煤矿水害及防治

煤矿水害及防治

第1页，共52页。一矿井水灾及危害二矿井水的来源与水文地质类型三煤矿水灾典型案例分析四我国煤矿水灾特点、原因（存在问题）五煤矿井下透水征兆六煤矿水害预防及治理七煤矿井下避灾路线、救灾与应急预案八太原市东山煤矿水害及治理九结论第2页，共52页。（一）水是人类生存最基本的资源

工业、农业、各行各业——最基本的资源（二）中国水资源特点

１、人均为世界的四分之一

２、分布不均南多北少（南水北调）

３、集中在夏季（水灾）水资源与煤炭开发第3页，共52页。（三）山西水资源特点：1、人均是全国的17%,严重缺水。2、山西是黄土高原，三面低、水外流。①桑干河——河北、北京官厅水库②滹沱河——河北、平山县西北坡③娘子关水——河北石家庄④漳河水——河南林县红旗渠⑤沁河水——河南3、太原市人均水资源是全国的7.4%，世界最严重缺水的城市之一第4页，共52页。（四）引黄工程

30年代，阎锡山提出，调研考察，七七事变停止，解放后一直提。90年代才开始，中央批准，全年引水12亿方.（五）煤炭开发

吃水困难水资源破坏土地荒废生态环境恶化第5页，共52页。一矿井水灾及危害1、矿井水灾

煤矿突然大量透水，采掘工作面或井巷被淹，矿井局部或全部停产，财产损失、人员伤亡的事故。2、矿井水灾危害：

1）缩短矿井服务年限煤炭部统计：统配煤矿600个矿井，225处受水害威胁，占1/3强。400亿吨储量，109亿吨不能或不敢采。

2）财产损失、人员伤亡煤炭部统计：1955～1990发生水灾821次，淹井227次。直接经济损失37亿，人员伤亡1380人。3）2007～2008发生水灾122起，死亡518人。4）王家岭煤矿透水事故153人被困，115人获救。第6页，共52页。二矿井水的来源与水文地质类型一、矿井水的来源

（一）地表水：河流、湖泊、水库、雨水、洪水---渗入或直接流入

（二）地下水：1、概念

含水层——有空隙，含有水且能透水的岩（土）层

隔水层——不含水，且能阻止水通过的岩（土）层2、按空隙性质分类：

孔隙水——松散岩层（砂层砾石层）孔隙中的水。

裂隙水——整体岩层（砂岩）裂隙中的水。

岩溶水——石灰岩裂隙溶洞中的水。第7页，共52页。3、按埋藏条件分类：潜水——地表下第一个隔水层上，具有自由水面的重力水。层间水——两个隔水层之间含水层的水。无压层间水——含水层未充满水，水面不受压，具有潜水性质。有压层间水——含水层充满水，水对上面隔水层有压力(承压水)。4、含水层水量丰富的影响因素：①含水层的厚度。②含水层的透水性质。③承压水的压力。5、一般规律：

地下水——水压高、水量大、来势猛、突然涌出、危险最大

、最主要水源。第8页，共52页。（三）老窖（空水）

老窖水——小煤窑采空区水、巷道积水。老空水——本矿采空区巷道积水。（四）断层水断层——地层断裂错位，形成的破碎带。断层将地下各含水层连通，甚至与地表水连通。（五）陷落柱（无炭柱）水石灰岩大溶洞塌陷，形成柱状的破碎带，将含水层连通。第9页，共52页。二、煤矿水文地质类型1、分类的目的——与水害作斗争。2、分类因素

含水层的富水性（单位涌水量大小，q，L/min)老窖（空）水分布（王家岭114个，现有18个)矿井涌水量地质构造（断层、陷落柱）突水量分布受水害影响的程度防治水难度3、分为四类：简单、中等、复杂、极复杂（见规定P6～7表2－1）第10页，共52页。三煤矿水灾典型案例分析一、西山官地矿暴雨（洪水）淹井事故

1996年8月4日，太原西山暴雨引发洪水，通过小煤矿涌入官地矿，从平硐流出。井巷被淤泥充填，停产6个月，迎泽西大街堵塞，1个月不通车二、潞安五阳煤矿河水（漳河）涌入井下事故因下大雨，河水猛涨沿沉降裂隙涌入井下，该矿二水平被淹停产。三、吉林梅河一井，水库的水与泥沙涌入井下事故

1977年12月19日，上山绞车房施工，距水库底仅7米，发生透水，64人死亡，93人负伤。第11页，共52页。四、王家岭透水事故

2010年3月28日，20101工作面回风巷，迎头老窖水、砂岩裂隙水补给，透水强度28817m3/h.被淹范围＋583.168m以下标高所有巷道。五、山东淄博北大井淹井事故

1935年5月19日，奥灰岩承压水沿断层涌入井内，三天矿井全部被淹，涌水量443m3/min，538名矿工遇难，世界罕见。第12页，共52页。六、开滦范各庄特大透水事故1、简介

1984年6月2日，通过陷落柱，强大的奥灰水涌入井内，水量为2053m3/min，20h55min淹没了年产310万吨的特大型矿井。

6月6日，突破与吕家坨矿的边界煤柱涌入吕矿，水量为388.8m3/min，吕矿被淹停产（煤柱仅7米）

6月25日，与吕矿相连的林西矿，边界煤柱渗水，每分钟18m3/min，该矿受到严重威胁，被迫停产（煤柱仅16米）与林西矿相邻的唐家庄、赵各庄，因历史原因无隔离煤柱，也受水害威胁，被迫处于半停产状态。第13页，共52页。范各庄特大透水相邻各矿位置示意图第14页，共52页。2、危害

共损失煤炭500万吨，减产1141.7万吨，治水直接经济损失4.95亿元，共有11名矿工遇难。由于奥灰水大量涌入井内，水位大幅下降，范各庄突水点以北6～7km范围内出现了17个直径10m,深3～10m的塌陷坑，而后又连成一片，该区域饮水井水位下降，造成20万居民缺乏饮用水。3、原因陷落柱导水，探水钻孔将高压水引出。第15页，共52页。4、治水：a.钻探、物探、摸清陷落柱形态和过水通道。b.强排，控制水位，确保林西矿不被水淹，消除危险，首先复产。c.注浆截水，吕范两矿边界不过水，再强排，吕矿复产。d.注浆封堵出水点（地面大钻孔充填注浆）再强排，范矿复产。

该综合治理特大透水事故——获煤炭部科技进步特等奖。第16页，共52页。四我国煤矿水灾特点、原因(存在问题)一、我国煤矿水灾特点1、水害主要发生在乡镇煤矿（含非法煤矿）

2007～2008年122起事故

有97起占79.5%

56起较大以上水害有45起占80.4%2、透水事故主要水源为老窖（空）水和地表水

2007～2008年

56起较大以上水害中老窖（空）透水51起死亡384人，分别占

91.1%

91.8%

地表水透水5起，死亡34人，分别占

8.9%

8.2%

第17页，共52页。3、掘进工作面是发生透水事故的主要地点

56起较大事故，有45起，占80.4%。4、非法生产造成透水事故比例高

56起较大事故，有23起，死亡112人，分别占

41%

41.1%。5、瞒报事故时有发生

56起较大事故，有10起，死亡86人，分别占

17.9%

20.6%。第18页，共52页。二、我国煤矿水害原因（存在问题）1、水文地质资料不清

1）矿井原有水文地质资料有问题

2）老窖（空）分布、积水程度——更不清楚王家岭自古以来查出老窖114个，采深100～300米，最大500米，事故前有18个（井田内有6个，相邻12个）与水害作斗争如何做到知己知彼

《规定》第二章第2节矿井防治水基础资料第三章水文地质补充调查与勘探第19页，共52页。2、破坏防隔水煤柱

为什么留

什么地方留留多大影响因素是什么3、防治水工作不到位，探放水措施没落实防治水工

程质量差4、透水征兆明显，仍违规生产（王家岭）5、监管不到位或机构重复，责任不明确防隔水煤柱第20页，共52页。五煤矿井下透水征兆一、一般透水征兆（共性）1、矿山压力增大，折梁、断柱、顶板下沉、底鼓2、水气特征：有雾气、煤潮湿、变冷、水珠、滴水、淋水变大3、水清净说明水还远，水混浊，已接近水源，已出现压力水流，离水源很近二、老窖（空）水征兆

有大量的H2S气体或呈酸性，有臭鸡蛋味、水发涩、挂红、有铁锈色水迹三、顶板孔隙含水层

水中含细沙、时清时混、水量增大、砂量增大。四、底板岩溶水

底鼓，有水的嘶嘶声或刺耳水声，水色发黄或发灰，有时也“挂红”

注意：特殊情况、假象、麻痹第21页，共52页。六煤矿水害预防及治理

（规定第4、5、6章）一、地面防治水1、井口、主要建筑物标高，高出当地最高洪水位2、建立输水、防水和排水系统3、做好地表水堵漏、地面裂缝的填塞工作4、对河水改道或构筑防渗帷幕墙5、及时封闭报废的钻孔及井口6、健全防治水机构，加强雨季、洪水的巡视及防范

防、排、疏、截、堵第22页，共52页。1、留设防隔水煤（岩）柱1）为什么要留煤（岩）柱——防止透水事故2）什么地方留防隔水煤（岩）柱（《规定》第52条）①煤层露头风化带②地表水体、含水冲击层下和水淹区邻近地带③与富含水层有水力联系的断层、裂隙带或强导水断层接触的煤层④有大量积水的老窖和采空区⑤导水、充水的陷落柱、岩溶洞穴或地下暗河⑥分区隔离开采边界、矿界⑦受保护的观测孔、注浆孔和电缆孔等。二、井下防治水第23页，共52页。3）防隔水煤柱尺寸的影响因素①水文地质条件；②煤的物理力学性质；③地质构造；④煤层赋存条件；⑤开采方法；⑥岩层移动规律；⑦采深。4）采空区上覆岩层破坏的普遍规律(上三带)垮落带（冒落带）—直接顶不规则冒落裂缝带————老顶断裂，成规则排列弯曲下沉带——可直达地面岩层移动角（地表移动范围）第24页，共52页。I—垮落带；II—裂缝带；III—弯曲下沉带第25页，共52页。第26页，共52页。5）防隔水煤柱尺寸的计算

无公认完善的计算方法，理论计算仅供参考工程类比选取注《规定》附录三共9种情况的计算）6）防隔水煤柱的最小尺寸《规定》①井田露头、断层两边≥20m

②老窑、老空水体下掘进巷道与水体的最小距离≥10倍巷道高度③老窑、老空水体下回采防隔水煤柱≥导水裂隙带最大高度+保护带厚度(10m）④两矿人为边界防隔水煤柱总宽度≥40m

第27页，共52页。采掘空间矿山压力分布规律（三区图）煤柱支承压力分布图第28页，共52页。2、排水系统①工作水泵：20h排出24h正常涌水量②工作水泵备用水泵③水泵房的要求：第59条④水仓的容量要求：第60条水仓水泵(水泵房)排水管地面20h排出24h正常涌水量(雨季)第29页，共52页。3、水闸门与水闸墙

《规定》第四章第4节

①水文地质复杂、极复杂矿井A、井底车场附近设——防水闸门B、或增设——潜水电泵排水系统②在突水危险的采掘区域，其附近设置防水

闸门（第67条）③防水闸门的规定与管理（第68、69条）第30页，共52页。4、疏干开采与带压开采

《规定》第四章第5节㈠疏干开采（第72～76条）煤层顶板含水层、老空水——先疏干、后开采㈡带压开采（第77～79条）①隔水层厚度大，能承受的水压值＞实际水压值

开采后，隔水层不破坏，底板不突水—可带压开采1)安全隔水层厚度计算公式：第31页，共52页。2)突水系数计算公式：

T=P/MP-水压，MPaM-隔水层厚度，m3)临界突水系数（全国经验数据）正常块段0.1MPa/m构造破坏0.06MPa/m

②隔水层厚度小能承受的水压值＜实际水压值（第78条）a、疏水降压：使实际水压降到安全水压以下；b、如承压水补给边界查清，可先进行帷幕灌浆，截断水源，再疏水降压；第32页，共52页。C、如承压水补给充沛d、东山煤矿改革采煤方法：缩短工作面长度，减少底板破坏高度.

从下山最低处先回采——先采最危险的工作面足够的排水系统构筑防水闸门进行奥灰水的动态监控——及时发现出水点使水压降到安全水压改造含水层加固隔水层采用局部注浆第33页，共52页。5、注浆堵水《规定》第四章第六节1)注浆封堵突水点（第81条）①圈定突水点位置②探明突水补给水源③探明突水通道的性质与大小④编制注浆堵水方案（施工组织设计）⑤封堵突水点⑥疏干开采被压煤层2）帷幕注浆第82条—实质是截第34页，共52页。3）巷道穿过导水断层、裂隙带、陷落柱等构造①探水前进②超前预注浆堵水加固③必要时预先构筑防水闸门④壁后注浆处理4）回采工作面有导水断层、裂隙带、陷落柱时①留防隔水煤柱②采用注浆方法封堵导水通道

上面5项内容就是防、排、疏、堵、截得综合治理原则第35页，共52页。6、注浆基础知识1）注浆设备

①泥浆泵；②专用注浆泵；③各种封孔器2）注浆材料

①水泥；②水泥-水玻璃；③粘土、粉煤灰；④化学浆；⑤砂子、石子、炉灰；⑥速凝剂。3）注浆孔布置4）注浆种类

①渗透注浆；②挤压注浆；③充填注浆。5）注浆参数

①扩散半径；②注浆量；③注浆压力。第36页，共52页。三、井下探放水《规定》第五章1、防治水原则1）水文条件简单、中等的矿井：

预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采2）水文条件复杂、极复杂的矿井

预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采2、采掘遇有下列情况，应当（必须）进行探放水(第92条)1）接近水淹或者可能积水的巷道、老空或者相邻煤矿。2）接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱。3）打开防隔水煤（岩）柱进行放水前。第37页，共52页。4）接近可能与河流、湖泊、蓄水池、水井等相同的断层破碎带。5）接近有出水可能的钻孔。6）接近水文地质条件复杂的区域。7）采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤（岩）柱厚度不清楚，可能发生突水。8）接近有突水的灌浆区。9）接近可能有其他突水的地区。第38页，共52页。3、概念1）探水线——有疑问，开始探水的位置。2）探水钻孔主要参数①超前距—探水孔终孔位置始终超前工作面的距离。②允许掘进距离—探水无水时，安全掘进的长度③帮距—最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离帮距＝超前距或小（1～2)m,帮距一般20米。④孔间距—探水孔允许掘进终点处的间距。3）探水钻孔布置方式扇形布置——三面受水威胁半扇形布置——巷道一侧受水威胁4）钻孔直径与数目直径φ：一般为（46～75）mm最大不宜超过91mm孔数≮3个

第39页，共52页。探水钻孔参数示意图第40页，共52页。4、布置探放水钻孔的规定《规定》第94条5、安装钻机操作前的规定《规定》第96条6、探水钻孔超前距离和止水套管长度的规定。《规定》第98条7、探水钻孔钻进时，发现透水征兆应采取的措施。《规定》第99条8、探放老空水的规定.《规定》第100条第41页，共52页。七煤矿井下避灾路线与救灾及紧急预案1、一旦突水，沿避灾路线撤出，巷道交叉处设有路标指示牌，有灯光照明，指示方向，撤到上水平或地面。2、如破坏指示牌或照明，人往高处走，朝有风流的上山撤退。3、救灾发生水灾—报矿调度室—通知救护队—开启全部排水设备—关闭水闸门—抢险救灾—减少水害4、应急救援：见《规定》第8章第1节第42页，共52页。八太原市东山煤矿水害及治理一、六斜坡下山突水事故1.东山煤矿概况：生产能力150万吨，现生产水平＋750m。15号煤为主采煤层。奥灰水静水位标高＋800m，下山煤层标高＋750～＋220m，全部在奥灰岩静水位之下，为带压开采，井田内断层十分发育，往往以断层划分采区和工作面。断层是奥灰水的突水通道。2.六斜坡下山概况

六斜坡下山属于一采区，走向长350m，倾斜长400m，开采15号煤，可采储量130万吨，布置三个工作面，其中一个工作面上分层已采出16万吨。第43页，共52页。3.六斜坡下山突水简介为扩大煤储量，沿煤层开了一条探巷，进入F11断层5米，标高＋699m，无法判定煤层在哪里，停掘打钻，钻孔打了19.8米，仍在断层内，钻孔涌水量仅1m3/h,停泵升井修电机，相隔8h，发现探巷被淹，不到6天，淹没整个采区，水位上升到+760m，流入+750大巷。整个采区积水3万m3，涌水量540m3/h，压煤114万吨，淹没设备34.6万元，停产、减产损失10万余元，每年增加排水费用60万元。4.突水原因

F11断层使15号煤层直接与奥灰水对接，在水压1.01MPa作用下发生突水。第44页，共52页。5.水害治理强排：想恢复该采区生产，因排水设备不足，失败。在三条下山上口分别构筑防水闸门1座，堵水墙2座，想封闭出水区域，因工程质量差，不敢完全关闭防水门。筹资100万，从地面打钻，注浆封堵出水点，因钻孔不准，堵水效果差，该下山一直被淹，不能恢复生产。6.教训对断层导水性认识不清，探巷进入断层，还要盲目打钻找煤；进入断层前，不严格执行“先探后掘”的原则，盲目施工探巷；钻孔出水了，还认识不清，不采取措施。第45页，共52页。二、东山煤矿试6-1号钻孔注浆封堵水简介1.试6-1号钻孔概况

根据东山煤矿带压开采的需要，要求从井下施工2-3个钻孔。试6-1号孔位于一采区下山水仓附近，孔口标高+630m，预计钻孔100m，伸入奥灰岩马家沟组。2.试6-1号孔施工简介

该钻孔由148地质队承包，未经固管封孔，一直向下钻孔62m，打透两层薄灰岩，此时孔口水压5.5大气压，水量35m3/h，若再往下钻孔，打透奥灰岩，将发生淹井事故，148地质队向矿上提出停工，并退出施工。第46页，共52页。3.试6-1号钻孔注浆封孔堵水简介

东山煤矿决定，由山西矿业学院、148地质队、东山煤矿，对试6-1号孔共同实施注浆封孔固管与堵水工作。山西矿业学院：提供“注浆封孔固管堵水设计