1、专题部分矿井水灾防治The flood prevention摘要:矿井突水事故对我国造成了极大的损失。而且随着开采水平的延伸和开采范围的扩大，这种威胁越来越严重，特别是在水文地质条件复杂，水压较高的矿井，受到了矿井水的严重威胁。查清矿井水文地质条件、研究矿井突水机理，进行矿井突水预测预报研究，采取有效的手段，确保矿井安全生产，有着重大的理论和实际意义。关键词：矿井突水机理 矿井水害 矿井突水预测预报Abstract：The hydrogeology work of mining is relative to mines safety，especially mining water-disast
2、er is very important mines safety in the Process of mining coal and it has taken Enormous loss in China .With the extend of mine depth and mine scope，more and more threaten to coalmine，especially at complicate hydrogeology condition and high hydraulic pressure coalmine.so it is theoretical and actua
3、l value to product in safety on coalmine to prove hydrological condition and study mechanism of wate-inrush from coalbed floor and predict wate-inrush from coalbed floor and adopt effective way.Key words：mechanism of water -Inrush from mine; mine water-disaster； prediction of water inrush from mine
4、1.基本概念和理论概述1.1 矿井水灾的现状 煤矿在建设和生产过程中，常常受到水灾的危害，轻则影响生产，给管理带来困难，种则淹井伤人，往往会造成严重的经济损失甚至人身伤亡事故。我国是世界上受水灾危害最严重的主要产煤国之一，开滦范各庄1984年特大突水事故最大涌水量高达2053mmin，为有记载的世界采矿史上突水水量之最，造成经济损失近五亿元，损失煤炭产量近8.5Mt。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。1.2 研究矿井水灾的意义在矿井建设与生产过程中，矿区内的大气降水，地表水，地下水通过各种通道涌入井下统称为矿井涌水。把矿井涌水量超过矿井矿井正常的排水能力，影响矿井
5、安全生产，增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井涌水事故，统称为矿井水灾。按照矿井水灾涌水量特点的不同，矿井水灾可分为普通涌水和突水两种形式。普通涌水是指随着采掘工作的不断进行，水从煤层或围岩中不断地向采掘空间涌水。其特点是范围大，时间长，量均匀，速度缓。突水（又称透水）是指矿井在正常生产中突然发生的涌水现象。其特点是来势猛，水量大，在正常生产中突然发生，一旦防范不力或排水能力不足，就会造成较大的损失和危害。因此，矿井水灾主要是指矿井突水。矿井水灾对生产的影响主要表现在以下几方面：（1）由于采掘工作面淋水较大，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。（2）水量越大，排水
6、费用越高，势必增加煤炭生产成本，（3）矿井水碓各种金属设备，钢轨和金属支架等均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。（4）当井下突水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响，轻者可造成矿井局部停产，重者则可造成全矿被淹。此外，一些矿井由于威胁，煤层开采时，不得不留设相当规模的安全煤柱；甚至，有的井田煤层情况虽然理想，适合开采，但是由于水文地质条件复杂，一时也难以建井和生产，直接影响煤炭资源的开采和利用。1.3 矿井水灾发生必须局部的基本条件：矿井水灾发生必须具备两个基本条件：一是必须有水源，二是必须有充水通道。两者缺一不可，所以说要避免矿井水灾的发生，只需切断上述两个条件或其中一
7、个条件即可。1. 水源造成矿井水害的水源主要有大气降水，地表水（含水层水，岩石裂隙及石岩溶洞水，断层水以及旧巷或老空区积水等）。 （1）大气降水。从天空降到地面的雨荷雪，冰，雹等融化的水，称为大气降水。大气降水，一部分再蒸发上升到天空；一部分留在地面，即为地表水；另一部分流入地下，即形成地下水。大气降水，地表水，地下水互相补充，互为来源，形成自然界中水的循环。（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，他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。埋藏在地表以下的的地下水称为潜水
8、。潜水一般分布在地下浅部第四纪松散沉积层的空隙和露出地表的岩石裂隙中，主要有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。煤层底层中，石灰岩裂隙及溶洞镇南关的水为承压水，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。它很像一个“地下水库”，一旦巷道或采煤工作面接近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
9、积水的危害。（6）断层水。处于断层带中的水称为断层水。断层带往往是许多含水层的通道，因此，断层水往往水源充足，对矿井的威胁极大。1960年峰峰一矿，由于断层煤层尺寸太小，断层水大量涌出，涌水量达150m/min，淹没全矿，直到1970年才恢复生产。2.矿井水灾的通道水源与煤矿井下巷道等工作场所的通道是多种多样的，主要有： (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）断层裂隙。断层带往往是许多地下含水层的通道，有时断层带也与地表水相通，将地表水引入井下。（3）采后塌陷坑。煤层开采后，使上覆岩层产生裂隙，地表发生沉陷，所造
10、成的裂隙可成为大气降水或地表水渗入矿井的良好通道。此为，煤层顶板；岩石在回采前为隔水层，但是开采后产生塌陷裂隙，则可称为透水层。煤层开采后形成的塌陷裂隙是地表水进入矿井的良好通道。如淮南某矿由于地表塌陷区的积水突然涌入矿井，使用水量达13443953m/d。（4）石灰岩溶洞陷落柱。石灰岩溶洞顶部岩石破碎垮落，往往形成竖直的通道，当采掘工作接近到此处时，常发生突水事故，造成重大损失。开滦范各庄特大透水事故就是此类通道所致。（5）古井老塘及封堵不严的钻孔。历史上采掘遗留下的废弃的井筒和巷道以及地址勘探过程中没封或封孔质量不好的钻孔，不但可以形成地下水源，而且可以称为地下水流入矿井的良好通道，将地下
11、水或地表水引入井下巷道中。如：蛟河煤矿六井在1955年采煤工作面接近1953年打的钻孔时，就造成突水事故，五个采掘工作面全部被淹没。1.4 矿井水灾的影响因素 影响水源进入矿井井巷造成水灾的因素可以分为自然因素和人为因素： 自然因素 地形。盆形洼地，降水不易流走，大多渗入井下，补给地下水，容易成灾。 围岩性质。围岩为疏松的沙砾层及裂隙，溶洞发育的硬质砂岩、灰岩等组成时，可赋存大量水，这种岩层属强含水层且透水性强，对矿井威胁大：围岩为空隙小、裂隙不发育的黏土层、页岩、致密坚硬的砂岩等，则是弱含水层或称隔水层，对矿井威胁小。当地表黏土层厚度达5m以上时，大气降水和地表水机会不能透过。（3）地质构造
12、。地质构造主要是褶皱和断层。褶皱可影响地下水的储存和补给条件，若地形和构造一致，一般是背斜构造处水小，向斜构造处水大：断层破碎带本身可以含水，而更重要的是断层作为透水通道往往可以沟通多个含水层或地表水，它是导致透水事故的主要原因之一。（4）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，直接影响矿区水量的补给大小。充水岩层的出露条件包括它的出露面积和出露地形条件，前者限定接受外界补给水量的范围，显然，出露面积越大，则吸收降水和地表水的渗入量愈多，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。 人为因素总结过去发生的水灾，往往是安全意识不强，细想麻痹
13、，从而情况不明，措施不当所致。其主要因素可归结如下几个方面: 地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水通过有关通道大量涌入井下，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板、底板透水。 采空区顶板处理方式不当。我国煤矿多采用垮落法处理顶板，如果含水层和开采煤层相距较近，顶板垮落后形成的三带将会贯通含水层导致突水。 防水煤（岩）柱设计不合理或乱采乱掘破坏防水煤柱、岩柱。造成突水
14、。 测量错误，导致巷道穿透积水区。 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。排水设备能力不足或排水设施平时维护不当。如水仓不按时清理，突水时煤、岩块堵塞水井，致使排水设备失去效用而淹井等。1.5 矿井充水程度的指标生产矿井常用含水系数(KB)或矿井涌水量（Q）两个指标来表示矿井充水程度。 含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时排出水量Q（m）与同一时期内煤炭产量P（t）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计算公式： 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：KB2m/t; 充水性中等的矿井：
15、KB=25m/t; 充水性强的矿井：KB=510m/t；充水性极强的矿井：KB10m/t;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m/d、 m/h、m/min。根据水量的大小，矿井可以分为以下4个等级：涌水量小的矿井Q2m/min; 涌水量中等的矿井：Q=25m/min; 涌水量大的矿井：Q= 515m/min;涌水量极大的矿井：Q=15m/min。矿井突水点突水量等级的划分矿井突水的突水量差异很大，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，煤炭工业部队矿井的突水点突水量做了登记划分。其等级标准是：小突水点涌水量：Q1 m/min; 中等突水点涌水量：1m/minQ10 m/min; 大突水点涌水量：10 m/minQ30m/min；特大突水点涌水量:Q40m/min。2 矿井防治水2.1 地面水防治技术地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。对于以降水和地表水为主要水源的矿井，地面防
