煤矿水灾治理.doc
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1、*职业技术学院矿业系专科学生毕业设计*职业技术学院煤矿水灾治理作 者 院 系 矿业工程系 专 业 年 级 2011级 学 号 指导教师 答辩日期 成 绩 摘 要矿井水灾与矿井火灾、矿井瓦斯、矿井火灾、矿井瓦斯和矿井顶板并称为煤矿五大灾害。在煤矿生产中,透水是仅次于煤矿瓦斯突出的严重事故。煤矿在建设和生产过程中,常受到水的危害,一旦发生水灾,不仅会影响矿井的正常生产,给管理带来困难,有时还会造成人员伤亡和淹井事故,导致矿井停产和严重的经济损失,危害十分严重。据统计,目前受水害威胁的矿井约占国有重点煤矿矿井总数的48%以上,矿井水灾,是煤矿常见的主要灾害之一。我国是世界上主要产煤国,是受水害危害最
2、为严重的国家之一。所以做好矿井防水工作,是我国保证矿井安全生产的重要内容之一。本文通过对矿井水灾事故的诱发原因、水灾事故的影响、分类以及防治措施的分析,为煤矿持续、安全生产提供一定的理论依据。【关键词】矿井水灾,危害,防治措施1目 录1 矿井水灾的危害和分类11.1 矿井水灾的危害11.2 矿井水灾的分类12 影响矿井水灾发生的因素33 矿井水灾发生的条件44 透水的预兆和不同类型水源的透水特点64.1 透水的预兆64.2 不同类型水源的透水特点65 矿井水灾的防治85.1 地面防水85.2 井下防水96 矿井水灾对策126.1 重视矿井防治126.2 建立完善的观测系统126.3 做好预报工
3、作126.4 合理使用人才127 矿井水灾防治措施148 矿井水灾事故的处理158.1 水灾事故的处理计划158.2 水灾事故的避灾路线169 山西王家岭煤矿透水事故分析179.1 山西王家岭煤矿概况179.2 山西王家岭煤矿透水事故原因189.3 事故援救措施199.4 水事故所暴露的一些问题229.5 事故总结23结 论25参考文献261 矿井水灾的危害和分类矿井在建设和生产过程中,地面水和地下水通过各种通道涌入矿井,当矿井涌水超过正常排水能力时,就造成矿井水灾。矿井水灾(通常称为透水),是煤矿常见的主要灾害之一。一旦发生透水,不但影响矿井正常生产,而且有时还会造成人员伤亡,淹没矿井和采区
4、,危害十分严重。所以做好矿井防水工作,是保证矿井安全生产的重要内容之一。1.1 矿井水灾的危害1.如果矿井排水系统不畅通,涌水任意流,巷道到处是泥水,必然恶化并井下作业环境,不利于文明生产。2.巷道和采掘工作面出现淋水时,使空气温度增大,恶化了劳动条件,影响劳动生产率和职工身体健康。3.矿井水对各种金属设备、支架、轨道等,均有腐蚀作用,缩短生产设备的使用寿命。4.由于矿井水的存在,生产过程中必须安设专门的管路、水泵等设备进行排水,增加了原煤成本,也给煤炭企业管理工作增加一定的难度。5.当发生突然涌水或其水量超过排水能力时,轻则造成局部停产,重则可能造成淹井,使国家财产受到损失并危及井下作业人员
5、的生命安全。6.影响煤炭资源的回收和煤炭质量。由于矿井受到水的威胁,有时就需要留设保安防水煤柱,这必然会影响煤炭资源的充分利用,有的甚至难以开采。1.2 矿井水灾的分类地面水和地下水通过各种通道涌入矿井,当涌入矿井的水量超过矿井最大排水能力时,就会造成矿井水灾。矿井水灾按照其水源类别可分为以下几类:1.地表水水灾矿井附近有江河、湖泊、池塘、水库、沟渠等积水,以及季节性雨水时,当水位暴涨,超过矿井井口标高而涌入井下,或由裂隙、断层或塌陷区渗入井下造成水灾,这种水源叫地表水。受这种水危害的情况,一般有以下几种:一是位于低洼地带的矿井,由地表水冲破矿井周围围堤而流入井口,或由于歼石山、炉灰等堆积位置
6、选择不当,被洪水或雨水长年冲刷到附近的江河当中,使河床增高或造成河水超过堤或拦洪坝直接进入井口。这种地表水来势凶猛,而且伴随许多泥沙、砾石。如防备不当,常造成淹井事故;二是地表水与松软的沙砾岩层相通,当井筒掘进穿透冲积层含水层时,地表水将顺着砂砾岩层的裂隙涌入井下造成淹井;三是地表水与煤层顶底板的含水层相连通或由断层沟通,地表水通过含水层或断层进入井巷,致使发生水灾事故。2.孔隙水水灾当煤层被松散含水的流砂层、砂层、砂砾层、卵石层、粘土砂层所覆盖,在开采第一水平时,煤岩柱留设不够,往往是冒裂带直接进入松散层,或是松散层底部存在富水含水层,开采前水文地质条件不清,没有按含水层下回采条件留设煤柱,
7、回采后水、砂或泥溃入井下;超限出煤,破坏煤岩柱或在煤岩柱中开拓巷道、硐室,破坏了隔水煤岩柱的完整性,年久渗水,冒落坍塌,使冲积层水或流砂、泥流溃入井下,淤塞巷道甚至造成淹井。3.裂隙水水灾水源为砂岩、砾岩等裂隙含水层的水。这些煤层顶部常有厚层砂岩和砾岩,其中裂隙发育,如与上覆第四纪冲积层和下伏奥陶系含水层有水力联系时,可导致严重水灾事故以及建井时期发生淹井事故。若砂岩层缺乏补给水源时,则涌水很快很快变小甚至疏干。262 影响矿井水灾发生的因素煤矿水灾的诱发原因多种多样,发生水灾时往往并不是由单一的原因引发的事故,而是由多种原因共同作用而引发的。因此,全面细致地了解矿井水灾发生的影响因素,对矿井
8、水灾的防止有非常重要的作用。矿井水灾发生的影响因素可简单的分为以下几条:1.地面防洪、防水措施不当,或因对防洪设施管理不善,暴雨山洪冲毁防洪工程,使地面水涌入井下,造成灾害;2.水文地质条件不清,井巷接近老窑区、充水断层、强含水层、陷落柱时,不事先探放水,盲目施工;或探放水,但措施不当,而造成淹井或伤亡事故;3.井巷位置不合理,如布置在不良地质条件中或接近强含水层附近,施工后在矿山压力与水压力共同作用下,发生顶板或底板突水;4.乱采、乱掘,破坏了防水煤柱,岩柱造成突水;5.工程质量低劣,井巷严重塌落冒顶,造成顶板塌落,沟通强含水层突水;6.管理不善,井下无防水闸门或虽有闸门但未及时关闭,矿井突
9、水时不能起堵截水作用;7.矿井排水能力不足或排水设备平时维护不当,水仓不按时清挖,突水时排水设备失效而淹井;8.测量错误,导致巷道揭露积水区或含水断层突水而淹井;9.忽视安全生产方针,思想麻痹大意,丧失警惕,没有严格执行探放水制度、违章作业等。3 矿井水灾发生的条件矿井周围的充水水源只是构成矿井涌水的一种潜在威胁,开采时能否进入井巷,取决于是否存在充水通道。只有充水水源通过充水通道,才能形成矿井涌水。掌握哪种水源是通过哪一种类型的通道和具体渗透路线进入矿井构成矿井涌水,可以为矿井水治理提供依据。一般来说,水源与煤矿井下工作场所的通道多种多样,常见的矿井涌水通道有构造断裂带、接触带、导水陷落柱、
10、采矿活动造成的裂隙等。1.构造断裂带与接触带矿区含煤地层中存有数量不等的断裂构造,它不仅使断裂附近岩石破碎、位移,也使地层失去完整性,从而成为各种充水水源涌入矿井的通道。地层的假整合或不整合的接触带,由于空隙发育,当它与水源靠近时,也可能成为地下水进入矿井的通道。无论是构造断裂带,还是接触带,它们都是地层中破碎而变弱的地带,对于矿井充水具有非常重要的意义。2.导水陷落柱岩溶陷落柱是指埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体,在地下水溶蚀作用下形成巨大的岩溶空洞。空洞顶部岩层,当其失去对上覆岩体支撑能力时,上覆岩体在重力作用下向下垮落,充填于溶蚀空间中。因其剖面形态似一柱体,故称岩溶陷落柱。我国岩溶陷落
11、柱多发育于北方石炭二叠系煤田,如山西太原、西山、霍汾、河北井陉、峰峰、开滦,江苏徐州,山东新汶,河南安阳、鹤壁、焦作等矿区,而南方矿区少见。3.采矿造成的裂隙通道埋藏在地下深处的煤层承受着上覆岩层的自重力,同时它自身也产生对抗力,两者处于平衡稳定状态。煤层开采后,采空区上方的岩层因下部被采空而失去平衡,相应地产生矿山压力,从而对采场产生破坏作用,必然引起顶部岩体的开裂、垮落和移动。塌落的岩块直到充满采空区为止,而上部岩层的移动常达到地表,根据采空区上方的岩层变形和破坏情况的不同,可划分为三带,三带之中的冒落带、裂隙带就是矿井充水的良好通道。4.封闭不良的钻孔勘探或生产建设时期,井田内施工许多钻
12、孔,均可揭穿煤层和各含水层,构成沟通含水层的人为通道。按规程要求,钻孔施工完毕后必须用水泥封孔,其目的一方面保护煤层免遭氧化,另一方面为了防止地表与地下各种水体的直接渗透。钻孔封闭不良或没有封闭情况下,当开采接近或揭露进,造成涌水乃至突水。此类突水以突水点接近旧钻孔,采场地层完整无构造破坏,水压力大而无大水量等为特征,易与其他突水相区别。若与其他水源沟通时,亦可造成来水猛、压力大的突水事故。4 透水的预兆和不同类型水源的透水特点4.1 透水的预兆采掘工作面发生透水钱前,一般都有预兆。这是从多次透水事故教训中得出的正确结论。因此,当发现采掘工作面有透水预兆时,必须停止工作,采取有效措施,防止透水
13、事故的发生。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. 出现雾气。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,出现雾气。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致,尤其是接近断层积水区是更为明显。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
14、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、CO2、H2S。8. 煤壁“挂红”,水的酸度大,水味发涩。这是由于积水时间久,水中溶解多种杂志,水中含有铁的氧化物所致。这是老空水的主要特点。4.2 不同类型水源的透水特点1. 冲积层水。松散的冲积层中储有大量的水,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,夹带泥沙,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
15、人体的伤害。2. 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。老空水多以静储量为主,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。3. 断层水。由于断层附近岩石破碎,当采掘工作面与其接近时,常常出现工作面来压,淋水增加,有时还可以在岩缝中见到淤泥。由于断层及破碎带中积存大量水,且断层沟通各含水层成为通道,因此,断层水多属于“活水”,不给充分,一旦突水,来势凶猛,涌水量大,持续时间长,在不封堵水源的情况下不易
16、疏干。断层水混浊,多为黄色,很少“挂红”,水无涩味。4. 岩溶水。由于岩溶长期受水侵蚀,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”,透水时虽然来势凶猛,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收大气降水的条件。5 矿井水灾的防治矿井防治水的目的就
17、是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。为此,煤矿安全规程第251条规定:“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,并组织实施。”矿井防治水的方针是:坚持预防为主、防治结合。为了防止治水工程零打碎敲,取不到良好效果,应在查明矿区和矿井水文地质条件基础上,按照当前与长远、局部与整体、地面防治与井下防治、防治与利用相结合的原则,根据不同的水文地质条件,分别采取防、疏、堵、截的方法予以防治。矿井水在在的防治主要从地面和井下
18、两方面进行。5.1 地面防水地面防水是指在表修筑各种防排水工程,防止或减少大气降水和地表水涌入工业广场或渗入井下,它是保证矿井安全生产的第一道防线,特别是以大气降水和地表水为主要充水水源的矿井尤为重要。地面防水的主要方法有以下几个方面:1. 河流改道矿区范围内有常年性河流流过且与矿井直接充水含水层接触,河水渗漏量大,是矿井的主要充水水源,会给生产带来影响。属该情况可在河流进入矿区的上游地段筑水坝,将原河流截断,用人工河道将河水引出矿区;2. 铺整河底矿区有季节性河流、冲沟、渠道,当水流沿河或沟底裂缝渗入井下时,则可在渗漏地段用黏土、料石、水泥修筑不透水的人工河床,制止或减少河水渗漏。如四川南桐
19、煤矿长兴岩出露地表且沟谷发育,通过铺整河底、修筑人工河床,雨季涌水量减少了3050;3. 填堵通道矿区范围内,因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷等,经查明是矿井进水通道时,应用黏土或水泥填堵,对较大的溶洞或塌陷裂缝,下部填碎石、上部盖以黏土分层夯实,且略高出地面,以防积水;4. 挖沟排(截)洪地处山麓或山前平原区的矿井,因山洪或潜水流入井下,构成水害隐患或增大矿井排水量,可在井田上方垂直来水方向沿地形等高线布置排洪沟、渠拦截洪水和浅层地下水,并通过安全地段引出矿区;5. 排除积水有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷,长年积水,且随开采面积增大,塌陷区范围越广,积水越多,此时可将积水排掉,造地复田,
20、消除稳患。5.2 井下防水井下水害来势凶猛,俗有“水老虎”之称。矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。在采掘过程中有可能掘透压力大又和固定水脉相沟通的含水层和水体,形成突然大量涌水。因此,应通过以下几个方面的措施,防止突水灾害的发生:1. 做好矿井水文观测与水文地质工作,查明水源水文地质工作是各项防治水工作的基础和依据。地下水源在没有揭露以前是看不见的。因此,应通过详细的勘测工作,掌握矿区水文地质资料,了解含水层及老空积水情况,查明地下水源。掌握古井、采空区的积水以及主要含水层、充水断层和裂隙的分布,从而定出矿井的积水线、探水线与警戒线。2. 井下探水井下探放水是防止水害的重要手
21、段之一,井下探水是指在井下采掘工作面用打超前钻孔的方法,对掘进与回采工作面顶板、底板、侧帮和前方端头的地质构造、含水层及废弃坑道积水的具体位置、产状和突水的可能性等做事先探查工作。“有疑必探,先探后掘”是采掘工作必须遵循的原则,也是防止井下水害事故发生的重要方法。凡遇到下面情况都必须停止掘进,进行探水:掘进工作面接近溶洞、含水层(流砂层、冲积层、各种承压水的含水层、含水断层或与地面大量积水区相通的断层);掘进工作面接近被淹井巷或有积水的小窑、老空;上层积水,在下层进行采掘工作,两层间垂直距离小于采煤工作面采高的40倍或小于掘进巷道高度的10倍;在边探边掘区内掘进时,掘进长度达到允许掘进长度;采
22、掘工作面发现出水征兆;当采掘工作面接近各类防水煤柱时;接近可能同河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时;接近有水或稀泥的灌浆区时;接近其他可能出水地区时。探水前应注意如下问题:加强靠近探水工作面的支护,以预防高压水冲垮煤壁及支架;检查排水系统,应根据预计出水量确定是否加大排水能力,清理水沟、水仓使其畅通和起缓冲作用;水压较大时,探水孔要设套管,以便安装水阀控制放水量,特别危险的地区还要选择坚固地点,砌筑水闸墙;深水工作地点要安设电话,以便能及时与调度室和中央泵房联系。放水(疏干)、疏放老空水,有下列几种方法:直接放水:当水压不大,不致超过矿井排水能力时,可利用探水钻孔直接放水。先堵
23、后放:当老空水与溶洞水或其他巨大水源有关系,动水储量很大,一时排不完或不可能排完的情况下,应先堵住出水点,然后排放积水。3. 注浆堵水注浆堵水就是将预先配置好的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中,使其扩散、凝固和硬化,使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性而达到封堵截断补给水源和加固地层的目的,是矿井防止水害的重要手段之一。当多个钻孔注浆形成隔水帷幕带时,称帷幕注浆。注浆堵水适用条件:当涌水水源与强大水源有密切联系,单纯采用排水的方法不可能或不经济时;当井巷必须穿过一个或若干个含水丰富的含水层或充水断层,如果不堵住水源将给矿井建设带来很大的危害,甚至不可能掘进时;当井巷或工作面严重淋水时,为了
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