第六章矿山防水

1、辽宁科技学院教案课题名称§6 矿井水灾及防治技术课次第（10）次课课 时2课型理论（）；实验（）；实习（）；、实务（）；习题课（）；讨论（）；其他（）教学目标熟悉矿井水灾产生的根源；掌握矿井防治水技术措施；熟悉地下矿山透水的预兆；掌握透水时采取的措施。重点、难点及解决方法重点：矿井水灾产生的根源、防治水技术措施、透水预兆。解决方法：列举案例进行讲解。教学基本内容与教学设计1、简介本次课的基本内容2、教学进程和教学时间具体安排§6.1 矿井水灾事故及根源，25分钟。§6.2 矿井防治水技术措施，40分钟。§6.3 矿井透水预兆和事故处理，25分钟。教学方法

2、讲授法、案例法等教学手段板书参考资料陈宝智矿山安全工程、注册安全工程师考试安全生产技术学习效果评测作业1、矿井的透水水源和导水通道有哪些？2、矿井透水预兆有哪些？教学后记辽宁科技学院讲稿教学内容备 注6 矿井水灾及防治技术6.1 矿井水灾事故及根源一、矿井水灾事故案例 在矿山水灾中，以矿井透水（突水）事故发生最多，后果最为严重。1、1935年，山东省鲁大公司淄川炭矿公司北大井（即现在的淄博矿务局洪水煤矿）透水事故。由于水文地质情况不明，又未采取必要的探水措施，在巷道掘进到与朱龙河连通的周瓦庄断层时，河水突然灌入，涌水量高达578648m3/min，经过78h后，全矿井被淹没，造成536人死亡，

3、这是世界上最大的矿井水灾之一。北大井透水当天，即5月13日，从南定矿业所获知：位于北大井东北15公里沣水庄南的泉水，于下午1时突然开始减水，至下午6时就干涸了。后来证明北大井突水源就是奥陶纪石灰岩水。2、2001年，广西南丹“7·17”特大透水事故事故发生的时间为2001年7月17日3时40分，地点是广西南丹县大厂镇境内龙泉矿冶总厂所属拉甲坡矿9号井标高-166m平巷的3号作业面。7月16日下午4点，龙山、拉甲坡和田角锌矿共安排职工500多人下井作业。17日凌晨3点多，拉甲坡矿9号井实施两次爆破后，标高-166m平巷的3号作业面与恒源最底部-167m平巷的隔水岩体产生脆性破坏，大量高

4、压水从恒源矿涌出，发生透水，淹及拉甲坡矿3个工作面、龙山矿2个工作面、田角锌矿1个工作面，致使81人死亡，其中拉甲坡矿59人、龙山矿19人、田角锌矿3人，直接经济损失8000余万元。非法开采，乱采滥挖，违章爆破，引发透水是导致“7·17”特大事故的直接原因。5月23日，恒源矿及其连通的拉甲坡矿9号井1、2号工作面标高110m以下采空巷道均被水淹，并与老塘积水相连通。恒源矿最底部167m平巷顶板与拉甲坡9号井166m平巷3号工作面之间的隔水岩体最薄处仅为0.3m，在57m的水头压力作用下已处于极限平衡状态。7月17日凌晨3时多，拉甲坡矿9号井两次实施爆破，使隔水岩体产生脆性破坏，形成一

5、个长径 3.5m、短径1.2m的椭圆型透水口，高压水急速涌入与此相通的几个井下作业区，导致特大透水事故发生。3、山东潍坊昌邑正东矿业有限公司盘马埠铁矿透水事故2011年7月10日，山东潍坊昌邑正东矿业有限公司盘马埠铁矿发生透水事故，造成23人死亡。事故的直接原因是违规向露天采坑内排放尾矿、违规开采保安矿柱，造成保安矿柱远小于设计尺寸（设计为12-15米，实际只有3.4米），积水和尾砂溃入井下。辽宁科技学院讲稿教学内容备 注二、矿井水灾产生根源（一）矿井水灾发生的必要条件和遵循的原则必要条件：在矿区范围内存在着水源和形成涌水通道是矿山水灾发生的必要条件。因此，一切防水措施都要从消除水源、杜绝涌水

6、通道着手。遵循原则：有疑必探，先探后掘（二）矿井透水水源 在矿山开采过程中，矿井透水水源主要有：地表水、溶洞溶蚀裂隙水、含水层水、断层水、封闭不良的钻孔水、采空区形成的水体。（三）矿井导水通道矿体及其周围虽有水存在，但只有通过某种通道，才能进入井巷形成涌水或突水。涌水通道可分为地层的空隙、断裂带等自然形成的通道和由于采掘活动等引起的人为涌水通道两类。1、自然导水通道（1）地层的裂隙与断裂带（2）岩溶通道（科斯特地形）（3）孔隙通道（松散岩层，有时与地表水或含水岩层沟通）2、人为导水通道（1）顶板冒落裂隙通道（2）底板突破通道（下部高压地下水涌入井巷造成透水）（3）钻孔通道（比如，矿井揭露勘探钻

7、孔，而勘探钻孔与上部水源相连通）辽宁科技学院讲稿教学内容备 注6.2 矿井防治水技术措施一、矿井水文地质勘查和观测工作为了采取防治矿井透水措施，预防矿井水灾发生，必须查明矿井水源及其分布，做好矿山水文地质勘查和观测工作。（1）冲积层和含水层的组成和厚度，各分层的含水及透水性能；（2）探明断层和破碎带的分布及状况；（3）探明隔水层的分布及状况；（4）老空区的状态和分布情况；（5）地下矿开采地表错动或塌陷范围及涌水量的变化情况；（6）收集地面气象、降水量和河流水文资料，查明地表水体分布情况；（7）通过探水钻孔或水文观测孔查明矿井水的来源，弄清矿井水与地下水和地表水的补给关系。二、矿井防治水技术措施

8、主要包括地表水治理、地下水的排水疏干、矿井水的隔离与堵截和矿井排水等综合防治水措施。（一）地表水治理措施1、合理确定井口位置井口标高必须高于当地历史最高洪水位1m以上。2、填堵通道和消除积水为防止雨雪水渗入井下，在矿区内采取填坑、补凹、整平地表或建不透水层等措施。3、整治河流（1）整铺河床河床底部修筑不透水的人工河床。（2）河流改道 4、修筑排（截）水沟 在矿区周围修筑排（截）水沟，把矿区错动范围以外的水截住排出去。（二）地下水的排水疏干在调查和探测到水源后，最安全的方法是预先将地下水源全部或部分疏放出来。疏干方法有3种：地表疏干、井下疏干和井上井下联合疏干。1、地表疏干在地表向含水层内打钻，

9、用深井泵或潜水泵把水抽到地表。地下水位较浅时使用。2、井下疏干包括老空区积水疏干和疏放含水层水等方法。老空区积水疏干必须弄清是否有补给水源，矿井排水能力能否满足。而采取排、堵、隔离等措施。疏放含水层的水时，可以采用巷道疏干（书165页图9-5）、钻孔疏干及联合疏干等方法。3、联合疏干辽宁科技学院讲稿教学内容备 注（三）矿井水的隔离与堵截在探查到水源后，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，需采取隔离水源和堵截水流的防水措施。1、隔离水源隔离水源是防止水源进入矿井或采区的隔离措施，包括隔离矿（岩）柱、隔水帷幕两种方法。（1）隔离矿（岩）柱以下六种情况需留隔离矿（岩）柱：见书166页图9-6。

10、 矿体直接被松散的含水层所覆盖，或者处于地表水体之下（图a） 矿体一侧与强含水层接触或局部处于强含水层之下（图b） 矿体在局部地段与间接底板承压含水层接近（图c） 矿体在局部地段与间接顶板含水层接近，顶板冒落达到含水层（图d） 矿体与充水断层接触（图e） 采掘工作面接近被淹井巷或老空积水区（图f）金属非金属矿山安全规程规定，相邻的井巷或采区，如果其中一个有涌水危险，则应该在井巷或采区间留出隔离矿（岩）柱。隔离矿（岩）柱尺寸确定方法：当矿体直接与含水层或充水断层接触时，如果忽略矿柱自重，按承受水压力的均布载荷的简支梁考虑，隔离矿柱宽度按下式计算： 式中 L巷道宽度，m； P水的压力，Pa； 矿石

11、抗拉强度，Pa。当矿体顶板有承压含水层时，把隔水矿（岩）层看作承受水压和隔水层自重的均布载荷的两端固定梁，隔离矿柱最小理论厚度为：式中 L巷道或采场跨度，m； 隔水矿岩层矿岩重度，N/m3； P含水层水的压力，Pa； 隔水矿岩层矿岩石抗拉强度，Pa。±采掘面在含水层之上取-号，采掘面在含水层之下取+号。（2）隔水帷幕制作方法隔水帷幕是在水源与矿井或采区之间的主要涌水通道上，将预先制备的浆液经过钻孔压入岩层裂隙，浆液沿裂隙渗透扩散并凝固、硬化，形成防止地下水渗透的帷幕。辽宁科技学院讲稿教学内容备 注采用条件一般在下列条件下使用：老空区积水或水体与强大水源有联系，单纯用排水方法排除积水不

12、经济或不可能；井巷穿过富含水层，必须隔离；井巷严重淋水；涌水量特别大矿井，为减少涌水量降低排水费用。注浆材料主要分为硅酸盐类和化学类两大类。其中硅酸盐类包括水泥浆和水泥水玻璃浆两种；化学类包括水玻璃类、无机材料类、高分子材料类三种。注浆工艺分为静水注浆和动水注浆两种。2、堵截水流包括设置防水闸门和防水墙两种方法。（1）防水闸门组成防水闸门由混凝土墙垛、门框和能够开闭的门扇组成，书168页图9-7。布设位置设置在发生透水时需要堵截水流而平时需要运输、行人的巷道内。比如：通往水害威胁地区巷道的总汇合处、井底车场、井下水泵房、变电所的入口处等。（2）防水墙作用防水墙是用不透水材料构筑的，用以隔绝积水

13、的老空区或有透水危险区域的永久性堵水设施。分类和形状根据构筑防水墙所使用的材料，防水墙可分为木制防水墙、混凝土防水墙、砖砌防水墙和钢筋混凝土防水墙。见书169页图9-9、9-10。防水墙的形状有平面形、圆柱形和球形。（四）矿井排水矿井排水的主要井巷工程包括水泵房和水仓。矿井排水要有专门的设计。金属非金属矿山安全规程有关规定：井下主要排水设备至少应由同类型的3台泵组成。工作泵能在20h内排出一昼夜的正常涌水量；除检修泵外，其他水泵在20h内排出一昼夜最大涌水量。井筒内应装备两条相同的排水管，其中一条工作，另一条备用。水仓应由两个独立的巷道系统组成。涌水量大的矿井，每个水仓的容积应能容纳24h井下

14、正常涌水量。一般矿井主要水仓容积应能容纳68h的正常涌水量。辽宁科技学院讲稿教学内容备 注6.3 矿井透水预兆和透水事故处理一、透水预兆透水之前出现如下预兆：（1）巷道壁“出汗”；（2）顶板淋水加大；（3）空气变冷、发生雾气；（4）采矿场或巷道“挂红”，水的酸度大，味发涩，有臭鸡蛋气味；（5）岩层里有“吱吱”水叫声；（6）底板突然涌水；（7）出现压力水流；（8）工作面空气中有害气体增加。二、透水时应采取措施（1）向上级报告。（2）采取应急措施，在场人员尽可能就地取材加固工作面，堵住出水点。出水无法控制时要按规定避难路线迅速撤离到地面。（3）矿领导应组织人员抢救，及时通知有关人员撤离危险区，尽快关闭防水闸门，待人员撤至井底车场时，再关闭井底车场防水闸门，保护水泵房， （4）透水后，应全部开动井下排水设备。（5）维持井下正常通风。（6）核查井下人员，组织力量抢救遇难人员。三、被淹井巷的恢复1、被淹井巷的水量 被淹井巷水量包括静水量和动水量两部分。静水量：由于被淹井巷存在压缩空气，使得被淹井巷中水的体积比井巷体积要小，两者比值称为淹没系数。动水量：是指井巷被淹后单位时间内的涌水量。其计算公式如下： 式中 QD观测期间动水量，m3/h； q1