《礦井災(zāi)害防治與智能監(jiān)測(cè)》課件- 第九章 礦山防水

第九章

礦山防水

9.1礦山防水概述

礦山水災(zāi)礦山建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中，一般都會(huì)遇到滲水或涌水現(xiàn)象，但是如果滲入或涌入露天礦坑或礦井巷道的水量超過(guò)了礦山正常排水能力，則采礦場(chǎng)或巷道可能被水淹沒(méi)，釀成礦山水災(zāi)。礦山一旦發(fā)生水災(zāi)，則會(huì)使礦山生產(chǎn)中斷，設(shè)備被淹，造成人員傷亡。透水事故透水是在采掘工作面與地表水或地下水相溝通時(shí)突然發(fā)生大量涌水，淹沒(méi)井巷的事故。1935年，山東省魯大公司淄川炭礦公司北大井(即現(xiàn)在的淄博礦務(wù)局洪水煤礦)，在巷道掘進(jìn)到與朱龍河連通的周瓦莊斷層時(shí)，河水突然灌入，涌水量高達(dá)578~648m3/min，全礦井被淹沒(méi)，造成536人死亡。透水事故1999年山東萊蕪礦谷家臺(tái)二礦區(qū)發(fā)生特大井下透水事故，造成29人死亡；2001年廣西南丹縣境內(nèi)的大廠礦區(qū)拉甲坡錫礦和龍山錫礦透水，導(dǎo)致兩個(gè)礦同時(shí)被淹，死亡81人

透水事故05年7月14日興寧福勝煤礦發(fā)生透水事故，工人們放炮碰到了溶洞水。短短幾分鐘時(shí)間，井下全部被溶洞水灌滿，當(dāng)時(shí)井下有16名礦工。興寧福勝煤礦是在溶洞旁邊建礦。透水事故

05年8月7日大興煤礦-420米的掘進(jìn)工作面透水，123名礦工被活生生的淹沒(méi)在幾百米深的水底。05年12月28日，左云范家寺寶源礦業(yè)有限公司礦井發(fā)生透水事故，17名礦工遇難。06年5月18日左云新井煤礦突發(fā)透水事故，56人罹難。

2010年3月28日14時(shí)30分許，山西鄉(xiāng)寧縣王家?guī)X煤礦發(fā)生透水事故，153人被困井下，經(jīng)過(guò)緊急救援115人獲救、38人罹難。礦難原因初判為小窯老空水。

河南泌陽(yáng)順達(dá)發(fā)生透水事故2010年3月22日零時(shí)40分，位于泌陽(yáng)縣馬谷田鎮(zhèn)山區(qū)內(nèi)的駐馬店泌陽(yáng)縣順達(dá)礦業(yè)有限公司發(fā)生透水事故，初步核查，井下被困人員11人。湖南祁東高峰鐵礦透水事故

由于連日普降大到暴雨，2010年4月8日上午10時(shí)15分左右，祁東縣順達(dá)高峰鐵礦采礦區(qū)局部山洪暴發(fā)，洪水滲入采場(chǎng)后引發(fā)透水事故。1名礦工當(dāng)場(chǎng)死亡，5人被困。

包頭壕賴溝鐵礦透水事故

2007年1月16日晚11時(shí)40分，包頭市壕賴溝鐵礦透水，造成29人遇難。

礦山泥石流

泥石流是一種挾帶大量泥砂、石塊的特殊洪流，具有強(qiáng)大的破壞作用。一些處于山區(qū)的礦山企業(yè)可能受到泥石流的威脅。1984年，四川省某礦發(fā)生泥石流，巨大的泥石流摧毀房屋兒4.15×106m2，毀壞礦山供風(fēng)、供水管路和通訊、運(yùn)輸線路26.7km，造成121人死亡，礦區(qū)被迫停產(chǎn)14天，損失極其嚴(yán)重。礦山水災(zāi)的水源

地表水：礦區(qū)附近地面的江河、湖泊、池沼、水庫(kù)水，廢棄的露天礦坑和塌陷區(qū)積水，以及雨水和冰雪融化水等。地下水：含水層水、斷層裂隙水和老空積水等。這些水源的水可能經(jīng)過(guò)各種通道或巖層裂隙進(jìn)入礦內(nèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在礦山水災(zāi)事故中，約10%~15%的水源來(lái)自地表水，約85%~90%來(lái)自地下水。地下水與地表水相比，雖然其涌水量和水壓都比較小，卻由于不如地表水那樣容易被人們發(fā)現(xiàn)而很容易發(fā)生意外透水事故。防止礦山水災(zāi)

在礦區(qū)范圍內(nèi)存在著水源和形成涌水通道是礦山水災(zāi)發(fā)生的必要條件。因此，一切防水措施都要從消除水源，杜絕涌水通道著手。遵循“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的原則。煤礦綜合防水措施防：合理留設(shè)各類防水煤柱堵：注漿封堵具有突水威脅的含水層疏：探放老空水和對(duì)承壓含水層進(jìn)行疏水降壓排：完善礦井排水系統(tǒng)截：加強(qiáng)地表水的截流治理。

冶金礦山綜合防水措施查：查明水源、調(diào)查老空。探：探水前進(jìn)、超前鉆孔。堵：隔絕水路、堵?lián)跛?。放：防水疏干、消除隱患。

9.2礦山地表水綜合治理

礦山地表水源

雨雪水。降雨和春季冰雪融化是地表水的主要來(lái)源。在用崩落法采礦或其它方法采礦時(shí)在地表形成塌陷區(qū)的場(chǎng)合，雨雪水會(huì)沿塌陷區(qū)裂縫涌入礦內(nèi)。在雨季降雨量大，大量雨水不能及時(shí)排出礦區(qū)的情況下，雨水通過(guò)表土層的孔隙和巖層的細(xì)小裂隙滲入礦內(nèi)，或洪水泛濫，沿塌陷區(qū)或通達(dá)地表的井巷大量灌入而造成礦山水災(zāi)。

礦山地表水源江河、湖泊、洼地積水。礦區(qū)附近地表的江河、湖泊、池沼、水庫(kù)、低洼地、廢棄的露天礦坑等積水，以及沿海礦山的海水等，可能通過(guò)斷層、裂隙、石灰?guī)r溶洞與井下溝通，造成礦井透水事故。

山東棗莊煤礦透水事故

2003年7月26日山東棗莊木石煤礦發(fā)生透水事故，11死亡26人下落不明。魯南地區(qū)連降大雨，出事巷道上方的四號(hào)積水坑水量增多，導(dǎo)致出事點(diǎn)煤層壓力增大、土質(zhì)疏松，最終大水進(jìn)入采煤區(qū)造成事故。四號(hào)積水坑為露天煤礦留下的大坑，積水約10萬(wàn)立方米。2007年7月29日8時(shí)30分左右，河南陜縣支建煤礦東風(fēng)井，因河床水通過(guò)采空區(qū)涌入井下，造成22采區(qū)的69人被困井下76小時(shí)而最終獲救。板石礦透水事故

2001年8月初，吉林省白山市板石鎮(zhèn)上青礦區(qū)連降暴雨，8月6日突降特大暴雨，導(dǎo)致山洪暴發(fā)。山洪導(dǎo)致已經(jīng)停采的露天坑內(nèi)水位急劇上升，水深約30m左右。受洪水沖刷和露天坑內(nèi)水的壓力雙重作用下，回風(fēng)大巷措施巷道突然坍塌，洪水瞬時(shí)向井下涌入。淹井造成停產(chǎn)28天并造成部分設(shè)備、設(shè)施被破壞。礦山地表水源《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定，為防止地表水患，必須搞清礦區(qū)及其附近地表水流系統(tǒng)和受水面積、河流溝渠匯水情況、疏水能力、積水區(qū)和水利工程情況，以及當(dāng)?shù)厝兆畲蠼涤炅?、歷年最高洪水位。并且，要結(jié)合礦區(qū)特點(diǎn)建立和健全防水、排水系統(tǒng)。地表水綜合治理措施在地表修筑防、排水工程，填堵塌陷區(qū)、洼地和隔水防滲等多種防水措施綜合運(yùn)用，以防止和減少地表水大量進(jìn)人礦內(nèi)。

合理確定井口位置。填堵通道和消除積水。整治河流。挖溝排(截)洪。留安全礦柱。做好雨季前的防汛準(zhǔn)備工作。合理確定井口位置《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定，礦井(豎井、斜井、平峒等)井口標(biāo)高，必須高于當(dāng)?shù)貧v史最高洪水位1m以上。工業(yè)場(chǎng)地的地面標(biāo)高，應(yīng)該高于當(dāng)?shù)貧v史最高洪水位。特殊情況下達(dá)不到要求的，應(yīng)該以歷史最高洪水位為防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)修筑防洪堤，在井口筑人工島，使井口高于最高洪水位1m以上。2007年8月17日、山東省新汶煤礦透水事故，172人死亡。

9.3礦山地下水綜合治理

9.3.1礦山地下水源

礦山地下水源

含水層積水

礦山巖層中的礫石層、砂巖層或具有喀斯特溶洞的石灰?guī)r層都是危險(xiǎn)的含水層。特別是當(dāng)含水層的積水具有很大的壓力或與地面水源相溝通時(shí)，對(duì)采掘工作威脅更大。當(dāng)采掘工作面直接或間接與這樣的巖層相通時(shí)，就會(huì)造成井下透水事故。2005年8月7日下午電廣東省梅州市興寧市黃槐鎮(zhèn)大興煤礦發(fā)生透水事故，123名礦工遇難。神華駱駝山煤礦透水事故

2010年3月1日7時(shí)29分，由中煤五公司、陜西煤建公司和鄭州煤建公司承建的神華集團(tuán)駱駝山基本建設(shè)煤礦，在施工中井下16號(hào)煤層掘進(jìn)工作面發(fā)生透水事故，造成1人死亡、31人被困井下。透水部位處于距地面400米以下奧陶紀(jì)灰?guī)r層，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、含水量極大，也就是人們通常所說(shuō)的“地下暗河”。井下抽排水能力每小時(shí)3850立方米。但透水部位涌水不斷，井下水位每小時(shí)的下降速度只有二三十厘米。

與國(guó)內(nèi)已有記錄相比，此次透水事故的涌水量?jī)H次于1984年河北開(kāi)灤范各莊煤礦的涌水量，在同類事故中居第二位。

斷層裂隙水地殼運(yùn)動(dòng)所造成的斷層裂隙處的巖石往往都是破碎的，易于積水，尤其是當(dāng)斷層與含水層或地表水相溝通時(shí)，導(dǎo)致礦山水災(zāi)的危險(xiǎn)性更大。淄川炭礦公司北大井透水事故，就是掘進(jìn)時(shí)通到與地表河流相通的裂隙較大的斷層而發(fā)生的。老空積水井下采空區(qū)和廢棄的井巷中常有大量積水。一般來(lái)說(shuō)，老空積水的水壓高、破壞力強(qiáng)，而且常常伴有硫化氫、二氧化碳等有毒有害氣體涌出。老虎臺(tái)煤礦透水事故

2007年３月10日20時(shí)44分，撫順礦業(yè)集團(tuán)公司老虎臺(tái)煤礦井下73003#綜采工作面發(fā)生透水事故，瞬間一次性涌出幾千立方米。當(dāng)班作業(yè)人員29人，22人死亡，７人下落不明。在73003#工作面開(kāi)采前未對(duì)其上部采空區(qū)采取探放水措施，沒(méi)有采取有效防范措施。工作面放頂煤后與上部68002#西工作面采空區(qū)溝通，上部采空區(qū)積水突然涌出導(dǎo)致事故發(fā)生。新井煤礦“5.18”礦難2006年5月18日，山西省左云新井煤礦，工人在作業(yè)時(shí)打通了隔壁的燕子山煤礦古溏，那里儲(chǔ)存著數(shù)十年采煤后的積水，據(jù)推測(cè)達(dá)15萬(wàn)～20萬(wàn)m3。傾灌而下的積水很快淹沒(méi)了新井煤礦，造成56人死亡的慘劇。廣西百色煤礦透水事故2008年7月21日百色田東縣的右江礦務(wù)局那讀礦發(fā)生透水事故，當(dāng)時(shí)有五十七名礦工被困井下。共有21名礦工獲救，七人遇難，29人下落不明。違規(guī)開(kāi)采防水煤柱，特別是在井下發(fā)現(xiàn)透水征兆后仍沒(méi)有引起高度重視和及時(shí)采取有效措施，盲目掘進(jìn)導(dǎo)致采空區(qū)積水潰入礦井，

9.3.2礦井水文地質(zhì)觀測(cè)查明地下水源沖積層和含水層的組成和厚度，各分層的含水及透水性能；斷層的位置、錯(cuò)動(dòng)距離、延伸長(zhǎng)度，破碎帶的寬度，含水、導(dǎo)水的性質(zhì)；隔水層的巖性、厚度和分布；斷裂構(gòu)造對(duì)隔水層的破壞情況以及距開(kāi)采層的距離；老空區(qū)的開(kāi)采時(shí)間、深度、范圍、積水區(qū)域和分布；礦床開(kāi)采后頂板受破壞引起地表塌陷的范圍、塌陷帶、沉降帶的高度以及涌水量的變化情況。水文觀測(cè)收集地面氣象、降水量和河流水文資料，查明地表水體的分布范圍和水量；通過(guò)對(duì)探水鉆孔或水文觀測(cè)孔中的水壓、水位和水量變化的觀測(cè)、水質(zhì)分析，查明礦井水的來(lái)源，弄清礦井水與地下水和地表水的補(bǔ)給關(guān)系。

9.3.3超前探水超前探水

當(dāng)遇到下述任何一種情況時(shí)，都必須打超前鉆孔探水前進(jìn)：掘進(jìn)工作面接近溶洞、含水層、流砂層、沖積層或大量積水區(qū)域時(shí)；接近可能溝通河流、湖泊、貯水池、含水層的斷層時(shí)；打開(kāi)隔離礦柱放水時(shí)；在可能積存泥漿的火區(qū)或充填尾砂尚未固結(jié)的采空區(qū)下部掘進(jìn)時(shí)；采掘工作面出現(xiàn)透水預(yù)兆時(shí)。超前探水超前距離：探水時(shí)必須保證掘進(jìn)時(shí)巷道前方有一定厚度的礦(巖)柱阻擋高壓水涌出。當(dāng)前方有老空區(qū)或嚴(yán)重透水危險(xiǎn)的破碎帶時(shí)，超前距離不得小于20m，若在巖石或薄礦體中打超前鉆孔，則超前距離可適當(dāng)縮短，但是最少不能小于5m。鉆孔直徑與數(shù)目：探水鉆孔的孔徑取決于鉆機(jī)的規(guī)格，被鉆的礦巖性質(zhì)；水壓和積水量大小。一般為46~76mm，最大不宜超過(guò)91mm。鉆孔數(shù)目通常不少于3個(gè)。鉆孔布置：探水鉆孔布置成扇形，鉆孔方向應(yīng)該保證在工作面前方的中心和上、下、左、右都能起到探水作用，為此探水鉆孔中至少要有一個(gè)中心孔，其它鉆孔與中心孔成一定角度。超前探水在探水作業(yè)中要注意觀察鉆孔情況。如果發(fā)現(xiàn)巖石變軟(發(fā)松)，或沿鉆桿向外流水超過(guò)正常打鉆供水量，或有毒有害氣體逸出等現(xiàn)象，必須停止打鉆。這時(shí)不得移動(dòng)鉆桿，除派專人監(jiān)視水情外，應(yīng)該立即報(bào)告主管礦長(zhǎng)采取安全措施。在水壓大的地點(diǎn)探水，要安設(shè)套管，套管上安裝水壓表和閥門。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層內(nèi)打鉆孔，用深井泵或潛水泵把水抽到地表，使開(kāi)采地段處于疏干降落漏斗水面之上的疏干方法。老空區(qū)積水的水量不大，又沒(méi)有補(bǔ)給水源時(shí)，也可以由地表打鉆孔排放。疏干工程速度快、成本低、比較安全、便于維護(hù)和管理。需要高揚(yáng)程、大流量的水泵，電力消耗大。一般只在地下水位較淺時(shí)采用。

地下疏干

地下水較深或水量較大時(shí)，宜采用地下疏干方法。

疏放老空區(qū)積水如果沒(méi)有補(bǔ)給水源，排水能力夠時(shí)可以直接放水。如果與其它水源有聯(lián)系，短時(shí)間內(nèi)不能排完積水時(shí)，應(yīng)該先堵后放。如果有直接補(bǔ)給水源，但是涌水量不大，或者枯水季節(jié)沒(méi)有補(bǔ)給時(shí)，應(yīng)當(dāng)選擇先放后堵。在老空區(qū)位于不易泄水的山洞、河灘、洼地，兩季滲水量過(guò)大，或者積水水質(zhì)易腐蝕設(shè)備的場(chǎng)合，可將其暫時(shí)隔離，待開(kāi)采后期再處理積水。若老空積水地區(qū)有重要建筑物或設(shè)施，則不宜放水，而應(yīng)該留礦柱將其永久隔離。地下疏干

疏放含水層的水巷道疏干：當(dāng)含水層位于礦層頂板時(shí)，提前掘出疏干巷道，使含水層的水能通過(guò)巷道周圍的孔隙、裂縫疏放出來(lái)，經(jīng)過(guò)疏干巷道排出。鉆孔疏干：當(dāng)含水層距礦層較遠(yuǎn)或含水層較厚時(shí)，在疏干巷道中每隔一定距離向含水層打放水鉆孔來(lái)排水疏干。聯(lián)合疏干。

9.3.5隔水與堵水隔離水源

隔離礦(巖)柱：在受水威脅的地段留一定寬度或厚度的礦(巖)柱將水源隔離。隔水帷幕：在水源與礦井或采區(qū)之間的主要涌水通道上，將預(yù)先制備的漿液經(jīng)過(guò)鉆孔壓入巖層裂成，漿液沿裂隙滲透擴(kuò)散并凝固、硬化，形成防止地下水滲透的帷幕。

隔離礦(巖)柱在下列的條件下采礦的場(chǎng)合，需要留隔離礦(巖)柱：1)礦體直接被松散的含水層所覆蓋，或者處于地表水體之下；2)礦體一側(cè)與強(qiáng)含水層接觸或局部處于強(qiáng)含水層之下；3)礦體在局部地段與間接底板承壓含水層接近；4)礦體在局部地段與間接頂板含水層接近，頂板冒落會(huì)達(dá)到含水層；5)礦體與充水?dāng)鄬咏佑|；6)采掘工作面接近被淹井巷或老空積水區(qū)?！督饘俜墙饘俚V山安全規(guī)程》規(guī)定，相鄰的井巷或采區(qū)，如果其中一個(gè)有涌水危險(xiǎn)，則應(yīng)該在井巷或采區(qū)間留出隔離礦(巖)柱。堵水在井下適當(dāng)?shù)奈恢枚陆赝杆?，可以將水害控制在一定范圍?nèi)，避免事故擴(kuò)大、淹沒(méi)礦井。通常，在巷道穿過(guò)的有足夠強(qiáng)度隔水層的適當(dāng)?shù)囟蝺?nèi)設(shè)置防水閘門和防水墻來(lái)堵水。

9.4透水事故處理

透水預(yù)兆巷道壁“出汗”：透水前頂板“出汗”多呈尖形水珠；頂板淋水加大，尤如落雨?duì)睿?/p>

空氣變冷、發(fā)生霧氣；采礦場(chǎng)或巷道“掛紅”，水的酸度大，味發(fā)澀，有臭雞蛋氣味；巖層里有“吱吱”的水叫聲；底板突然涌水；出現(xiàn)壓力水流。若出水清凈，則說(shuō)明距水源稍遠(yuǎn)；若出水混濁，則表明己臨近水源；工作面空氣中有害氣體增加，從積水區(qū)散發(fā)出來(lái)的氣體有沼氣、二氧化碳和硫化氫等。透水預(yù)兆老空積水。“掛紅”，酸度大，水味發(fā)澀。斷層水。沒(méi)有“掛紅”和水味發(fā)澀現(xiàn)象。在巖巷中遇到斷層水，有時(shí)可在巖縫中出現(xiàn)淤泥，底部出現(xiàn)射流，水發(fā)黃。溶洞水。透水前頂板來(lái)壓、柱窩滲水或裂縫浸水，水色發(fā)黃或發(fā)灰，有臭味，有時(shí)也出現(xiàn)“掛紅”。沖積層積水。沖積層積水處于礦井淺部，開(kāi)始時(shí)水小、發(fā)黃，夾有泥砂，以后水量變大。透水預(yù)兆《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》規(guī)定，在掘進(jìn)工作面或其它地點(diǎn)發(fā)現(xiàn)透水預(yù)兆，如工作面“出汗”、頂板淋水加大、空氣變冷、發(fā)生霧氣、掛紅、水叫，底板涌水或其它異?，F(xiàn)象，必須立即停止工作；并報(bào)告主管礦長(zhǎng)，采取措施。如果情況緊急，必須立即發(fā)出警報(bào)，撤出所有受水威脅地點(diǎn)的人員。透水預(yù)兆廣東興寧福勝煤礦“7·14”透水事故的前4天就發(fā)現(xiàn)井下水情異常，但煤礦經(jīng)營(yíng)管理者仍決定繼續(xù)掘進(jìn)。大興煤礦“8·7”透水事故發(fā)生前，也發(fā)現(xiàn)了漏水、出水征兆，只是簡(jiǎn)單處理，仍然冒險(xiǎn)作業(yè)。河南新井煤礦早在出事前五六天，礦工們就發(fā)現(xiàn)井下有很嚴(yán)重的滲水現(xiàn)象。隊(duì)長(zhǎng)向礦領(lǐng)導(dǎo)要求撤出人員，礦方堅(jiān)持不讓撤，并下令誰(shuí)要不去就罰款100元。

透水時(shí)應(yīng)采取的措施

透水現(xiàn)場(chǎng)的人員立即向級(jí)領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告，迅速采取應(yīng)急措施。盡可能地就地取材加固工作面，堵住出水點(diǎn)，防止事故繼續(xù)擴(kuò)大。如果水勢(shì)很猛，局面已經(jīng)無(wú)法扭轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)該有組織地按事先規(guī)定的避難路線迅速地撤到上一中段或地面。在來(lái)不及撤離而被堵在天井、切巷等獨(dú)頭巷道里的場(chǎng)合，遇難人員要保持鎮(zhèn)靜，保存體力，等待援救。透水時(shí)應(yīng)采取的措施

礦領(lǐng)導(dǎo)接到井下透水報(bào)告后，按照事先編制的安全措施計(jì)劃迅速組織搶救。通知礦山救護(hù)隊(duì)或兼職救護(hù)隊(duì)。根據(jù)透水地點(diǎn)和可能波及的地區(qū)，通知有關(guān)人員撤離危險(xiǎn)區(qū)，盡快關(guān)閉防水閘門，待人員全部撤至井底車場(chǎng)后，再關(guān)閉井底車場(chǎng)的防水閘門，保護(hù)水泵房，組織排水恢復(fù)