《矿井灾害防治与智能监测》课件- 第九章 矿山防水

第九章

矿山防水

9.1矿山防水概述

矿山水灾矿山建设和生产过程中，一般都会遇到渗水或涌水现象，但是如果渗入或涌入露天矿坑或矿井巷道的水量超过了矿山正常排水能力，则采矿场或巷道可能被水淹没，酿成矿山水灾。矿山一旦发生水灾，则会使矿山生产中断，设备被淹，造成人员伤亡。透水事故透水是在采掘工作面与地表水或地下水相沟通时突然发生大量涌水，淹没井巷的事故。1935年，山东省鲁大公司淄川炭矿公司北大井(即现在的淄博矿务局洪水煤矿)，在巷道掘进到与朱龙河连通的周瓦庄断层时，河水突然灌入，涌水量高达578~648m3/min，全矿井被淹没，造成536人死亡。透水事故1999年山东莱芜矿谷家台二矿区发生特大井下透水事故，造成29人死亡；2001年广西南丹县境内的大厂矿区拉甲坡锡矿和龙山锡矿透水，导致两个矿同时被淹，死亡81人

透水事故05年7月14日兴宁福胜煤矿发生透水事故，工人们放炮碰到了溶洞水。短短几分钟时间，井下全部被溶洞水灌满，当时井下有16名矿工。兴宁福胜煤矿是在溶洞旁边建矿。透水事故

05年8月7日大兴煤矿-420米的掘进工作面透水，123名矿工被活生生的淹没在几百米深的水底。05年12月28日，左云范家寺宝源矿业有限公司矿井发生透水事故，17名矿工遇难。06年5月18日左云新井煤矿突发透水事故，56人罹难。

2010年3月28日14时30分许，山西乡宁县王家岭煤矿发生透水事故，153人被困井下，经过紧急救援115人获救、38人罹难。矿难原因初判为小窑老空水。

河南泌阳顺达发生透水事故2010年3月22日零时40分，位于泌阳县马谷田镇山区内的驻马店泌阳县顺达矿业有限公司发生透水事故，初步核查，井下被困人员11人。湖南祁东高峰铁矿透水事故

由于连日普降大到暴雨，2010年4月8日上午10时15分左右，祁东县顺达高峰铁矿采矿区局部山洪暴发，洪水渗入采场后引发透水事故。1名矿工当场死亡，5人被困。

包头壕赖沟铁矿透水事故

2007年1月16日晚11时40分，包头市壕赖沟铁矿透水，造成29人遇难。

矿山泥石流

泥石流是一种挟带大量泥砂、石块的特殊洪流，具有强大的破坏作用。一些处于山区的矿山企业可能受到泥石流的威胁。1984年，四川省某矿发生泥石流，巨大的泥石流摧毁房屋儿4.15×106m2，毁坏矿山供风、供水管路和通讯、运输线路26.7km，造成121人死亡，矿区被迫停产14天，损失极其严重。矿山水灾的水源

地表水：矿区附近地面的江河、湖泊、池沼、水库水，废弃的露天矿坑和塌陷区积水，以及雨水和冰雪融化水等。地下水：含水层水、断层裂隙水和老空积水等。这些水源的水可能经过各种通道或岩层裂隙进入矿内。据统计，在矿山水灾事故中，约10%~15%的水源来自地表水，约85%~90%来自地下水。地下水与地表水相比，虽然其涌水量和水压都比较小，却由于不如地表水那样容易被人们发现而很容易发生意外透水事故。防止矿山水灾

在矿区范围内存在着水源和形成涌水通道是矿山水灾发生的必要条件。因此，一切防水措施都要从消除水源，杜绝涌水通道着手。遵循“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则。煤矿综合防水措施防：合理留设各类防水煤柱堵：注浆封堵具有突水威胁的含水层疏：探放老空水和对承压含水层进行疏水降压排：完善矿井排水系统截：加强地表水的截流治理。

冶金矿山综合防水措施查：查明水源、调查老空。探：探水前进、超前钻孔。堵：隔绝水路、堵挡水源。放：防水疏干、消除隐患。

9.2矿山地表水综合治理

矿山地表水源

雨雪水。降雨和春季冰雪融化是地表水的主要来源。在用崩落法采矿或其它方法采矿时在地表形成塌陷区的场合，雨雪水会沿塌陷区裂缝涌入矿内。在雨季降雨量大，大量雨水不能及时排出矿区的情况下，雨水通过表土层的孔隙和岩层的细小裂隙渗入矿内，或洪水泛滥，沿塌陷区或通达地表的井巷大量灌入而造成矿山水灾。

矿山地表水源江河、湖泊、洼地积水。矿区附近地表的江河、湖泊、池沼、水库、低洼地、废弃的露天矿坑等积水，以及沿海矿山的海水等，可能通过断层、裂隙、石灰岩溶洞与井下沟通，造成矿井透水事故。

山东枣庄煤矿透水事故

2003年7月26日山东枣庄木石煤矿发生透水事故，11死亡26人下落不明。鲁南地区连降大雨，出事巷道上方的四号积水坑水量增多，导致出事点煤层压力增大、土质疏松，最终大水进入采煤区造成事故。四号积水坑为露天煤矿留下的大坑，积水约10万立方米。2007年7月29日8时30分左右，河南陕县支建煤矿东风井，因河床水通过采空区涌入井下，造成22采区的69人被困井下76小时而最终获救。板石矿透水事故

2001年8月初，吉林省白山市板石镇上青矿区连降暴雨，8月6日突降特大暴雨，导致山洪暴发。山洪导致已经停采的露天坑内水位急剧上升，水深约30m左右。受洪水冲刷和露天坑内水的压力双重作用下，回风大巷措施巷道突然坍塌，洪水瞬时向井下涌入。淹井造成停产28天并造成部分设备、设施被破坏。矿山地表水源《金属非金属矿山安全规程》规定，为防止地表水患，必须搞清矿区及其附近地表水流系统和受水面积、河流沟渠汇水情况、疏水能力、积水区和水利工程情况，以及当地日最大降雨量、历年最高洪水位。并且，要结合矿区特点建立和健全防水、排水系统。地表水综合治理措施在地表修筑防、排水工程，填堵塌陷区、洼地和隔水防渗等多种防水措施综合运用，以防止和减少地表水大量进人矿内。

合理确定井口位置。填堵通道和消除积水。整治河流。挖沟排(截)洪。留安全矿柱。做好雨季前的防汛准备工作。合理确定井口位置《金属非金属矿山安全规程》规定，矿井(竖井、斜井、平峒等)井口标高，必须高于当地历史最高洪水位1m以上。工业场地的地面标高，应该高于当地历史最高洪水位。特殊情况下达不到要求的，应该以历史最高洪水位为防护标准修筑防洪堤，在井口筑人工岛，使井口高于最高洪水位1m以上。2007年8月17日、山东省新汶煤矿透水事故，172人死亡。

9.3矿山地下水综合治理

9.3.1矿山地下水源

矿山地下水源

含水层积水

矿山岩层中的砾石层、砂岩层或具有喀斯特溶洞的石灰岩层都是危险的含水层。特别是当含水层的积水具有很大的压力或与地面水源相沟通时，对采掘工作威胁更大。当采掘工作面直接或间接与这样的岩层相通时，就会造成井下透水事故。2005年8月7日下午电广东省梅州市兴宁市黄槐镇大兴煤矿发生透水事故，123名矿工遇难。神华骆驼山煤矿透水事故

2010年3月1日7时29分，由中煤五公司、陕西煤建公司和郑州煤建公司承建的神华集团骆驼山基本建设煤矿，在施工中井下16号煤层掘进工作面发生透水事故，造成1人死亡、31人被困井下。透水部位处于距地面400米以下奥陶纪灰岩层，地质结构复杂、含水量极大，也就是人们通常所说的“地下暗河”。井下抽排水能力每小时3850立方米。但透水部位涌水不断，井下水位每小时的下降速度只有二三十厘米。

与国内已有记录相比，此次透水事故的涌水量仅次于1984年河北开滦范各庄煤矿的涌水量，在同类事故中居第二位。

断层裂隙水地壳运动所造成的断层裂隙处的岩石往往都是破碎的，易于积水，尤其是当断层与含水层或地表水相沟通时，导致矿山水灾的危险性更大。淄川炭矿公司北大井透水事故，就是掘进时通到与地表河流相通的裂隙较大的断层而发生的。老空积水井下采空区和废弃的井巷中常有大量积水。一般来说，老空积水的水压高、破坏力强，而且常常伴有硫化氢、二氧化碳等有毒有害气体涌出。老虎台煤矿透水事故

2007年３月10日20时44分，抚顺矿业集团公司老虎台煤矿井下73003#综采工作面发生透水事故，瞬间一次性涌出几千立方米。当班作业人员29人，22人死亡，７人下落不明。在73003#工作面开采前未对其上部采空区采取探放水措施，没有采取有效防范措施。工作面放顶煤后与上部68002#西工作面采空区沟通，上部采空区积水突然涌出导致事故发生。新井煤矿“5.18”矿难2006年5月18日，山西省左云新井煤矿，工人在作业时打通了隔壁的燕子山煤矿古溏，那里储存着数十年采煤后的积水，据推测达15万～20万m3。倾灌而下的积水很快淹没了新井煤矿，造成56人死亡的惨剧。广西百色煤矿透水事故2008年7月21日百色田东县的右江矿务局那读矿发生透水事故，当时有五十七名矿工被困井下。共有21名矿工获救，七人遇难，29人下落不明。违规开采防水煤柱，特别是在井下发现透水征兆后仍没有引起高度重视和及时采取有效措施，盲目掘进导致采空区积水溃入矿井，

9.3.2矿井水文地质观测查明地下水源冲积层和含水层的组成和厚度，各分层的含水及透水性能；断层的位置、错动距离、延伸长度，破碎带的宽度，含水、导水的性质；隔水层的岩性、厚度和分布；断裂构造对隔水层的破坏情况以及距开采层的距离；老空区的开采时间、深度、范围、积水区域和分布；矿床开采后顶板受破坏引起地表塌陷的范围、塌陷带、沉降带的高度以及涌水量的变化情况。水文观测收集地面气象、降水量和河流水文资料，查明地表水体的分布范围和水量；通过对探水钻孔或水文观测孔中的水压、水位和水量变化的观测、水质分析，查明矿井水的来源，弄清矿井水与地下水和地表水的补给关系。

9.3.3超前探水超前探水

当遇到下述任何一种情况时，都必须打超前钻孔探水前进：掘进工作面接近溶洞、含水层、流砂层、冲积层或大量积水区域时；接近可能沟通河流、湖泊、贮水池、含水层的断层时；打开隔离矿柱放水时；在可能积存泥浆的火区或充填尾砂尚未固结的采空区下部掘进时；采掘工作面出现透水预兆时。超前探水超前距离：探水时必须保证掘进时巷道前方有一定厚度的矿(岩)柱阻挡高压水涌出。当前方有老空区或严重透水危险的破碎带时，超前距离不得小于20m，若在岩石或薄矿体中打超前钻孔，则超前距离可适当缩短，但是最少不能小于5m。钻孔直径与数目：探水钻孔的孔径取决于钻机的规格，被钻的矿岩性质；水压和积水量大小。一般为46~76mm，最大不宜超过91mm。钻孔数目通常不少于3个。钻孔布置：探水钻孔布置成扇形，钻孔方向应该保证在工作面前方的中心和上、下、左、右都能起到探水作用，为此探水钻孔中至少要有一个中心孔，其它钻孔与中心孔成一定角度。超前探水在探水作业中要注意观察钻孔情况。如果发现岩石变软(发松)，或沿钻杆向外流水超过正常打钻供水量，或有毒有害气体逸出等现象，必须停止打钻。这时不得移动钻杆，除派专人监视水情外，应该立即报告主管矿长采取安全措施。在水压大的地点探水，要安设套管，套管上安装水压表和阀门。探到水源后，立即利用套管放水。9.3.4排水疏干

地表疏干

地表疏干是在地面向含水层内打钻孔，用深井泵或潜水泵把水抽到地表，使开采地段处于疏干降落漏斗水面之上的疏干方法。老空区积水的水量不大，又没有补给水源时，也可以由地表打钻孔排放。疏干工程速度快、成本低、比较安全、便于维护和管理。需要高扬程、大流量的水泵，电力消耗大。一般只在地下水位较浅时采用。

地下疏干

地下水较深或水量较大时，宜采用地下疏干方法。

疏放老空区积水如果没有补给水源，排水能力够时可以直接放水。如果与其它水源有联系，短时间内不能排完积水时，应该先堵后放。如果有直接补给水源，但是涌水量不大，或者枯水季节没有补给时，应当选择先放后堵。在老空区位于不易泄水的山洞、河滩、洼地，两季渗水量过大，或者积水水质易腐蚀设备的场合，可将其暂时隔离，待开采后期再处理积水。若老空积水地区有重要建筑物或设施，则不宜放水，而应该留矿柱将其永久隔离。地下疏干

疏放含水层的水巷道疏干：当含水层位于矿层顶板时，提前掘出疏干巷道，使含水层的水能通过巷道周围的孔隙、裂缝疏放出来，经过疏干巷道排出。钻孔疏干：当含水层距矿层较远或含水层较厚时，在疏干巷道中每隔一定距离向含水层打放水钻孔来排水疏干。联合疏干。

9.3.5隔水与堵水隔离水源

隔离矿(岩)柱：在受水威胁的地段留一定宽度或厚度的矿(岩)柱将水源隔离。隔水帷幕：在水源与矿井或采区之间的主要涌水通道上，将预先制备的浆液经过钻孔压入岩层裂成，浆液沿裂隙渗透扩散并凝固、硬化，形成防止地下水渗透的帷幕。

隔离矿(岩)柱在下列的条件下采矿的场合，需要留隔离矿(岩)柱：1)矿体直接被松散的含水层所覆盖，或者处于地表水体之下；2)矿体一侧与强含水层接触或局部处于强含水层之下；3)矿体在局部地段与间接底板承压含水层接近；4)矿体在局部地段与间接顶板含水层接近，顶板冒落会达到含水层；5)矿体与充水断层接触；6)采掘工作面接近被淹井巷或老空积水区。《金属非金属矿山安全规程》规定，相邻的井巷或采区，如果其中一个有涌水危险，则应该在井巷或采区间留出隔离矿(岩)柱。堵水在井下适当的位置堵截透水水流，可以将水害控制在一定范围内，避免事故扩大、淹没矿井。通常，在巷道穿过的有足够强度隔水层的适当地段内设置防水闸门和防水墙来堵水。

9.4透水事故处理

透水预兆巷道壁“出汗”：透水前顶板“出汗”多呈尖形水珠；顶板淋水加大，尤如落雨状；

空气变冷、发生雾气；采矿场或巷道“挂红”，水的酸度大，味发涩，有臭鸡蛋气味；岩层里有“吱吱”的水叫声；底板突然涌水；出现压力水流。若出水清净，则说明距水源稍远；若出水混浊，则表明己临近水源；工作面空气中有害气体增加，从积水区散发出来的气体有沼气、二氧化碳和硫化氢等。透水预兆老空积水。“挂红”，酸度大，水味发涩。断层水。没有“挂红”和水味发涩现象。在岩巷中遇到断层水，有时可在岩缝中出现淤泥，底部出现射流，水发黄。溶洞水。透水前顶板来压、柱窝渗水或裂缝浸水，水色发黄或发灰，有臭味，有时也出现“挂红”。冲积层积水。冲积层积水处于矿井浅部，开始时水小、发黄，夹有泥砂，以后水量变大。透水预兆《金属非金属矿山安全规程》规定，在掘进工作面或其它地点发现透水预兆，如工作面“出汗”、顶板淋水加大、空气变冷、发生雾气、挂红、水叫，底板涌水或其它异常现象，必须立即停止工作；并报告主管矿长，采取措施。如果情况紧急，必须立即发出警报，撤出所有受水威胁地点的人员。透水预兆广东兴宁福胜煤矿“7·14”透水事故的前4天就发现井下水情异常，但煤矿经营管理者仍决定继续掘进。大兴煤矿“8·7”透水事故发生前，也发现了漏水、出水征兆，只是简单处理，仍然冒险作业。河南新井煤矿早在出事前五六天，矿工们就发现井下有很严重的渗水现象。队长向矿领导要求撤出人员，矿方坚持不让撤，并下令谁要不去就罚款100元。

透水时应采取的措施

透水现场的人员立即向级领导报告，迅速采取应急措施。尽可能地就地取材加固工作面，堵住出水点，防止事故继续扩大。如果水势很猛，局面已经无法扭转时，应该有组织地按事先规定的避难路线迅速地撤到上一中段或地面。在来不及撤离而被堵在天井、切巷等独头巷道里的场合，遇难人员要保持镇静，保存体力，等待援救。透水时应采取的措施

矿领导接到井下透水报告后，按照事先编制的安全措施计划迅速组织抢救。通知矿山救护队或兼职救护队。根据透水地点和可能波及的地区，通知有关人员撤离危险区，尽快关闭防水闸门，待人员全部撤至井底车场后，再关闭井底车场的防水闸门，保护水泵房，组织排水恢复