矿井水害

 新闻动态     |      2019-12-08 19:14

矿井水灾事故预防、应急处置和自救互救

第一节 概 述

一、矿井水灾的概念

矿井水:凡是在矿井开拓、采掘过程中,渗入、滴入、淋入、涌入和溃入井巷或工作面的任何水源的水,统称为矿井水。

矿井水灾: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,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。

矿井水害: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的矿井水,都称为矿井水害。

二、矿井涌水的水源

矿井涌水的水源分为地面水源和地下水源。

采矿过程中,一方面揭露破坏了含水层、隔水层和导水断层,另一方面引起围岩岩层移动和地表塌陷,从而产生地下水或地表水向井筒或巷道涌水的现象,称为矿井涌水。水进入矿井的方式有:渗入、滴入、淋入、流入、涌入等,严重者称为溃入。矿井涌水补给的来源,称为涌水水源。

地面水源(包括大气降水和地表水)

1、大气降水

大气降水(主要形式是降雨和降雪)是矿井充水的经常性补给水源之一。在开采埋藏深度较小的煤层时,若煤矿区地形较低洼,大气降水往往是矿井水的主要来源。尤其是洪水季节,大气降水严重威胁矿井的安全。大气降水的渗人量,与煤矿区的气候、地形、岩石性质、地质构造等因素有关。

当大气降水成为矿井涌水水源时,有以下规律:

矿井涌水程度与矿区降雨量的大小、强度、延续时间有密切关系,降雨量大或长时间降雨,矿井涌水量就大。

矿井涌水量具明显的季节性变化,但涌水量的高峰往往比雨季滞后。

随开采深度的增加,大气降水对矿井涌水量的影响减小。

大气降水可以通过含水层露头的各种裂隙补给含水层,然后再由含水层进入矿井;也可以通过地表塌陷坑的裂隙进入矿井;或者直接由井口流人矿井。

2.地表水

地表水是指位于地球表面的河流、湖泊、沼泽、池塘、洼地和水库等积聚的水体。

开采位于河流、湖泊、沼泽和水库等水体影响范围内的煤层时,在适当条件下这些地表水便会进人坑道,成为矿井涌水的水源。地表多数季节性河流,虽然旱季时地表断流,但冲积层中地下径流仍然存在,仍能起到补给地下水的作用。

地表水能否进入地下,主要取决于巷道距水体的远近、巷道与水体之间有无隔水层及其隔水性能、巷道与水体之间有无导水构造,其次取决于开采方法。

地表水进入井下有多种途径。

地表水通过第四纪松散砂、砾层及基岩露头,先是渗入补给地下水,然后在一定条件下进入巷道。

地表水通过构造破碎带或枯井直接溃人地下。

洪水期,洪水通过地势低洼处的井口或冲破围堤直接灌入井下。

在水体下采煤时,煤层采动后,顶板岩层垮落并产生断裂,地表水可沿此导水断裂带进入井下。

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图2-1 地表水进入井下

a——通过第四纪松散砂砾层露头充水;b——通过构造破碎带或古井充水;

c——洪水灌入井下; d——沿导水断裂带进入井下

在地表水体附近采煤时,要测准地表积水区的位置及大小,准确地掌握开采煤层与地表水体之间的位置关系,弄清开采煤层与水体间隔水层的性质,认真研究开采可能造成的破坏,事先采取有效措施,留设足够的防水煤柱,以保证安全生产。

地下水源(主要包括含水层水、断层水、老空水)

1、含水层水

地下的砾岩层,流沙层和具有岩溶的石灰岩层,都含有大量积水,称为含水层。

煤层本身通常不含水,但邻近的围岩往往含水。当含水围岩有通道与采掘空间相连时就会成为矿井涌水水源。含水层水是矿井涌水最常见、最直接的水源。

成为矿井充水水源的含水层水可以是孔隙水、裂隙水和喀斯特水。在开采松散沉积物下的煤层时,常遇到孔隙水,此时不但有水流入矿井,而且还往往伴有流沙溃入。当采掘工作面揭露含裂隙水的围岩时,裂隙水就会流入工作面,虽然水量很小,但水压往往很大。裂隙水如果与其他水源无水力联系,多数情况下涌水量会越来越小,终至干涸;若与其他含水层发生水力联系,涌水量会越来越大,若不采取

措施,将威胁煤矿安全。喀斯特水的特点是水压高,水量大,来势猛,涌水量稳定,不易疏干,一旦成为矿井充水水源,对矿井的危害性极大。

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断层破碎带内的积水叫断层水,

断层及其附近的岩层均比较破碎,在这种破碎带内有时含水或与地表水、含水层沟通,掘进时,碰到这种情况容易造成突水事故。

3、老空水

已采掘的旧巷及空洞内,常有大量积水,称为老空水。

当采掘工作面接近或触及这些废弃的老空水时,积水就会成为矿井的涌水水源。老窑积水区通常是煤矿下部开采的重要充水水源。

老窑水进入矿井的特点如下:

在极短的时间内有大量的水涌入矿井,来势凶猛,具有极大的破坏性。

常为酸性水,具有腐蚀性,易损坏井下设备。

老窑水与其他水源无水力联系时容易疏干,若与其他水源发生水力联系,则可造成量大而稳定的涌水,危害较大。

总之,矿井涌水水源有多种。在具体的涌水事例中,常常是某一水源起主导作用,也可能是多种水源的共同作用。在分析矿井涌水水源时,要进行充分的调查研究,找出它们的主次关系。认真查清影响煤矿生产的水文条件,并采取积极有效的措施,是能够防止水害事故发生的。

三、矿井充水程度

矿井充水程度是指地下水涌入矿井内的水量的多少,用来反映矿井水文地质条件的复杂程度。生产矿井常用含水系数或者矿井涌水量2个指标来表示矿井的充水程度,基建矿井的充水程度常用矿井涌水量表示。

1、含水系数

含水系数又称富水系数,它是指生产矿井在某时期排出水量Q与同

一时期内煤炭产量P的比值。即矿井每采1t煤的同时,需从矿井内排出的水量。含水系数KB(m3/ t)的计算公式为:

KB = Q/P

根据含水系数的大小,将矿井充水程度划分为以下4 个等级:

充水性弱的矿井: KB <2 m3/t ;

充水性中等的矿井:KB = 2~5 m3/t;

充水性强的矿井: KB = 5~0 m3/t ;

充水性极强的矿井:KB >10 m3/t 。

  1. 矿井涌水量

矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量,用符号Q 表示,单位为

m3/d 、m3/h、m3/min。

根据涌水量大小,矿井可分为以下4个等级:

涌水量小的矿井:Q < 2 m3/min ;

涌水量中等的矿井:Q = 2~5 m3/min ;

涌水量大的矿井:Q = 5~15 m3/min ;

涌水量极大的矿井:Q > 15 m3/min。

  1. 矿井突水点突水量等级划分

矿井突水的突水量大小差异很大,对矿井的危害程度也不相同。

根据我国矿井突水情况,1984 年5 月,煤炭工业部对矿井突水点突水量做了等级划分。其等级标准是:

小突水点涌水量:Q≤1m3/min;

中等突水点涌水量:1 m3/min < Q ≤10 m3/min ;

大突水点涌水量:10 m3/min < Q≤30 m3/min;

特大突水点涌水量:Q > 30m3/min。

四、造成矿井水灾的原因

1、发生矿井水灾的2个基本条件

分析涌水事故可知,造成矿井水灾必须具备的2个基本条件,即存在涌水水源和涌水通道。涌水水源概念前面说过,主要是井天范围内的地面水和地下水;涌水通道就是水源流入矿井的通路,如井筒、塌陷坑、裂缝、钻孔和溶洞等。

2、造成矿井水灾的原因

总结过去发生的矿井水灾,往往是安全思想不牢,思想麻痹,从而情况

不明,预防

措施不当所致。其主要原因有:

地面防洪、防水措施不当或管理不善,地表水(多为雨季降水)大量灌人井下,造成水灾。

水文地质情况不清,井巷接近老空积水区、充水断层、陷落柱、强含水层以及打开隔离煤柱,未执行探放水制度,盲目施工,或者虽然进行了探水,但措施不当。

井巷位置设计不当。如将井巷置于不良地质条件中或过分接近强含水层等水源,导致施工后,因地压和水压共同作用而发生顶、底板透水。如此案例国内曾有发生,但为数不多。

井巷施工质量伪劣,致使矿井井巷严重塌落、冒顶、跑砂导致透水,或工程钻孔在固井止水前误穿巷道,导致顶板含水透水。

测量错误,导致巷道穿透积水区。

井下无防水闸门或虽有而管理、组织不当,造成透水时无作用而淹井

出现透水预兆未觉察或未被重视或处理不当造成透水。

排水设备能力不足或设备不完好。

排水设备平时维护不当。如水仓不按时清挖,储水能力不足而淹井。

其它原因。

五、矿井水灾的危害

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。

矿井水对各种金属设备、支架、轨道等,均有腐蚀作用,会缩短其使用寿命。

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,增加了原煤成本和工作量。

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的生命安全。

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。

第二节 矿井水灾事故的预防

了解矿井涌水的原因,分析矿井涌水水源及通道,研究矿井水的危害,最终目的是对矿井水进行治理,防患于未然。矿井防治水要从地表和井下两方面着手。

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一、地面水的防治

地表防水就是防止大气降水或地表水渗人或灌入矿井。地表水的防治有多种措施,可根据具体情况选择使用。地面防治水措施可概括为6个字,即排、疏、堵、填、蓄、查。

排,即排泄山洪、排放积水

1、挖沟排洪

必须保证井口和工业广场主要建筑的标高高出当地历年最高洪水位以上,使矿井不致在发生洪水时被淹没。若由于矿体或地形的限制,井口选在了较低处,则应采取补救措施,如在河流、沟谷附近修筑防洪堤坝、排水沟,以防暴雨山洪从井口灌入井下。

当矿井四周环山或依山而立时,山洪极易灌入井下,甚至淹没矿井。这是应该根据水流的方向在矿井的上方挖排洪沟,使暴雨山洪泄入排洪沟,并引至井田以外。

2、排泄矿区内的积水

对矿区内面积较大的洼地、塌陷区及池沼的积水区内的水,可以修筑围堤坝防治积水,也可开凿排水沟排泄积水,必要时可以安装排水设备。

疏,即疏干或者迁移地表水源。

当井田范围内存在江河、湖泊、沟渠等地表水时,且煤体上部无足够厚度的隔水层时,应该尽可能将这些地表水疏干或者迁移。如河流流人矿区,对矿井充水有影响时,可以将河流改道,将河水引出矿区外围。

堵,指加固河床堵渗漏,灌注浆液堵通道。

河流不能改道时,可在漏水地段用黏土、三合土、水泥等材料铺设假河床,防止河水渗入矿井。

对地表的裂隙、洞穴及塌陷坑等漏水地带,用黏土填堵夯实,并稍高于地面,防止积水渗入。

填,指充填、平整洼地。

对于矿区内容易积水但是面积不大的洼地、塌陷区,可用黏土充填、并夯实使之高出地面。

指在井口和工业场地上游的有力地形建筑水库,雨季前把水放到最低位,以争取最大需水量。

查,指加强地面防水工程的检查。

在雨季到来之前,对地面防水工程做全面检查。发现问题及时处理

。此外在雨季期间还应该做好防洪宣传工作。

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图2-4 防洪堤示意图

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二、井下防治水

井下水防治措施可概括为6个字,即“查、测、探、放、截、堵”。应坚持先易后难、先近后远、先地面后井下、先重点后一般、地面与井下相结合、重点与一般相结合的原则。

查,即查明水源和通道。为了查明水源和可能的涌水通道,应掌握以下情况:

冲击层的组成及厚度,各分层的含水性及透水性。

裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含水情况和导水性能。

含水层与隔水层的位置、数量、厚度,各含水层的涌水量、透水性及其开采煤层的距离。

老窑、古井和现在正在开采的小煤矿的分布、开采范围、开采深度和积水情况,废弃钻孔的处理情况等。

开采过程中,围岩破坏及地表塌陷情况,观测岩层垮落带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。

测,即做好水文观测工作。具体讲有以下几个方面:

收集当地气象、降水量和河流水文地质资料流量、水位、枯水期和洪水期等;查明地表水体的分布、水量的补给、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。

通过探水钻孔和水文观测孔,观测各种地下水源的水位、水压和水量变化,分析水质,查明矿井水的来源及其补给关系。

观测矿井涌水量及其与季节变化的规律等。

探,即井下探水。探水是指用超前勘探的方法查明采掘工作面前方顶底板、侧帮和前方的含水构造(包括陷落柱、含水层、积水老窑等水体)的具体位置、产状、范围等,以有效地防治矿井水害。

1、必须坚持“有疑必探,先探后掘”的探防水原则。

《煤矿安全规程》第二百八十五条规定:矿井必须做好水害分析预报,坚持“有疑必探、先探后掘”的探防水原则。煤矿生产属于地下作业,地质和水文地质条件错综复杂,在很多情况下,由于勘探手段和客观认识能力的限制,对地下含水条件掌握不清,不能确保没有水害威胁,或者说是否存在水害“疑问区”。所以,在掘进施工过程中,必须分析推断前方是否有疑问区,有则采取超前钻探措施,探明水源位置、水压、水量及其开采煤层的距离,以便采取相应的防治水措施,确保安全生产。

2、必须探水前进的情况

《规程》第二百八十六条:“采掘工作面遇有下列情况之一时,应当立即停止施工,确定探水线,由专业人员和专职队伍使用专用钻机进行探放水,经确认无水害威胁后,方可施工:

接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。

接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。

打开隔离煤柱放水时。

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时。接近有出水可能的钻孔时。

接近水文地质条件不清的区域时。

接近有积水的灌浆区时。

接近其他可能突水的地区时。”

经探水确认无突水危险后,方可掘进。

3、水作业的参数

1)探水的起点

为了保证采掘工作和人身安全,防止误穿积水区,在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点,此线即为探水线。通常将积水及附近区域划分为三条线,即积水线、探水线和警戒线,并标注在采掘工程图上。

积水线。即积水区范围线,在此线上应标注水位标高、积水量等实际资料。

积水边界线的确定:将调查所行小窑、老窑分布资料,经物探资料,经物探及钻探核定后,划定积水范围,圈定积水边界,其深部界线应根据小窑或老窑的最深下山划定。

探水线。应根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料的可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须进行超前探水、边探边掘。

确定探水线:对本矿开采所造成的老空、老巷、水窝等积水区,其边界位置准确,水压不超过1MPa,探水线至积水区的最小距离:在煤层中不得少于30m,在岩层中不得少于20m;对本矿井的积水区,虽有

图纸资料,但不能确定积水区边界位置时,探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于60m;对有图纸资料可查的老窑,探水线至老窑边界的最小距离不得小于60m;对没有图纸资料可查的老窑,可根据本矿井已了解到的开采最低水平,作为预测的可疑区,必要时可先进行物探控制可疑区,再由可疑区向外推100m作为探水线。

警戒线。是从探水线再向外推50~120m 计为警戒线,一般用红色表示。进入警戒线时,就应注意积水的威胁。要注意工作面有无异常变化,如有透水征兆,应提前探放水,如无异常现象可继续掘进,巷道达到探水线时,作为正式探水的起点。

2)探水钻孔的主要参数确定

探水钻孔的主要参数有超前距、帮距、密度和允许掘进距离。

超前距。探水时从探水线开始向前方打钻孔,在超前探水时,钻孔很少一次就能打到老空积水,常是探水一掘进一再探水一再掘进,循环进行。而探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离,该段距离称超前距。超前距一般不小于20m。以使工作面前方经常保持不小于20m的保护矿柱。金属矿岩层中的探水钻孔则需超前5~10m

允许掘进距离。经探水证实无水害威胁,可安全掘进的长度称允许掘进距离。

帮距。为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离,即呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距相同,即帮距一般取20m ,有时帮距可比超前距小1~2m。

钻孔密度(孔间距)。它指允许掘进距离终点横剖面上,探水钻孔之间的间距。一般不超过3m,以免漏掉积水区。

钻孔深度应是掘进距离与超前距离之和,一般为40m左右。即每打一次钻孔可连续掘进20~30m。

3)钻孔直径和孔数

探水钻孔探到积水区以后,即利用探水钻孔执行放水钻孔的任务。因此钻孔直径的大小既要使水顺利流出,又要防止钻孔径大压高而冲垮岩壁,一般探水钻孔直径以不大于75咖为宜。

钻孔数目以工作面前方的中心与上下左右都能起到探水作用为准,故最少应在3个以上。

4)探水孔布置方式

扇形布置。巷道处于三面受水威胁的地段,要进行搜索性探放老空积水,其探水钻孔多按扇形布置 。

半扇形布置。对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区,其探水钻孔可按半扇形布置 。

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图2-7 超前距、帮距、允许掘进距离、钻孔密度(孔间距)布置图

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图2-8 扇形布置

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图2-9 半扇形布置

4、探水作业的安全措施

巷道在掘进中,必须坚持“有掘必探、先探后掘”的防治水原则,

探水前,必须加强探水附近巷道的支架,背好顶、帮,工作面打上坚固的顶柱,以防高压水冲跨煤壁和支架。

施工前,电工必须对钻机检查维修,保证钻机完好,设备不失爆,将钻机运到位,接好钻机后,并做到风电闭锁。

风筒必须接至打钻地点,并保证足够的风量,保证巷道的正常通风,打钻时,必须有专职瓦检员检查瓦斯,保证施工地点及打钻过程中瓦斯浓度都不得大于1.0%,否则停止作业,采取措施处理,正常后方可正常作业。

打钻前要清理好巷道、水沟,并在附近安装直通调度室电话。

打钻时,班组长必须携带便携式报警仪,并悬挂在钻机上方,加强对瓦斯的检查,严禁瓦斯超限作业。

开始打钻时,严格按给定的参数进行开孔,保证钻孔符合施工要求。

打钻时,要先给钻机上水,钻孔中水流出后,在进行开钻,严禁干打眼。

开钻后,要做好钻孔施工记录,施工记录包括深度、岩性、见煤位置、煤层厚度、见水深度、水量、瓦斯涌出量等,并填好记录。

钻孔当班一次不能施工结束,必须将钻杆全部退出,防止卡钻。

一个钻孔施工结束,无水涌出时,必须用黄泥将眼口封堵,防止瓦斯涌出造成瓦斯积聚或超限。

探水时,如遇到钻孔水压、水量突然增大,片帮、煤岩松软

应立即停止探水,固定钻杆,严禁移动钻机或拔出钻杆。

探水眼深度不到5m即穿透积水区时,所有受水威胁地区人员全部撤出,并汇报矿调度室,等待指示后行动。

出现透水预兆时,必须立即撤出受水威胁地区人员,并向上汇报,采取措施处理。

跟班矿长必须现场指挥,发现异常及时汇报处理。

放,即疏放水,放水是指在探明水源后,根据水源的类型不同采取不同的疏放水方法,人为地、有计划地将水引出,消除隐患,为煤矿安全生产创造条件。

1、疏放老空水,有下列几种方法:

直接放水。当水量不大,不超过矿井排水能力时,可利用探水钻孔直接放水。

先堵后放。当老空区与溶洞水或其它巨大水源有联系,动力储量很大,一时排不完或不可能排完,这时应先堵住出水点,然后排放积水。

先放后堵。如老空水或被淹井巷虽有补给水源,但补给量不大,或在一定季节没有补给。在这种情况下,应选择时机先行排水,然后进行堵漏、防漏施工。

用煤柱或构筑物暂先隔离。如果水量过大,或水质很坏,腐蚀排水设备,这时应暂先隔离,做好排水准备工作后再排放;如果防水会引起塌陷,影响上部的重要建筑物或设施时,应留设防水煤柱永久隔离。

2、疏放含水层水。

地面疏放水。 适用于埋藏较浅、渗透性良好的含水层。

井下疏水巷道疏水。适用于已摸清水源,并预算出涌出量的情况下。如当煤层的直接底板是强充水含水层时,可考虑将巷道布置在底板中,利用巷道直接疏放底板水。

3.疏放水时的安全注意事项

探到水源后,在水量不大时,一般可用探水钻孔放水;水量很大时,需另打放水钻孔。放水钻孔直径一般为50~75mm ,孔深不大于70m。

放水前应进行放水量、水压及煤层透水性试验,并根据排水设备能力及水仓容量,拟定放水顺序和控制水量,避免盲目性。

放水过程中随时注意水量变化,出水的清浊和杂质,有无有害气体涌出,有无特殊声响等,发现异状应及时采取措施并报告调度室。

事先定出人员撤退路线,沿途要有良好的照明,保证路线畅通。

为防止高压水和碎石喷射或将钻具压出伤人,在水压过大时,钻进过程应采用反压和防喷装置,并用挡板背紧工作面以防止套管和煤壁突然鼓出,挡板后面要加设顶柱和木垛,必要时还应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙,然后才可放水。

排除井筒和下山的积水前,必须有矿山救护队检查水面上的空气成分,发现有害气体,要停止钻进,切断电源,撤出人员,采取通风措施冲淡有害气体。

截,即截水。截水是利用水闸墙、水闸门和防水煤柱等物体,临时或永久地截住涌水,将采掘区与水源隔离,使某一地点突水不致危及其它地区,减轻水灾危害的重要措施。

1.防水煤柱的留设

在受水害威胁的地带,预留一定宽度和高度的煤层或岩层不采,使工作面与水体间保持一定的距离,以防地下水或其他水源溃人工作面,所留的煤层(或岩层)称做防水煤柱。

1)根据防水煤柱所处的位置,可以分成不同的类型。常用防水煤柱类型。

断层防水煤柱:在导水或含水断层两侧,为防止断层水溃人井下而必须留设煤柱。或当断层使煤层与强含水层接触或接近时,为防止含水层水溃人井下,也必须留设防水煤柱。

井田边界煤柱:相邻两并田以技术边界分隔时,为防止一个矿井淹没(由突水或矿井报废引起)后影响另一个矿井的安全生产,必须留设的防水煤柱。

上、下水平(或相邻采区)防水煤柱:在上、于两水平(或相邻两采区)之间留设的防水煤柱。这种煤柱为暂时性的煤柱,在上、下两水平(或相邻两采区)开采末期或透水威胁消除后,这部分煤柱中的煤,仍然可以回收。

水淹区防水煤柱:在水淹区(包括老窑积水区)四周和上、下水平留设的防止水淹区水溃人井下采掘工作面的煤柱。

地表水体防水煤柱:为防止采煤后地表水经塌陷裂缝溃人井下而留设的煤柱。

冲积层防水煤柱:为防止采煤后上覆冲积层中的强含水层水溃入井下而留设的煤柱。

2)防水煤柱留设原则

在有突水威胁但又不宜疏放(疏放会造成成本大大提高时)的地区采掘时,必须留设防水煤柱。

防水煤柱一般不能再利用,故要在安全可靠的基础上把煤柱的宽度或高度降低到最低限度,以提高资源利用率。为了多采煤炭,充分利用资源,也可以用采后充填、疏水降压、改造含水层(充填岩溶裂隙)等方法,消除突水威胁,创造少留煤柱的条件。

留设的防水煤柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合,还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。

一个井田或一个水文地质单元的防水煤柱应该在它的总体开采设计中确定,即开采方式和井巷布局必须与各种煤柱的留设相适应,否则会给以后煤柱的留设造成极大的困难,甚至无法留设。

在多煤层地区,各煤层的防水煤柱必须统一考虑确定,以免某一煤层的开采破坏另一煤层的煤柱,致使整个防水煤柱失效。

在同一地点有两种或两种以上留设煤柱的要求时,所留设的煤柱必须满足各个留设煤柱的要求。

对防水煤柱的维护要特别严格,因为煤柱的任何一处被破坏,必将造成整个煤柱无效。防水煤柱一经留设即不得破坏,巷道必须穿过煤柱时,必须采取加固巷道、修建防水闸门和其他防水设施,保护煤柱的完整性。

留设防水煤柱所需要的数据必须在本地区取得。邻区或外地的数据只能作为参考,如果需要采用,应适当加大安全系数。

防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层,否则防水岩柱将无隔水作用。

掘进巷道与积水体之间的隔离煤柱,其最小垂直距不得小于巷道掘凿高度的10倍;矿井边界的隔离煤柱最小值不应小于20m,断层各侧防水煤柱也不应小于20m;

防水煤柱的尺寸大小,应考虑到含水层的水压、煤层开采后顶板岩石塌陷情况,煤层所处的位置,煤层的机械强度,巷道的规格大小,以及围岩破坏程度等因素;总的原则是,既能抵抗水的压力,又要尽可能地减少煤炭损失。防水煤柱的厚度系指最小垂直距离;通常采用的尺寸为:矿界煤柱(同一煤层),以40m为宜,若以断层为矿界,则煤柱尺寸以60m为宜;煤上部边界煤柱尺寸,以80m为宜;矿井内断层两侧要留设煤柱,其尺寸一般以30m~40m为宜。

3)《安全规程》第二百六十五条: 井田内有与河流、湖泊、溶洞、含水层等有水力联系的导水断层、裂隙、陷落柱时,必须查出其确切位置,并按规定留设防水煤柱。

严禁在各种防隔水煤柱中采掘。

2.防水闸门

防水闸门一般设置在可能发生涌水,且需要堵截,而平时仍需运输和行人的巷道内,例如井底车场,井下水泵房和变电所的出人口,以及涌水互相影响的采区之间。一旦发生水患,立即关闭闸门,将水截住,把水患限制在局部地区,保证其他地区正常生产。

1)《煤矿安全规程》对设置防水闸门的规定第二百七十三条:水文地质条件复杂或有突水淹井危险的矿井,应当在井底车场周围设置防水闸门或在正常排水系统基础上另外安设具有独立供电系统且排水能力不小于最大涌水量的潜水泵。

在其他有突水危险的采掘区域,应当在其附近设置防水闸门,不具备设置防水闸门条件的,必须制定防突水措施,由煤矿企业主要负责人审批。

防水闸门应符合下列要求:

防水闸门必须采用定型设计。

防水闸门的施工及其质量,必须符合设计要求。闸门和闸门硐室不得漏水。

防水闸门硐室前、后两端,应分别砌筑不小于5m的混凝土护碹,碹后用混凝土填实,不得空帮、空顶。防水闸门硐室和护碹必须采用高标号水泥进行注浆加固,注浆压力应符合设计要求。

防水闸门来水一侧15~25m处,应加设1道挡物箅子门。防水闸门与箅子门之间,不得停放车辆或堆放杂物。来水时先关箅子门,后关防水闸门。如果采用双向防水闸门,应在两侧各设1道箅子门。

通过防水闸门的轨道、电机车架空线、带式输送机等必须灵活易拆;通过防水闸门墙体的各种管路和安设在闸门外侧的闸阀的耐压能力,都必须与防水闸门所设计压力相一致;电缆、管道通过防水闸门墙体时,必须用堵头和阀门封堵严密,不得漏水。

防水闸门必须安设观测水压的装置,并有放水管和放水闸阀。

防水闸门竣工后,必须按设计要求进行验收;对新掘进巷道内建筑的防水闸门,必须进行注水耐压试验,水闸门内巷道的长度不得大于15m,试验的压力不得低于设计水压,其稳压时间应在24h以上,试压时应有专门安全措施。

老矿井不具备建筑水闸门的隔离条件,或深部水压大于5MPa,高压水闸门尚无定型设计时,可以不建水闸门,但必须制定防突水措施。

第二百七十四条:防水闸门必须灵活可靠,并保证每年进行2次关闭试验,其中1次应当在雨季前进行,关闭闸门所用的工具和零配件必须专人保管,专地点存放,不得挪用丢失。

井下防水闸墙的设置应当根据矿井水文地质情况决定,防水闸墙的设计经煤矿企业技术负责人批准后方可施工,投入使用前应当由煤矿企业技术负责人组织竣工验收。

2)防水闸门的关闭

当井下发生突然涌水或出现突水预兆危及矿井安全时,必须立即作好关闭防水闸门准备工作,同时请示矿务局总工程师,批准后方可关闭防水闸门。正常情况下,由于采区报废或按计划暂停采区生产,要求关闭防水闸门时,须提前写出专题报告(内容包括采区尚余储量、涌水量、充水含水层的静水位、关闭防水闸门原因、今后打算以及关闭防水闸门的安全技术措施),报请矿务局局长批准。关闭防水闸门时,矿长要深入井下检查准备情况,具体指挥关闭工作

关闭防水闸门以前,需先作好以下工作: 将水害

影响地区的人员全部撤退,并在各通道口设岗警戒,防止人员误入封闭区; 防水闸门硐室的所有设施(如放水截门、水压表、管子堵头板、活动短轨等)全部准备妥当; 防水闸门附近和水沟内杂物清理干净; 防水闸门以外的防水避灾路线畅通无阻; 检修排水设备,清挖水仓,将水仓内的积水排至最低水位。 防水闸门以里的栅栏门全部关好; 防水闸门附近的临时通风局扇和临时直通地面电话安装妥当; 意外应变措施进行认真贯彻; 以上各项工作都已完成,由矿长发布关门命令。

几个防水闸门或水闸墙需要一次关闭时,其关闭顺序应是先关闭所在位置较抵的,然后关闭所在位置较高的,依次进行。

关闭防水闸门以前,要以书面通知邻近各有关矿井,说明本矿水闸门关闭时间、封闭地区位置、最高静止水位和可能造成的影响;并要求近期内对井下各涌水点水量变化和井上各水文钻孔的水位变化进行定时观测。各矿的观测资料要及时进行交流,互通情报。

防水闸门关闭以后,除定时派人观测本矿其他地区的水量和水位变化以外,还必须在防水闸门附近的安全地点设人(每班不少于2人)值班,观测防水闸门附近的水压变化、漏水情况、硐室巷道压力有无异常。值班人员要作出观测记录,定时向矿调度室汇报;特殊情况及时回报处理。

防水闸门关闭,水压稳定7d以后,如无特殊情况发生,方可停止一切观测工作,撤离观测人员。

3)防水闸门的开启

防闸门开启前,需编制开启防水闸门的安全技术措施。经审批、贯彻后,方准进行开启防水闸门工作。

防水闸门开启前,要对井下排水、供电系统进行一次全面检查。排水能力要与防水闸门硐室放水管的防水量相适应;水仓要清理干净,水沟要畅通无阻。

开启防水闸门要先打开放水管,有控制地泄压放水。当水源已经封闭或已疏干时,水压必须将到零位,方能打开防水闸门;如果水压降不到零位,必须承压开启时,矿总工程师可在不损坏防水闸门的情况下,制定出安全措施和规定最低水压,方可强制开门。

同时有几个防水闸门需要开启时,应按先高后低依次开启。

防水闸门打开以后,首先由矿救队进入,检查瓦斯和巷道情况。只有在恢复通风系统,消除一切不安全因素以后,才准许其他人员进入闸门以内工作。

3.水闸墙(防水墙)

定义:在井下受水害威胁的巷道内,为防止地下水突然涌入其他巷道而设置的截流墙。

1)水闸墙分为临时性和永久性两种。

临时性水闸墙是在有出水危险的采掘工作面,备有堵截水材料,一旦突水就迅速将水堵截在小范围之内。堵截材料多用砂袋、木板等。这种水闸墙只能起临时抢险作用。永久性水闸墙是在开采结束后,为了隔绝继续大量涌水的地段而砌筑的永远关闭的挡水建筑物。它是一种重要的安全措施,技术较复杂,投资也较多,必须保证施工质量,砌筑时要用良好的不透水材料,并与建造地点的岩层紧密结合,通常采用混凝土或钢筋混凝土浇灌。水闸墙的形状有平面形、圆柱形和球形三种。平面形的水闸墙施工容易,但抗压能力较小;球面形的水闸墙虽然抗压强度大,但施工复杂。故通常多采用圆柱形的水闸墙。圆柱形水闸墙系圆柱形侧面的一部分,支撑于岩石中两个掏槽上,并且以凸面朝向充水的空间。

水闸墙是用不透水材料构成的构筑物,用于隔绝有透水危险的区域。水闸墙应有足够的厚度,以确保支撑涌水的压力。平面形水闸墙厚度一般不小于巷道宽度的一半。圆柱形水闸墙厚度根据计算确定。

2)建筑水闸墙时应注意下列事项:

筑墙地点的岩石应坚固,没有裂缝,如有风化松软或有裂隙的岩石,必须全部清除。

应尽可能选择在小断面巷道中筑墙,以减少投资,缩短建筑时间。

为避免围岩产生裂缝,水闸墙掏槽时要用手镐或风镐开凿。

水闸墙和四周岩层要紧密结合,以防止漏水。为此,应在筑墙的同时插入注浆管,水闸墙筑成后,通过注浆管向四周联结处灌入水泥浆。

堵,即注浆堵水。注浆堵水是将专门制备的浆液通过管道压人地层裂隙或孔洞,经凝结、固化后达到隔绝水源的目的。当多个钻孔注浆形成隔水帷幕带时,称帷幕注浆。

在注浆堵水工程中,合理选择注浆材料十分重要。它关系到注浆工艺工期、成本及注浆效果。目前,国内外应用的注浆材料多种多样,

可以简单地分为硅酸盐类和化学类浆液两大类。硅酸盐类浆液有单纯水泥浆与水泥—水玻璃(硅酸钠)浆液两种。水泥由于其来源广、价格便宜、强度高,是应用量最大的材料。但水泥浆的初凝时间太长、结石率低,在动水条件下易被冲走。水泥—水玻璃混合浆液的初凝时间可准确控制在几秒钟到十几分钟,结石率可达100%,结石体抗压强度可达10~20MPa。化学类浆液按其主剂品种的不同可分为脲醛树脂类、丙烯酰胺类、聚氨脂类、糠醛树脂类、铬木素类。化学浆液的粘度小,渗透能力强,凝结时间可以控制在几秒到几十分钟,在凝胶前粘度不变。选用浆液应根据堵水的水文地质条件以及施工的要求而定。

在一般情况下,凡是水泥浆能解决问题的尽量不用化学浆,化学浆用于弥补

水泥浆的不足,解决一些水泥浆难以解决的问题。在基岩裂隙条件下,进行地面预注浆或井筒工作面预注浆时,由于需要的浆液量多且要求浆液有较高的抗压强度,一般采用水泥浆或水泥—水玻璃混合浆。当进行井筒壁后注浆时,需要浆液量小,而且要求凝胶时间快并能准确控制,一般可用水泥—水玻璃浆液、铬木素等。在冲击层注浆时,对于粗砂、中砂可用水泥—水玻璃浆液;对于细砂、粉砂、砂质粘土以及细小裂隙,宜采用可灌性好、渗透能力强的各种化学类浆液。对于溶洞、断层、破碎带和突水事故的处理等,目前采用的方法是,先灌注惰性材料,如砂子、炉渣、砾石、锯末等,以充填过水通道,缩小过水断面,增加浆液流动阻力,减少跑浆,然后再灌注速凝水泥—水玻璃浆液,或采用强度较高的化学类浆液。

矿井注浆堵水,一般在下列场合使用

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。

当井筒或工作面严重淋水时,为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用等,可采用注浆堵水。

某些涌水量特大的矿井,为了减少矿井涌水量,降低常年排水费用,也可采用注浆堵水的方法堵住水源。

对于隔水层受到破坏的局部地质构造破坏带,除采用隔离煤柱外,还可用注浆加固法建立人工保护带;对于开采时必须揭露或受开采破坏的含水层,对于沟通含水层的导水通道、构造断裂等,在查明水文地质条件的基础上,可用注浆帷幕截流,建立人工隔水带,切断其补给水源。

第三节 矿井水灾事故应急处置

一、透水预兆

采掘工作面发生透水前,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,防止透水事故的发生。

透水一般预兆

发潮: 煤本身是不透水的东西,但当受到一定压力的水的作用,仍会有部分的水分浸到煤体里去。因此,当采掘工作面临近积水区时,就会发现局部的或大面积的发潮现象,这种发潮现象不完全是由于接近水区的缘故,遇到底板岩层为透水岩层时,也常使煤体有发潮现象。

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。

这里必须指出,上述两种象征,无论发潮和发汗,有时都会出现假象,这种发潮和发汗的真假,往往采用“浅剥皮”的办法加以鉴别,就是将发潮或发汗的煤面,剥去一薄层,观察探试新暴露的煤层是否也发潮,如果发潮,就证明这是透水象征。

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。

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。

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。

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。

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,尤其是接近断层积水区时更为明显。

水叫:一般有两种声音:一种是:“嘶嘶”的声音,这种声音,很象低沉的雷鸣声或不开锅的声音,这是因为水位有了变动或受滚动岩石撞击影响的结果。

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。

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。

不同类型水源的透水特点

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。

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。

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“活水”,补给充分,一旦突水,来势猛,涌水量大,持续时间长,在不封堵水源的情况下不易疏干。断层水混浊,多为黄色,很少“挂红”,水无涩味。

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”,透水时虽然来势猛,破坏性强,但持续时间短,易于疏干。

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。

采掘工作面出现透水预兆时应采取的措施

《煤矿安全规程》第二百六十六条 采掘工作面或其他地点发现有挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板淋水加大、顶板来压、底板鼓起或产生裂隙出现渗水、水色发浑、有臭味等突水预兆时,必须停止作业,采取措施,立即报告矿调度室,发出警报,撤出所有受水威胁地点的人员。

二、处理透水事故的一般原则

《煤矿安全规程》第五百三十三条规定:处理水灾事故时,矿山救护队到达事故矿井后,要了解灾区情况、水源、事故前人员分布、矿井具有生存条件的地点及其进入的通道等,并根据被堵人员所在地点的空间、氧气、瓦斯浓度以及救出被困人员所需的大致时间制定相应救灾方案。

必须了解水灾的地点、性质、估计突出水量、静止水位、突水后涌水量、影响范围、补给水源及有影响的地面水体。

掌握灾区范围。如发生事故前人员分布、矿井中有生存条件的地点、进入该地点的可能通道。

按积水量、涌水量组织强排,同时,发动群众堵塞地面补给水源,排除有影响的地表水体积水,必要时可采用灌浆堵水。

加强排水与抢救中的通风,切断灾区电源,防止一切火源。防止瓦斯和其他有害气体的聚积和涌出。

排水后,侦察抢险中,要防止冒顶和二次水灾。

搬运和抢救遇难者,要按医疗防护措施进行。

三、应急处置

响应分级

根据事故性质、危害程度、涉及范围,煤矿事故划分为四级:特别重大、重大、较大和一般。

1、特别重大

造成或可能造成30人以上死亡(含失踪)的事故。

造成100人以上被掩埋、中毒或重伤的事故。

需要紧急转移10万人以上的事故。

造成直接经济损失1亿元以上或产生特别重大社会影响等事故。

造成10~29人死亡(含失踪)的事故。

造成50~99人被掩埋、中毒或重伤的事故。

需要紧急转移5~10万人的事故。

造成直接经济损失5000万元~1亿元或产生重大社会影响等事故。

造成3~9人死亡(含失踪)的事故。

造成30~49人被掩埋、中毒或重伤的事故。

造成直接经济损失较大或产生较大社会影响等事故。

造成1~2人死亡(含失踪)的事故。

造成29人以下被掩埋、中毒或重伤的事故。

造成一定的经济损失和社会影响等事故。

响应程序

发生Ⅰ、Ⅱ级事故时,立即启动本预案,公司总指挥部前移现场,成立现场救援指挥部立即指挥应急抢险,并立即上报上一级安全生产监督管理部门。

发生Ⅲ级事故时,公司应急救援指挥部立即下达,启动本预案的指令,抢险队伍立即聚结赶赴事故现场。在抢险救援指挥部的指挥下,按本专项应急预案的应急处置措施实施应急处置。

发生Ⅳ级事故时事,事故单位立即启动本单位现场处置方案进行应急处置,并及时报告公司应急指挥部,下达启动本案的指令,公司救护队赶赴现场应急处置。

Ⅲ、Ⅳ级事故主要依靠本公司各单位力量处置;Ⅰ、Ⅱ级事故,现场处置要根据事态,发展 变化情况。申请动用政府和社会力量救援。

救护队处理矿井水灾时的行动措施

矿山救护队到达事故矿井后,要了解灾区情况,突水地点、水源、灾区范围,有害气体含量,事故前的人员分布,矿井是否存在生存条件的地点及进入该地的通道,参与制定抢险方案,积极抢救井下人员。

矿山救护队在侦查中,应判定遇险人员的位置,涌水地点、水的流量、水的流动线路,巷道和水泵受淹的程度,巷道的冲坏和堵塞情况,有害气体(CH4、CO2、H2S)的含量及通风情况。

矿山救护队要根据图水的征兆:滑感,有无臭味,是否发涩,颜色,夹带物及水压等,判断头水源。还要根据水位及涌水量的情况,利用一切通道迅速引出灾区遇险人员。如有可能,应迅速撤到突水点的上部水平。在水中行进时,应该靠近巷道一侧,抓紧支架等物,尽量避开压力水头和泄水主流,防止被水流携带的矸石、木料撞伤。如迷失方向,应向有风流的上山巷道方向撤退,在沿途的交叉口,要有明显的指示方向标志,并住上侦查校队的名称、日期。

如果遇险人员的被困点高于透水后水位时,可利用打钻孔、水管等,向他们供给新鲜空气,饮料和食物。如果被困地点低于透水位置时,则禁止打钻孔泄压