《煤矿安全技术》模块矿井水灾防治技术

煤矿安全技术平顶山工业职业技术学院课程模块单元策划设计模块四

矿井水灾防治技术课题任务相关知识知识链接理论实践课题1矿井水治理技术

任务1水灾分析与防治任务2矿井探放水（1）矿井水（2）矿井水害（3）矿井水灾致因（1）矿井地面防水措施（2）井下探放水措施22课题2矿井透水处理技术任务矿井透水处理（1）矿井透水原因（2）矿井透水预兆（1）矿井透水避灾措施（2）被淹井恢复生产的处理22任务实施方法1.理论（应知）：互动讨论（分学习小组）、案例分析与研讨；2.技能（应会）：演示论证、体验性实训；3.考核方式：任务过程考评

知识点：

◆矿井水灾及其危害◆矿井水灾致因及发生规律

技能点：

◆矿井地面水的防治

◆井下探放水措施任务描述：矿井水灾防治是创造良好作业环境的一项重要工作，又是预防水灾事故的重要技术措施手段。任务分析：地表和地下水的存在是引发水灾事故的基础；掌握矿井水源和透水规律，可以有效地实施探放水技术措施及防治矿井透水事故。课题1矿井水治理技术

一、矿井水的充水源矿井水：矿井建设和生产过程中由地表和地下流入或渗透到井下的水。

1.地表水

矿井地表大气降水的积水、河流、湖泊、水库、池塘水等。特性：

（1）可以通过岩层孔隙、裂隙渗入地下作为地下水的补给水源；（2）通过岩层间接涌入矿井；（3）通过钻孔或井筒直接涌入矿井造成淹井事故。相关知识任务1矿井水灾分析与治理

2.地下水地下岩层的孔隙水、裂隙水、岩溶水和断层水等。（1）孔隙水：大气降水和地表水潜存在岩层孔隙中的水（又称潜水）。

特性：不承受压力，只能在重力作用下又高出往低处流动，易造成矿井溃水事故。（2）裂隙水：地下岩层裂隙或溶洞中的水（又称承压水）。特性：具有较大的水压力和水量，易造成矿井突水事故。任务1矿井水灾分析与治理岩层孔隙水岩层裂隙涌水岩层溶洞水

（3）断层水：地下岩层断层带中的水。特性：断层带是含水层的通道，水量充足、水压高；采掘工作面接近或通过断层带时，易造成突水事故。

3.老空水废弃的矿井巷道、采空区的积水（又称死水）。特性：积水时间长，含大量的H2S有毒气体；采掘工作面接近或通过老空区时，易造成短时大量H2S涌出或突水事故。任务1矿井水灾分析与治理断层水老空水

二、矿井水对生产安全的影响

1.恶化生产环境采掘工作面空气湿度明显增加；顶板破碎淋水，煤壁潮湿片帮；劳动条件及生产效率降低等。

2.增加矿井排水费用矿井积水量越大，排水费用越大。增加煤炭的开采成本。

3.缩短生产设备的使用寿命矿井水对各种金属没备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用。

4.造成矿井事故（1）井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，造成淹井事故.（2）引起瓦斯爆炸或H2S气体中毒事故。任务1矿井水灾分析与治理

一、矿井水灾及发生的条件

矿井水灾：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水害现象。

矿井水灾发生的必备条件：

（1）有充足的涌水源；（2）有良好的涌水通道。

任务1矿井水灾分析与治理任务实施断层涌水通道钻孔涌水通道

二、矿井水灾的致因1.防排水原因（1）地面防洪、防水措施不当或管理不善，地表水大量灌入井下造成水灾；（2）矿井排水设备能力不足或机电事故，排水设施平时维护不当造成水灾；2.水文地质与设计施工原因（1）水文地质情况不清，井巷水源区未执行探放水制度，盲目施工作业；（2）井巷位置设计在不良地质条件中或过分接近强水源区，施工地压与水压作用，引发顶、底板透水；（3）井巷工质量差，严重塌落冒顶、跑砂，导致透水；（4）防探水测量错误，导致巷道穿透积水区；（5）乱采乱掘，破坏防水煤、岩柱造成突水；任务1矿井水灾分析与治理1.疏水矿井周围降水和地表水流不出去，可以开凿泄洪隧洞，把矿区内的汇集水疏通到矿区以外。

2.防水在矿井设计时，井口和丁业场地应该选择在不受洪水威胁的地点。

3.排水对于洪水季节河水有倒流现象的矿区，应在泄洪总沟的出口处建立水闸，设置排洪站。

4.蓄水井口和工业场地下游的有利地形建筑蓄水库。

蓄水排水防水疏水工作案例：矿井地面防治水

一、探放水目的与原则

1.探水目的采矿过程中用超前勘探方法，查明采掘工作面顶底板、侧帮和前方的含水构造（包括陷落柱）、含水层、积水老窑等水体的具体位置、产状等，其目的是为有效的防治矿井水害做好必要的准备。

2.探水的原则

矿井探水基本原则：采掘工作必须执行“有疑必探，先探后掘”。

相关知识任务2矿井探放水

二、探水规定及注意事项

1.探水规定

煤矿安全规定：井下生产过程中，采掘工作面遇到下面任何一种情况时，必须确定探水线进行探水：（1）采掘进工作面接近溶洞、含水层（流砂层、冲积层、各种承压水的含水层、含水断层或与地面大量积水区相通的断层）；（2）掘进工作面接近被淹井巷或有积水的小窑、老空；（3）上层积水，在下层进行采掘工作，两层间垂直距离小于采煤工作面采高的40倍或小于掘进巷道高度的10倍；（4）在边探边掘区内掘进时，掘进长度达到允许掘进长度；任务2矿井探放水

（5）采掘工作面发现出水征兆；（6）采掘工作面接近各类防水煤柱时；（7）接近可能同河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时；（8）接近有水或稀泥的灌浆区时；（9）接近其他可能出水地区时。

2.探水注意事项（1）探水地点要确保与相邻地区的工作地点的联系，一旦出水，要马上通知水害威胁地区的工作人员撤到安全地点。

任务2矿井探放水（2）打钻时，要时刻观察钻孔的情况，发现煤层疏松，钻杆推进突然感到轻松或顺着钻杆流出来的水超过供水量时，都要特别注意，这些都是接近或钻入积水地点的征兆。碰到这种情况，要立即停止钻进，进行检查。如果孔内水很大，喷射较远，必须马上固定钻杆，背紧挥水工作面，如加固煤壁及顶底板。（3）探水工作面要经常检查瓦斯及其他有害气体，当瓦斯含量达1%时，必须停止钻进；达到1.5%时，必须停止工作，使其降至1%以下，方可开动机器。任务2矿井探放水

一、矿井探水钻孔参数与布置

1.探水起点的确定通常将积水及附近区域划分为三条线，即积水线、探水线和警戒线，并标注在采掘工程图上。

（1）积水线：即积水区范围线，在此线上应标注水位标高、积水量等实际资料。（2）探水线：应根据积水区的位置、范围、地质及水文地质条件及其资料的可靠程度、采空区和巷道受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须进行超前探水、边探边掘。任务2矿井探放水任务实施（3）警戒线：是从探水线再向外推50～120m计为警戒线，一般用红色表示。进入警戒线时，就应注意积水的威胁。任务2矿井探放水积水线、探水线和警戒线2.探水钻孔的参数（1）超前距：探水钻孔终孔位置应始终超前掘进进工作面一段距离，该段距离称超前距。一般不小于20m（2）允许掘进距离：经探水证实无水害威胁，可安全掘进的长度。（3）帮距：呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道帮的距离。其值应与超前距相同。（4）钻孔密度（孔间距）：允许掘进距离终点横剖面上，探水钻孔之间的间距。一般不超过3m任务2矿井探放水

3.探水钻孔的布置（1）扇形布置：巷道处于三面受水威胁的地段，进行搜索性探放老空积水时，探水钻孔一般按多扇形布置。（2）半扇形布置：在积水区肯定的掘进巷道一侧的探水时，探水钻孔一般按半扇形布置。任务2矿井探放水扇形探水钻孔半扇形探水钻孔

二、矿井探放水方法

1.老空水的探放（1）先隔离后探放：受地表水补充的老空水及老空的积水量较大，先隔断或减少其补给水量，再进行探水，若隔断水源有困难无法有效探放时，留设煤岩柱与生产区隔开，待到矿井生产后期再进行处理。（2）先降压后探放：水量大、水压高积水区，先从顶、底板岩层打穿层放水孔，把水压降下来后，再沿煤层打探水钻孔。（3）先堵后探放：老空区为强含水层水或其它水源淹没，出水点有很大的补给量时，先封堵出水点，而后再探放水。任务2矿井探放水

2.断层水及其他水源的探放（1）探放断裂构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的前方及下方布置。底板方向的钻孔不得少于2个；任务2矿井探放水

（2）煤层内，原则上禁止探放水压高于1MPa的充水断层水、含水层水及陷落柱水等。如确实需要的，可以先建筑防水闸墙，并在闸墙外向内探放水。

任务2矿井探放水

三、探水与掘进之间的配合

1.双巷配合掘进交叉探水掘进上山的上方有积水区存在受水威胁时，采用双巷掘进交叉探水。

2.平巷与斜巷配合探水同一煤层内上部掘进水平巷道、下部向上掘进斜巷时，先水平巷道探水后，斜巷再施工作业。任务2矿井探放水平巷与斜巷互相配合探水双巷配合掘进交叉探水

3.隔离式探水巷道掘进前方的水量大、水压高、煤层松软和裂隙发育时，直接探水很不安全，需要采取隔离方式进行探水。在掘进石门时，可从石门中探放积水或在巷道掘进工作面预先砌筑隔水墙，在墙外探水任务2矿井探放水墙外探水石门探水

四、井下水的防治方法

（一）放水（疏干）

1.老空水的疏放（1）直接放水：当水压不大，不致超过矿井排水能力时，可利用探水钻孔直接放水。（2）先堵后放：当老空水与溶洞水或其他巨大水源有关系，动水储量很大，一时排不完或不可能排完的情况下，应先堵住出水点，然后排放积水。

2.疏放含水层水

（1）地面疏放水：适用于埋藏较浅、渗透性良好的含水层

（2）井下疏水巷道疏水：适用于已摸清水源，并预算出涌出量的情况下。任务2矿井探放水

3.放水时的注意事项（1）放水前必须估计积水量，并要根据矿井排水能力和水仓容量控制放水数量及放水眼的流量。（2）经常观测钻孔中水量变化情况，特别放老空积水时，当水量变小或无水时，应反复多次下钻至原孔深度或超过原孔深度，以防钻孔被堵塞，造成放干积水的假象，避免掘进时发生事故。（3）放水过程中，应经常检查孔内放出的瓦斯及其他有害气体的含量，以便采取措施。任务2矿井探放水

（二）留设防水煤（岩）柱隔水

防水煤（岩）柱：在水体下、含水层下、承压含水层上或导水断层附近采掘时，为防止地表水或地下水溃入工作地点，需要留出一定宽度或高度的煤（岩）层不采动，这部分煤（岩）层。

1.防水煤（岩）柱类型

（1）断层防水煤（岩）柱：在导水或含水断层两侧，为防止断层水溃入井下而留设煤（岩）柱，或当断层使煤层与强含水层接触或接近时，为防止含水层水溃入井下而留设的煤柱。任务2矿井探放水

（2）井田边界煤柱：相邻两井田以技术边界分隔时，为防止一个矿井淹没（由突水或矿井报废引起）后影响另一个矿井的安全生产而留设的煤柱。（3）上、下水平（或相邻采区）防水煤（岩）柱：在上、下两水平（或相邻两采区）之间留设的防水煤（岩）柱。这种煤（岩）柱为暂时性的煤（岩）柱，在上、下两水平（或相邻两采区）开采末期或透水威胁消除后，这部分煤（岩）柱中的煤，仍然可以回收出来。

任务2矿井探放水

（4）水淹区防水煤（岩）柱：在水淹区（包括老窑积水区）四周和上、下水平留设的防止水淹区水溃入井下采掘工作面的煤（岩）柱。

（5）地表水体防水煤（岩）柱：为防止采煤后地表水经塌陷裂缝溃入井下而留设的煤（岩）柱。

（6）冲积层防水煤（岩）柱：为防止采煤后上覆冲积层中的强含水层水溃入井下而留设的煤（岩）柱。

任务2矿井探放水2.防水煤（岩）柱的留设原则（1）有突水威胁但又不宜疏放（疏放会造成成本大大提高时）的地区采掘时，必须留设防水煤（岩）柱。

（2）同一地点有两种或两种以上留设煤（岩）柱的条件时，所留设的煤（岩）柱必须满足各个留设煤（岩）柱的条件。（3）留设防水煤（岩）柱所需要的数据必须在本地区取得。邻区或外地的数据只能参考，如果需要采用，应适当加大安全系数。（4）防水岩柱中必须有一定厚度的粘土质隔水岩层或裂隙不发育、含水性极弱的岩层，否则防水岩柱将无隔水作用。

任务2矿井探放水

（三）设置水闸门截水

1.设置水闸门目的矿井发生水患时，能够使矿井分区隔离，缩小灾情影响范围，控制水势危害，确保矿井安全。

2.水闸门类型（1）按门硐数分单门硐和双门硐两种；（2）按流水方式可分为不设流水管装置、设流水管并带闸阀、设水沟带水沟闸门的；（3）按闸门外形分为矩形、圆形；（4）按止水方式分为橡皮止水、铅锌合金止水等等。任务2矿井探放水

3.水闸门构筑要求

（1）确定水闸门位置时，必须注意该处的工程地质及水文地质条件，应避开断层破碎带、岩溶发育带、裂隙带，建在岩石坚硬、稳定不渗水的岩层中。同时还要考虑遭受水灾后能有恢复生产或绕过事故区，开拓新区的可能。

（2）施工前应进行周密的设计。所用水泥等原材料一定要合乎标准，严禁使用失效水泥，砂石要洁净，水质要好，配比要严格。浇注后要进行适时养护，并进行压力试验。

任务2矿井探放水（3）水闸门必须精心设计，技术人员亲临现场指挥，精密施工，保证围岩灌浆质量，使门扇与门框紧密接触。

（4）闸门之下所设的短节易卸拆的道轨应保证遇事能快速卸除。水闸门建成后应定时做开启试验，并进行保养维护。

（5）通过水闸门的水沟，应与有阀门的水管相通，管口加铁篦子，并留设观测管孔。

任务2矿井探放水

（四）设置水闸墙截水

1.设置水闸墙目的用来封闭井下局部水患区和危险隐患区。即封闭充水工作面或采矿场、出水的掘进头、老空区、与地表水体相连的巷道、小窑充水水体以及断层水等。

2.水闸墙构筑方法（1）按设计开挖足够尺寸的闸墙沟巢，墙基可筑成混凝土凸缘基座，也可采用锚杆基座；（2）在墙体的一定部位装有管线、压力表和测压管；（3）墙体设有检查孔道，在孔道上装有严密的孔盖；（4）墙体设有带高压阀门的放水管。任务2矿井探放水

3.水闸墙在构筑安全要求

（1）应选在围岩坚硬完整，断层裂隙少，不受干扰而稳固的地方构筑水闸墙。建墙的巷道，应选在断面小、两帮坚固的部位。

（2）水闸墙的壁后必须注浆加固。

（3）为封死水源，彻底消除水患，应实行墙内全面注浆。

（4）墙体必须坚牢，整个封堵环节不可出现溃决绕流等薄弱地带，以免造成工程失效。

（5）为避免围岩产生裂缝，水闸墙建造过程的凿槽工作绝对不允许使用炸药，只能用风镐或手镐开凿。

（6）为防止水闸墙因受硫酸钙、碳酸钙、氧化钙反应的影响而遭到损坏，可用铝钙水泥构筑闸墙的前半部分(厚2m左右)。任务2矿井探放水

（五）注浆堵水

1.注浆堵水目的利用制成的水泥浆液通过管道压入地层裂隙，经凝结、硬化后起到隔绝水源。

2.注浆堵水的应用（1）当老窑水或被淹井巷水与强大水源的水力联系密切，单纯排水已不可能或不经济时。

（2）在建井过程中，当井筒或巷道必须穿过含水丰富的含水层或充水断层时，如不先堵住水源，就不能掘进，无法进行矿井建设。

（3）当井筒的工作面淋水严重，井壁失稳水大，为了加固井壁，改善劳动条件，减少排水费用，可以采用注浆堵水措施。

（4）某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低无法承担的常年排水费用，亦可采用注浆的办法以堵住水源。任务2矿井探放水

3.注浆堵水方法

（1）利用水泥浆或化学浆液，通过钻孔将水的通道充填住，从而达到阻住外部水源涌入。（2）可以通过钻孔投入其它充填物，如铁球、棉织物等物质堵住流水通道。

任务2矿井探放水

知识点：

◆

矿井透水特征

◆

矿井透水预兆

技能点：

◆

矿井透水的处理方法

◆

被淹井的恢复措施任务描述：预防矿井透水是保证生产安全的主要技术措施，正确处理透水事故是恢复矿井正常生产工作的手段。任务分析：矿井透水特征和预兆是预防事故的基础；掌握其特征和规律，可以有效地预防透水事故。课题2矿井透水处理技术

一、矿井透水与特征

矿井透水：建设和生产过程中，地面水和地下水通过各种通道涌入矿井的现象。

1.冲积层水透水主要特征：开始涌水量小，并夹带泥沙，水质发黄；续后水量急剧增加。2.老空水透水主要特征：“挂红”、酸度大、水味涩、有臭鸡蛋味、含有大量的SH2气体等。相关知识任务

矿井透水处理

3.断层水透水

主要特征:水混浊、多为黄色、水无涩味等。4.岩溶水主要特征:多为灰色、带有臭味、有时出现挂“红”现象。二、矿井透水预兆

1.“挂红”矿井水中含有铁的氧化物，附着在裂隙表面出现暗红色水锈。

任务

矿井透水处理

2.“挂汗”采掘工作面接近积水区时，水压力作用下，经煤岩裂缝使煤壁、岩壁出现水珠，3.空气变冷工作面接近大量积水时，气温骤然降低，煤壁发凉，

4.出现雾气