矿井安全。为了保证煤矿井正常生产,必须把矿井水用水泵抽排至矿井以外。抽排法就是在矿井中建立起可靠的排水系统,把涌入矿井的地下水汇集于井底水仓,用水泵抽排至地表。通常采用的排水方法有直接排水和接力排水两种。选用哪一种方式,需要根据矿井涌水量大小、采掘深度和抽排设备能力来确定。抽排法一般适用于水压和水量不大的矿井中。矿井水防治方法 抽排法 应用抽排法要具备下列三个条件:1.矿井涌水量预测较准确;2.矿井排水能力较强,井中设有大排量设备;3.矿区水文地质条件和矿井充水条件简单。矿井水防治方法 抽排法 应用中应注意事项 在矿井井筒建成之后,应及早建立水仓、泵房,安装水管和
13、配电设备等防水设施;随着生产的发展,在一些主要采区和下山采区,应建立临时泵房和水仓。主要水仓必须有主仓和副仓。水仓的容积是按矿井预测的正常涌水量的8h总量设计,其它一些临时的水仓容积也应按相应采区的正常涌水量的4h总量进行设计。这样既考虑到涌水量,又考虑了停电或水泵突然事故等因素。矿井水防治方法 抽排法 应用中应注意事项 泵房安装的泵组排水量,在任何时候都不准小于能在20h内排出矿井24h的正常涌水量。在主要泵房中,备用水泵的能力不应小于工作水泵能力的70%,并要求工作水泵和备用水泵的总能力应在20h内排出矿井24h的最大涌水量。还必须有相应的备用排水管路。以防管路发生故障时,仍能够排出全部水
14、量。为保障水泵正常运转,最好设置二个沉淀池,交替使用清理泥沙,减少水泵的磨损。同时,在流水巷内设置滤水篦、溢水墙,防止水仓淤塞,满足水泵对水中含砂量的要求。矿井水防治方法 堵截法 堵截法主要是利用自然或人造相对隔水层,来分隔开煤层和含水体之间的水力联系,达到矿井水排水及安全采煤的目的。它分为地表防治(导流防漏)和井下防治(探水截流)。堵截法一般应用于水量大且进水口很窄的矿井。采用的先决条件是要查清构造及相对隔水层特征,从而避开断层、裂隙密集带等富水地段,并沿断裂带留设防水煤柱,以及在井巷中装置水闸门。这种方法不要求较高的机械设备,可节约费用,但从安全角度来看,效果要差于疏降法。矿井水防治方法
15、疏降法 疏降法又称矿床疏降。它是以降低水位、调节水量控制漏斗的方式,达到安全采煤的目的。根据含水层的富水性、导水性和埋藏条件,在井下可采用巷道放水或是巷道配合钻孔放水方式,统称井下放水;在地表打大孔径钻孔,设地面泵站将含水层中的水通过钻孔抽到地表,达到疏降目的,称为强排深降。矿井水防治方法 疏降法 这种方法采煤安全可靠,但需要较多的机械设备和巨大的排水费用,若把矿井排水与供水结合起来,会大大提高经济效益。适用于含水层压力大、水量大的矿井和露天矿中。通常,井下放水方式用于富水性较弱、埋藏又深的含水层;强排深降方式用于富水性较强、埋藏较浅的含水层。矿层赋存形式不同,采用的降低水位方法也不相同。如当
16、煤层赋存呈鸡窝状时,用强排深降方式为好,因为孔群集中排水易形成降落漏斗。矿井水防治方法 疏降法 在某些情况下,采用单一的矿床疏降措施,效果可能很差。如一些岩溶充水矿井,有可能越疏降涌水量越大,带来严重的后果。因此,疏降法一般要与其它防治方法配合使用,以减轻地下水对矿井的威胁,同时减少排水费用,并阻止降落漏斗的继续发展,防止地表塌陷。采用疏降法一定要事先做好地面防渗工作。矿井水防治方法 在生产中,上述防治水方法常相互配合使用,并结合矿井具体情况有所侧重。一般在矿井开拓初期,即泵房、水仓未建成前,防排水能力较弱,要以防为主,结合堵水截流,尽力避开含水体;当矿井防排水设施修筑好后,则常以疏降、抽排为
17、主,并充分利用隔水层,包括在矿井边界外围采取一切措施,如堵洞防漏、截流堵水,以防止地下水进入矿井。除以上矿井水防治方法外,从采矿工程方面采取必要的防治水措施也很重要。如加强顶板管理,合理使用采煤方法以及采取措施控制矿山压力对隔水层的破坏等。矿井水防治方法 使用各种防排水措施时,要对矿井水源、水路和水量有正确的了解和认识。首先要根据矿井水文地质条件是否可能,其次要考虑经济上是否合理,还要考虑这些措施实施的后果与影响,只有全面考虑综合利用,才能达到最好的效果。矿井水防治方法地表防治 大气降水和地表水的下渗,往往是矿井涌水量剧增的重要因素。尤其是以降水为主要充水水源的矿井,在地面修筑防治水工程,把降
18、水与地表水导出矿区就显得更为重要。地表防治是指在地面修筑防排水工程和采取一定的隔水防渗措施,即导流防漏,包括:地表水下渗通道的堵塞 汛期洪水导流 矿区积水的排除 河道的修补改道等。地表防治 一、堵塞通道 对于溶洞、废钻孔、老窑以及采矿活动产生的地表塌陷坑、地表裂缝等,尤其是当它们位于汇水地形、地势低凹处时,往往是降水和地表水直接或间接的下渗通道。大洞(坑)在其下部以碎石充填,上部以粘土夯实,顶部要略高出地表。小洞一般用粘土夯实。地表防治 二、挖沟排洪 位于山麓或山前平原的矿区,雨季常有山洪或潜流侵袭,淹没矿区局部地区或沿煤层、含水层露头带及采空塌陷裂隙渗入井下,使矿井水急剧增加。在矿区上方,垂
19、直来水方向开挖大致沿地形等高线布置的排(截)洪沟,拦截洪水和浅部地下水,并利用自然坡度将水引出矿区。地表防治 三、排除积水 矿区低洼区或塌陷区,不易填平时,要设泵站,将区内积水妥善排除,以防内涝。当井田内有大的湖泊、池塘时,一般采用隔断其补给,改善排泄条件的方法。只有十分必要时,才采用筑坝排水、补漏等措施,以减少地表水下渗量。地表防治 四、改修河道 应遵循技术上可能、经济上合理的原则。一般有以下几种情况:1.河流改道 当矿区内有河流通过,并严重影响生产时,采用此方法。在河流上游、矿区以外的适当地方筑坝拦水,让河流流入矿区之外的人工河道中。减少矿区地表水下渗,便利附近农田灌溉,兴利除弊。地表防治
20、 四、改修河道 2.裁弯取直 将河流截直,疏通河道,加大地表水的水力坡度,使其快速流经矿区,减少渗漏。另外,河流弯曲摆动往往压煤量很大,裁弯取直后,少留煤柱,一举两得。地表防治 四、改修河道 3.人工引流 当两河临近,其中一条流经矿区时,可在该河上游适当地点筑坝截流,将其引至相邻河流河道中。地表防治 四、改修河道 4.修底补漏 在流经矿区的河道漏水地段,用水泥石料等人造隔水层修补河道,以防渗漏。地表防治 总之,地表防治水措施应根据矿区的地形、地质、气候、水文地质和开采条件,因地制宜采取综合措施,才能取得明显效果。实例:徐州贾汪矿区,井田距山近,地面坡度大,在雨量集中时,一次洪峰侵袭可使井下涌水
21、量由7.3m3/min增至75.3m3/min。地表防治井下防治 井下防治水主要任务是预防矿井突水和处理意外的突水事故,以确保矿井生产安全。主要方法有:超前探放水 筑防水闸门(墙)预留煤柱井下防治 一、探放水 在水文地质条件复杂的矿井中,为了确保掘进的安全,在危险地段施工时应采取超前探放水措施,以待探明水情,将水放出消除突水威胁,而后才能继续掘进,即“有疑必探,先探后掘”的防水害措施。采掘中探放水工作是矿井水文地质工作的重要内容,在有水害威胁的地区,通过钻机探明工作面迎头的水情以保证安全生产。井下防治 一、探放水 1、超前探水 下列情况下应考虑超前探水:接近水淹的井巷、老空、老窑或小窑时。接近
22、含水层、导水断层、含水裂隙密集带、溶洞和陷落柱时,或通过它们之前。打开隔离煤柱放水前。接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带或裂隙发育带时。接近可能涌(突)水的钻孔时。井下防治 一、探放水 1、超前探水 下列情况下应考虑超前探水:接近有水或稀泥的灌浆区时。采动影响范围内有承压含水层或含水构造,或煤层与含水层间的隔水岩柱厚度不清,可能突水时。接近矿井水文地质条件复杂的地段,采掘工作有涌(突)水预兆或情况不明时。采掘工程接近其它可能涌(突)水地段时。井下防治 一、探放水 1、超前探水 超前探水施工前应注意的事项:准备堵水材料。在探水地点附近安全地带,准备好足够的坑木、麻袋、木塞
23、等堵水材料,以便出水时立即使用,加固巷道。检查瓦斯。为保证安全作业,探水地点的风流中瓦斯量达1.5%时,停止施工,待改善通风后再继续工作。检查煤壁。对较松的煤壁,应打柱架上木垛加固,防水冲垮。加固支架,使之牢固可靠,避免发生冒顶和片帮。修整水沟,以保证探水钻孔出水畅通。选好退路,清除障碍,万一发生水害时保证工作人员安全撤离。井下防治 一、探放水 2、超前钻 为探明采掘工作面附近水情,往往采用直径小于60毫米的钻机打孔,进行探放水,以保护采掘工作向前推进的钻探工程,称为超前钻。根据矿井水害预测、井下突水预兆,探明工作面附近含水层及围岩中含水体的具体位置、涌水量大小,以便酌情采取有效措施。井下防治
24、 一、探放水 2、超前钻 超前钻应布置在巷道轴线方向上,向煤层顶、底板和两帮成45度角方向钻进。在水压较大时,超前钻孔需安装孔口导管,在危险性大的巷道中掘进时应在掘进头及其两旁修筑3040cm厚的水泥墙,然后利用导管打超前钻。井下防治 一、探放水 3.探老窑水 探老窑水,是打超前钻探水的具体应用。探水起点 矿井中给老窑区定出三条线,从外到里依次为:警戒线、探水线和积水线。积水线由老窑矿井资料或者物探方法确定。积水线外推60150m的一条线为探水线。巷道进行到此时就要开始探水。具体外推距离各矿依具体情况而定,应考虑积水区的水量、水压、煤层厚度及相对隔水层的抗压、张强度等。井下防治 一、探放水 3
25、.探老窑水 探水线再向外平行推移50100m的线称为警戒线,当掘进巷道进入此线,就要警惕积水的威胁,一旦发现有透水征兆,应提前探水。井下防治 一、探放水 3.探老窑水 探水孔的超前距、帮距和密度 探水钻孔应保证适当的超前距、帮距和密度。探水往往与掘进交替进行。探水为掘进查明一段安全掘进的距离,称为超前距。探水孔一般不少于3组,每组13个,一组为中心眼,另两组为斜眼,与中心眼呈一定角度布置。目的是对巷道前方中心及上下左右都能控制。中心眼终点与外斜眼终点之间的距离称为帮距。井下防治 一、探放水 3.探老窑水 探水孔的超前距、帮距和密度 超前距和帮距愈大,安全系数愈大,探水工作量了大,影响掘进速度;
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