矿井水文地质和防治水课件.ppt
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- 矿井 水文地质 治水 课件
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1、煤矿安全生产讲座 主要依据是:煤矿防治水规定煤矿安全规程 矿井水:是指在矿井开拓、采掘过程中,渗入、滴入、淋入、流入、涌入和溃入井巷或工作面的任何水源水,统称矿井水。矿井突水:凡是因井巷、工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故,称为矿井突水。矿井水害:是指:凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水,都称为矿井水害。煤矿建设和生产中常见的水源有大气降水、地表水、地下水(潜水、承压水、老空水、小窑水、断层水等)1大气降水 从天空降到地面的雨和雪、冰雹等溶化的水,称为大气
2、降水。若地面的地形坡度大,则大气降水不易停留和渗入地下,而是沿着地表流走,这样对地下水的补给及矿井的充水影响就很小。反之,若地形平缓,则降水不易沿地表流走而多渗入地下,成了矿井充水的水源。2地表水 地球表面江、湖、河、海、水池、水库等处的水均为地表水,它的主要来源是大气降水,也有的来自地下水。煤矿在开采浅部煤层时,地表水经过有关通道会进入煤矿井下,形成水患,给生产和建设带来灾害。3潜水 埋藏在地表以下第一个隔水层以上的地下水称为潜水。潜水一般分布在地下浅部第四纪松散沉积层的孔隙和出露地表的岩石裂隙中。潜水主要由大气降水和地表水补给。潜水不承受压力,只能在重力作用下由高处往低处流动。但潜水进入井
3、下,也可能形成水患。4承压水 处于两个隔水层中间的地下水,称为承压水(或称自流水)。承压水具有压力,能自喷。自流井和喷泉都是承压水形成的。煤矿地层中,石灰岩裂隙及溶洞中的水为承压水,它具有很大的压力和水量,对煤矿生产威胁极大。5老空积水 已经采掘过的采空区和废弃的旧巷道或溶洞,由于长期停止排水而积存的地下水,称为老空积水。老空积水往往带有酸臭味。因此,在井下遇到酸臭味涌水时,要警惕老空积水的危害。6断层水 处于断层带(岩石错动形成)中的水,称为断层水。有的规模较大的断裂破碎带本身可以含水,而断层是沟通地表水与含水层之间发生水力联系的过水通道,所以断裂构造往往是矿井突然大量涌水的主要因素之一。并
4、不是所有断层都是导水的,有的断层破碎中带有充填物的粘土,这样的断层不但不导水,甚至还起着隔水的作用,着重要看具体情况而定。构造断裂带构造断裂带冒落裂隙带冒落裂隙带含水层的露头区含水层的露头区煤层底板岩层采动破坏带煤层底板岩层采动破坏带封闭不良钻孔封闭不良钻孔导水陷落柱和地表塌陷导水陷落柱和地表塌陷 1煤矿的井筒 地表水直接流入井筒,造成淹井事故。地下水穿透井巷壁进入井下,也能给煤矿建设和生产造成重大灾害。2构造断裂带 断裂构造是加大岩层导水性能的重要因素,特别是断层密集的地段,岩层支离破碎,失去隔离水性能,成为地下水赋存的场所和运移的通道。当井下采掘工程揭露或接近这些地带时,地下水就会进入井巷
5、,严重的可造成突水淹井事故。3冒落裂隙带 煤层开采后,其上方的裂隙有时可与含水层或地表水沟通,造成矿井突水;当覆盖层厚度较小时,采空区上方形成裂缝与地面相通,如果不及时处理,雨季洪水就会沿裂缝涌入井下。4含水层的露头区 含水层在地表的露头区,起着沟通地表水和地下水的作用,成为含水层充水的咽喉与通道。含水层出露的面积越大,接受大气降水补给量就越多。5煤层底板岩层突破 地下水水头压力很大的地段,在矿山压力的作用下,承压水可突破煤层底板隔水层而涌入矿井,使矿井涌水量突然增大,有时可导致淹井事故。6封闭不良钻孔 在煤田勘探和生产建设中,井田内要打许多钻孔,虽然钻孔的深度不同,但有部分钻孔会打穿含水层,
6、于是钻孔就成为沟通含水层及地表水的人为通道。7导水陷落柱和地表塌陷 有些陷落柱胶结程度极差,柱体周围岩石破碎,并伴生有较多的小断裂,这就可能成为沟通地表水或地下水的良好通道,当采掘工作面揭露或接近这些导水陷落柱时,就会造成井下涌水或突水事故。矿井水害事故的原因是一个极为复杂的课题,它涉及煤田形成的地质历史环境,以及后期的地质构造、地质作用的改造,出现了各煤田含水的巨大差异。即使条件近似的煤田,也因设计、技术、管理、素质差异而导致矿井水害的原因不同。(一)地面防洪、防水措施不当。防洪设施失效,或地面塌陷、裂隙未处理,使地面洪水由井筒、塌陷、裂隙进入井下造成水害;(二)水文地质情况不清。井巷接近充
7、水断层、强含水层、岩溶陷落柱、富水溶岩、老空积水区,以及打开隔水煤柱时,未按探放水规定执行,盲目施工;或虽然进行探放水,但因措施不严密,而造成淹井或人身事故;(三)井巷位置不合理。设计中误将井巷置于地质条件差或过分接近强含水层,导致顶、底板透水;(四)施工措施不力,工程质量低劣,至使井巷塌落冒顶、跑砂、透水。也有工程钻孔封闭不良导致透水的;(五)乱采乱掘破坏防水煤柱造成透水;(六)测量错误导致巷道进入老空积水区而透水;(七)防水闸门未按设计修建,或修建时质量低劣不能防水,或年久失修,当井下出现水情时无法防水而导致淹井;(八)排水设备能力不足,或机电事故而造成淹井;(九)排水设施平时缺少维护,如
8、水仓、水管不按时清理,突水时失效而导致淹井;(十)认识不足,投入不充分。(十一)对“有疑必探,先探后掘”的原则能理解,但执行中打折扣,心存侥幸。1煤层发潮发暗。干燥、光亮的煤,由于水的渗入而变得潮湿暗淡。若挖去表面还是这样,说明附近有积水。2巷道壁或煤壁“挂汗”。这是由于压力水渗过煤、岩微小裂隙后,凝聚于煤层和岩石表面形成的。3空气变冷。空气及煤、岩中含湿量增加时,热导率增大,气温降低,煤壁变凉,人进入后感觉阴凉,且时间越长越明显。4出现雾汽。含水煤、岩层温度较低,当温度较高的风流经过时,便产生冷热交换现象,使巷道中湿度增加,出现雾汽。5顶板来压,淋水加大。受积水区静水压力和矿山压力的影响所至
9、,尤其是接近断层积水区时更为明显。6出现压力水线。高压积水通过煤、岩缝隙向外涌出时的摩擦声,这是距水源很近的征兆。若涌水清净,表明距水源稍远,若涌水混浊,表明已迫近水源。这是透水的危险征兆,应立即发出警报,撤出所有受水威胁地点的人员。7工作面有害气体增加。一般积水区都存在有害气体,这些有害气体主要是CH4、C02、H2S。8煤壁“挂红”,水的酸度大,水味发涩。这是由于积水时间久,水中溶解多种杂质,水中含有铁的氧化物所致。这是老空水的主要特点。9、顶板来压、底板鼓起。(发生底板鼓起有两种原因,一是受承压含水层或积水区静水压力和矿山压力共同作用的结果,这是突水预兆;二是受矿山压力单方面的作用而产生
10、底鼓,这种情况一般不突水。)1冲积层水。松散的冲积层中贮有大量的水,在浅部掘进井筒,或煤层回采后顶板冒落塌陷裂隙与冲积层沟通时,常常会遇到冲积层水。冲积层水一般具有开始涌水量较小,夹带泥砂,水色发黄,以后水量急剧增大的特点。冲积层水一般不至于构成对人体的伤害。2小窑、老空水一般积存时间长,水量补给差,属于“死水”,所以有“挂红”、酸度大、水味发涩的特点。小窑、老空水多以静贮量为主,犹如地下水库,一旦突水,来势凶猛,涌水量大,破坏性强。但涌水持续时间短,易疏干。老空水酸度大,不能饮用,而且对井下轨道、金属支架、钢丝绳等金属设备有腐蚀作用。老空水透出一般伴有有害气体的涌出。4岩溶水。由于岩溶长期受
11、水侵蚀,水多为灰色,带有臭味,有时也有“挂红”现象。当采掘巷道与其接近时,可出现顶板来压、柱窝和裂缝渗水现象。当岩溶范围较小,与其他水源没有联系时,属于“死水”,透水时虽然来势猛,破坏性强,但持续时间短,易于疏干。5大气降水。大气降水是地下水的主要补给来源,它首先渗入地下各含水层,然后再涌入矿井。因此,由于大气降水造成矿井的涌水具有明显的季节变化,最大涌水量都出现在雨季,且涌水高峰滞后降雨高峰一定时间。大气降水对矿井涌水的影响,取决于降水量的大小和含水层接受大气降水的条件。(国家安全生产监督管理总局令第28号)煤矿防治水规定已经2009年8月17日国家安全生产监督管理总局局长办公会议审议通过,
12、现予公布,自2009年12月1日起施行。共142条。1984年5月15日原煤炭工业部颁发的矿井水文地质规程(试行)和1986年9月9日原煤炭工业部颁发的煤矿防治水工作条例(试行)同时废止。第三条第三条 防治水工作应当坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采的原则,采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施。“预测预报”是水害防治的基础,要在查清矿井水文地质条件的基础上,对矿井生产区域的地质构造情况、水害类型等进行分析,提出预防处理水害的措施。“有疑必探”、“先探后掘”是水害防治的关键,在“预测预报”工作的基础上,分析可能构成水害威胁的区域,采用钻探、物探、化探等综合技术手段查明水害隐患,提出水文地
13、质分析报告,确保井下采掘安全。“先治后采”是水害防治的最终目标,对排查的水害隐患,必须先治理后开采。在矿井受水害威胁的区域,进行巷道掘进前,应当采用钻探、物探和化探等方法查清水文地质条件。地测机构应当提出水文地质情况分析报告,并提出水害防范措施,经矿井总工程师组织生产、安监和地测等有关单位审查批准后,方可进行施工。违反本条规定给予警告,并处1万元以上3万元以下的罚款;对企业负责人处1万元以下的罚款。第九十一条第九十一条矿井工作面采煤前,应当采用物探、钻探、巷探和化探等方法查清工作面内断层、陷落柱和含水层(体)富水性等情况。地测机构应当提出专门水文地质情况报告,经矿井总工程师组织生产、安监和地测
14、等有关单位审查批准后,方可进行回采。发现断层、裂隙和陷落柱等构造充水的,应当采取注浆加固或者留设防隔水煤(岩)柱等安全措施。否则,不得回采。第九十二条第九十二条 采掘工作面遇有下列情况之一的,应当进行探放水:(一)接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿;(二)接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱;(三)打开防隔水煤(岩)柱进行放水前;(四)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;(五)接近有出水可能的钻孔;(六)接近水文地质条件复杂的区域;(七)采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤(岩)柱厚度不清楚可能发生突水;(八)接近有积水
15、的灌浆区;(九)接近其他可能突水的地区。探水前,应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。第二百八十五条修改为:“矿井应当做好充水条件分析预报和水害评价预报工作,加强探放水工作。“探放水应当使用专用钻机、由专业人员和专职队伍进行设计、施工,并采取防止瓦斯和其他有害气体危害等安全措施。探放水结束后,应当提交探放水总结报告存档备查。严禁使用煤电钻等非专用探放水设备进行探放水。探放水工应当按照有关规定经培训合格后持证上岗。未配备“三专”,煤矿企业违反本规定第五条第一款规定的,给予警告,并处2万元以下的罚款。水文条件复杂未设防治水机构,仍然进行生产的,责令停产整顿,处50万元以上100万元以下的罚款;对
16、煤矿企业负责人处3万元以上5万元以下的罚款。未使用专用探水钻的,责令停产整顿,处10万元以上50万元以下的罚款;对企业负责人处1万元以上3万元以下的罚款。“探水孔的布置和超前距离,应当根据水压大小、煤(岩)层厚度和硬度以及安全措施等,在探放水设计中作出具体规定。探放老空积水最小超前水平钻距不得小于30m,止水套管长度不得小于10m。”增加一款,作为本条第四款:“在地面无法查明矿井全部水文地质条件和充水因素时,应当采用井下钻探方法,按照有掘必探的原则开展探放水工作,并确保探放水的效果。”工程上谈到压力的单位“公斤”,是指公斤/平方厘米,约等于1个大气压,1兆帕就约等于10个大气压,也就10公斤。
17、1Pa=1牛顿/每平米,1公斤压力=1千克*9.8牛顿/每平米。粗算时常按1公斤力=10N 则:1MPa=每10公斤/平方厘米=10大气压 因为1标准大气压是76cm汞柱,等于10.3m水柱。760毫米汞柱=10米水柱=1大气压 第九十六条第九十六条 在安装钻机进行探水前,应当符合下列规定:(一)加强钻孔附近的巷道支护,并在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板;(二)清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,配备与探放水量相适应的排水设备;(三)在打钻地点或其附近安设专用电话;(四)依据设计,确定主要探水孔位置时,由测量人员进行标定。负责探放水工作的人员亲临现场,共同确定钻孔的方位、倾角、深度
18、和钻孔数量;(五)在预计水压大于0.1 MPa的地点探水时,预先固结套管。套管口安装闸阀,套管深度在探放水设计中规定。预先开掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个作业人员了解和掌握;(六)钻孔内水压大于1.5 MPa时,采用反压和有防喷装置的方法钻进,并制定防止孔口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。1)积水线积水区域范围线;水位标高,积水量;2)警戒线积水线外60m,红色,超前探水,边探边掘;3)探水线根据积水位置、积水量、地质、水文地质、采空区和巷道受矿压力等影响。探水线规定:对于老窑、采空区、峒室等积水清楚,P1Mpa,岩层不小于20m,煤层不小于30m;积水区位置边界不清楚
19、,最小不小于60m;小窑、断层等,不小于60m;石门揭含水层不小于20m。探水钻孔的主要参数图扇形探水钻孔图半扇形探水钻孔图水压水压/MPa钻孔超前钻距钻孔超前钻距/m止水套管长止水套管长/m1.01051.02.015102.03.020153.02520 三个钻孔结构相同见图2,设计钻窝前煤柱20m,下110 mm的套管10m,前方钻孔56mm。套管外端接4吋阀门,再接孔口密封装置(防喷装置)以保证有控制放水。放水钻孔堵孔严重,达不到放水效果时,需要在原套管内下第二层73mm套管,套管长22 m,一直下至采空区内,如图3所示。图2 钻孔结构及孔口装置示意图 图3 双套管结构示意图“煤矿企业
20、、矿井应当对矿井水文地质类型进行划分,定期收集、调查和核对相邻煤矿和废弃的老窑情况,并在井上、下工程对照图和矿井充水性图上标出其井田位置、开采范围、开采年限、积水情况。矿井应当建立水文地质观测系统,加强水文地质动态观测和水害预测分析工作。”1)收集地面气象、降水量与河流水文资料(流速、流量、水位、枯水期、洪水期);查明地表水体的分布、水量和补给、排泄条件;查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。2)通过探水钻孔和水文地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律,分析水质等。3)观测矿井涌水量及季节性变化规律等。“水文地质条件复杂、极复杂矿井应当每月至少开展1次水害隐患排查及治理
21、活动,其他矿井应当每季度至少开展1次水害隐患排查及治理活动。”发现矿井有透水征兆时,应当立即停止受水害威胁区域内的采掘作业,撤出作业人员到安全地点,采取有效安全措施,分析查找透水原因。煤矿企业违反本规定,责令停产整顿,处150万元以上200万元以下的罚款;对煤矿企业负责人处12万元以上15万元以下的罚款。被水堵在采掘工作面时应做到以下几点:1、在巷道内或硐室口做上标志。2、保持静卧,减少体力消耗。3、硐室内留一盏灯照明,延长照明时间。4、简短地敲击,发出呼救信号。5、要听从指挥,团结一致,等待救援。查明矿井水源和可能涌水的通道,为防治水提供依据。为此必须:1)掌握冲击层的厚度和组成,各分层的透
22、水、含水性;2)掌握断层和裂隙的位置,错动距离,延伸长度,破碎带范围及其含水和导水性能;3)掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性,各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离,勘探钻孔的填实状况及其透水性能;4)调查老窑和现采小窑的开采范围,开采经过,开采煤层及深度,积水区域及分布状况,勘探钻孔的封堵情况;5)开采过程中围岩破坏及地表塌陷情况,观测塌陷带、裂隙带,沉降带的高度,以及采动对涌水量的影响,判断是否透水等情况。第二百六十一条修改为:“每次降大到暴雨时和降雨后,应当有专业人员分工观测井上积水情况、洪水情况、井下涌水量等有关水文变化情况以及矿区附近地面有无裂缝、老
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