矿井水灾及事故预防知识

第四节矿井水灾及事故预防知识在矿井生产和建设过程中，地面水与地下水都可能通过各种途径流人矿井中。进入矿井的水就称为矿井水。凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全的使矿井局部或全部被淹没的矿井水，都叫矿井水害。一、矿井水害类型和易发生突水事故的地点常见矿井水害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。根据水源分类，矿井水害分成若干类型，见表4—1。表4—1矿井水害类型水害类别水源水源进入矿井的途径或方式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、采后导水裂缝带、岩溶地面塌陷坑或洞、断层带及煤层顶、底板或封孔不良的旧钻孔充水或导水老空水水害古井、老窑、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后导水裂缝带、地面塌陷坑、断层带及煤层顶、底板含水层裂隙及封孔不良的旧钻孔导水水害类别水源水源进人矿井的途径或方式裂隙水水害砂岩、砾岩等裂隙含水层的水，常常受到地表水或其他含水层水的补给采后导水裂缝带、断层带、采掘巷道揭露顶板或底板砂岩水，或封孔不良的老钻孔导水Uu有溶水水薄层灰Uu有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导水裂缝带、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

害厚层灰Uu有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导水裂缝带、采掘工作面直接揭露或地面岩溶塌陷坑水害类别水源水源进入矿井的途径或方式Uu有溶水水害厚层灰Uu有水水害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（500〜600米）、灰岩水和南方晚二叠统阳新灰岩水），对煤矿开采威胁最大，也最严重采后底鼓裂隙、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注：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。顶板水或底板水，只反映含水层水与开采煤层所处的相对位置，与水源丰富与否、水害大小无关。同一含水层水，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，可不按此分类。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，既不能反映水源的丰富程度，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。其危害或威胁程度，决定于通过它们的水的来源丰富与否。2.易发生突水事故的地点井下易发生突水事故的地点，是矿井正常生产的采煤、掘进工作面。当采掘工作面在生产过程中与地表水、地下水沟通时，就会发生突水事故。（1）采煤工作面向前推进，采空区顶板自然垮落，采空区上覆岩层乃至地表产生破坏、变形，自下而上形成了垮落带、导水裂隙带和弯曲下沉带，如图4—1所示。垮落带及裂隙带遇到强含水层或老采区、老窑、老巷道积水，水会沿裂隙带空隙流人井下，造成突水事故。若导水裂缝带高度到达地表，与地表的沟、河、湖泊、塌陷坑、水库、人工水池等贯通，也会造成突水事故。

图4—1采煤工作中开采后岩层移动情况示意图急倾斜煤层的采煤工作面，在工作面推进中，采空区不仅煤层顶板垮落，底板也垮落。如果距煤层底板很近，垮落底板中有强含水岩层，也可能会出现透水事故。急倾斜煤层采空区垮落，上覆岩层重复垮落，几乎全是垮落带，塌陷地表形成漏斗，地下水、地表水直流井下。因此，急倾斜煤层地面塌陷坑呈漏斗形，地面积水只要在塌陷漏斗内，就会连同地面水、冲积层水、流砂层水连泥加水顺漏斗突然窜人井下，造成重大突水事故(图4—2)。图4—2急倾斜煤层采煤工作面开采后岩层移动示意图采煤工作面遇到封孔质量不好的钻孔，而且是穿透含水岩层的钻孔，如果在采煤过程中采取的防范措施不力，也会造成透水事故。掘进工作面在掘进过程中，遇到情况不清的老窑水、采空区水、老巷道积水、钻孔水、断层水、陷落柱水、石灰岩溶洞水、砂岩水等，同样是易发生透水事故的地点。掘进工作面在矿井开采上限接近煤层露头位置进行掘进时，切记不能冒顶，冒顶容易造成冲积层、流砂层的水流人井下。如果离地表太近，同样也能使地表水涌人井下造成透水事故。二、 矿井发生突水事故的预兆矿井透水(突水)是指煤矿在正常生产中突然发生的具有一定数量来势凶猛的涌水现象。矿井突水来自采空区、顶板、地表、底板等。矿井突水的发生与发展是一个逐渐变化的过程，有的很快，有的很慢。从开拓工作面开始，发展到突水的时间内，在工作面及其附近显示出某些异常现象，也称为突水预兆。识别和掌握这些预兆，可以及时采取应急措施，撤离灾区人员，防止伤人事故发生。矿井突水前的预兆主要有以下几种：煤层发潮、发暗。由于水的渗入，使得煤层变得潮湿、暗淡。如果挖去表面一层，里面仍如此，说明附近有积水。巷道壁或煤壁“挂汗”。具有一定压力的水透过煤岩体的细微裂隙而在采掘工作面煤岩壁上凝结成水珠的现象，称为“挂汗”。透水预兆中的“挂汗”与其他原因造成的“挂汗”有所不同。透水预兆中顶板“挂汗’’多呈尖形水珠，有“承压欲滴”之势；而煤炭自然发火预兆中的“挂汗”为水蒸气凝结于煤岩壁上所致，多为平形水珠；另外，井下空气中的水分遇到低温的煤岩体时，也可能凝结成水珠。区别“挂汗”现象是否为透水预兆的方法是剥离一层煤壁面，仔细观察所暴露的煤壁面上是否潮湿，若潮湿则是透水预兆。工作面温度降低，煤壁发凉。采掘工作面接近有水区域时，温度会骤然下降、空气变冷，人进入后有凉爽、阴冷的感觉。但应注意，受地热影响大的矿井，地下水的温度较高，当采掘工作面接近积水温度较高的积水区时，煤岩壁的温度和空气的温度反而升高。煤壁“挂红”。这是因为当积水中含有铁的氧化物时，煤岩壁上所挂之“汗”呈暗红色，故称为“挂红”。一般是接近老窑水的征兆。发出水叫声。含水层或积水区内的高压水在向煤壁裂隙挤压时，与煤壁摩擦会发出“嘶嘶”声响，说明采掘工作面距积水区或其他水源已经很近了，若是煤巷掘进，则透水即将发生。出现雾气。当采掘工作面气温较高时，从煤岩壁渗出的积水就会被蒸发而形成雾气。工作面有害气体增加。这是因为积水区常常有瓦斯、二氧化碳、硫化氢等有害气体逸散出来的缘故。顶板来压，淋水加大，如落雨状；底板鼓起或产生裂隙并出现渗水。出现压力水流(或称水线)。这表明离水源已经较近，应密切注意水流情况。若出水浑浊，说明水源很近；若出水清净则水源尚远。打钻时发觉钻孔底松软或钻孔有水流出，说明接近透水区。上述征兆，并不是每次突水前都会全部出现，有时可能发现一个或几个，极个别情况甚至不出现。因此，必须密切注意，认真分析。三、 防治矿井水害的主要措施防治矿井水害的方针是“预防为主，防治结合”。煤矿应查明矿区和矿井的水文地质情况，编制中长期防治水害规划和年度防治水害计划，并组织实施。每个矿井要有准确的井上下对照图、地形地质图。中型以上的矿井，要建立地表移动塌陷观测站，测出本矿的地表移动数据。有了井上上对照图，就可以知道井下采掘工作面与地面河流、沟渠等的位置关系。有了地形地质图，就知道煤层、岩层，特别是透水岩层(如石灰岩、砂岩)的露头与地形的位置关系，知道这些岩层水的补给水源是河流还是大气降水。有了地表塌陷移动观测资料，就可知道矿井开采对地表的影响，4采空区垮落后形成的“三带”是否与地表水沟通、流入井下，以便采取有针对性的措施。防治地表水害的措施留设防水煤柱：矿井上方有江、河、湖、海、水库等，对矿井有危害，有透水的可能，而且不能排干，可留设防水煤柱。河流、沟渠改道：河流、沟渠压在煤层及岩层的露头部分，大量向井下漏水，对采矿有透水的威胁，可以对河流、沟渠改道。河流向井下漏水时，还可以采取对河床铺底的措施进行防漏。积水排干：对于塌陷坑积水、池塘积水等，只要有突水的可能就必须将积水排干方能生产，且在生产过程中要定期查看地面积水。特别是急倾斜煤层采煤工作面出现漏斗形塌陷坑，透水威胁更大。因此，急倾斜煤层开采时，必须降低开采上限，留设防水煤柱，确保安全。水力充填：采煤工作面不用垮落法控制顶板，而采用水砂灌注采空区，把采空区顶板支撑起来，降低下沉量，降低对地表下沉的影响，避免水流进入井下。抬高主井、副井、风井的井口标高：为确保雨季安全，要调查矿井周围最高洪水位及山洪暴发的影响，抬高主井、副井、风井的井口标高。防治井下水害的措施井下水害包括老窑水、采空区积水、老巷道水、钻孔水、断层水、陷落柱水、石灰岩溶洞水、砂岩水、砾岩水、冲积层水等。老窑水的防治成立清查老窑情况的组织机构。询访在老窑工作过的老同志，弄清开采年限、开采煤层位置、开采距离和深度，以及涌水量大小等等。千方百计查找过去老窑的图纸和资料。认真分析判断后，制定防治老窑水的方案，并认真实施。在情况不清的情况下，坚持有疑必探的原则向前掘进。打超前探水钻时，如有透水征兆，不能起钻，要尽快汇报，处理险情。在探放水时要建立一定排水能力，安装好水泵、排水管路，建立好水仓，以保证万一探出水之后不会影响生产。特别注意的是，若老窑水是开采上层煤形成的采空区积水，而新开的矿井或者新采区是开采的下层煤。这种顶着老窑水采煤，随时都有发生突水事故的可能。因此，在未弄清情况、上层煤采空区水未疏干之前，绝不允许顶水采煤。矿井采空区积水和老巷道积水的防治矿井的采空区及老巷道天长日久必然存在积水。防治工作要求测量部门测量填图要及时准确，不能漏填，当掘进工作面接近采空区和老巷道时要先探后掘。采煤工作面回采时，对生产有威胁，要打钻把水疏干。掘进工作面需要掘透老巷道时，一定要先把老巷道水排干后，才能掘透老巷道。钻孔水防治钻孔虽小，但水涌出来却可以淹井。钻孔水害防治措施是：先查钻孔的平面位置是在采掘工作面的什么位置，然后查钻孔的封孔质量。如果钻孔穿透富水层，封孔质量不好，为确保安全则5需请专业队伍用钻机重新封孔。另外，还可以留保护煤柱保护钻孔。4）断层水的防治断层分为透水断层和不透水断层。防治断层水的措施是：查阅地质报告或水文地质报告，较大的断层可查出是透水断层还是不透水断层。如果断层含水丰富，可用留设断层防水煤柱的办法，防止断层面出水发生透水事故。断层位置不清，不知道是透水断层还是不透水断层时，可用井下钻探的办法，探清断层位置及断层面透水情况。如果断层含水丰富与奥陶纪灰岩连通或与其他厚层状石灰岩溶洞、含水砂岩连通，断层面水大，不易疏干，最好留设断层防水煤柱保护断层。在井下用钻探的办法探断层时，事先要建立好排水基地。在逆断层下开采，断层的上盘压在煤层之上，留设断层防水煤柱的方法可参考图4—3。地表图4—3逆断层留设防水煤柱示意图5） 陷落柱水的防治陷落柱是指埋藏在煤系地层下部的巨厚可溶岩体，在地下水溶蚀的作用下，形成巨大的岩溶空洞，上覆岩体在重力作用下向下垮落，充填于溶洞中，形态是一柱体，故称岩溶陷落柱。陷落柱按其充水特征分两大类型：导水陷落柱和不导水陷落柱。导水陷落柱水量大且稳定，易造成淹井事故。防治陷落柱水的措施是：根据地质资料查清陷落柱的位置，用井下钻探的办法探清陷落柱是否导水，如水量大不好疏干，可留设陷落柱防水煤柱。如水量小可以采用疏干的办法，确保开采安全。6） 石灰岩溶洞水的防治石灰岩被水溶蚀后，产生空隙称岩溶。存在岩溶中的水称为岩溶水。岩溶的形态多样，大小不一，小到溶隙，大到溶洞，而且溶洞之间互相连通可成为暗河。防治岩溶水的措施：石灰岩的露头部分位于地面河流之下，井下岩溶水由地面河流补给，为切断岩溶水补给来源，可以将河流铺底防漏水或河流改道。也可采用地面打钻用水泥注浆的办法堵水。为了开采安全，可采用降压疏干的办法：一般是采用巷道及钻孔来疏干岩溶水。疏干时，在6井下适当位置建立水闸门，确保分系、分采区、分水平隔离、疏水，与其他地区生产两不误。当石灰岩溶洞水太大且与奥陶纪灰岩连通时，采取疏堵可能都无效，需慎重考虑，决定是否继续开采。砂岩水和砾岩水的防治砂岩、砾岩多数位于煤层的顶板和底板。砂岩从表面上看很致密无孔隙，实际含水量不小，富含裂隙水。因此，当顶板有厚层状砂岩时，在工作面回采之前，要用钻机探水。有水须在回采之前将顶板砂岩水疏干，疏干方法可用钻机打眼。急倾斜煤层回采之前也要疏干底板砂岩水，防止采空区放顶引起突水。冲积层水的防治冲积层水俗称地表浅水，层内有流砂、砂浆、泥浆等。防治冲积层水，应当正确地确定矿井开采上限。开采上限标高要保证冲积层水和地表永不能流人井下。有些地区小煤窑乱采滥挖，专采露头煤，有的专采大矿开采上限以上的煤柱，往往对大矿造成威胁。四、突水事故的应急措施和安全注意事项发现突水预兆时的应急措施当井下出现突水征兆时，必须停止作业，撤出受水威胁地点的人员，并立即报告调度室，发出警报。发生透水事故时的应急措施自身安全防护井下发生透水事故时，在现场及附近地点的工作人员应首先做好自身安全防护：在突水迅猛、水流急速的情况下，现场人员应立即避开出水口和泄水流，躲避到硐室内、拐弯巷道或其他安全地点。如情况紧急来不及转移躲避时，可抓牢顶梁、立柱或其他固定物体，防止被涌水打倒和冲走。(2)如是老空水涌出，使所在地点的有毒有害气体浓度增高时，现场职工应立即佩戴好隔离式自救器或压缩氧自救器。在未确定所在地点的空气成分能否保证人员的生命安全时，禁止任何人随意摘掉自救器的口具和鼻夹。迅速汇报透水事故发生后，现场及附近地点工作的人员，在脱离危险后，应在可能的情况下迅速观察和判断突水的地点、涌水的程度、现场被困人员的情况等，并立即向矿井调度室报告。同时，应利用电话或其他联络方式，及时向下部水平和其他可能受到威胁区域的人员发出警报，及时通知撤离。水源的判断方法如下：老空水的特点是积水时间长，水量补给较差，一般属于“死水”。鉴别时，有以下特征：①用手指附水搓动，有滑润的感觉；②用鼻闻有腐臭，有时夹杂着臭鸡蛋气味；③用舌尝可感觉到水发腥，有臭味；④仔细观察，会发现水的透明度较低，水中有腐朽物悬浮或沉淀。断层水一般通道较远，补给较充分，多属“活水”。水无涩味而发甜，如果在岩巷中遇到断层水，水呈黄色，有时在岩缝中可见到淤泥。{3)含水层水一般都具有很高的压力，水量充足。水中无涩臭味，水色发黄，有泥沙流出。(4)如是石灰岩溶洞中的积水涌出，水呈黄色或灰色，有时带有臭味。7地表水一旦涌入地下，其水量很大，破坏力极强。水中混有大量的泥沙，有时还会夹带许多动植物或其他杂物。在一般情况下，水中无其他异味。积极妥善地组织现场抢救突水初期，在保证自身安全的前提下，应在现场领导和老工人的组织带领下，利用现有的人力物力，迅速进行抢救工作。如突水地点周围围岩坚硬、涌水量不大，可组织力量，就地取材，加固工作面，尽快堵住出水点。在水源情况不明、涌水凶猛、顶帮松散的情况下，决不可强行封堵出水口，以免引起工作面大面积突水，造成人员伤亡，扩大灾情。对于受伤的矿工，应迅速抢救搬运到安全地点，立即进行急救处理。必须注意：井下发生突水事故后，决不允许任何人以任何借口在不佩用防护器具的情况下冒险进入灾区。现场组织撤离如因涌水来势凶猛，现场无法抢救，或者将危及人员安全时，应迅速组织起来，沿着规定的避灾路线和安全通道，撤退到上部水平或地面。在行动中，应注意下列事项：撤离前，应设法将撤退的行动路线和目的地告知矿井领导人。在条件允许的情况下，应迅速撤往突水地点以上的水平，尽量避免进入突水点附近及下方的独头巷道。行进中，应靠近巷道一侧，抓牢支架或其他固定物体，尽量避开压力水头和泄水主流，并注意防止被水中滚动的矸石和木料撞伤。如因突水后破坏了巷道中的照明和指路牌，迷失了行进的方向时，遇险人员应朝着有风流通过的上山巷道方向撤退。在撤退沿途和所经过的巷道交岔口，应留设指示行进方向的明显标志，以提示救护人员的注意。撤退巷道如是竖井，人员需从梯子间上下时，应保持好秩序，不要慌乱和争抢。行动中，手要抓牢，脚要蹬稳，切实注意自己和他人的安全。撤退中，如因冒顶或积水造成巷道堵塞，可寻找其他安全通道撤出。在唯一的出口堵塞无法撤退时，应