煤矿灾害防治技术 矿井防治水 防治矿井水灾.docx
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煤矿灾害防治技术矿井防治水防治矿井水灾
任务二防治矿井水灾
一、地面水防治技术
1.慎重选择井筒位置
井口(平硐口)和工业广场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
在矿井范围内有常年性河流流过且与矿井充水含水层直接相连,或河水渗漏是矿井的主要充水水源时,可在河流进入矿区的上游地段筑水坝,将河流截断,用人工另修河道使河水远离矿区。
3.铺整河底
矿区内有流水沿河床或沟底裂缝渗入井下时,则可在渗漏地段用粘土、料石或水泥铺垫河底,防止或减少渗漏。
4.填堵通道
矿区范围内,因采掘活动引起地面沉降、开裂、塌陷而形成的矿井进水通道,应用粘土、水泥或凝胶予以填堵。
5.挖沟排(截)洪
地处山麓或山前平原区的矿井,因山洪或潜水流渗入井下构成水害隐患或增大矿井排水量,可在井田上方垂直来水方向布置排洪沟、渠,拦截、引流洪水,使其绕过矿区。
6.排除积水
有些矿区开采后引起地表沉降与塌陷,长年积水,且随开采面积增大,塌陷区范围越广,积水越多。
此时可将积水排掉,造地复田,消除水害隐患。
7.加强雨季前的防汛工作
做好雨季防汛准备和检查工作是减少矿井水灾的重要措施。
二、井下防治水技术
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
1.做好水文观测工作
(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、水量和补给、排泄条件;查明洪水泛滥对矿区、工业广场及居民点的影响程度。
(2)通过探水钻孔和水文地质观测孔、观测各种水源的水压、水位和水量的变化规律,分析水质等。
(3)观测矿井涌水量及季节性变化规律等。
2.做好矿井水文地质工作
查明矿井水源和可能涌水的通道,为防治水提供依据。
为此必须:
(1)掌握冲击层的厚度和组成,各分层的透水、含水性;
(2)掌握断层和裂隙的位置,错动距离,延伸长度,破碎带范围及其含水和导水性能;
(3)掌握含水层与隔水层数量、位置、厚度、岩性,各含水层的涌水量、水压、渗透性、补给排泄条件及其到开采矿层的距离,勘探钻孔的填实状况及其透水性能;
(4)调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况,观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响;
(5)在采掘工程平面图上绘制和标注井巷出水点的位置及水量,老窑积水范围、标高和积水量,水淹区域及探水线的位置。
探水线位置的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。
(二)井下探水
井下探放水是防止水害的重要手段之一,“有疑必探,先探后掘”是防止井下水害的基本原则。
1.探水起点的确定
图4-2-1积水线、探水线和警戒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。
通常将积水及附近区域划分为三条线,即积水线、探水线和警戒线,并标注在采掘工程图上,如4-2-1所示。
图4-2-1积水线、探水线和警戒线
(1)积水线。
即积水区范围线,在此线上应标注水位标高、积水量等实际资料。
(2)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、采空区和巷道受矿山压力破坏等因素确定。
进入此线后必须进行超前探水、边探边掘。
(3)警戒线。
是从探水线再向外推50~120m计为警戒线,一般用红色表示。
进入警戒线时,就应注意积水的威胁。
要注意工作面有无异常变化,如有透水征兆,应提前探放水,如无异常现象可继续掘进,巷道达到探水线时,作为正式探水的起点。
图4-2-2探水钻孔的主要参数示意图2.探水钻孔的布置方式
图4-2-2探水钻孔的主要参数示意图
)探水钻孔的主要参数确定
探水钻孔的主要参数有超前距、帮距、密度和允许掘进距离。
图4-2-3扇形探水钻孔
图4-2-3扇形探水钻孔
(2)允许掘进距离。
经探水证实无水害威胁,可安全掘进的长度称允许掘进距离。
(3)帮距。
为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离,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,即帮距一般取20m,有时帮距可比超前距小1~2m。
(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。
2)探水孔布置方式
(1)扇形布置。
巷道处于三面受水威胁的地段,要进行搜索性探放老空积水,其探水钻孔多按扇形布置,如图4-2-3所示。
(2)半扇形布置。
对于积水区肯定是在巷道一侧的探水地区,其探水钻孔可按半扇形布置,如图图4-2-4所示。
图4-2-4半扇形探水钻孔
图4-2-4半扇形探水钻孔
图4-2-5上山巷道探水掘进施工方式
图4-2-5上山巷道
探水掘进施工方式
图4-2-6平巷与上山互相配合探水
图4-2-6平巷与
上山互相配合探水
(3)平巷与上山配合探水。
如图4-2-6所示。
图4-2-7利用石门探水和墙外探水a一石门探水,b一墙外探水
图4-2-7利用石门探水和墙外探水
a一石门探水,b一墙外探水
4.探水钻孔的安全装置
在探放水工作中,在水量和水压不大时,积水可通过钻孔直接放出,但在探放水量和水压都很大的积水区(包括其它水源)时,为了确保安全,做到有计划地放水并取得放水资料,必须在孔口装置安全套管阀门,如图4-2-8所示。
图4-2-8放水钻孔孔口安全装置1一钻杆,2一
图4-2-8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
(1)加强钻孔附近的巷道支架,背好顶帮,在工作面迎头打好坚固的立柱和拦板,并清理巷道浮煤,挖好排水沟;
(2)在打钻地点或其附近安设专用电话,探水地点要与相邻地区的工作地点保持联系,一旦出水要马上通知受水害威胁地区的工作人员撤到安全地点。
若不能保证相邻地区工作人员的安全,可以暂时停止受威胁地区的工作;
(3)确定主要探水钻孔的位置时,应由测量和负责探水人员亲临现场,共同确定钻孔方位、角度、钻孔数目以及钻进深度;
(4)打钻探水时,要时刻观察钻孔情况,发现煤层疏松,钻杆推进突然感到轻松,或顺着钻杆有水流出来(超过供水量),都要特别注意。
这些都是接近或钻入积水地点的征兆。
(5)钻眼内水压过大时,应采用反压和防喷装置的方法钻进,必要时还应在岩石坚固地点砌筑防水墙,然后方可打开钻眼放水;
图4-2-10排状孔群图4-2-9环状孔群
图4-2-10排状孔群
图4-2-9环状孔群
1—疏水前水位;2—疏水后水位
1.疏放含水层水
1)地面打钻抽水
(1)环状孔群。
如图4-2-9所示。
图4-2-11
图4-2-11巷道疏水
图4-2-12底板含水层中的疏放水巷道1一灰岩原始水位,2一疏放水巷道,
图4-2-12底板含水层中的疏放水巷道
1一灰岩原始水位,2一疏放水巷道,
3一石灰岩含水层,4一石门
(1)疏放顶板含水层
如果煤层直接顶板为水量和水压不大的含水层,常把采区巷道或采煤工作面的准备巷道提前开拓出来,利用“采准”巷道预先疏放顶板含水层水(图4-2-11)。
(2)疏放底板含水层
当煤层的直接底板是强充水含水层时,可考虑将巷道布置在底板中,利用巷道直接疏放底板水。
如湖南煤炭坝某矿,开采龙潭组的下层煤,底板为茅口灰岩,它和煤层之间夹有很薄的粘土岩隔水层,原来将运输巷道布置在煤层中,由于水量和水压都较大,所以巷道难以维护。
如图4-2-12所示。
图4-2-14打入式过滤管1一导水管,2一真空装置,3一导水渠
图4-2-14打入式过滤管
1一导水管,2一真空装置,3一导水渠
图4-2-13丛状布置钻孔
图4-2-13丛状布置钻孔
A.在巷道中每隔一定距离向顶板打钻孔,使顶板水逐渐泄入巷道,通过排水沟向外排出。
B.在巷道中群孔放水。
为了防止井下突然涌水,创造良好的作业条件,必须对煤层顶板水进行大面积疏干,在巷道内布置一系列群孔疏排地下水,如图4-2-13所示。
C.立井泄放孔。
建井期间,如有一个井筒已到底,并开凿了车场、硐室,有一定的排水能力,另一井筒尚在掘进,涌水量大、施工困难,这时可从掘进中的井筒向下打泄放钻孔穿透已掘井筒的井底铜室,进行泄放。
如图4-2-14所示。
(2)疏放煤层底板水
2.疏放老空水
(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它巨大水源有联系,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)用煤柱或构筑物暂先隔离。
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。
3.疏放水时的安全注意事项
(1)探到水源后,在水量不大时,一般可用探水钻孔放水;水量很大时,需另打放水钻孔。
放水钻孔直径一般为50~75mm,孔深不大于70m。
(2)放水前应进行放水量、水压及煤层透水性试验,并根据排水设备能力及水仓容量,拟定放水顺序和控制水量,避免盲目性。
(3)放水过程中随时注意水量变化,出水的清浊和杂质,有无有害气体涌出,有无特殊声响等,发现异状应及时采取措施并报告调度室。
(4)事先定出人员撤退路线,沿途要有良好的照明,保证路线畅通。
(5)为防止高压水和碎石喷射或将钻具压出伤人,在水压过大时,钻进过程应采用反压和防喷装置,并用挡板背紧工作面以防止套管和煤(岩)壁突然鼓出,挡板后面要加设顶柱和木垛,必要时还应在顶、底板坚固地点砌筑防水墙,然后才可放水。
(6)排除井筒和下山的积水前,必须有矿山救护队检查水面上的空气成分,发现有害气体,要停止钻进,切断电源,撤出人员,采取通风措施冲淡有害气体。
(四)截水
1.防水煤(岩)柱的留设
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
此法在目前使用广泛。
即根据不同情况。
选用水文地质条件相似的经验数据,作为设计防水煤柱的尺寸。
图4-2-17留设防水煤柱的经验尺寸
(1)当煤层露头直接被疏松含水层掩盖时,根据华北地区一些煤矿的经验,冲积层下急倾斜煤层,应留煤柱一般为80m,如图4-2-17a所示;
图4-2-17留设防水煤柱的经验尺寸
(2)煤层受断层切割直接与充水强含水层接触时,安全防水煤柱宽度应不小于20米,如图4-2-17b所示;
(3)当煤层因受逆断层切割而被强含水层掩盖时,留设煤柱应考虑煤层开采后的塌陷裂隙,最好不要波及到上部的强含水层,如掩盖宽度为L米,其断层下盘防水煤柱的宽度要大于L米,如图4-2-17c所示;
图4-2-19不同条件下的隔水煤柱参数示意图Bc—隔水煤柱宽度;t—
图4-2-19不同条件下的隔水煤柱参数示意图
Bc—隔水煤柱宽度;t—隔水岩柱厚度;β—岩石移动角;h—裂隙带高度
图4-2-23单向拱形闸门
—门扇;2—门框;3—门纹;4—拉杆;5—止水垫料
图4-2-22平板矩形水闸门
—门扇;2—门框;3—门绞;4—拉杆;5—止水橡皮
图4-2-24球面拱形闸门
1—门扇;2—门框;3—门绞;4—拉杆;5—止水垫料
2)分析计算法
4-2-1
(1)煤层直接和强含水层、导水断层相接触(图4-2-17b、d),煤层顶底板岩层无突水可能,即防水煤柱主要是顺层受压时,常用以下公式计算煤柱宽度(仅考虑抵抗水压力):
4-2-1
图4-2-18低角度断层使煤层与强含水层接近
(2)低角度断层使煤层底板岩层与强含水层接触,如图4-2-18所示。
在这种情况下,应按以下方法计算防水煤柱的尺寸:
图4-2-18低角度断层使煤层与强含水层接近
第一步,先按煤柱本身不因顺层水压而遭受破坏的情况,计算所需煤柱宽度BC,BC值应用(4-2-1)式求得。
式中的P即为图4-3-18中的H1,H1是B点的实际水头压力。
4-2-3(4-2-2)第二步,再用煤层底板岩层不发生突水这一条件来校核煤柱宽度BC值是否安全。
其方法是:
从煤柱端点A作断层的垂线,与断层面交于C点,令。
然后,用以下公式计算C点的安全水头压力H安
4-2-3
(4-2-2)
(3)顶底板隔水层或断层带隔水层煤柱宽度的确定
第一步:
确定最小安全岩柱厚度最小垂直距离,如图4-2-19所示t可按下式计算:
第二步:
当计算的安全厚度t小于实际隔水层厚度时,可不留防水煤柱;否则需按岩柱厚度t、裂隙带高度h和岩层移动角β初步定出的煤柱宽度,具体分如图4-2-19所示的4种情况。
第三步:
当按岩柱厚度t、裂隙带高度h和岩层移动角β所定出的煤柱宽度与按煤柱强度算出的煤柱宽度不等时,取其大者。
2.水闸墙(防水墙)
图4-2-20水闸墙1
图4-2-20水闸墙
1—截槽;2—水压表;3—放水管;
4—保护栅栏;5—细管
在水压很大时,则采用多段水闸墙,如图4-2-21所示。
这种水闸墙的截口槽之间隔有一定距离,以加强其坚固性,并在来水方向伸出锥形混凝土护壁a,将水压通过护壁传给围岩,以减少渗水的可能性。
3.防水闸门
(1)防水闸门位置的选择
(2)防水闸门的分类
(五)矿井注浆堵水
矿井注浆堵水,一般在下列场合使用
(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;对于开采时必须揭露或受开采破坏的含水层,对于沟通含水层的导水通道、构造断裂等,在查明水文地质条件的基础上,可用注浆帷幕截流,建立人工隔水带,切断其补给水源。
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