矿井防治水技术研究

矿井防治水技术研究矿井防治水技术研究矿井防治水技术研究矿井五大自然灾害水火瓦斯煤尘顶板管理近年来发生的煤矿水灾事故时间煤矿死亡人数直接损失2013、9汾西

102011、3王家岭384937万2008、2鸡西142010、3骆驼山282007年较大水灾202第一章我国煤矿防治水害的概貌我国煤田水文地质条件复杂，主要煤产地的华北石炭二叠纪煤田和南方晚二叠世煤田，属于喀斯特水文地质类型煤田，黄淮平原的煤田则受到第四冲积层水的危害。目前，在统配煤矿中，约有18%待开采的煤炭储量受到较为严重的水害威胁。1950年以后，我国煤矿曾发生过数百次突水事故，造成经济损失5亿元以上。由此可见，煤矿水害已成为影响煤矿安全生产的重大关键问题之一，对其进行防治工作具有十分重要的现实意义和长远的战略意义。第一节我国煤矿水害的分布一、水害区的划分根据我国聚煤区的不同地质、水文地质特征，并考虑到矿井水对生产的危害程度，可将我国煤矿划分为6个矿井水害区，如图1-1所示。图1-1中国煤矿水害分区示意图1—华北石炭二叠纪煤田的岩溶—裂隙水水害区；2—华南晚二叠世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—孔隙水水害区二、各水害区的概况从表1-1中可看出，我国矿井水害主要分布在华北和华南两个区。其矿井水文地质条件极为复杂，水害十分严重。例如华北石岩二叠纪煤田的煤系基底中奥陶统岩溶—裂隙水水害；黄淮平原新生界松散层水的水害；华南晚二叠世煤田的煤系顶底板灰岩岩溶水水害。而东北侏罗纪煤田虽然存在着裂隙水及第四系松散层水的问题；西藏一滇西及台湾的中、新生代煤田的水文地质条件比较简单，水害问题也不严重。另外第四系水（孔隙水）、地表水体所造成的水害，不同程度地存在于各大类型区内。其中仅黄淮平原煤田（属华北水害类型区）第四系水造成的水害较为严重，在煤田开发过程中，流砂溃入并淹没矿井的事故很多。例如1963年７月徐州新河煤矿502工作面突然溃入冲积层水、流砂和黄泥，淤塞巷道1200m，停产58d。老空水（古井、小窑…）水害，常常造成局部停产或淹井事故，并常有人身伤亡。这种水害几乎所有矿区都存在，危害程度及其所在水害类型区相关。表1-1-1我国煤矿水害区的概况水害分区气候大区年降水量及其覆盖面积的百分数矿井水对生产危害程度附注编号名称1华北石炭二叠系岩溶—裂隙水水害区亚湿润—亚干旱气候区600—1000mm约占70%200—600mm约占20%出水、突水较频繁，涌水量大或特大（1000—123180m3/h）。常常影响生产或淹井，或负担巨大排水费用，采煤和矿井安全都受到严重威胁。由于底部强含水层的威胁，区内中深部下组煤有几百亿吨不能开采。煤田为分布范围大，可采煤层多、储量大、煤矿齐全的焦煤和主焦煤重要产地，对国民经济影响重大。2华南晚二叠统岩溶水水害区湿润气候区1200—2000mm约占95%以上出水、突水很频繁，经常影响生产或淹井，突水量大（2700—27000m3/h），矿井正常涌水量亦大（3000--8000m3/h）。负担巨额排水电费（400-1500万元/a）；地面塌陷严重，井下黄泥突出堵塞井巷。矿井安全受到严重威胁，雨季更危险。由于地面塌陷，每年矿区付出上百万元赔偿费。由于主巷布设在强含水层里，故突水、出水频繁，主要为底板茅口灰岩水，江西是顶板长兴灰岩水。3东北侏罗系裂隙水水害区湿润—亚湿润气候区400—600mm占60%600-800mm占25%一般不影响生产，部分矿区受地表水和第四系松散层水的危害较重，有时造成淹井事故。局部为亚干旱区（15%）4西北侏罗系裂隙水水害区干旱气候区25—75mm占80%75—100mm占80%100-400mm占20%本区严重缺水，存在供水问题，仅少部分地区有地表水和老空水，造成的煤矿水害。局部为亚干旱区5西藏—滇西中生界裂隙水水害区湿润—亚湿润气候区300—600mm占55%800—1000mm占35%1000—2000mm占10%西藏一滇西和台湾中、新生代煤田煤炭储量仅占全国储量0.1%，水文地质条件比较简单，水害也不严重。一小部分为亚干旱区6台湾第三系裂隙—孔隙水水害区湿润气候区1800—4000mm约占95%

第二节矿井水害的名词及类型一、矿井水害的名词1、矿井水凡是在矿井开拓、采掘过程中，渗入、滴入、流入、涌入和溃入井巷或工作面的任何水源水，统称为矿井水。2、矿井突水（简称突水）凡因井巷、工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而突然产生的出水事故，称为矿井空水。3、矿井水害凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都称为矿井水害。二、矿井水害的类型造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、地下水和老空水。其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水等。现根据水源分类，把我国矿井水害分成若干类型（表1-1-2），作为防治矿井水害时的参考。表1-1-2矿井水害类型类别水源水源进入矿井的途径或方式发生过突水、淹井的典型矿区地表水水害大气降水、地表水体（江、河湖泊、水库、沟渠、坑塘、池沼、泉水和泥石流）井口、采后冒裂带、岩溶地面塌坑或洞、断层带及煤层顶底板或封孔不良的旧钻孔充水或导水水域汪家寨矿、内蒙古平庄古山矿、辽源梅河一井等老空水水害古井、小窑、废巷及采空区积水采掘工作面接近或沟通时，老空水进入巷道或工作面山西陵川县关岭山煤矿、徐州旗山矿、峰峰四矿等矿区都发生过老空水的水害孔隙水水害第三系、第四系松散含水层孔隙水、流沙水或泥沙等，有时为地表水补给采空冒裂带、地面塌陷坑、断层带或煤层顶、底板含水层裂隙及封孔不良的旧钻孔导水吉林舒兰煤矿、淮南孔集矿，开滦范各庄矿等煤矿区都有裂隙水水害裂隙水水害砂岩、砾岩等裂隙含水层的水，常常受地表水或其他含水层水的补给采后冒裂带、断层带、采掘巷道揭露顶板或底板砂岩水，或者封孔不良的老钻孔导水徐州大黄山煤矿、韩桥煤矿，开滦范各庄矿等煤矿区都有裂隙水水害岩溶水水害薄层灰岩水水害主要为华北石炭二叠纪煤田的太原群薄层灰岩岩溶水（山东省一带为徐家庄灰岩水），并往往得到中奥陶系灰岩水补给采后冒裂带、断层带及陷落柱、封孔不良的老钻孔，或采掘工作面直接揭露薄层灰岩岩溶裂隙带突水徐州青山泉二号井，淮南谢-一矿，肥城大封煤矿、杨庄矿（徐灰），新蜜芦沟矿厚层灰岩水水害煤层间接顶板厚层灰岩含水层，并往往受地表水补给采后冒裂带、采掘工作面直接揭露或地面岩溶塌陷坑江西丰城云庄井煤系或煤层的底板厚层灰岩水（在我国煤矿区主要是华北的中奥陶系厚层（500-600m）灰岩水和南方晚二叠统阳新灰岩水），对煤矿开采威胁最大，也最严重。采后底臌裂隙、断层带、构造破碎带、陷落柱或封孔不佳的老钻孔和地面岩溶塌陷坑吸收地表水峰峰一矿，焦作演马庄矿、冯营矿、中马村矿，淄博北大井均为断层导水淹井，开滦范各庄矿，安阳铜冶矿为中奥灰水通过陷落柱，探孔进入矿井。1、表中矿井水害类型系指按某一种水源或某一种水源为主命名的。然而，多数矿井水害往往是由2—3种水源造成的。单一水源的矿井水害很少。

2、顶板水或底板水，只反映含水层水及开采煤层所处的相对位置，与水源丰富与否、水害大小无关。同一含水层，既可以是上覆煤层的底板水，又同时是下伏煤层的顶板水。例如，峰峰矿区的大青灰岩水，既是小青煤层的底板水，又是大青煤层的顶板水。因此，不按此分类。

3、断层、旧钻孔、陷落柱等都可能成为地表水或地下水进入矿井的通道（水路），它们可以含水或导水，但是以它们命名的水害，既不能反映水源丰富程度，又不能表明对矿井安全危害和威胁的严重性。因为由它们导水造成的矿井水害有大有小，有的造成不了水害。其危害或威胁的程度，决定于通过它们的水的来源丰富与否。第三节煤矿防治水害的现状及方法一、煤矿防治水害的现状（一）国内现状在突水机理的研究上，曾先后提出了“突水系数”、“等效隔水层”和底板隔水层中存在“原始导高”等概念。经过多年试验、观测与研究，认为底板突水机理是“含水层富水性、隔水层厚度及其存在的天然裂隙、构造断裂与水压、矿压等因素的综合作用结果。”对突水分析采用了统计学方法，力学平衡、能量平衡方法。同时，开始应用井下物探技术，如坑道透视法、井下电法、瞬变电磁法等来预报突水。并在研究、验证预测突水量的数学模型。疏干降压是我国矿井防治水害的主要技术措施。国内除普遍地采用经常性疏干排水外，先后还进行了峰峰矿区和淄博矿区的薄层灰岩水的疏干和降压及邯郸矿区的疏干工作程序和疏干勘探方法。80年代初，在静水与动水条件下注浆封堵突水点、矿区外围注浆帷幕流等都有比较成熟的方法和经验。焦作、峰峰、煤炭坝等矿区都进行过这类工作，近年来又成功地封堵了开滦范各庄矿特大的突水。从60年代起在徐州、枣庄、新汶等煤矿和张马屯铁矿、水口山铅锌矿等不同水文地质条件下的灰岩地层中成功地建造了大型堵水截流帷幕，取得了良好的堵水效果。近年来，峰峰四矿对煤层底板注浆截断岩溶水垂向补给通道，取得了明显的效果，提供了一种截流方法。

在井下排水技术水方面，已普遍采用了国产高效率离心式水泵，一些矿区已开始使用高扬程、大流量的潜水泵。除上述水害防治技术外，水害较大矿区都因地制宜地采用了井下探放水、留设各种防水煤（岩）柱、修筑防水闸门等安全技术措施。（二）国外现状目前，国外主要采用主动防护法，即采用地面垂直钻孔，用潜水泵或专门矿井疏干含水层。为了适应预先疏干方法，国外生产了高扬程（达1000m）、大排水量（达5000m3/h）\大功率（2000kW）的潜水泵。其疏干工程已逐渐采用电子计算机自动控制。国外堵水截流方法也有很大发展，建造地下帷幕方法愈来愈受到重视，苏联认为帷幕是今后疏干研究工作的方向之一。目前有些国家利用挖沟机在松散层中修建帷幕；开挖、护壁、清渣流水作业，是当前国外先进的堵水截流技术。但是，现在国外还没有在岩溶地层中建造大型帷幕的实例。

为充分利用隔水层厚度，减少排水量，国外正在对隔水层的隔水机理、突水量及构造裂隙的关系、高水压作用下的突水机理以及隔水层稳定必瑟临界水力阻力的综合作用等进行研究。目前预测方法有统计学方法、灾变论方法及现场试验，如水力压裂法等。物探方法也有一定的发展。如德、英、美等国研究槽波地震法探测落差大于煤厚的断层，以及采用井下数字地震仪探测岩层中的应务分布；苏联从超前孔中用无线电波法研究岩溶发育带预防突水等。二、煤矿防治水害的方法如上所述，我国在矿井水害防治方面，已有了比较成熟的技术和措施。如疏干降压、注浆堵水、突水预测和探放水等，详见表5-1-3。其中各种防治方法及应用条件、安全措施等，将在本篇各章里详细介绍。表1-1-3煤矿防治水害的方法简介防治方法应用矿区分类主要内容地表水防治1、在河流（含冲沟、小溪、渠道）的漏水、渗水段铺底，修人工河床、渡槽或河流部分地段改道等2、在矿区外围修筑防洪泄水渠道，在采空区外围挖沟排（截）洪3、填堵通道（指对岩溶地面塌陷及采空区塌陷的处理）4、建闸设站，排队塌陷区积水或防止河水倒灌湖南恩口矿、南桐红岩矿、徐州贾注矿区井下防水设施1、留设防水煤（岩）柱2、设置防水闸门及防水闸墙3、设排水泵房、水仓、排水管路及排水沟等排水系统峰峰各矿、邯郸各矿及其他水大矿区井下探放水1、探放老空水2、探放断层水3、探放陷落柱水4、探放旧钻孔水5、探放含水层水峰峰、井陉、邯郸、淄博和肥城等矿区疏干1、地表疏干从地面施工垂直钻孔，安装潜水泵，抽排含水层水2、地下疏干1）专门疏干矿井、巷疲乏和放水孔2）疏水巷道（1）运输巷道疏干含水层（2）疏水石门（3）疏水平硐3）疏水钻孔（1）井下放水孔疏干（2）井下吸水孔疏干3、联合疏干1）地表疏干与地下疏干同时采用2）多井同时疏干同一含水层广东石碌铜矿匈牙利湖南煤炭坝矿、恩口矿等徐州夏桥井南桐红岩矿苏联北乌拉尔铝土矿湖南煤炭坝矿突水预测1、易于突水的构造部位或地段的预测2、采掘前突水预测3、采掘过程中突水预测4、突水量预测焦作矿区、淄博矿区井陉矿区、邯郸王凤矿陕西韩城矿区、井陉矿区地表水体下采煤安全措施1、地表水体留设安全煤（岩）柱（含断层煤柱）2、选择控制采高的采煤方法，加强顶板管理3、保持足够的排水能力，即设计的最大排水能力4、建立井上、下水文动态观测网、避灾路线、报警系统等5、发票时探水掘进淮南孔集矿等乐平钟家山矿开滦唐山矿淮南孔集矿等井陉矿区注浆堵水1、注浆堵水的一般施工2、封堵突水口（点）的注浆1）封堵突水巷道的注浆2）封堵突水断裂带的注浆3）封堵岩溶陷落柱的注浆4）巷道布设在煤层灰岩的突水口的注浆3、封堵天然陷伏垂向补给通道的注浆4、堵水截流帷幕的注浆开滦范各庄矿与吕家坨矿的边界巷道动水注浆工程新汶协庄矿；肥城大封矿开滦赵各庄矿开滦范各庄矿安阳铜冶矿涟邵斗笠山矿、湖南恩口矿峰峰四矿徐州青山泉矿、枣庄郭东井酸性水防治1、减少酸性水发生的根源1）检选、利用造酸矿物（FwS2）2）减少地表水渗入量3）减少大气降水沿煤层露头带渗入量2、减少排水量3、减少排排酸性水的时间4、提高设备的耐酸性能5、中和酸性水淄博矿务局丰城矿务局江苏潭山硫铁矿第二章煤矿水害的控制因素一、矿井充水因素及途径煤矿水害是指煤矿在建设开发过程中，不同形式、不同水源的水通过特定的途径进入矿坑，并给矿山建设或生产带来影响和灾害的过程及结果。二、煤矿水害的管理及控制（一）华东、华北和东北的新建矿井水害严重这些新建矿井的深度都很大，水压很高，例如，峰峰矿区的梧桐庄煤矿第一水平的标高为-550m，水压达6MPa。东欢坨第一生产水平为-690m，而往往这些煤矿勘探程度不足，研究程度很低，勘探阶段往往依据传统的观念认为深部岩溶不发育，水文地质条件简单。事实上这些煤矿一进入生产立即处于高压水上开采的局面，突水频率和突水强度都很大；如东欢坨矿。（二）矿井突水与矿井防治水管理水平关系密切行政管理与操作标准2000年以来针对煤矿的事故，国务院安全生产办公室、国家煤矿安全监察局发布了各种通告260个，对于各种重大安全事故都进行了处理，这使得全国煤矿百万吨死亡率从6.08下降到5.0，可以说行政管理是到位的。但是关系到到安全生产的操作标准不健全，技术问题没有解决，或者许多科学技术没有转化成生产力，致使行政管理的技术依托不充分。（三）3煤矿水害新特点产生的原因1、现有防治水技术手段利用不够，防治水工作规范化程度低。2、相对落后的水害防治技术不能满足新的生产条件。3、隐蔽型导水构造的精细探查技术及装备不足。4、对人类活动诱发的突水事故防范措施不到位。5、专门的防治水队伍和规范化的水害监管体系（四）新形式下煤矿水害防治工作的基本对策1、分析情况，找准问题、提出对策。2、针对不同类型水害形成煤矿水害安全保障体系和安全操作规程。3、建立全国性煤矿水害信息网和专业化矿山水害抢险救灾快速反应队伍。4、加强煤矿水害防治基础理论和技术手段的研究。（五）新形式下煤矿水害防治技术研究重点1、新的采矿条件下矿井突水机理研究2、煤层底板隔水层防突水效应研究3、废弃矿井诱发突水条件及防范技术研究4、隐伏导水构造精细探查技术及装备研究5、突水条件适时监控与预警技术研究（六）煤矿水害（透水及突水）事故预测和控制的理论及相关信息的研究1、决定煤矿井突水量大小五个因素研究2、水对岩石的软化作用3、水压对裂隙岩体的有效应力作用4、水压在断层上的木楔作用5、水流的冲刷扩径作用（七）煤矿底板水害探查的关键任务1、含水层的基本性质及其埋藏条件2、开采煤层与含水层之间隔水层的性质及其综合阻抗水能力3、含水层水压及其分布与动态4、采矿扰动规律及其水岩作业机理第三章矿井特大突水抢险救灾技术第一节矿井突水抢险救灾矿井突水会给企业带来不同程度的损失，轻者停工停产，重者可造成局部或全井淹没及重大伤亡，所以当矿井突水时，紧急组织抢险救灾是关键。采取种种科学合理的技术措施和安全措施，使灾害控制在最小范围，损失降低到最低程度，是抢险救灾的重要目标。历史经验证明，由于抢险指挥得力，措施得当，使可能造成淹井的事故最终得到控制，也有由于指挥不利抢险混乱，特别是突水条件和周围环境分析不清，基础工作不牢，从而造成多人的死亡事故。所以，矿井特大突水的抢险救灾效果的好坏，是对矿山企业领导水平，人员素质，科学管理，技术基础的综合考验。一、现场紧急处理抢险矿井发生突水时，无论其水量大小，危害程度如何，现场管理人员都必须在保证自身安全的条件下迅速组织抢险工作。如停止工作面施工、组织抢救遇难者、有序撤离无关人员，有条件时，组织进行加固巷道等防止事故扩大的技术处理，组织水情观测，并报告矿调度室。灾情严重时，现场管理人员有权指挥或带领工人主动撤离现场。由于矿井突水有一个逐步恶化的演变过程，所以现场工作人员，特别是班组长、区队长和技术人员，在处理突水事故的初始阶段，起着非常重要的作用。他们是直接指挥者，又是现场紧急处理的操作者。因此，对他们进行经常性的防水、治水技术知识培训教育和安全技术操作规程贯彻，提高现场紧急处理突水事故的技能是十分必要的。

在现场紧急处理、抢险中，根据水情发展和突水现场条件，可以采取构筑临时水闸墙控制水情、紧急投入强排水等措施，特别是当水势较猛、水压较大，有可能发生出水口破坏扩大或发生冲毁流水巷道的情况时，快速构筑临时挡水闸墙非常重要，一方面可以使涌水按照人为规定的路线流泄，另一方面又可以对出水口和巷道加固保护。紧急建闸的主体材料可以选择袋装水泥码砌垛办法。袋装水泥重量适中，搬运方便，码砌比较规整，并且在涌水的喷射下和湿度大的环境中，可以逐渐固结，对巷道顶底板起到一定的支撑作用，开滦矿区曾先后两次使用码放水泥袋建临时水闸墙控水的方法，控制了水流的漫流，一是1990年范各庄矿208巷道平七孔突水26.68m3/min，水压达4.7Mpa，高压射流对煤层巷道强烈冲击，出水口不断扩大，一旦巷道冲垮，则涌水有可能危及相邻区域而造成灾害扩大，在指挥部统一指挥下，调动了一个开拓区的工力，向出水点附近运送袋装水泥，码砌水泥袋墙，及时的保护了巷道和控制住出水口扩大，为构筑永久闸墙，实现分区隔离赢得了时间。

利用袋装水泥码砌水闸墙，也应留设泄水管路，以便大部分涌水由管路泄出，避免闸墙即刻受压。码砌长度视涌水对巷道可能造成破坏的范围而定，袋装水泥闸墙码砌一定高度后（0.5—1.0m），闸墙中部的水泥袋划破，在有少量涌水条件下形成水泥浓浆， 其扩散性能好，对闸墙有充填作用。二是林南仓矿-240风道，1991年2月20日突水水量10.69m3/min，并伴随巷道急剧底鼓，为控制流水和巷道底鼓，也是采用了码砌袋装水泥闸墙的办法控制了水情。虽然码砌袋装水泥闸墙漏水量较大，但毕竟可以起到控制涌水乱流和保护巷道的作用，使大量涌水可以按人为意志流泄，并缩小了流水巷道的过水断面，对突水点巷道也能起到保护作用。并且水泥是矿井生产消耗的主要材料，一般都有一定库存，取之方便，搬运快捷，操作简单，可充分满足矿井突水初期现场快速处理的要求。在矿井突水时的紧急抢险中，抢排水是控制水势漫延，防止灾情恶化的另一有效措施，主要应突出一个快字，千方百计抢时间，争速度，减少淹矿的程度和损失。除了充分利用突水水平和未被淹水平排水能力外，也可以采用非正常作业条件下抢排水，如竖井卧泵排水、竖井潜水泵群强排水、斜井卧泵排水、斜井潜水泵群排水等，总的指导思想是，调动一切可利用的排水设施，充分利用各种排水场地，形成综合强排水能力，联合排水以减缓或控制矿井淹没水位上涨。当联合排水能力超过突水水量时，同时可以进行追水，减少矿井损失，恢复被淹井巷。二、抢险救灾指挥当发生可能淹矿、淹水平或多人遇难的重大水害事故时，矿井应建立抢险救灾指挥系统。矿（公司）调度室接到突水水情报告后，必须立即通知矿长（经理）、总工程师、主管矿长（副经理）、安全处长、救护队长及有关部门，由矿长（经理）负责全权指挥，组织有关人员立即赶赴现场进行抢险，并立即报告矿务局总调度室。当灾情严重，可能造成重大损失和危害时，矿应成立以矿长（经理）为总指挥的抢险救灾指挥部，其职责分工是：矿长（经理）-----处理灾害事故的全权指挥者；总工程师-----是矿长处理灾害事故的第一助手，在矿长领导下组织制订营救遇难人员和处理事故计划；有关副矿长（副经理）-----根据营救人员和灾害处理计划，负责组织落实分管范围内的有关事项；安监处长------根据批准的营救遇难人员和灾害处理计划，对抢险救灾工作安全进行有效监督；救护队长------对矿山救护队的行动具体负责，指挥领导救护队根据营救遇难人员和处理事故计划，完成营救遇难人员和有关事故处理。

其它有关领导和部门如通风、地测、生产、机电、供应、后勤、政工、通讯、医院、保卫等，根据需要做为抢险救灾成员，完成分管的工作，并由指挥部统一指挥，协调联动。当发生矿井淹没特大透水事故时，还应有专门部门和人员做好被淹矿井的人员安置和分流工作，以保证职工的情绪稳定。矿务局（总公司）总调度室接到重大突水灾害报告后，必须立即向局长（总经理）及有关领导报告，通知附近矿井的矿山救护队和局救护大队待命，准备支援抢险救灾，并向上级主管部门报告。矿务局（总公司）及上级主管部门应立即派出有经验的技术人员和管理人员及部门负责人赶赴现场参加抢险救灾工作。根据灾情发展，必要时可以参加指挥或成立高一级的抢险救灾指挥系统，以便于动员全局及全省全国力量进行抢险保矿或治水复矿。三、抢险救灾方案矿井发生大的突水后，处理工作一般分为抢险救灾、治水保矿、治水复矿三个阶段。其中前两个阶段是关键，其目的是，通过现场紧急抢险处置，努力控制水情恶化，尽量减少人员伤亡，千方百计保住矿井，使损失降低到最小程度，并为治水复矿恢复生产打下基础。

解放以后开滦矿区曾发生过几次大的突水事件，根据不同的水情采取了不同的抢险救灾方案。如：林西矿四西23石门突水，采取了涌水下放，加大排水能力，构筑临时及永久水闸墙方案，恢复了生产；矾土矿三号井突水后，采取了后退式分期构筑五个水闸墙的方案，控制了涌水；赵各庄矿九东一石门突水，采取了部分涌水下放，临时水闸分区隔离，现场快速注浆封堵突水点综合方案，保住了矿井未被淹；范各庄矿二水平204突水，采取了强排水后构筑水闸墙方案封堵水源；范各庄2171特大突水治理采取了初期强排，保相邻矿井；同时进行垂直三段式和水平三段式注浆堵水方案，恢复了矿井并保证了相邻矿井的安全。总之，矿井大突水后，其抢险治水方案不外乎打闸封水、强排水、注浆堵水等方法，一般情况下三种方式结合进行，会起到更好更快的效果。

无论采取何种抢险救灾方案，一般应突出以下几个方面：一是，水情要落实掌握清楚，并且对水情的发展变化趋势做出预测，这样才能根据水情变化，有针对性地采取措施，编制方案。所以突水期间加强水文地质工作十分重要；二是，无论采取何种方案，必须根据变化了的情况对方案随时进行调整。在矿井突水救灾中，还没有固定的模式可遵循，只有治水复矿完成后，其抢险救灾和治水复矿才形成了比较完整的方案，方案实施中发生变化是必然的；三是，无论编制何种方案，必须因地制宜，符合现场现有的实际。有条件时尽量采用比较成熟的新设备新技术；四是，抢险救灾方案编制的主导思想应立足于一个快字，只有争取时间，才能尽可能的减少损失；五是，无论采取何种抢险救灾方案，均应尽量避免给后期矿井恢复工作留下后遗症或困难，一般在编制抢险救灾方案同时，就应该提前考虑矿井恢复问题；六是，采取综合方法抢险救灾时，各方法间必须协调联动，互相配合，互相创造条件。强排水及注浆堵水同时进行时，应以强排水为前提，调整注浆工艺，以适应大动水条件下注浆；当以强排水控制水情最终打闸封堵突水点时，强排水应为构筑水闸墙创造条件，尽量采取多种方式拉低水位；如此等等。关键是使抢险救灾方案形成一个整体，以最快的速度实现治水复矿目标。

第二节抢险救灾中的控水、排水和注浆堵水技术控、排水是矿井突水抢险及治理过程中常用的保矿或复矿技术。在条件允许的情况下两项技术结合应用，会获得很好效果。自解放以来开滦矿区几次大的突水，都是采用控水和强排水相结合的方法保证和恢复了生产，特别是矿井突水初期的强排水，只要基础技术工作扎实，设备和场地条件允许，对抢险保矿作用极大，效果显著。一、矿井突水时的强排水技术矿井突水时强排水方案的制订，必须根据矿井突水地点、突水量、井巷工程条件，采空区及淹没区域充水条件，预测矿井淹没过程中不同标高的最大涌水量以及未被淹没泵房的设备能力等资料为基础，来编制强排水方案。可分以下几种情况：（一）、当矿井突水水平的排水泵房未被淹没前的强排水：此时矿井突水量及可能最大突水的预测是关键：

1、认真测定涌水量和预测最大可能的涌水量；

2、启动全部排水能力强行排水；

3、当突水量较大，核实能力不足时，有条件的矿井可以关闭有关井底车场水闸门限制放水；

4、有条件时可向低标高井巷部分放水；

其主要目的是为坚守排水泵房为扩大排水能力赢得时间。㈡、当突水水平泵房被淹，水位仍上涨时的强排水，

1、减缓水位上涨的一般措施封堵未淹井巷内一切可以封堵的涌水，对在排水能力不足情况下减缓水位淹没速度能起到很好作用，如关闭未淹井巷涌水钻孔，对部分下放的涌水采取闸墙封堵或建临时排水站等，总之，要努力防止上巷涌水下灌而增加淹没矿井的水量。

2、制止淹没水位上涨的重要措施主要是迅速建立临时强排水基地。临时强排水基地应尽可能接近淹没水位，又需保证不被继续上涨的水位淹没，所以必须依据矿井突水量、预测最大突水量、可能被淹没井巷及采空区充水体积等资料，预计水位上升到各未淹水平的时间，为临时排水基地选址和建立留出时间。（1）竖井潜水泵强排水竖井大型潜水泵排水是矿井抢险救灾和排水复矿的最好形式。主要优点是：大型潜水泵扬程高，流量大，泵组截断面尺寸小；一个井筒内可安装多台，形成很大的排水能力。如西德里兹公司的6835型泵组，扬程500m，流量1120m3/h，泵横截面外形最大尺寸仅为1100mm；6726型泵组扬程460m，流量550m3/h，泵组横截面外形最大尺寸为930mm。这两种型号泵组，在范各庄矿新井混合安装12台，形成9000---12000m3/h的强排水能力，为控制较大突水，控制水位上涨发挥了巨大作用。潜水泵在允许扬程范围内，安装深度可以根据需要而定，也可以一次下放达到预定扬程深度，泵组能够连续运行，不存在接管停泵问题。

主要缺点是：潜水泵适应预定期限内集中全力完成排水任务，不适合长期消耗性排水，一般排水时间超过半年，泵组的各种事故将不断出现，并且正常条件下潜水泵适应排清水，对矿井水适应性差，矿井水中的杂质容易堵塞泵的上下吸水滤网，降低排量。水中杂质对泵的导轴承易造成损坏。大型潜水泵组至少要潜在水面以下2m才能正常工作，故不能最后排干最终水平的巷道积水。竖井潜水泵排水应注意的问题：①、井筒中安装潜水泵排水，必须要先掌握井筒各部位情况，井筒设施的分布和空间尺寸关系，不可冒然安泵，损坏泵组；②、充分利用井筒的有效断面，泵组可上下分错布置或双层布置；③、大型潜水泵组重量较大，如6726、6835型全重约在90---120吨，所以必须事先设计好承载组合梁并选用足够安全系数的滑轮组，使用不旋转钢丝绳和合适的悬吊绞车，起重吊车和常用卡具等，安装中每个环节都要做到万无一失；④、潜水电机是潜水泵组的关键，安装前应对电机的定子、转子、导轴承、止推轴承等各部位密封（特别是轴密封）进行细致检验，按标准调整止推轴承的间隙，必须十分注意电机内部按规定注满清水，并保证不得泄漏，电机要试好转向，再及泵体组合下井；⑤、潜水动力电缆在下井前全部浸水做绝缘电阻试验，电缆接头在泵的额定压头下做绝缘电阻及泄漏试验；⑥、冬季安装潜水泵组的井筒，一定采取保温措施，防止井筒结冰后，因化冰，冰块砸坏潜水电缆。1984年6月2日范各庄矿发生特大突水时，在情况十分危机的关键时刻，采取竖井潜水泵群联合排水，起到了关键作用。在范、吕两矿四个竖井中，抢装了20台大型潜水泵，总排水能力达18080m3/h。总功率为26200千瓦。在林西矿井下8、9、10水平又增加卧泵的排水能力1470m3/h，由于范吕林三矿联合强排水，实现了确保林西、赵各庄和唐家庄的奋斗目标。（2）斜井卧式离心泵排水优点是：安装技术比较简单，初期安装工程量小，不需要大型悬吊设备，收效快；缺点是：随着淹没水位的升降而移泵接（拆）管的工作量大，管理比较复杂，运行条件较竖井差，开泵的台时利用率比竖井低。根据水泵的排列组合情况，可采用多种形式：单泵一级排水----其安装可以采取多种形式，如：平板式泵车和笼头车组合安装；反倾斜式泵车和平板式龙头车托管架组合安装；滑橇式泵架和龙头车组合安装；反倾斜式泵车和强制浮筒笼头车组合安装等。单泵一级排水采取何种形式安装要视巷道具体情况而定；双泵一级排水----在泵车和龙头车前各交错安装水泵，以增加排水能力；小泵群组合一级排水----充分利用斜井轨道（双轨），在滑橇泵架上安装多台各种排水泵如离心泵，深井泵（卧放）等，扩大排水能力；串联泵多级排水----当巷道断面较小而要求扬程又高时采用下部带一台泵及第二台泵串联，中间用胶管联结，两台泵分别安装在滑撬上，第一台泵水龙头用强制浮筒架设，以此提高排水扬程。总之，斜井卧式离心泵排水形式多样，各具特点，选择时关键在于因地制宜。

二、矿井突水时的控水技术建立永久水闸墙控制涌水，是开滦矿区治理涌水常用的一种方法，矿井突水初期，为了控制涌水漫流，加固巷道和出水口，并用以掩护永久水闸墙的施工，可以采取快速码砌袋装水泥墙办法，为永久水闸墙施工创造条件，根据水情变化和突水场地及相关巷道条件，最终构筑永久水闸墙以控制涌水。㈠、堵（控）水闸墙设计施工应注意问题：

1、堵水闸墙设计前，要全面弄清设计条件，如：闸墙预计承压力、闸墙所在巷道的断面、支护形式和原掘进方法，拟选定混凝土标号，闸墙硐室围岩性质，硬度及各种物理力学参数；

2、闸墙形式的选择若突水水压比较大，可以选择楔形水闸墙，如果水压特别大，可构筑多段楔型水闸墙；

3、水闸墙要构筑在致密坚硬及无裂隙的岩石中；

4、水闸墙周边应掏槽嵌入到岩石中；并事先埋好注浆管，待闸墙体完工后，再进行注浆，充填缝隙，使之及围岩构成一体。

5、永久水闸墙施工，一般都留设泄水管路阀门，注意阀门管路防腐处理，对于长期封水的水闸墙管路阀门，最好使用不锈钢材料。井下永久水闸墙设计一般选用下列公式式中：B--防水闸墙厚度mP--静水压力MpaS2--背水面巷道断面积m2K--混凝土结构抗剪设计安全系数

b2--背水面巷道净宽度mh2--背水面巷道直墙高度mτ--混凝土的抗剪强度（如果围岩抗剪强度低则用围岩值）㈡、堵水闸墙设计

还应选用公式对闸墙厚度按剪应力进行验算，可采用下列公式：

S--闸墙厚度mP--水压kg/cm2a--巷道净宽度cmb--巷道高度cm

τ剪—密闭材料许用抗剪强度kg/cm2

也可用下列公式验算

L--闸墙长度mPS--设计水压MpaS--巷道断面积m2K--安全系数

[δi]--岩石的抗压强度

永久水闸墙安全系数,一般取6-8较为合适。施工永久水闸墙，必须认真编制施工技术及组织设计，并认真落实，保证施工质量，历史经验证明，由于水闸设计不合理而造成失败的情况很少，主要是施工质量问题，特别是挖掘巷道四周围岩，拓宽巷道断面时，清理岩粉残渣工作十分重要，是保证质量的关键。另外还有预埋注浆管，注浆加固闸体及围岩缝隙时，必须达到注浆设计标准。因此建闸期间的现场管理，是保证水闸质量的基础。三、矿井突水时的注浆堵水技术矿井突水后，一方面组织人力采取强排水和打闸分区隔离方式制止水患漫延和控制淹没水位上涨，另一方面是根据水情和突水条件，在无法分区隔离，且矿井永久排水能力又不足以排除突水水量时，应及时采取注浆堵水方法封堵水源。所以在抢险救灾同时，要认真制定注浆堵水方案。在编制注浆堵水方案时，要尽量遵循下列原则：㈠必须清楚掌握矿井地质及水文地质条件：突水发生的原因、突水点的位置、突水通道的性质、突水量的变化、突水点附近地质及工程地质条件、采掘状况、并具有准确的相关图纸。以便明确堵水位置，分析钻探及注浆的难度，做到各方面条件分析充分，设计考虑周全；㈡注浆堵水设计中第一批钻孔位置原则上应首先针对出水点附近设计并施工，以便尽快确定突水补给通道的性质并提前注浆封堵，并为注浆堵水打好基础。但钻孔终孔位置应慎重考虑注浆时浆液流失问题，特别是在动水条件下，应适当考虑浆液扩散问题；㈢无论是静水条件还是动水条件下注浆，其前期一般应以增加出水口阻力为目标，尽量减小过水断面，而后再加大注浆强度达到堵水目的；㈣注浆钻孔孔径不宜过小，以不影响钻进速度为原则，提高效率；㈤注浆堵水方案最终形成是一个动态变化过程，随着对突水水源通道及地质水文条件的了解深入，注浆方案随时调整，所以，注浆场地以及钻孔布设要留有余地，适应依据变化了的情况而修正的注浆方案；㈥注浆堵水工程要进行多方案对比，如钻孔数量，施工顺序，注浆工艺等，以便好中选优，综合运用；㈦注浆钻探设备选型可靠，注浆材料充分保证；㈧注浆工艺一般采取分段下行注浆，一般不采取孔口混合注浆；㈨注浆堵水设计要明确规定配合注浆堵水过程中的地质及水文地质工作内容，认真分析有关资料，以指导修正注浆工艺及注浆方案；㈩前期注浆堵水钻孔施工，一般都带有探测的性质，所以条件探查应列入设计内容；（十一）打钻注浆工程要有施工组织设计，明确施工中的细节问题；（十二）打钻注浆工程尽量采用比较成熟的先进技术和工艺，并在注浆堵水设计中规定。1984年范各庄矿特大突水治理注浆堵水工程，是在特大动水条件下进行的，其方案是随着钻探所取得成果资料及注浆效果的显现而逐步完善形成的，施工中，方案一直都在修订，在实施过程中，根据施工的需要，其注浆，钻探及其它各专业从引进和创造新技术方面也不断得到进展。如垂直三段和水平三段式堵水方案的确定，提高了堵水速度；中心引流注浆技术减少了无效浆液；定向导斜钻进技术减少了钻探工程量；采用皮托管测钻孔水流速为选择注骨料级配提供了科学依据；小钻孔下大骨料布袋充填巷道技术以阻截大的动水流；水下巷道爆破压顶堵塞巷道技术以及钻孔透视、盐化测井等技术的应用，促进了注浆堵水技术的发展，在特大动水条件下，使吕家坨矿仅用6个月堵截过水通道成功；范各庄仅用12个月封堵了特大涌水并排水复矿，所以只要方案正确，不断开发引进新技术，动水条件下封堵特大涌水已形成了一套比较成熟的技术。第三节抢险救灾中的水文地质工作矿井突水后需要做的水文地质工作很多，但最紧急最关键性工作主要有以下几个方面：一、测定突水量及预测变化：主要是为制订抢险救灾保矿、增设排水能力、紧急救护人员等措施提供可靠的依据，是指挥部抢险救灾决策指挥的基础。矿井突水量测定要快并力求准确；要加强观测，掌握突水量的发展变化规律，对可能变大或变小的情况做出必要的预测。突水量测定方法很多，可根据不同条件选用。㈠、用流速仪或浮标在流水巷道中实测，方法简单，测量速度快，数据也基本可靠，但工作人员必须进入突水点附近水流必经的巷道，水深不能过膝，流速不能过急，有些大的突水为跳跃式增加，所以一旦水量突增，测水人员要能迅速撤至安全地点。所以当突水量特大时，难以使用此法。

㈡、用淹没法计算突水量淹没法计算突水量是特大突水时常采用的一种方法，只要能测量矿井淹没水位，对采掘情况基础资料清楚就可计算突水量。但若对井巷工程底数不清或采空区突水系数选择不准，会影响突水量的计算精度。用淹没法计算突水量的关键是井巷及采空区充水系数的确定，特别是采空区充水系数情况比较复杂，它及采煤方法、开采时间、煤层倾角、工作面回收率等因素有关，很难准确确定。如开滦矿区经历了１９７６年唐山大地震，生产矿井全部停电自动淹没，在复矿排水中积累了一些资料。在一般情况下，被淹的岩巷、硐室充水系数可按１００％计算；煤巷可按８０％计算；水仓一般按５０％～８０％计算。倾角小于30°的走向长壁采空区充水系数，十年以上的最大不超过２０％，十年以内的最大不超过３０％。淹没体积的计算比较复杂，也很费时间，按照矿井灾害预防及处理计划的编制要求，凡有突水危险的矿井，在每年的第一季度内都要对截止到上一年度末的井巷硐室，采空区可能存水的容积进行全面的统计，比较确切的计算出分水平、分阶段垂高可能积水空间，以及每升降１m的平均积水空间。１９８４年范各庄特大突水量计算中，其中采用矿井淹没水位曲线图与矿井容积曲线图相对照，求出不同标高段的淹没容积和淹没时间，确定矿井突水量。其中矿井最大平均突水量是依据矿井淹没水位上升速率与奥灰水位下降速率曲线互相对照确定的，其值为１１小时平均最大突水量为２０５３m3/min,经与淹没法计算核实，两种办法计算结果比较接近。

二、淹没计算通过对突水量的连续监测或计算，在基本掌握突水量增长变化趋势的基础上，对淹没水位的上涨速度及淹没某个关键性水平的时间做出大体的预计，协助有关部门划定危险区域，并为未淹井巷的抢险措施制订提供依据。范各庄矿１９７８年二水平２０４开拓巷道突水59.7m3/min（含原有突水点出水12.9m3/min），利用淹没法计算不同标高淹没水量预测淹没到一水平（-310）时的突水量为26.6～28.3m3/min，分析核实一水平排水能力可以排出涌水、泵房做好了充分准备。涌水上涨到一水平时的实测涌水量为29.3m3/min。经及淹没水位与淹没水量相关曲线核实，二者结果相近，使一水平强排水工作得以有序正常地进行。三、确定突水的直接水源和补给水源根据当时所得的有关资料进一步确定突水直接水源，突水通道和间接补给水源，为分析预测水情变化及治理打下基础，主要进行以下工作：

㈠、地下水位动态变化观测突水后，必须立即组织力量对地面各含水层观