第五章 矿山防水课件

第五章矿井水灾及其防治本章的主要内容：了解地面防治水的措施；掌握井下防治水的措施，了解矿井突水征兆及处理措施。本章的难点与难点：

1、井下防治水的措施

第五章矿山防水

1984年开滦范各庄矿特大突水事故最大涌水量高大2053m3/min，成为有记载的世界采矿史上突水水量之最，造成经济损失近5亿元。

2001年7月17日凌晨3时许，南丹县龙泉矿业总厂下属的拉甲坡矿发生特大透水事故，造成井下81名矿工死亡。初时，黎家西矢口否认发生了透水事故，后被受贿300余万隐瞒南丹矿难事故万瑞忠被执行死刑。

2004年3月7日，新疆哈密煤业（集团）有限责任公司井采公司二井发生透水事故，24名矿工被困井下，9名遇难。

2004年4月25日早5时许，黑龙江双鸭山矿业集团东荣三矿九采区-442m标高水采工作面突发透水事故，初步认定是该地与东四片采空区老塘相透。

2004年4月11日下午4时多，地处新密市的郑煤集团超化矿突发透水事故，12人被困井下，其中包括透水后下井察看水情的该矿代理总工程师周定栓及另外一名副总工程师。被困4天5夜后4月16日上午9时30分，最后一名遇险矿工被抬出井口。第五章矿山防水

第五章矿山防水第五章矿山防水第五章矿山防水一、矿井水灾

地球上水的分布：按水的分布空间不同，可分为大气水、地表水和地下水三类。地下水是直接威胁生产的不安全因素之一，它是采矿工作者的重要研究对象。由于自然界中的三大类水之间，存在着不可分割的内在关系。

凡影响、威胁矿井安全生产、使矿井局部或全部被淹没并造成人员伤亡和经济损失的矿井涌水事故都称为矿井水灾。造成矿井水害的水源主要有：大气降水、地表水、含水层水、岩溶陷落柱水、断层水、以及旧巷或老空区积水等。

概述第五章矿山防水矿井水灾的危险破坏矿井的正常建设和生产威胁人员的生命安全造成国家和个人财产损失

概述第五章矿山防水二、矿井水灾的来源（一）地面水源

1．大气降水主要形式是下雨下雪。地面的雨雪水是地下水的主要补给来源，同时也可能通过裂隙或井巷直接灌入井下。

1996年8月4日，太原市下暴雨，34小时降雨314毫米，滚滚山洪经小煤窑进入地下，使两座国统大型煤矿的6.4万米井巷被淤死，毁坏井下采煤设备2929台，80余名矿工被洪水围困在井下，造成重大经济损失和人员伤亡。

2．地表水地表水：河流、湖泊、水库和积水洼等，能够通过裂隙、井巷、断层、溶洞等直接灌入井下，也可作为地下水补给来源。

1977年12月19日，吉林辽远梅河一井，在采掘时与地面水库冒通，造成64人死亡，93人负伤的重大事故。第五章矿山防水（二）地下水源1．含水层水生活在山区的人，大多见过泉水，泉水实际上是从地下岩层中溢流出地面的地下水。当井下开拓巷道时，打到某些岩层，水就从岩层中涌出。那么地下水为什么能在某些岩层中存在呢？这是因为在一些岩层或砂土层中存在着许多空隙，当大气降水或地表水渗入地下时，岩土层中的空隙就成为地下水聚居的场所，这些即含地下水而又透水的岩层，称为含水层。

1974年9月28日，徐州矿务局义安煤矿704工作面上方，发生含水层突水事故，使整个二采区被迫关闭，至今未能恢复生产。第五章矿山防水（二）地下水源2．断层水断层地带岩石破碎，易于积水。特别是断层与河流或含水层相通时，造成的水灾危害更大。

1935年德国统治的山东省淄博矿务局洪山矿，由于不采取有效的探放水等措施，在掘进巷道接近裂隙较大的周瓦庄断层时，由于该断层和当地的朱龙河相通，使河水大量灌入井下，平均涌水量达643m3/min，78小时后整个矿井被淹没，夺去了536名矿工的生命，成为世界上最大的水灾事故之一。3．老空水古代的小煤窑和近代煤矿的采空区及废弃巷道，由于长期停止排水而积存的地下水，称为老空水。第五章矿山防水矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：(1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。(2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本。(3）矿井水对各种金属设备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。(4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响。第五章矿山防水

生产矿井常用含水系数（KB）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。1.含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：

KB=Q/P根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4个等级：①充水性弱的矿井：KB<2m3／t；②充水性中等的矿井：KB=2～5m3／t；③充水性强的矿井：KB=5～0m3／t；④充水性极强的矿井：KB>10m3／t。第五章矿山防水2.矿井涌水量矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q表示，单位为m3／d、m3／h、m3／min。根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级：①涌水量小的矿井：Q<2m3／min；②涌水量中等的矿井：Q=2～5m3／min；③涌水量大的矿井：Q=5～15m3／min；④涌水量极大的矿井：Q>15m3／min。3.矿井突水点突水量等级划分其等级标准是：①小突水点涌水量：Q≤1m3／min；②中等突水点涌水量：1m3／min<Q≤10m3／min；③大突水点涌水量：10m3／min<Q≤30m3／min；④特大突水点涌水量：Q>30m3／min。第五章矿山防水矿井水灾发生必须具备的基本条件煤矿常见的水源第五章矿山防水

地面防水是指在地表修筑各种防排水工程，防止或减少大气降水和地表水渗入矿井。根据矿区不同的地形、地貌及气候，应从下列几方面采取相应的措施：

1．慎重选择井筒位置：井口（平硐口）和工业场地内主要建筑物的标高应在当地历年最高洪水位以上。

2．河流改道

3．铺整河底

4．填堵通道

5．挖沟排（截）洪水

6．填堵通道和排除积水

7．加强雨季前的防讯工作第二节地表水综合治理第五章矿山防水泥石流的种类：按不同特点分成不同种类，一般常用分类如下。标准型泥石流：有明显的形成区，流通区和堆积区河谷型泥石流：流域呈狭长形，既有堆积又有冲刷山坡型泥石流：流域呈斗状，面积小，无明显流通区

第三节矿山泥石流防治第五章矿山防水防治泥石流的措施：查明泥石流的种类和流动规律防止泥石流发生;种植被、加固、建坡面排水系统拦挡泥石流：筑坝、平坡排导泥石流：建导流堤、排洪道

第三节矿山泥石流防治第五章矿山防水矿井地下水源：含水层积水断层裂隙水老空区积水

第四节矿井地下水综合治理煤矿常见的水源第五章矿山防水

井下水害来势凶猛，俗有“水老虎”之称。矿井防治水可归纳为“查、探、放、排、堵、截”六个字。一、做好矿井水文观测与水文地质工作(查)

1．做好水文观测工作--收集地表水、井下水源的水压、水位、和水量、井下涌水量变化。

1)收集地面气象、降水量与河流水文资料（流速、流量、水位、枯水期、洪水期）查明地表水体的分布和水量。

2)通过对探水钻孔或水文观测孔中的水压、水位和水量变化的规律，水质的分析，查明矿井水的来源，以及矿井水和地下水，地表水的补给关系。

3)观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。

第四节矿井地下水综合治理第五章矿山防水2．做好矿井水文地质工作为了查明水源和可能涌水的通道，在矿井建设和生产过程中，应不断积累和掌握以下情况：

1)、冲击层的厚度和组成，各分层的含水、透水性能。

2)、断层和裂隙的位置，错动距离，延伸长度，破碎带范围和含水、导水性能。

3)、矿井含水层和隔水层的数量、位置、厚度、岩性，各含水层的涌水量，水压、渗透性以及距开采层的距离。

4)、调查老窑和现采小窑的开采时间，开采方法、开采深度、开采范围，积水区域及分布状况。

5)、检查勘探钻孔的填实状况及其透水性能。

6)、开采过程中围岩破坏范围及地表塌陷情况，观测塌陷带、裂隙带，沉降带的高度，以及采动对涌水量的影响，从而判断能否透水。

7)、井巷出水点的位置及其水量；老窑积水范围、标高和积水量，都必须绘在采掘工程图上。水淹区域应标出探水线的位置。探水线的位置确定，必须报矿总工程师批准。采掘到探水线位置时，必须探水前进。第五章矿山防水二、井下探水(探)“有疑必探，先探后掘”是采掘工作必须遵循的原则。遇下列情况之一者时，必须探水：（一）接近水淹或可能积水的井巷、老空或相邻煤矿时。（二）接近含水层、导水断层、溶洞和导水陷落柱时。（三）打开隔离煤柱放水时。（四）接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带时。（五）接近有出水可能的钻孔时。（六）接近有水的灌浆区时。（七）接近其他可能出水地区时（水文地质复杂、有导水裂隙等）。第五节地下水的探放第五章矿山防水二、井下探水(探)1、探水起点的确定：为了保证采掘工作和人身安全，防止误穿积水区，在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点，此线即为探水线。通常将积水及附近区域划分为三条线：积水线、探水线和警戒线，并标注在采掘工程图上。

1)积水线—积水区域范围线；水位标高，积水量标注于图中；

2)警戒线—从探水线再向外平行推移50～150m所确定的一条界限。掘进巷道进入这一界限后，应警惕积水的威胁。如发现有透水征兆，应提前探放水，无的话继续掘进。到达探水线时，作为正式探水的起点；

第五章矿山防水二、井下探水(探)1、探水起点的确定：

3)探水线—沿积水线外推60～150m的距离划一条线即为探水线。为了保证采掘工作和人身安全，防止误穿积水区，在距积水区一定距离划定一条线作为探水的起点，此线即为探水线。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、采空区和巷道遭受矿山压力破坏等因素确定。进入此线后必须停止掘进，进行探放水。探水线规定：对于老窑、采空区、峒室等积水清楚，P<1Mpa，岩层不小于20m，煤层不小于30m；积水区位置边界不清楚，最小不小于60m；小窑、断层等，不小于60m；石门揭含水层不小于20m。第五章矿山防水2、探水钻孔布置

1)探水超前距离、允许掘进距离、帮距和密度确定：

(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。一般岩层不小于20m，矿层30M

(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：即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）：它指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，以免漏掉积水区。

允许掘进距离超前距离帮距安全外围线外斜眼终孔位置第五章矿山防水2、探水钻孔布置

2)探水钻孔布置，原则：巷道掘进所占空间应有钻孔控制，且钻孔间距小于巷道高度、宽度、或煤层厚度。

(1)平巷钻孔，主要是探巷道上帮小窑老空水，钻孔呈扇形布置在巷道上帮。依据煤层厚薄及巷道沿底、顶掘进不同，布孔方式也不一样。对于薄煤层，3组，每组1～2个钻孔；厚煤层，3组，每组不少于3个钻孔

(2)上山巷道钻孔布置，钻孔呈扇形布置于巷道前方，薄煤层布置5组，每组1～2孔；厚煤层布置5组，每组不少于3孔，且每组钻孔至少有一孔见顶成底，钻孔水平夹角及倾斜角要求与平巷钻孔相同。第五章矿山防水放水钻孔孔口安全装置1一钻杆，2一Φ150钻孔，

3一水泥，4一筋条，5一Φ89钢管，6一水压表，

7一水阀门平巷与上山互相配合探水第五章矿山防水三、放水（疏干）

有计划地将威胁性水源全部或部分地疏放掉，是消除水患的有效措施之一。分为地表疏干、井下疏干和地表井下联合疏干。

1．疏放老空水（井下疏干）

1)直接放水；当水量不大，不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；当老空区与溶洞水或其他巨大水源有联系，动力储量很大，一时排不完或不可能排完，这时应先堵住出水点，然后排放积水。

3)先放后堵；如老空水或被淹井巷虽有补给水源，但补给量不大，或在一定季节没有补给．在这种情况下，应选择时机先行排水，然后进行堵漏，防漏施工。

4)先隔后放；如果水量过大，或水质很坏，腐蚀排水设备，这时应暂先隔离，做好排水准备工作后再排放;如果防水会引起塌陷，影响上部的重要建筑物或设施时，应留设防水煤柱永久隔离。第六节预先排水疏干第五章矿山防水

2．疏放含水层水（井下疏干）

1）地面疏放水在地面打钻或打大口径水井，利用潜水泵或探井泵抽排，以降低地下水位。它适合于埋藏较浅，渗透性良好的含水层。施工快、疏排能力强、见效快而又安全。

2）利用疏干巷道疏水。如果煤层顶板有含水层，可把采区巷道提前掘进，使含水层的水通过其空隙和裂隙疏放出来。

3）钻孔疏水。可在计划疏水降压的不突水部位先掘巷道．然后在巷道中每隔适当距离向含水层打钻。

4）巷道和钻孔结合疏放。第六节预先排水疏干第五章矿山防水第六节预先排水疏干巷道疏水环状孔群1—疏水前水位；2—疏水后水位排状孔群第五章矿山防水四、截水在探到水源时，由于条件所限无法放水，或者能放水但不合理，便需要截水。

截水是利用水闸墙、水闸门和防水煤（岩）柱等物体，临时或永久地截住涌水，将采掘区与水源隔离，使某一地点突水不致危及其它地区，减轻水灾危害的重要措施。

防水煤（岩）柱厚度：“《规程》执行说明”规定，掘进巷道与积水体之间的隔离煤（岩）柱，其最小垂距不得小于巷道掘凿高度的10倍。井田边界隔离煤往最小值不应小于20m，断层各侧的隔离煤柱也不应小于20m。

防水墙：地点、承压、材料、墙厚。水闸墙是用不透水材料构成的永久性构筑物，用于隔绝有透水危险的区域。

水闸门：一般设置于井下运输巷内，正常生产时防水闸门敞开着，当突然发生水患时，闸门关闭将水阻挡于闸门之外。第七节防水煤柱隔离水源第五章矿山防水防水煤（岩）柱的留设凡是煤层与含水层或含水带的接触地段，预留一定宽度的煤层不采，使工作面与地下水源或通道保持一定距离，以防止地下水流入工作面，留下不采的煤柱，称为防水隔离煤柱。防水隔离煤柱的种类有：井田边界防水隔离煤柱以及预防断层、被弃井巷、充水含水层、岩溶陷落柱的防水煤柱等。确定防水煤柱的尺寸，是一个相当复杂的问题，至今还没有十分完善合理的方法。目前，在煤矿生产中确定防水煤柱尺寸，主要采用以下方法：

1）经验比拟法第七节防水煤柱隔离水源第五章矿山防水第七节防水煤柱隔离水源留设防水煤柱的经验尺寸水闸墙1—截槽；2—水压表；3—放水管；4—保护栅栏；5—细管球面拱形闸门1—门扇；2—门框；3—门绞；4—拉杆；5—止水垫料第五章矿山防水

五、矿井注浆堵水注浆堵水就是将配制的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化，使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性而达到封堵截断补给水源和加固地层的作用，是矿井防治水害的重要手段之一。

焦作中马村矿，由于掌握了矿井水的补给条件和变化规律，采取了综合性防治水措施，奋战5个月，征服了涌水量高达105t/min的特大涌水，使淹没了8年的矿井重新恢复生产。中马村矿是50年代被淹矿井，当时请来了苏联有关专家进行治理，它们分析了焦作地下水极其丰富等多种因素，经过努力治理后，也解决不了问题，最后定为所有世界级治水专家都无法解决该井水淹问题。因此把该井定为根本无法恢复生产的矿井。第八节注浆防治水第五章矿山防水

五、矿井注浆堵水注浆堵水就是将配制的浆液压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中，使其扩散、凝固和硬化。（1）当涌水水源与强大水源有密切联系，单纯采用排水的方法不可能或不经济时。（2）当井巷必须穿过一个或若干个含水丰富的含水层或充水断层，如果不堵住水源将给矿井建设带来很大的危害，甚至不可能掘进时。（3）当井筒或工作面严重淋水时，为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用等，可采用注浆堵水。（4）某些涌水量特大的矿井，为了减少矿井涌水量，降低常年排水费用，也可采用注浆堵水的方法堵住水源。（5）对于隔水层受到破坏的局部地质构造破坏带，除采用隔离煤柱外，还可用注浆加固法建立人工保护带。第八节注浆防治水第五章矿山防水五、矿井注浆堵水帷幕注浆截流防水顶底板含水层的注浆改造采煤工作面底板突水的封堵断层突水封堵陷落柱突水的封堵巷道穿过含水层段的预注浆堵水第八节注浆防治水第五章矿山防水矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：(1）由于矿井水在采掘工作面可出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大。(2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本。(3）矿井水对各种金属设备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命。(4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会给生产带来严重影响.第九节矿井水灾的预测预报第五章矿山防水矿井充水程度指标生产矿井常用含水系数（KB）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。1.含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P(t)的比值。即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。含水系数KB的计算公式为：

KB=Q/P

根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4个等级：①充水性弱的矿井：KB<2m3／t；②充水性中等的矿井：KB=2～5m3／t；③充水性强的矿井