矿井水文地质基础知识课件.ppt

主要内容l矿井水文地质基础知识l矿井水害类型及形成条件l有关防治水规定l典型水害案例分析1一、矿井水文地质基础知识l一、地下水的基本知识l1、地下水概念l 地下水是指埋藏在地表以下岩石空隙中的水，它主要以气态水、吸着水、薄膜水、毛细水和重力水等形式存在于岩石的空隙中。l2、地下水分类l 按含水层性质分为孔隙水、裂隙水、岩溶水（喀斯特水）。l 根据充水形式及赋存状态分为含水层水、断层水、老窑积水、钻孔水等。l二、矿井充水水源 矿井充水的水源主要有地表水、地下水含老窑（采空区）积水和大气降水。矿井充水的形式有渗入、滴入、淋入、涌入和溃入等，当涌入或溃入井巷的水量大、来势猛时，称为突水。l 地表水l 矿区附近的地表水体(海、河、湖泊、池沼、水库等)，在一定条件下，可能成为矿井的充水水源，甚至会导致淹井。地表水能否进入矿井，主要取决于采掘工程与水体之间的距离、地层及构造，其次是采用的采煤方法。l 地下水2l老窑积水的充水特点：l 老窑积水多分布于煤层浅埋处，开采深度大多数为100m左右，个别可达200m。l 老窑积水以静储量为主，犹如一个地下水库。当煤（岩）柱强度小于它的静水压力时，即可发生突水，在短时间内大量积水涌入矿井，来势凶猛，破坏性强。l 老窑和旧巷积水与其他充水水源无水力联系时，一旦突水，虽然涌水量很大，但持续时间不长，容易疏干；若与其他水源有水力联系，可形成量大而稳定的涌水量，对煤矿生产危害较大。l 老窑积水是长期积存起来的，多为酸性水。水中硫酸根离子含量可达40006000mg/L。pH值仅仅为12，有强的腐蚀性，对矿山设备危害甚大。l 因为年代久远，加之无规则的乱采，所以许多老窑的位置现已无法查考。l 大气降水l 大气降水的渗入是很多矿井充水的经常性补给水源之一，特别是开采地形低洼且埋藏较浅的煤层时，大气降水往往是矿井充水的主要来源；与当地的气候、地形、岩石性质、地质构造等因素有关。3l三、矿井涌水通道l 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、岩溶塌陷及“天窗”等。l四、矿井充水强度l 在煤矿生产中，把地下水涌入矿井内水量的多少称为矿井充水程度，用来反映矿井水文地质条件的复杂程度。l 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。l 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（m3）与同一时期内煤炭产量P（t）的比值。即矿井每采一吨煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数用KB表示。即：KB =Q/Pl 根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分四个等级：l 充水性弱的矿井：KB 10m3/t；l 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。l 根据涌水量大小可分为四个等级：充水弱的矿井：Q 1000m3/h；l五、矿井水文地质类型45二、矿井水害类型及形成条件l水害类型l按突水水源分：地表水水害松散层（冲积层）水害砂岩裂隙水水害薄层灰岩水水害厚层灰岩水水害老空水（老窑水）水害6l按水进入矿井的方式分：井巷突水（不可预见）正常矿井涌水（可预见）顶板淋水井筒漏水地表水倒灌（溃入）l其它分类类型：矿井突水按采掘工作所处的阶段，可分为掘进突水与回采突水；按突水点与开采煤层所处的相对位置，可分为顶板突水、底板突水；按突水相对于采掘工程进行的时间可分为即时突水与滞后突水按突水点的水量大小，可分为小型突水(Q60m3/h)、中等突水(Q=60m3/h600m3/h)、大型突水(Q=600m3/h1800m3/h)和特大型突水(Q1800m3/h)。7l矿井水害的形成条件断裂构造（断层）：断层是矿井充水的重要通道，地下水、地表水，甚至大气降水都可能沿导水断层渗入或涌入矿井。岩溶陷落柱：岩溶陷落柱是由于煤系地层下伏的奥陶系灰岩顶部岩溶发育，常形成巨大的溶洞，使上覆地层失去支撑，从而在重力作用下不断向下垮落而形成。构造裂隙和地震裂隙l构造裂隙：成岩或构造活动中形成的导水裂隙（天然导水裂隙）。l地震裂隙：现代地震活动中新生成的裂隙。采动导水裂隙带：当煤层采出后，采空区围岩应力状态发生变化，导致顶板、底板破坏，在采场周围形成破坏带或人工充水通道。导水钻孔：未进行封孔或虽封孔，但质量不合乎要求的钻孔便成为沟通煤层上部或下部含水层的导水钻孔。8三、有关防治水规定9l1、新修订的规定强调在矿井防治水领域的权威性、防治水工作应遵循的基本原则、责任人、机构设置和人员配备及专用装备、矿井防治水应开展的工作等。如：l第2条：煤矿企业（矿井）、有关单位的防治水工作，适用本规定。现行煤矿安全规程、规范、标准等有关防治水的内容与本规定不一致的，依照本规定执行。l第3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。l第5条：煤矿企业、矿井应当按照本单位的水害情况，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配备专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍。10l2、指导思想和遵循的原则l坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针，以国家有关法律、法规为依据，体现“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则和“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。l3、关于水文地质补充勘探问题l增补了地面和井下水文地质补充勘探中的地球物理勘探和水化学与同位素分析等新技术新方法内容。l同时，也规定了物探成果必顺要用钻探进行验证，以确保资料的可靠性和准确性。11l4、有关法律责任l新规定在第九章增补了“法律责任”。如：l第130条规定没有配备防治水专业技术人员、探放水设备等应当承担的法律责任。l第131条为煤矿企业未查明水害情况组织生产和发现矿井有透水征兆未采取及时撤人措施应当承担的法律责任。l第132条为矿井没有三种报告（地质报告、建井设计、建井地质报告）和五种防治水图件（矿井充水性图、矿井涌水量与各种相关因素动态曲线图、矿井综合水文地质图、矿井综合水文地质柱状图及矿井水文地质剖面图）应当承担的法律责任。l第133条为矿井发生突水后未观测记录、未按规定及时上报应当承担的法律责任。l第139条为煤矿企业违反规定造成透水事故，应当承担的法律责任。12l5、关于水害事故的应急救援l新规定专门列第八章增补了这部分内容，对强化水害事故的应急救援方案制定，减少不必要的人员伤亡和财产损失，具有重要的意义。l规定对水害应急预案和救援指挥部门的应急工作、矿井现场管理和调度人员熟悉水害应急预案和现场处置方案、水害避水路线、井下现场作业人员辨识透水征兆和快速报告，开展自救互救、以及调度室接到水情报告后应做的工作等做了规定。13四、矿井防治水14一、矿井水害类型 地表水水害；老空水水害；松散层孔隙水水害；煤层顶板充水含水层水害；煤层底板承压充水含水层水害；7.断层破碎带突水水害；岩溶陷落柱水害。二、矿井突水征兆 煤壁挂红；煤壁挂汗；空气变冷；发生雾气；水叫声；顶板来压，产生裂缝，出现淋水；底板鼓起；接近冲积层开采工作面压力明显增大，顶板来压、片帮，局部冒顶或冒顶次数增加，有淋水或水中有砂，应考虑有溃水、溃砂的可能。三、发生突书征兆和发生水灾事故后的应急原则 立即报告：现场最先发现突水征兆或水灾的人员应设法弄清水情，并立即向矿调度室报告，同时听从调度室的指示，调度室及时通知有关领导和部门。突水水量少且规模小，在保证人员安全的前提下，迅速组织抢救。跟班区队长和班组长组织现场人员就地取材，设法处理封堵出水点，并利用现场排水设备进行全力排水，防止事故继续扩大。水灾规模大且失控，现场人员应立即向调度室汇报，并及时通知附近受威胁地区的人员，按照作业规程或矿井灾害预防与处理计划中所规定的路线撤出。15l 在采掘工作面探水前进时，钻孔出水不能轻意拔钻，应立即汇报调度室请示处理意见。如果条件和时间允许，可以加固工程防止事故发生。l 发现有人被堵井下时，各级领导应首先制订营救措施。要判断被堵人员可能躲避地点，分析其生存条件，制订营救方案。并根据涌水量和排水能力，估计排除积水时间。l 中央泵房工作人员接到水害事故报警后，要立即关闭泵房两侧的密闭门，启动所有水泵，把水仓水位排至最低。未接到救灾总指挥的撤退命令，不得擅离工作岗位。l 检查所有排水设施和输电线路，了解水仓现有容量，派人清挖水沟。如果水中携带大量泥沙，浮煤时，可在水仓进口处修筑临时分段挡墙，以减少水仓淤积。l 水文地质人员应测量涌水地点的涌水量大小及其变化，记录围岩及巷道破坏变形情况，察看观测孔（水井）水位和泉、河、地表水体的变化，分析判断突水水源和最大突水量，以及突水发展趋势，为防止淹井采取必要措施提供依据。l 检查水闸门关闭是否灵活、严密，并清除淤渣，拆除短轨和架空线，派专人看守，待命关闭。l 在查明地面水体与突水有关联时，应迅速派人进行堵塞，减少补给量。l 当排水能力负担不了涌水量时，可因地制宜，采取将涌水量引入下山巷道，筑坝蓄水，关闭水闸门，以延长缓冲时间，争取时间增加排水设备，保住矿井。16五、典型水害案例分析17 2010年3月1日，内蒙古乌海骆驼山煤矿发生透水事故，事故发生时井下共有人，经现场组织撤人和急救已有人升井，其中人经抢救无效死亡。井下31人被困遇难。一、“3.1”神华集团骆驼山煤矿 透 水 事 故18v 骆驼山煤矿属新建矿井，于2006年5月开工建设，由神华集团乌海能源有限责任公司设，设计生产能力每年150万吨。截止2010年2月28日，已完成主要开拓巷道的掘进，正在施工回采工作面切眼。现有陕西煤炭建设公司第二工程处、中煤五公司第一工程处、河南郑建矿山建设有限公司。1.矿井概况19事故示意图202、事故原因及抢险l 3月1日7时29分在建井施工中井下16号煤层掘进工作面+870水平回风大巷掘进工作面，底板奥灰水突水造成。l 从外地紧急调运大功率水泵和大口径钻机，用于透水事故的抢险救援工作。兰州军区宁夏给水团、郑煤集团、开滦集团紧急调运4台大功率水泵，其中两台水泵每小时额定出水量725立方米，另外两台水泵每小时额定出水量1000立方米；从北京调运325毫米的大口径钻机。主要是加强排水。14日透水事故例行情况通报会就宣布，专家认为井下被困人员已无生还可能，停止井上抢险救援工作。目前，有关各方还在加快抽排水及堵水速度，寻找失踪人员。213、吸取教训 l（1）、掘进施工探放水管理和工程承包中安全责任不落实、不到位等问题。l（2）、水文地质情况不清楚。l（3）、底板奥灰水带压开采措施落实不到位。2223二、“3.28”华晋焦煤集团王家岭煤矿重特大透水事故l 2010年3月28日14时30分许中煤集团山西临汾碟子沟项目部施工的华晋焦煤有限责任公司王家岭矿（山西省乡宁县和河津市境内）发生透水事故，当班下井261人，升井108人，153人被困井下，被困人员多为山西、河北、湖南、贵州4省籍农民工。为小窑老空水241、矿井概况l 华晋焦煤有限责任公司王家岭煤矿项目是国家和山西省“十一五”规划重点建设项目，井田位于山西省乡宁县和河津市境内，面积约180平方公里，地质会储量23.42亿吨，可采储量10.36亿吨，煤种为中灰、低硫、特低磷的优质瘦煤，是极好的炼焦配煤。整个项目由设计生产能力600万吨/年的矿井、入洗原煤600万吨/年的选煤厂、25万千瓦的综合利用电厂和9.3公里的铁路专用线构成。据介绍，乡王家岭煤矿项目投资概算总额为51.68亿元。目前，项目已累计完成投资21亿多元。矿井项目将于10月份投产，提前5个月完成工期。25井下透水事故情况262728292、事故原因及救援l 该矿井下施工的工作面回风巷掘进工作面探放水措施不落实，掘进导通采空区积水，致使米标高以下的巷道被淹。原因初步判断为小窑老空水。老空水从学术上来说也叫做老窑水，主要是指由于过去的一些煤矿开采，包括本煤矿的开采，也包括其他一些小煤窑的开采，开采完以后遗留下一部分采空区，这部分采空区被后期的地下水或地表水充满，就形成了一些老窑积水。如果后期的地下采掘工程触及到这种老窑水的水体边缘时，这部分老窑水就会以突然溃入的方式溃入到井下，造成一些突发性的水害事故。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。30救 援l1、30日凌晨2时15分，排水系统开始排水。外调 抢险队伍形成的第一个排水系统。l2、三条救人决策l （1）抽水救人（2）通风救人（3）科学救人l3、4种排水方案：一是往井上排水，二是在井下 往无人的空巷里倒水，三是打水平钻孔泄水，四是从地面打钻抽水。（“生命之孔”）l4、179个小时，即4月5日115名获救。到13日已经排水49500立方水，最终38名遇难。313、吸取教训l 存在问题：l（1）水文地质资料未查清，没有严格执行先探后掘、有疑必探的规定，井田内老窑积水情况未查清，就进行回采工作面巷道施工，没有按要求配备探放水钻机，未采取打钻探水措施。l（2）劳动组织管理混乱，为了抢工期、赶进度，井下安排个掘进面同时作业，当班作业人员过度集中，且领导干部带班制度不落实。l （3）现场管理不到位，单纯追究产值、速度，忽视安全生产。l（4）施工安全措施不落实，工作面出现透水征兆后，没有按照规定采取停止作业、立即撤人等果断有效措施。l（5）隐患排查治理不力，特别是今年月份以来工作面回风巷多次发现巷道积水、顶板淋水，但一直未采取有效措施消除隐患。32