1 1 3矿井水灾发生的条件 图1 4煤矿常见的水源 2 1 3矿井水灾发生的条件 2 矿井涌水通道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 采矿活动造成的裂隙 封闭不良的导水钻孔和岩溶塌陷及 天窗 等 3 1 3矿井水灾发生的条件 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 4 1 3矿井水灾发生的条件 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 5 1 3矿井水灾发生的条件 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 6 1 3矿井水灾发生的条件 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 5 岩溶塌陷及天窗 7 1 4影响涌水量大小的因素 影响矿井涌水量大小的因素主要有以下三个方面 1 充水岩层的出露条件和接受补给条件 2 矿井的边界条件矿井边界条件由侧向边界和顶底板条件两部分组成 它对矿井地下水的补给水量起着控制作用 3 地质构造条件 8 1 充水岩层的出露条件和接受补给条件充水岩层的出露条件 直接影响矿区动力补给的大小 充水岩层的出露条件包括它的出露面积和出露的地形条件 前者指接受外界补给水量的范围 显然 出露面积愈大 则吸收降水和地表水的渗入量就愈多 反之则少 后者指出露的位置 地形的坡度及形态等 它关系到补给水源的类型和补给渗入条件 如分布在地形较陡的分水岭地段 它只能接受降水入渗补给 且地形陡 降水大部呈地表径流流失 分布于低洼处 它不仅能接受降水的补给 而且也能得到地表迳流汇入洼地的补给 故在同等出露面积的情况下 后者获得补给水量比前者多 若直接位于河床下 则大量吸收地表水 对矿井充水程度影响更大 1 4影响涌水量大小的因素 9 2 矿井的边界条件矿井边界条件由侧向边界和顶底板条件两部分组成 它对矿井地下水的补给水量起着控制作用 1 矿井的侧向边界条件侧向边界指矿井内煤层或含水层与其周围的岩体 岩层 地表水体等接触的界面 称侧向边界 按边界的过水能力来分 有供水边界 隔水边界和弱透水边界等三种 1 4影响涌水量大小的因素 10 一个矿井的周边大多是由不同边界组合而成 故它们的形状 范围 水量的出入直接控制了矿井的涌水量 若矿井的直接充水含水层的四周均为强透水边界 富水断层 地表水 强含水层 在开采条件下 区域地下水或地表水可通过边界大量流入矿井 供水边界分布范围越大 涌入的水量愈多 愈稳定 如周边由隔水边界组成 则区域地下水与矿井失去水力联系 开采时涌水量则较小 即使初期涌水量较大 也会很快变水 甚至干涸 1 4影响涌水量大小的因素 11 2 煤层顶底板的隔水或透水条件煤层及其直接顶底板的隔水或透水条件 是影响矿床充水强度关键因素之一 最理想的条件是煤层直接顶底板均是可靠的隔水层组成的剖面边界 即无外部水源补给 矿井涌水量小 甚至干燥无水 这种情况不多见 常见的有如下三种组合方式 底板为稳琮隔水层 煤层或直接充水含水层仅能从大气降水或地表水通过盖层或 天窗 补给 此时水量依赖于降水入渗量及地表水 天窗 补给量 顶板为隔水层 底板弱透水层时 矿井涌水量仅取决于下部水层的越流量 顶底板均无隔水层存在时 则降水入渗量及侧向边界补给量等均会成为矿井涌水量 1 4影响涌水量大小的因素 12 3 地质构造条件构造的类型 褶皱或断裂 和规模 对矿井充水强度亦起着控制作用 褶皱构造往往构成承压水盆地或斜地储水构造 构造的类型不同 则充水含水层的分布面积 空间位置 补径排条件亦有差别 从而矿井充水强度也不一样 大型储水构造往往构成一个独立的水文地质单元 不仅充水含水层厚度大 而且分布广 接受降水或其他水源的水量就多 反映其排泄量大 矿区总排水量也大 矿井突水量大 反之 相对较简单 1 4影响涌水量大小的因素 13 例子 焦作矿区 处于太行山南麓 背斜的一翼 为一承压水斜地储水构造 奥陶系间接充水含水层厚为400m 600m 岩溶发育 分布面积1592km2 裸露面积10732km2 矿区内断裂发育 使奥灰岩溶水与大煤下伏部分薄层灰岩有水力联系 资料表明 矿区奥灰水储存量为39 84亿m3 动储量为7 682m3 s 12m3 s 矿井最大突水量为320m3 min 同一构造中分布的矿井 由于所处部位不同 涌水量也各异 如同一承压水盆地储水构造 处在盆地边缘的矿井涌水量通常较深部矿井的涌水量大 而处在裂隙和岩溶不发育地段的矿井 则涌水甚微 1 4影响涌水量大小的因素 14 总结过去发生的矿井水灾 主要原因可归结如下几个方面 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 1 5造成矿井水灾的原因 15 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 总之 只要摸清水害发生原因 采取措施 加强管理 提高防治水工作水平 贯彻以防为主 疏堵结合 综合治理的方针 淹井事故是可以避免的 1 5造成矿井水灾的原因 16 2 1地面水防治技术2 2井下防治水技术2 3矿井排水 2矿井水防治技术 17 矿井防治水的目的就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 2矿井水防治技术 18 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 1 地面防水方法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 1地面水防治技术 19 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30 50 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 2 1地面水防治技术 20 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 消除稳患 2 1地面水防治技术 21 2 地面防水工程资料准备 煤矿安全规程 第254条规定 煤矿企业必须查清矿区及其附近地面水流系统的汇水 渗漏情况 疏水能力和有关水利工程情况 掌握当地历年降水量和最高洪水位资料 建立疏水 防水和排水系统 规程指出了进行地面防水工程设计时必需具备的资料 其目的是使防治水工程设计更切合实际 工程真正起到应有作用 2 1地面水防治技术 22 3 防止地面水侵入措施另外 为防止地面水侵入井口 工业场地和矿井 煤矿安全规程 中制定了专门的安全措施 1 井口和工业场地建筑物防泄洪井口 包括风井 及主要建筑物 配电所 绞车房 的高程必须高于当地历年最高洪水位 低于者必须加高于洪水位之上或修筑堤坝防洪 位于山区时还必须避开可能发生泥石流 滑坡的地段 坡面汇水地区应修建防洪堤坝或截水沟 内涝区和洪水季节有河水倒流现象的矿区与工业场地 应在泄洪总沟的出口处建立水闸 设置排洪站 以备河水倒灌时落闸 向外排水 严禁将矸石 炉灰 垃圾等杂物弃于山洪 河流能冲刷地段 以免淤塞河床 沟渠造成洪水泛滥 2 1地面水防治技术 23 2 露头带截洪防渗留够并严禁开采煤层露头防水煤柱 以减少大气降水或地表水沿煤层露头带渗入矿井 在露头带以外 垂直来水方向修筑拦洪沟拦截洪水 并根据地形条件将水引出防护区 3 经过塌陷区或透水岩层的河流 沟渠的处理漏水渠道 河床应及时堵漏 位于塌陷区的 则在塌陷稳定后的地段 采用整铺河底的方法防漏 河底与导水裂隙带相通的河流 整铺河底无效时 可根据地形 地质 水文地质情况因地制宜 将河床局部改道 2 1地面水防治技术 24 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 2 2 1做好矿井水文观测与水文地质工作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