礦井水災防治課件

礦井水災防治第一章地下水的形成地下水是指埋藏于地表以下巖石空隙中的水。水有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。煤礦地區(qū)地下水以液態(tài)為主，它的主要來源是大氣降水和地表的滲入補給。地下水的來源一、地下水的來源由于巖石所處的自然地理條件和地質(zhì)條件各不相同，因而地下水的來源各式各樣。第一是滲透補給。第二是凝結(jié)作用。第三是沉積封存。第四是結(jié)晶水脫出。二、自然界水的循環(huán)三、影響地下水形成的自然地理因素大氣降水和蒸發(fā)大氣降水下滲，用滲入系數(shù)來衡量，滲入系數(shù)是大氣降水滲入地下的水量與降水量之比，它的大小與地形、飽氣帶巖性和大氣降水形式、強度、持序時間有關(guān)。其計算方法是：d=⊿h*u*f/x*f式中⊿h——降水后滲入水量使地下水升高的高度，米u——計算地段的給水量f——滲入?yún)^(qū)的面積，㎡x——觀測時間內(nèi)的降水，米降水強度，即單位時間內(nèi)的降水量。蒸發(fā)，是在常溫下，水自液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)進入大氣中的過程。在一定條件下，蒸發(fā)也是地下水排泄的一種重要途徑。在一定溫度下，空氣中水氣彈性與飽和水氣彈性之比，叫相對濕度。（二）、地表水的下滲和徑流地表水下滲是地下水的重要來源。1、流域。兩相鄰水系或河流之間的高地，為分水嶺。分水嶺上最高點的連線為分水線，而分水線包圍的區(qū)域為流域。2、徑流。徑流是指從地面、地下流域匯流至河流，從而排出水量的過程。流量（Q）是單位時間內(nèi)通過某測站斷面水量，單位㎡/S，用下列式子：Q=F*VQ——流量，㎡/SF——河床水斷面，MV——通過改斷面的河水平均流速，M/S 第二節(jié)地下水的蓄存巖石的性質(zhì)及空隙性在水文地質(zhì)學中，把松散沉積物和堅硬的基巖統(tǒng)成為巖石。所謂巖石的空隙性，是指在地殼巖石中貫穿或大、或小、或多或少形狀不一的空隙。這些空隙的連通程度以及分布狀況千差萬別?？紫丁缮r石顆粒形成的空隙?？障抖染褪菐r石中空隙的體積與巖石總體積之比，并用百分比表示，即n=vn/v*100%n——松散巖石的孔隙vn——松散巖石中孔隙的體積v——松散巖石的總體積裂隙——它是堅硬巖石在內(nèi)外應(yīng)力作用下發(fā)生破裂，從而破壞了巖石的完整性和連續(xù)性。若發(fā)生的破裂沒有明顯位移叫節(jié)理；裂隙度用（KT）來衡量。KT=∑L*b/F*100%式中L——單個裂隙的長度b——單個裂隙的寬度F——統(tǒng)一裂隙的巖石面積巖溶——巖溶是可溶巖的空隙特征，巖溶的發(fā)育程度用巖溶率表示巖溶率（KK）為可溶性巖石中的空隙體積（VK）與溶巖石總體積（V）之比，用百分百表示KK=VK/V*100%巖石的透水性、含水性和給水性（一）透水性巖石讓水通過本身的這一性能稱為透水性。（二）含水性和給水性所謂含水性，是指巖石在其空隙中含水量的特性。在重力作用下飽和含水的巖石能自由流出一定水量，就是巖石的給水性。其數(shù)量一給水度（u）表示u=Q/V式中u——給水度Q——重力作用下排出的水量V——飽水巖石所占的體積隔水層與含水層（一）隔水層由不透水巖石組成的巖層稱為不透水巖層，通常叫隔水層。（二）含水層含水層的形成條件含水層形成必須具備三個基本條件，即：巖性條件、構(gòu)造條件與水的補給來源。2.含水層分類按含水性，含水層可分為強含水層和弱含水層。3.含水層的兩個重要參數(shù)導水系數(shù)：（T）貯水系數(shù)：（S）四、蓄水構(gòu)造和導水構(gòu)造的概念地質(zhì)構(gòu)造控制著巖層的蓄水條件。使其自成一個補給、蓄存、徑流、排泄的獨立系統(tǒng)，即一個水文地質(zhì)單元。蓄水構(gòu)造含水層和隔水層，總是按照一定的組合形式分布和埋藏著，當它們的分布和埋藏有利于地下水的貯存和富積時，稱為蓄水構(gòu)造。其構(gòu)造形態(tài)可以是水平的單斜的、向斜的、背斜的以及斷裂等復合形成的。導水構(gòu)造溝通不同的蓄水構(gòu)造或不同的含水層能使地下水在其間運動的地質(zhì)構(gòu)造，稱導水構(gòu)造。第三節(jié)地下水的動態(tài)和均衡地下水的動態(tài)地下水水位、溫度、化學成分等隨時間變化，稱為地下水的動態(tài)。地下水的均衡 A=X+Y1+Z1+W1B=Y2+Z2W2⊿W=A-B式中降水量X——地表水的流入量和流出量Y1Y2——凝結(jié)水量與蒸發(fā)量Z1Z2——地下水的流入量和流出量⊿W——為均衡其中，均衡區(qū)的補給量和消耗量第二章地下水的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)地下水的物理性質(zhì)一、溫度顏色三、透明度四、氣味五、味道六、地下水的導電性地下水的化學成分地下水的化學成分陽離子：H+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、NH4+、Fe2+、Fe3+、Mn2+陰離子：OH--、Cl--、SO42--、No2--、HCO3--、CO32--化合物狀態(tài)：Fe2O3、Al2O3、Fe(OH)3、Al(OH)3、H2SiO3氣體成分：H2、O2、CO2、CH4、H2S、Rn上訴離子成分中Cl--、SO42--、HCO3--、K+、Mg2+、Ca2+和氣體成分O2、CO2、、H2S它們是評價地下水質(zhì)好壞的主要項目。地下水的化學性質(zhì)地下水的硬度地下水中的鈣離子，鎂離子構(gòu)成了硬度。水的類型極軟水軟水微軟水硬水極硬水Mg2++Ca2+毫克當量/升<1.51.5-30.3.0-6.06.0-9.0>9.0PH值PH值為水中氫離子濃度的負對數(shù)?？偟V化度總礦化量表示水中含鹽分的總量。水質(zhì)分析及其表示方法水質(zhì)分析方法簡單分析簡單分析的項目。全面分析專門分析第三章我國煤礦水災劃分一、我國煤礦水災劃分及分布（一）、水災區(qū)的劃分我國煤礦劃分為6大礦井水災區(qū)：1—華北石炭二疊紀；2—華南晚二疊世；3—東北侏羅紀；4—西北侏羅紀；5—西藏—滇西中生代；6—臺灣第三紀。（二）、各水害區(qū)的概括二、我國煤礦水害的主要類型及特點（一）、老窯積水（二）、山洪（三）、砂礫巖層水害（四）、煤層頂板充水含水層水害（五）、煤層頂板承壓充水含水層水害（六）、巖溶陷落拄（七）、斷層破碎帶（八）、地表滑坡和井上下泥石流第四章煤礦床充水條件分析大氣降水地表水水源地下水天然條件巖溶陷落拄通道斷裂帶、裂隙地震裂隙礦床充水基本條件襲奪水源水源老窯水人為條件頂板冒裂水底板礦壓破壞帶通道巖溶地面塌陷封孔質(zhì)量不佳的鉆孔第五章礦井突水預兆與突水量估算一、突水預兆（一）一般突水（二）工作面底板含水層突水預兆（三）松散空隙含水層水突水預兆二、突水量估算1、浮標法礦井發(fā)生突水后用木屑作浮標，測量排水溝的流速，用以下公式計算1/3[w1(h1+h2+h3)/3+w(h4+h5+h6)/3+w(h7+h8+h9)/3]Q=60KL(t1+t2+t3)/3Q——突水水量，m3/minL——水溝測量段長度，mW——水溝斷面寬度，mHi——水溝內(nèi)水深，ti——浮標在段內(nèi)運動的時間，s2、水泵標定法突水事故發(fā)生后，一般應(yīng)增開水泵或增加水泵運轉(zhuǎn)時間。3、容積法礦井突水時，如水是由下向上充滿井下巷道及其他空間、可利用下水平巷道硐室的淹沒時間來估算水量。（三）突水總量的估算在突水搶險過程中，需幾時掌握從開始到某一時刻的突水總水量，1算術(shù)迭加法V=Q1t1+Q2t2+Q3t3..........Qntn2曲線求積儀法在曲線圖上用求積儀量出坐標軸所包圍的整體面積，用該面積乘以單位面積所代表的水量，得出淹沒的總體積。（三）淹沒時間的預計突水過程中，水量常呈不穩(wěn)定狀態(tài)，Q=a+bt在水量變化情況下，礦井淹沒水位上升時間可用下式計算；t=[（V1+V2）/Q平].min第六章煤礦不同水害的防治第一節(jié)簡易水文地質(zhì)觀測一、鉆井過程中的水位觀測二、沖洗液消耗量的觀測三、巖芯采取率四、鉆具陷落五、水溫觀測六、涌水觀測Q=11d2f1/2Q——鉆孔涌水量，升/秒；d——套管內(nèi)徑，分米；f——噴出高度，分米。七、簡易抽水、柱水試驗第二節(jié)物探在水文地質(zhì)勘探中應(yīng)用地面電阻率法電測深電法測井：可用擴散法、提撈法、注入法確定含水層位置及厚度。連通試驗（一）投放試蹤劑經(jīng)常采用的試蹤劑有：食鹽、熒光染料、聚苯乙烯小球、谷糖、放射性氡、亞硝酸鹽、各種浮標等。（二）水位傳遞法——觀測水位、流量變化情況包括：抽、注、堵、放水（三）施放煙霧水化學試驗勘探1．PH值與重碳酸根離子2．水的硬度3．鐵、錳離子4．硫酸鹽5．氣體成分第五節(jié)水文地質(zhì)勘探新技術(shù)介紹鉆空透視儀測量巖溶流量測井法遙感、遙測技術(shù)在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用第六節(jié)地表水害的防治一、地表水害的防治的重要性二、地表水害防治工程應(yīng)注意的主要問題老窯水害的防治對這類水害的主要防治對策就是要嚴格執(zhí)行探放水制度，以根除水患。老窯水防治的技術(shù)思路克服麻痹僥幸心理，避免疏忽大意，堅持“全面分析，逐頭逐面排查，多找疑點，有疑必探”的原則。必須專人負責；有疑必探把水放出來才可以產(chǎn)生。認真分析老窯積水的調(diào)查資料老窯積水調(diào)查時，要特別注意以下幾點：井口的確切位置煤厚和煤層特征，確切判定實際開采層別井巷開拓時方向積水量和水位標高積水區(qū)與上下煤層充水含水層之間的關(guān)系。制定合理有效的防治對策，老窯積水的主要防治方法就是“探放”（四）嚴密組織探水掘進老窯積水有分散、孤立和隱蔽的特點。根據(jù)積水層的賦存條件和采掘巷道的相互關(guān)系，探水鉆孔白在巷道的前方、兩幫和頂、底部有布置。探水掘進應(yīng)該注意以下幾個方面：探水眼的方位、傾角、深度要驗收，準確地填繪在大比例尺的探水圖上，并分析漏失老洞子的可能性。探水眼要安裝套管和水門，鉆進前都要進行耐壓試驗，防止失效，保證一旦探透積水可有效控制。探水迎頭及頂、幫必須加強之護探水地點有安全撤人的避災路線有安全操作規(guī)程（五）特別注意近探近放和貫通積水巷道或積水區(qū)視自采自掘采空區(qū)廢巷積水的探放鉆、物探結(jié)合問題積極采用物探手段，幫助圈定積水區(qū)，但是鉆、物探結(jié)合，必須要以鉆探為主，物探資料要有鉆孔驗證。松散空隙水害的防治研究區(qū)的松散沉積層的結(jié)構(gòu)和厚度、松散沉積物之下基巖的結(jié)構(gòu)和厚度以及兩者之間的接觸關(guān)系等。查明條件的主要方法手段在煤田地質(zhì)勘探階段，必須要達到一定密度的勘探鉆孔。針對防治水工程需要，還要補做具有針對性的“查條件”工作。如果條件相對清楚，可以采取“以治帶查”、“查治結(jié)合”的方針進行。煤層頂板水害的防治基本經(jīng)驗對這類充水含水層、凡煤層采動導水裂隙帶范圍以外的，必須事前封堵對可采煤層直接頂板或?qū)严稁婕暗降某渌畬?，必須堅決疏放如發(fā)現(xiàn)在煤田范圍內(nèi)存在各類勘探鉆孔，一套完整有效的地面啟封或井下封堵鉆孔高壓水的技術(shù)?？碧诫A段的研究內(nèi)容改變封孔的材料，禁止用鉆土漿和水泥砂漿，應(yīng)該選用優(yōu)質(zhì)純水泥，在強充水含水層部位，選用木塞等。要全孔封閉，而不能分層段要分段封孔、分段試孔，提取樣品作質(zhì)量檢驗，一并記入封孔報告內(nèi)。生產(chǎn)建設(shè)階段的研究內(nèi)容生產(chǎn)建設(shè)階段要針對不同情況、工程性質(zhì)和治水需要，“查治結(jié)合”，一邊查條件一邊進行治理。生產(chǎn)建設(shè)階段的查條件要注意以下幾個問題：要充分利用勘探階段包括抽水、簡易水文觀測以松散空隙含水層或巖溶含水層為主，同時適當注意中等富水程度的含水層情況井筒位置確定后，要充水含水層的條件較復雜時，必須要布置三個檢驗孔檢驗孔的偏斜度符合規(guī)程要求，最好是垂直的如在井筒區(qū)發(fā)現(xiàn)大型斷裂構(gòu)造，則應(yīng)另選井筒位置徐州礦務(wù)局賈汪礦區(qū)在防治頂板水害中，采取了強排疏干的方法，并在疏干過程中采取了以下一系列有效措施部署水位地質(zhì)勘探石門，筑水閘門以保證安全，控制放水沿隔水層掘石門下山，建立好排水陣地后再探放強含水層水層水利用閑置大巷保汞房搞清巖溶裂隙隨深度減弱的變化規(guī)律在井下用錫鉛合金封堵出水10m3/min的545號導水鉆孔成功。加強地面防洪減少灰?guī)r露頭補給。對不均勻的砂巖、灰?guī)r裂隙含水層，采用分階段、多鉆孔、長時間疏放水措施，解決“猛突一股水”的問題煤層底板水害的防治底板充水含水層特點對實行帶壓開采的煤層底板間接充水含水層、由于帶壓開采的安全水頭值受煤層底板巖體的巖性組合、構(gòu)造條件、圍巖條件、原巖應(yīng)力狀態(tài)、煤層、工作面幾何尺寸和開采方法等的影響，很難準確確定，稍有疏忽，超安全水頭開采，將會釀造底板突水淹井災害事故煤層底板充水含水層賦存在煤層露頭范圍以外由于陷落柱、切割較深的斷層或隱伏在煤層底板的斷層、導水鉆孔等點、線狀充水通道的存在，使礦井水文地質(zhì)條件復雜化底板水防治技術(shù)路線查清條件查條件的具體工作應(yīng)注意以下幾點：不僅要了解充水含水層、更要了解隔水層的巖性和厚度井下鉆孔要及時分段測壓、側(cè)水量，了解含水層的原始導升高度的問題要注意鉆孔的封孔質(zhì)量，防止串導水由于井巷不能揭露含水層，越來越需要用物探手段加大探查的覆蓋面由于強充水含水層位于煤系最低部，物探和鉆探工程盡可能利用井下巷道進行由于補給水量往往較大，深降強排的放水實驗要慎重安排，有時需要幾個礦聯(lián)合放水才行要充分利用礦井的外圍的專門水文地質(zhì)勘探2.充分利用隔水巖段與確定安全臨界水頭值我國特有的確定承壓水上采煤的安全臨界水頭值采用突水系數(shù)公式計算T=P/(M-MK-MY)T—突水系數(shù)P—開采煤層承受的實際水壓值，MpaM—開采煤層底板實際查明的隔水厚度，mMK—采動礦壓對隔水層的破壞深度，mMY—承壓水原始導升高度，m3.隔水層加固與含水層改造4.充水含水層滲流場分析5.斷裂帶型突水的防治煤礦主要防治水技術(shù)第一節(jié)井下防水煤（巖）柱留設(shè)一、防水煤（巖）柱類型及留設(shè)原則常用防水煤（巖）柱斷層防水煤（巖）柱。井田邊界煤柱。上、下水平（或相鄰采區(qū)）防水煤（巖）柱。水淹區(qū)防水煤（巖）柱。地表水體防水煤（巖）柱。沖積層防水煤（巖）柱。防水煤（巖）柱留設(shè)原則在有突水威脅但又不宜疏放的地區(qū)采掘時，必須留設(shè)防水煤（巖）柱。防水煤（巖）柱一般不能再利用，故要在安全可靠的基礎(chǔ)上把煤柱的寬度或高度降低到最低限度，以提高資源利用率。留設(shè)的防水煤（巖）柱必須與當?shù)氐牡刭|(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等自然因素密切結(jié)合。一個井田或一個水文地質(zhì)單元的防水煤（巖）柱應(yīng)該在它的總體開采設(shè)計中確定。在多煤層地區(qū)，各煤層的防水煤（巖）柱必須統(tǒng)一考慮確定。在同一地點有兩種或兩種以上留設(shè)防水煤（巖）柱的要求時，所留設(shè)的防水煤（巖）柱必須滿足各個留設(shè)防水煤（巖）柱的要求。對防水煤（巖）柱的維護要特別嚴格，因為防水煤（巖）柱的任何一處被破壞，必將造成整個防水煤（巖）柱無效。留設(shè)防水煤（巖）柱所需的數(shù)據(jù)必須在本地區(qū)取得。防水巖柱中必須有一定厚度的粘土質(zhì)隔水層或裂隙不發(fā)育、含水性極弱的巖層，否則防水煤（巖）柱將無隔水作用。井下探防水概述一、探防老窯水1、探防老窯水的原則（1）積極探放。（2）先隔離后探放。（3）先降壓后探放。（4）先堵后探放。2、探防老窯水的工作步驟與方法（1）檢查排水系統(tǒng)。（2）準備堵水材料。（3）檢查瓦斯。（4）檢查支架情況。（5）檢查煤壁。（6）檢查水溝。（7）檢查安全退路。二、探放斷層水探放斷層水的原則有下列情況的必須探水：采掘工作面前方或附近有含水斷層存在。采掘工作面前方或附近預測有斷層存在。采掘工作面底版隔水層厚度與實際承受的水都處于臨界狀態(tài)。斷層已被巷道揭露或穿過，暫時沒有水跡象。井巷工程接近或計劃穿過的斷層淺部不含（導）水，但深部有可能突水時。根據(jù)井巷工程和自設(shè)斷層防水煤柱等的特殊要求，必須探明斷層時。采掘工作面距以知含水斷層60米時。采掘工作面接近推斷含水層100米時。采區(qū)內(nèi)小斷層使煤層與強含水層的距離縮短時。采區(qū)內(nèi)構(gòu)造不明，含水層水壓又大于2Mpa-3Mpa時。三、導水鉆孔的探查與處理防水出現(xiàn)導水鉆孔的基本措施各類勘探孔達到勘探目的后，應(yīng)立即全孔封閉，包括第四系潛水含水層以下各含水層組。為了防止水砂分離或粘土稀釋流失，封孔不能用水泥沙漿或粘土，要用高標號純水泥。嚴重漏水斷，應(yīng)先下木塞止水，然后注漿，防止水泥漿在初凝前漏失。要先提出封孔設(shè)計，進行分段提取固結(jié)的水泥漿樣品。需要長期保留的觀測孔、供水孔或其他專門工程孔，必須下好止水隔離套管。套管和孔壁之間的環(huán)狀間隙要用優(yōu)質(zhì)水泥注漿固結(jié)。已下套管的各類鉆孔，不用之前，也應(yīng)按1、2、3條的要求加以封孔。所有鉆孔的孔口均應(yīng)埋設(shè)標志。四、探放充水含水層水第三節(jié)疏干降壓開采疏干降壓是針對煤層頂板充水含水層或煤層本身而言的。一、疏干過程礦井疏干過程可分為疏干勘探、試驗疏干和經(jīng)常疏干三個逐漸過度的過程。疏干勘探試驗性疏干經(jīng)常性疏干二、疏干方式地表疏干地下疏干聯(lián)合疏干三、疏干工程地面疏干井疏干巷道常壓開采常壓開采主要是針對底板存在較強承壓充水含水層的煤層。一、查清帶壓開采的礦井或采區(qū)地質(zhì)、水文地質(zhì)條件二、編制突水系數(shù)圖三、編制帶壓開采地質(zhì)、水文地質(zhì)條件說明書四、建立強有力的排水設(shè)施排水設(shè)施主要包括水泵、排水管道、適當容量的水倉和保險電源。五、險區(qū)備在問題建立防水線保護排水基地。大水礦井在掘進通往水患煤層的巷道時，均應(yīng)建立防水閘門。建立警報系統(tǒng)。采絕面還應(yīng)建立水情記錄，設(shè)置專用的電話和警報器。一當發(fā)現(xiàn)惡性突水征兆，能及時發(fā)出習信號，組織撤離。標明應(yīng)急撤退線路。沿線特別是分岔點應(yīng)設(shè)有明下顯標記，使井下作業(yè)人員對此熟悉。六、留設(shè)斷層煤柱大水礦井大多數(shù)突水通道均系斷層，易于突水斷層的帶留設(shè)防水煤柱是常見得防水方法，也是帶壓開采綜合防治水方法中重要的防水措施之一。含水層改造于隔水層加固80年代中后期發(fā)展起來的一項注漿治水方法。采用注漿措施改造含水層或加固隔水層，使它們變?yōu)橄鄬Ω羲畬踊蜻M一步提高其隔水層。地面建造注漿站。開發(fā)應(yīng)用粘土水泥漿。積極應(yīng)用井下物探的方法，為鉆探注漿提供目標。在承壓水頭壓力高、采動礦壓對底板破壞影響較深的地區(qū)，加固改造的目標層深度也應(yīng)加大。在一些斷層破碎帶附近可以建井下造漿、注漿站。在水頭壓力高的地區(qū)井下大鉆孔時，孔口安全裝置要慎重設(shè)置。要提高各注漿孔的最后封口質(zhì)量?？衫米{孔進行涌水量、水壓動態(tài)變化觀測。防水閘門與水閘墻防水閘門硐室和水閘墻是井下防水的主要安全設(shè)施。一、防水閘門和水閘墻設(shè)計原則在礦井水文地質(zhì)條件復雜地區(qū)，考慮設(shè)置防水閘門或水閘墻的位置，并在其附近保留足夠的防水煤（巖）柱。在向設(shè)計單位提供防水閘門硐室或水閘墻設(shè)計資料時，應(yīng)提資料。防水閘門硐室或水閘墻設(shè)計，應(yīng)包括的內(nèi)容。凡屬采用的設(shè)計，須根據(jù)規(guī)定設(shè)計內(nèi)容和必要的計算基礎(chǔ)進行重點檢查驗算。水閘門扇與門框的設(shè)計。硐室中布置有水溝閘門時，水溝閘門與行車門硐須在平面上錯開布置，大門與小門不得上下重疊。硐室迎水端向里25米處，須安設(shè)向里開的巷道鐵柵欄門和水溝篦子。防水閘門硐室或水閘墻位置的選擇。第七節(jié)注漿堵水技術(shù)注漿堵水技術(shù)是煤礦防治水最重要的手段之一。一、氣注漿堵水治理水害的主要技術(shù)問題1．圈定出水點，找到補給水源通道是這類堵水獲得成功的首要一環(huán)。2．準確命中出水點。3.動力注漿防止?jié){液流失4．保證堵水有足夠的范圍和強度二、帷幕截流堵水注漿