煤矿水害防治理论与技术

煤矿水害防治理论与技术1.华北石炭二叠纪煤田的岩溶——裂隙水水害区；2.华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区；3.东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；4.西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；5.西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区；6.台湾第三纪煤田的裂隙—孔隙水水害区一、煤矿水害类型及分布华北型石炭二叠纪煤田的岩溶——裂隙水水害区

该区大地构造单元为华北地台的主体部分，地理分布范围西起贺兰山－六盘山，东临勃海和黄海，北起阴山－燕山，南到秦岭－大别山。

华北型石炭二叠纪煤田属于一套标准的海陆交互相地层，由一个海侵和海退过程形成这套煤系沉积地层；下面是石炭系太原组海侵过程中形成的沉积地层；

华北石炭－二叠系海陆交互相含煤地层，含煤面积80多万km2；包括了北京、天津、山东、河北、山西、河南、内蒙南部、辽宁南部、甘肃东部、宁夏东部、陕西大部、江苏北部和安徽北部13个省、市、自治区的广大地区。在华北赋煤区内，还广泛发育了早－中侏罗世含煤盆地，并见零星上三叠统和第三系含煤地层分布。构成了我国最主要的煤层气聚气区，即华北聚气区；

矿床充水条件分析，是矿床水文地质学重要研究内容之一，也是矿井水文地质工作的重要环节之一。该项工作从普查—勘探阶段开始，直至矿床开采，贯穿于整个过程。矿床充水条件分析人为充水条件分析自然充水条件分析矿井充水条件分析

根据充水条件特征，可将矿井充水条件分析划分为：矿井充水条件分析

自然充水条件分析承压水潜水上层滞水大气降水顶板水底板水周边水自然充水水源地表水松散孔隙地下水基岩裂隙地下水碳酸盐岩岩溶地下水矿井充水条件分析2、人为充水水源老空水：已采掘的旧巷及空洞内，常有大量积水，称为老空水。矿井充水条件分析袭夺水：由于矿床开采，降落漏斗不断扩展，人工流场强烈改造矿区天然地下水流场，人工地下水流场获得新的补给水源称为袭夺水源。点状岩溶陷落柱自然充水通道线状断裂（裂隙）面状裂隙网络(局部面状隔水层变薄区)地震通道窄条状隐伏露头矿井充水条件分析岩溶陷落柱在我国北方较为发育，在地下水的长期物理和化学作用下,中奥陶统灰岩形成了大量的古喀斯特空洞,在上覆岩层和矿层的重力作用下,空洞溃塌并被上覆岩层下陷填实，被下塌的破碎岩块所充填的柱状岩溶陷落柱像一导水管道沟通了煤系充水含水层中地下水与中奥陶统灰岩水的联系,特别位于富水带上的岩溶陷落柱,可造成不同充水含水层组中地下水的密切水力联系。岩溶陷落柱的地表特征比较明显,特别在基岩裸露区更为明显。

点状岩溶陷落柱通道1984年6月2日10时20分，范各庄矿2171综采工作面发生了世界采矿史上罕见的透水灾害。历时21小时55分钟，便淹没了一个年产310万t、开采近20年的大型机械化矿井。9名工人未及撤出遇难。

21712工作面存在一个隐伏岩溶陷落柱（体积为86万立方），此为透水水源通道。

21711作而探水钻孔平而分布图2171陷落柱平而形态示意图2171陷落柱垂向切而示意图开滦矿务局范各庄矿淹井事故

断裂带是否能够成为充水通道主要取决于断裂带性质和矿床开采时人为采矿活动方式与强度。断层水文地质意义通常可分为如下几种情况：（1）隔水断层一般为压性断层或断层带被粘土质充填，使两侧含水层不发生水力联系。在矿床开采时，由于人为活动，天然状态下隔水断层常变为导水断层。（2）导水断层所处位置不同其水文地质意义亦不同。当导水断层位于区域边界时，常形成充水含水层或临近充水含水层的补给通道；当导水断层与地表水连通时，常形成地表水体补给矿床的主要通道；沟通充水含水层组密切水力联系的线状断裂(裂隙)带多发生在断层密集带、断层交叉点、断层收敛处或断层尖灭端等部位。

线状断裂(裂隙或断层)带通道窄条状隐伏露头通道窄条状隐伏露头通道根据含煤岩系和矿床水文地质沉积环境分析,在华北型煤田的北部一带,煤系含水层组主要以厚层状砂岩含水层组为主,薄层灰岩沉积较少。在厚层砂岩含水层组之间沉积了以细砂岩、粉细砂岩和泥岩为主的隔水层组.在地质历史的多期构造应力作用下,脆性的隔水岩层受力后以破裂形式释放应力,致使隔水岩层产生了不同方向的较为密集的裂隙和节理,形成了较为发育的呈整体面状展布的裂隙网络。面状裂隙网络充水的人为通道顶板冒落裂隙带顶板抽冒带(急倾斜煤层）地面岩溶塌陷带封孔质量不佳钻孔底板矿压破坏带底板水压导升带矿井充水条件分析

采空区冒落后，形成的冒落带和导水裂隙带是矿坑充水的人为通道，其特点如下：①当冒落裂隙带发育高度达到顶板充水岩层时，矿坑涌水量将有显著增加，当未能达到顶板充水岩层时，矿坑涌水无明显变化；②当顶板冒落裂隙带发育高度达到地表水体时，矿井涌水量将迅猛增加，同时常伴有井下涌砂现象。

顶板冒落裂隙带顶板抽冒带

(急倾斜煤层)

随着我国岩溶充水矿床大规模抽放水和疏干开采实践，矿区及其周围地区的地表岩溶塌陷随处可见，地表水和大气降水通过地面岩溶塌陷坑补给矿井充入含水层。地面岩溶塌陷带

煤层底板矿压破坏带是指在采动矿压作用下，底板岩层遭到的连续性破坏，导水性发生了明显的变化，包括煤层底板岩层的横向裂隙和竖向裂隙，相互穿插，无明显界限。破坏深度与煤层赋存条件、工作面尺度、开采方法及顶板管理方法、顶底板岩性及结构等存在密切关系。在自然条件不变的情况下，采动矿压大，对煤层底板的破坏深度就大。矿压破坏作用，由浅到深破坏程度由强变弱，透水性也逐渐减弱。底板矿压破坏带

底板水压导升带是指底板含水层地下水的原始导升高度叠加因采动影响而诱发产生的导升高度增加值。底板水压导升带

根据开滦唐山矿在唐山地震时矿井涌水量和矿区地下水水位观测资料，地震前区域含水层受张时，区域地下水水位下降，矿坑涌水量明显减少；地震发生时，区域含水层压缩，区域水位瞬时上升数米，矿坑涌水量瞬时增加数倍；强烈地震过后，区域含水层逐渐恢复正常状态，区域地下水位又逐渐下降。

地震通道（只在地震时产生影响）

在自然界分布矿床中，单一充水水源和充水通道是少见的。从水文地质剖面可以看出，矿层（体）上部和下部往往分布多个充水含水层组。究竟哪个是充水岩层？哪个不是充水岩层？哪个是强充水岩层？哪个是弱充水岩层？回答这些问题的方法称为矿床充水强度分析。

矿井充水强度分析

根据我国煤矿灾害应急救援预案制订的“八字”基本原则--“预防为主、防救结合”,水害事故的应急救援应包括:突水事故发生前的水灾预防预案与突水事故发生后的水灾现场处理指挥.水灾预防预案（突水前的工作）一、加强矿井防治水的基础工作

1、人员配备方面

2、设备配备方面

3、思想意识方面

第二节突水事故的应急救援预案

《股份公司煤矿防治水规定实施办法》（以下简称实施办法）第五条原煤生产单位必须按照本单位的水文地质条件，配备满足工作需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水仪器设备，建立专门的探放水作业队伍。水文地质条件相对简单的矿井，探放水队伍可与其它具有钻探任务的队伍合并设置，但必须有一定数量的探水工(不少于4人)。重要或大型防治水工程可委托有资质的单位施工。生产矿井能正常使用的专用探放水钻机不得少于2台。（一）存在两级管理的公司或矿井(一矿多井)，可组建公司（矿井）层面的专业探放水作业队伍，配足专用探放水设备和物探仪器

1、人员配备方面为所属矿井服务。否则，其所属或监管矿井必须根据其水文地质类型，建立满足工作需要的探放水作业队伍、配足专用探放水设备和物探仪器。（二）各类矿井的防治水专业技术人员配备必须符合以下规定：

1．专业技术人员必须是受过正规院校地质、水文地质专业教育的人员；

2．水文地质类型属复杂、极复杂型的矿井，配备的专业技术人员不少于3人，其它类型的矿井可根据井型和工作量大小配备1-3人。（三）水文地质条件复杂、极复杂的矿井，除符合上述规定外，还必须设立专门的防治水机构。专门的防治水机构可与地测机构合并设

置。（四）存在两级管理的原煤生产单位，其管理和监管矿井中水文地质条件复杂以上（含复杂）矿井达到或超过三分之一的，或水文地质条件中等以上（含中等）矿井达到或超过60%的必须设立专门的防治水机构。防治水机构中防治水专业技术人员不得少于2人。

《煤矿安全规程》第二百五十一条也有类似规定，但是部分矿井人员配备还存在一定的问题，人员配备还不十分到位,说明这些矿井某种程度上还存在不重视防治水工作的问题。

《煤矿安全规程》第二百五十一条煤矿企业、矿井应当配备满足需要的防治水专业技术人员，配齐专用探放水设备，建立专门的探放水作业队伍，建立健全防治水各项制度，装备必要的防治水抢险救灾设备。但是，有个别基层矿井在专用探放水设备（钻机）配备方面还不能满足或者不能完全满足探放水工作的需要，探水工持证上岗及培训不足，在某种程度上制约了探放水工作的顺利进行。有的矿井采掘工作面排水系统（水泵、管路）不能满足需要，系统能力过小。泵房尽可能采用无人值守泵房。2、设备配置方面

《煤矿安全规程》第二百六十六条采掘工作面或其他地点发现

有煤层变湿、挂红、挂汗、空气变冷、出现雾气、水叫、顶板来压、片帮、淋水加大、底板鼓起或产生裂隙、出现渗水、钻孔喷水、底板涌水、煤壁溃水、水色发浑、有臭味等透水征兆时，应当立即停止作业，报告矿调度室，并发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。在原因未查清、隐患未排除之前，不得进行任何采掘活动。（1）有的矿井受多种类型的水害威胁，历史上也发生过水灾事故，因此，矿井上下对防治水工作比较重视，但是，有的矿井认为，自己所在的矿井主采丁、戊组煤层，或者采己、庚组煤层但在水位以上，没有什么水害威胁，因此，从思想上就不重视防治水工作，突出表现在以下几个方面：矿井、采区、采面的排水系统不完善。3、思想意识方面

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、开采提供详实可靠的图纸、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，做到心中有数，开展逐头逐面水情水害预测预报工作。

二、加强水文地质条件勘探、做好预测预报工作

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“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的十六字原则。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。要经常性的对防治水煤柱、小煤窑和老空水进行检查，对断裂带“先探后注”，分清顶板水害和底板水害，以防淹采区、淹井事故的发生。三、建立健全防治水管理制度，严格执行防治水的有关规程

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量相适应，并要有备用。要坚持不懈地进行雨季“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。

四、切实完善防治水工程设施

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，能立即停止作业，报告调度室。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备加速排水，防止整个矿井被淹。五、加强职工技术培训、增强抵御水害能力

（一）一般预兆（1）煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水可由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹；（2）出现硫化氢气味或PH值很低的强酸性水；（3）有时可闻到水的“嘶嘶”声；（4）工作面气温降低，矿压增大，发生片帮冒顶及底臌。（５）仔细观察滴水或淋水中可发现水中有少量细砂等颗粒物质；（二）工作面底板灰岩含水层突水预兆（1）工作面压力增大，底板臌起，底臌量可达500mm以上；（2）工作面底板产生裂隙，并逐渐增大；（3）沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清；（4）底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并有“嘶嘶”或刺耳水声；（5）底板发生“底爆”，伴有巨响，水大量涌出，水色乳白或黄色。

（1）突水部位发潮、滴水，滴水逐渐增大，仔细观察可发现水中有少量细砂；（2）发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出；（3）顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。

（三）冲积层水的突水预兆二、井下发生水灾时的避灾措施

1、井下发生突水后，应及时尽快通过各种途径向井下、井上指挥机关报告，并以最快的方式通知井下不同采区、不同开采层位的作业人员一起按照《矿井灾害应急预防和处理计划》中所规定的路线撤出；撤退过程中应绝对听从班组长的统一指挥，不要惊慌失措，不同东西乱跑．2、突水初期，水势很猛，冲力很大，人员在撤退过程中万一迷失方向，一定要朝着有风流通过的连接井底车场的大巷撤离，尽快升井（如洛阳峙沟煤矿）。3、在撤退中，如上述出路已被水隔断，就要朝着上山巷道方向寻找井下位置最高、离井筒或大巷最近的地方暂时躲避；同时定时在轨道和水管上敲打发出求救信号，向营救人员指示躲避处的位置。4、由于巷道中水流速度呈舌形体分布，在巷道两侧因摩擦流速相对较小，而在中间其流速相对较大。故在突水发生后的逃生行进中，应尽量靠近巷道一侧跑，并抓牢巷道旁的管道、电缆、支架或其它固定物体。如遇突水急流，应就地就近攀爬到固定物体上，尽量避开突水主流和高压力水头，并注意防止被水中滚动的矸石和木料撞伤。例如发生在07.3.10辽宁老虎台煤矿７３００３工作面重大透水事故,当时３５人遇险,但其中6人因及时攀爬到巷道旁侧的管道和电缆上，成功避开突水主流后再沿巷管出井而获救。５、在用掘进机掘进过程中，如发现有水流涌出，千万不要拔出掘进头，尽快撤离掘进工作现场，并及时尽快通过各种途径向地面调度室汇报，并以最快的方式通知井下不同采区、不同开采层位的作业人员。如09.3.21平朔三号井工矿突水淹井事故（当时109人入井）。6、撤退过程中如果有人受伤，应积极进行现场抢救。出血者应立刻止血；骨折者要及时固定。

7、如突水区设立水闸门时，在人员撤出后，要立即紧紧关死水闸门，把水流完全隔断8、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，绝对不可离开工作岗位。9、被水隔绝在掌子面或上山巷道等处的被困人员一定要听从班组长或经验丰富的老矿工统一指挥，分成若干应急小组，如轮流担任观察水情的岗哨等，应清醒沉着，不要慌乱，选择正确避险方法，如心情平静，适量呼吸，躺卧待救，尽量避免体力消耗；全体井下人员应做好长期坚持的准备，所带干粮集中统一分配，不要无谓地浪费；关闭作业人员的矿灯，只留一盏灯供紧急时照明使用，尽可能节约能源。如贵州省晴隆县新桥煤矿09年的“6.17”透水事故，3名矿工在被困井下604小时（25天零4小时）生还。王圈杰（36岁）、王矿伟（35岁）、赵卫星（36岁）3名被困矿工都有十几年的井下工作经验，自救能力十分强。从6月17日被困后，3名矿工为了保存体力，坐着躺着静静地等待救援队的到来；他们在被困604个小时过程中，在万不得已的情况下轮流使用矿灯，尽量不开灯，保存能源，最后矿灯仍然有电，当他们听到救护队在清理淤泥和巷道时，立即用矿灯往前方给与回应；他们基本上是靠喝头顶上滴下来的水来维持生命的；604个小时不容易，待他们出来后，身体基本上已无脂肪，真正的皮包骨。10、突水后，特别是老空区的积水突出以后，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（如大同左云突水）11、被困期间断绝食物后，即使在饥饿难忍的情况下，也应努力克制自己，决不嚼食杂物充饥；需要饮用井下水时，应选择适宜的水源，并用纱布或衣服过滤。

12、长时间被困在井下，发觉救护人员到来营救时，避灾人员决不可过度兴奋或慌乱。得救后，不可吃硬质和过量的食物。作为现场指挥者，在突水事故发生后，应该首先分析、

了解、

判断以下问题：1、应迅速判断水灾的性质，了解突水地点、影响范围、静止水位，估计突出水量、补给水源及有影响的地面水体。2、要分析灾区范围,调查了解事故发生前井下作业人员分布情况，分析事故发生后被困人员可能躲避的地点（需要井下人员定位系统的支持）．３、根据躲避地点具体情况,制定科学的营救措施和方法。三、水灾现场处理

状况一：当躲避地点比外部水位高时

该处有空气存在，遇险人员生存可能性很大。对于这些地点的人员，应利用一切可能的方法（如地面打钻或井下掘进一段巷道等）向他们输送新鲜空气、饮料和食物；当积水不能排除、且不具备打钻的条件时，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入灾区，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。状况二：但当躲避地点比外部最高水位的标高低时，又存在两种情