矿井水灾防治.pdf

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1、第七章矿 井 水 灾 防 治第节水灾发生的原因及物探技术在矿井防治水方面的综合应用 -、水灾发牛的原因:1。没有牢固建立“安全第:预防为主”的安全观(1)矿井在突水前,已有明显的预兆,但有的领导为了产量,仍不采取措施,还强令工人继续施。(2)采区上方地表有大量积水,长期不处理,以致采空区塌落使积水溃人井下。(3)井底水仓长期不清理,致使容量减少或水泵排水能力不足,在矿井发生突水时涌水量大于排水能力,导致矿井被淹。(4)巷道(硐室工程质量不好,水砂慢慢下浸,不采取相应措施处理与地表水相联的遍道:导致地表永溃人井卞。(5)领导和作业人员思想麻痹,存有侥幸心理,图省事怕麻烦,井巷已接近老空、充水断层

2、、陷落柱、强含水断层,还不探水放水,结果造成突水事故。2.没 有坚持“有疑必探,先探后掘”的防治水原则(1)矿井对水文地质情况不清,曲于缺少资料,对突水水源及通道心中无数:就盲目进行采掘活动。(2)积水巷道位置测量错误或资料遗漏,有的知道有水源,但对其富水性及补给关系不清楚,特别是构造复杂、老窑分布较广的地区,对水源通道不清,却盲目采掘,结果发生突水事故。3.防排水工程质量低劣(1)矿井该建防水闸门的地方未建防水闸门。(2)矿井防水闸门长期不检修,已经失效,出水时不是关不上,就是不起作用。(3)矿井挡水墙打在浮煤上,两边不掏槽,水压一大就被冲垮。(4)煤矿工业用水管线泄漏,长期不处理,在 低洼

3、处或塌陷处大量积水,造成事故隐患。4.先 天不足、无序开采(1)煤矿特别是乡镇煤矿井口位置选择不当,紧靠河流、湖泊,个别井口标高过低,遇有地面洪水必然倒灌井下。(2)井口位置设计不合理,接近强含水层等水源。施工后在矿压和水压的共同作用下,围岩发生突水。(3)有不少小煤窑开在大矿的采区上方,有的就在大矿的保安煤柱、防水煤柱上滥采滥掘,甚至已与大矿贯通,一到雨季时洪水从小煤窑灌人大矿井下,造成事故。】12职工技术素质不高、安全意识淡薄 (1)大水矿区的工些铲井专职的防治水杌构、探放水队 伍缺乏和专业人员产董不定:(2)矿井发生突水事故前已 有明显征兆:但 职工缺乏安全意识或经验不足,波 引起足够重

4、视和采取相应措施。|(3)矿井上山巷道冒落,里面有大量的水、煤、矸等杂物而工人在处理时竟从下往上 饣 1导致突 水而被淹:(4)王人见溜 煤眼 被 堵,竟用 水冲:致 使眼内 大量 积水,宥 些透 水事故 就是捅籀 媒眼时发生的。(5)打钻时被高庆永顶di的钻杆造成人员伤亡:6.对 开采后水文地质条件变化的认识不充分对开采后水文地质条件的变化认识不足,也可造成水宋事故。例如华北某矿突水量巨大导致淹井后,来自 科研、高校、地勘和有突水危险矿区的防治水专家,参 加了整个抢险救灾指挥决策的技术咨询,防 治水专家经过广泛讨论与分析后认为发生本次水灾前,在太行山东麓峰峰、邯郸、邢台、井陉矿区等范围内,2

5、号 煤均从未发生过陷落柱奥灰水突水灾害。二1物探技术在矿井防治水方面的综合应用 物 探 菝 术 经 过 多 年 茇 展,呈 现 tB仅 器 多 样(技 术 丰 富 t应 用 广 泛 的 恃 点,但 客 种 仪 器和方法都有自 己的优缺点和适用范围,应 了解各种物探技术的特点,-甄,ll使用。.瞬变电磁技术的应用 瞬变电 磁技术可以全方位探测巷道各方向 或工作面内部的顶底板构造破碲区、相对眚水区 位置 及形态,确 定放水孔 位叠或 土 作商画 来时的 易突 水 地段,圈 走 媒层底板 注浆改 造重点区域等。其优点是探测方 向性强(适用于各种角度和方位探测,施土嵩效希置灵活,对低阻汉敏感,但在某些

6、理论向题上薷要作进一步研究:井下土作时需注意尽皇避开大的金属干扰体。-2.直流电法技术的应用 直流电法技术可用于探测巷道附近构造破碎带位置,划分岩层贫眚水Exi域,确定放水孔孔位或工作面回采时的易突水地段等:其优点是痤论成熟(仅器简使方法夷活、抗干扰能力强,缺点是体积效应影响资料解棒时对舁常区真体方位的准确判断:卉下薮据采集时必须保证电极接地条件良好:i 3.音频电透技术的应用 音频电透技术适宜于探测整个工作面顶、底板岩层岩性和富水性的横向”变化情况。其优点是仪器精度高,井下抚干扰能力较强,缺点是资料解释时对异常区的纵深位置不易准确判断。4.无线电波坑透技术的应用 i 无线电波坑透技术可以探测

7、工作面内部隐伏断层栖氆带砬萱|陷落柱形态(啬永区区域、夹矸和薄煤带等岩性变化范围。其优J基是仪器简便,施工快速,对舁常医走位效果好;缺点是同象异质现象明显,资料解释时对异常ExI的定性判断需与地庚资料结合:井卞数据采集时需断开测区内电缆,避免电磁干扰。|5。瑞利波技术的应角 】3瑞利波技术可以全方位探测巷道附近的岩层界面及断层带、岩溶、裂隙发育区、富水区等地质异常体。其优点是快速、全方位、施灵活,定位误差小;缺点是探测深度较浅,-般不超过 40m,资料解释时“定量”易而定性难,较易引起多解性。井下工仵时需多次重复探测,提高结果的可靠性。0.地质雷达技术的应用 :矿井地质雷达是在煤矿井下利用电磁

8、波的传播时间来确定距所需探测反射体(断 层、陷落柱、岩溶等地质小构造)的距离,它是煤矿井下用于超前探测的有力工具 第二节 水灾防治预案及水灾现场处理指挥 -t水灾防治预案 (丁)做好矿井防治水基砷工作 1.完善矿井防治水机构、人员和队伍大水矿区都要成立防治水领导小组。集团公司总经理和矿长分别是防治水的第一责任者,相应的总工程师负技术责任。矿设地测科和钻探队,地测科要有 3 4名矿井地质和水文地质人员,-负责资料的搜集和分析工作;钻探队要有专业技术员负责钻探资料的搜集和分析工作。有条件的单位要提取吨煤防治水资金,并且落实到实处,如山东肥城矿业集团公司,在集团公司、矿分别设地测副总工程师,具体负责

9、矿井防治水工作;河南省矿井质量标准化中对此也作出明确规定。2.加 强水文地质条件勘探、做好防治水预测预报工作 各煤田和井田在勘探时必须把水文地质情况搞清,给设计、建井、开采提供翔实可靠的图纸(资料。在开采过程中对矿井的突水源要进行认真的调查研究,掌握可能出水的断层及裂隙分布;要了解井下岩层的性质、含水层的补给来源和通道,查清井田内的老窑数量和分布地点,查清地面河流湖泊、池塘积水区域和水量变化;编制好完整的水文地质资料:僻到心中有翠,开犀逐头逐面水情水害预测预报工作3。建立健全防治水管理制度,严格执行防治水的有关规定 井田之间的边界煤柱和防水煤柱,要按 煤矿安全规程和有关规定留设。附近有小煤窑开

10、采的矿井,要把其开采范围和与水害有关的情况调查清楚,对大矿有威胁的小煤窑要坚决关掉,决不迁就姑息。坚决贯彻“有疑必探、先探后掘的原则,按照 防治水工作条例的要求,制定切实可行的探放水措施,尤其是对老空水。要经常性的对防水煤柱、小煤窑和老空水进行“三位一体?大检查,对断裂节“弗探后沣 分清顶帜本胄和底板水害,以防淹地区、淹井事故的发生。4.切 实完善防治水工程设施集团公司及矿每年都要编制防治水工程计划,并 认真组织实施。对防治水工程所需的资金要予以保证。矿井的水仓水泵能力必须与涌水晕相适应,并要有备用。要坚持不懈地进行雨季阝三防大检查。有突水危险的矿井或有突水危险的地区,都要设置防水闸门。在正常

11、生产期间,要定期对防水闸门进行检查和维修,保证随时可以顺畅关闭。大水矿井要做到水平隔离和采区隔离。要积极采用新的探测手段,准确发现前方水体和导水通】亻道,探明水文地质情况,对受破坏较深的隔水层可采用注浆加固、注浆堵水、帷幕截流等新技术占 5.加 强职工技术培训、增强抵御水害的能力要通过不同形式的教育培训,使职工了解透水前的各种预兆及其规律,做到发现透水预兆,能立即停止工作,采取措施,进行处理。为防止突水事故造成人员伤亡,井下要设置安全出口,标出避灾线路,一旦发生突水事故,可以安全撤出险区。矿井发生突水事故后,应立即通知救护队组织抢救。同时,根据事故水源启动全部排水设各加速排水,防止整个矿井被淹

12、。(二)水灾预警水灾预警分为突水征兆(突水量的变化、突水原因、突水通道和突水部位。1.突水征兆 底板突水前具有地压增大,底板鼓起、片帮、冒顶、折梁断柱,工作面潮湿等现象,出水的裂隙由窄变宽,水色由清变混或夹带煤屑。顶板老空来水具有发臭等特征。2.突 水量的变化 (1)底板突水与时间的变化关系:两者关系较为密切,突水量先小后大,随后趋于稳定或者变小。此外,突水点所处的构造位置不同,反映出涌水量的减小率也不一样。(2)底板与开拓巷道空间的关系:两者不成正比关系,而与揭露灰岩岩溶裂隙的面积成正比。例如,焦作演马庄矿-1集中运输巷(Lg灰岩)标高-123m,巷道近千米,非常干燥。1-1水 仓巷道(L:

13、灰岩)的东水仓(T145m)无水,而西水仓水量为 m3/h。(3)顶板老空水具有先小后大、突发性较强的特点,有时危害也十分大。3.突 水原因底板突水主要与断裂构造、底板灰岩的岩溶裂隙发育程度和水压、矿压及底板隔水岩层厚薄和力学强度等有关。在采掘过程中,隔水岩体受到水压和矿压的共同作用,破坏了岩体原有应力的平衡状态,使底板隔水层发生裂缝,导致突水。顶板老空水突水,大部分是由于防水煤柱不够,溃人巷道。4.突 水通道 灰岩地下水沿岩溶裂隙,由高向低作近水平运移,在运移过程中,由于断裂破碎带和水压等因素的影响,使深部灰岩水和浅部灰岩水发生水力联系而连通,运移状态也随之转为近垂直运移。顶板水则是曲于揭露

14、裂隙,防水煤柱小抵抗不住水压等被突破,而溃人巷道。5.突 水部位 勘探和开采资料表明,岩溶裂隙沿灰岩层面和断裂破碎带比较发育,它是地下水储存和运移的通道,所以突水部位多在岩溶裂隙发育处和断层尖灭处,或交汇处。如焦作演马应矿二一车场突水点位于断层带,引起两次淹井 事故。顶板水害事故多是顶板水本身大、接近老空区和小煤矿。6.突 水水源 透水事故从专业术语上说一般叫矿井突水,而不叫矿井透水。矿井突水是大量地下水突然集中涌人井巷的现象。当发生矿井突水,当矿井排水能力低于矿井的突水水量的时候,就会发生突水淹井事故。如果根据突水的水源来划分突水事故,是根据存水水源与 115开采煤层的接触关系,戈 刂 分为

15、顶板水害和底板水害;二是根据存水体(分为地表水体突水灾害和第四系松散层和第三系松散层突水事故、岩溶突水事故、陷落柱突水事故等:焦作煤业集团首次在焦作矿区建立了水位 自动监测系统,一旦深层岩溶水水位下降,将预示灾害性突水事故将要发生,对水灾预警起到重要作用。二、水灾现场处理指挥 1.井下发生水灾初期的 自 救 (1)井下发生突水后,应立即用最快的方法通知附近地区的人员一起按照 矿井灾害预防和处理计划中所规定的路线撤出。(2)突水时,水势很猛,冲力很大,人员撤退时定要注意向高处走,沿着上山方向进人上个水平,然后出井。(3)在撤退中,如出路已被水隔断,就要寻找井下位置最高、离井筒和大巷最近的地方暂时

16、躲避;同时定时在轨道和水管上敲打发出呼救信号。(4)如突水区设立水问门时,在人员撤出后,要立即紧紧关死水闸门,把水流完全隔断占 (5)水泵房人员在接到突水事故报警后,要立即关闭泵房两侧的密闭门,启动所有水泵,把突出的水尽快排出;没接到救灾领导人的撤退命令,绝对不可离开王作岗位。(-)突水后,特别是老空区酌积水突出以后,往往会从积水的空间放出大量有害气体,如瓦斯(硫化氢等,所以在避灾自救中要注意防止有害气体中毒和窒息。2.水灾现场处理(1)应迅速判定水灾的性质:了解突水地点、影响范围、静止水位,估计突出水蠹、补给水源及有影响的地面水体。(2)要掌握灾区范围搞清事故前人员分布,分析被困人员可能躲避

17、的地点以便迅速组织抢救。i(3)根据突水量的大小和矿井排水能力,积极采取排k堵、截水的技术措施。(4)加强通风,防止瓦斯和其他有害气体的积聚和发生熏人等意外事故:i(5)排水后进行侦察、抢险时,要防止冒顶、掉底和二次突水。(6)抢救和运送长期被困井下的人员时要采取的措施,要防止突然改变他们已适应的环境和生存条件-造成不应有的伤亡:水灾救灾指挥者应进行正确判断 :作为指挥者,在突水事故发生后,应正确判断遇险人员可能躲避的地点,科学地分析该地点是否具有人员生存的条件,然后积极组织力量进行抢救。当躲避地点比外部水位高时,该处有空气存在,遇险人员可能生存。对于这些地点的人员,应利用-切可能的方法(如

18、打钻或掘进一段巷道等)向他们输送新鲜空气、饮料相食物。当积水不能排除,且不具各打钻的条件时,为保障他们的生命安全,可考虑进行潜水救护,即由潜水救护队员潜水进人灾区,将携带的氧气瓶、饮料、食物药品等送给遇险人员,以维持起码的生存条件。当避难地点比外部最高水位的标高低时,有两种情况发生:i(1)突水时,突水能直接涌人位于突水点下部的巷道(如 平巷,下山等),并 把它们】6淹没。工般情况下,这些地点不会有空气存在,也就不具备人员生存条件,误人这些地点避灾的人员,将无生还可能;然而,多次出现过,人员躲在水位下平巷或下山i高冒处获救的案例。(2)当突水点下部巷道全断面被水淹没后,与该巷相通的独头上山等上

19、部独头巷道,如不漏气,即使低于外部最高洪水位时,也不会全部被水淹没,仍有空气存在。在这些地点躲避的人员具备生存的首要条件,如果避难方法正确(如 心情平静、适量喝水、躺卧待救等),是 能生还的。这种事例在矿井水灾实例中并不罕见。对于那些低于外部水位的避难地点,严禁打钻,防止独头空气外泄、水位上升、淹没遇险人员;最好的办法是加速排水,及早营救他们。第三节 典 型 案 例案 例 1华 北某矿二一轨道下车场突水。19”年3月8日,在一0m水 平东大巷二-轨道下车场掘进底板岩巷时,遇到一个落差 8h的 断层,为防突水,停止掘进,加固巷道,犯h后,即3月9日14时 5分,巷壁流黑水,并有水叫声,随做关闭水

20、闸门的准备,水量逐渐增大,流速为 1.3m/s,最大水量 硐0m3/h。突水原因是:巷道开在 Ls灰岩里,遇断层,在水压高达 2。MPa的条件下,深层 灰岩水和奥灰水突破断裂破碎带直接溃入巷道,而形成了淹井。此次突水因二水平大巷水闸门关闭受阻,一、二水平没有隔离,排水能力不足,铌血n后,二水平全部淹没,4h侣min后淹井。第二次突水淹井,是在第一次突水后,由地面打钻注浆封堵,切断水源。19sS年5月17日二水平排水即将落底时,因原突水点堵水不严或强度不够而发生突水量为 19200ms/h的第二次突水淹井。案 例 2华 北某矿 03工作面掘进过程中发生了2号煤层奥灰陷落柱特大突水灾害。03年 4

21、月 日,在03工作面掘进过程中发生了2号 煤层奥灰陷落柱特大突水灾害。虽经全力组织抢险救灾,但因突水量远远超过矿井最大排水能力,5天 后矿井被淹。突水前未见突水征兆。突水后,地面奥灰水文孔的水位迅速下降,降幅达”m。根据水蠹巨大、出水迅猛的特点和水质化验,确定突水源为煤系地层基底奥灰强岩溶水。在距突水点叨 m的东 乡钻孑 L,终 孔层位为9号 煤底板,未揭露奥灰且封孔良好,未见地质异常,判定不可能为钻孔突水,故可确定在该突水点附近存在导水隐伏陷落柱。在堵水复矿过程申,选择加密三维地震探查突水体位置及边界形态,采用瞬变电磁和直流电法探测突水体富水性及其分布特征,再通过钻探查清隐伏含水、导水构造边

22、界参数。经三维地震勘探,认为区内发育一陷落柱,发育高度达到新生界底部,2号 煤层处长轴 0m,短 轴”m,陷 落柱边缘距03下巷出水点约5m左 右,距01采空区最小煤柱 sO m;经电法探测,认为突水构造含水性较好,2号 煤层处陷落柱长轴 110吨 短轴m,陷落柱距 29O1采空区下侧最小煤柱约甾 m。经瞬变电磁法和大功率高密度直流电法探测,认为陷落柱距01工作面下侧煤柱宽度。经瞬变电磁探测,认为陷落柱短轴约 SOsOm,长 轴约 0m,发 育高度达到上石盒子下部(-3m),最小煤柱宽度为甾%m。案 例 3华 北某矿严重透水事故。1】7“年4月 1目纽Os|上付巷掘进工作面发生严重突水:事:故,12名矿工被:困井下其中包括该矿代总工程师和名副总置程师:经多方抢虮1名被困人员被成:功解救。根据有关资料统计,我国建国以来,发生类似的突水事故有 200多起,其中有 sO%发生在河南境内。=|i .|-掌 功 0 卧 试:述煤 矿 发 生 水 灾 的 原 洇:。i 简述有哪些物探技术应用于矿井防治:水。.J 3.矿井水灾防治预案包含哪些内 容?4。试述矿井发生突水后水灾现场处理应包含的内容 】8