矿井水害分析及防治探究_矿井水害的分析与预防

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矿井水害分析及防治探究

摘 要

随着煤炭工业的迅速发展，我国不少煤矿已经在湖底下、水库下、河流下采煤，急需加强防治水工作。全国煤矿企业在安全总局及各级政府部门的监督和指导下，加强水害防治工作，查大患，防大事故，加之煤矿自身对矿井安全的全面重视和随着新的防治水方法及技术的运用，近年来我国煤矿在矿井防治水方面取得了很大的成绩，水害事故趋于稳定，水害防治工作取得了一定的成效，但是重特大透水事故还时有发生，防治水工作任务艰巨、长久。

关键词：煤矿 水害 防治水工作 防治水方法 新技术

第一章 绪 论

一、引言

我国是世界上最大的产煤国，煤炭产量约占全世界产量的40%，而我国又是世界上煤矿事故灾害最严重的国家，煤矿安全生产是整个安全生产的重中之重。我国已煤为主的能源结构在未来几十年内将不会改变。党中央、国务院历来高度重视煤矿安全生产和煤炭工业的健康发展。胡锦涛总书记在中央政治局第30次会议上强调指出，煤矿安全是全国安全生产的重点，要继续打好治理瓦斯事故多发和整顿关闭非法违法、不具备安全生产条件的小煤矿两个攻坚战。温家宝总理在每年的政府工作报告中，都对加强煤矿安全生产工作提出明确要求。张德江副总理多次强调要依靠法制、完善法制、强化管理、落实责任，大幅度降低煤矿安全事故和死亡人数，实现煤矿安全生产形势稳定好转。因此，研究煤矿的安全发展有着重要的意义。目的在于找出煤矿灾害事故发生的原因，以及采取的防治措施，保住国家财产和人民的生命安全。

二、研究现状

煤炭工业是资源性行业

发展不平衡煤矿的寿命取决于拥有的资源量，安全生产状况受其资源条件的限制，煤炭资源条件差别很大，开采条件属中等偏下水平，大多数煤矿远离经济发达地区，企业发展不平衡性在工业行业中十分突出。

煤炭工业是高危险行业

煤矿存在瓦斯、顶板、自然发火、突水、爆炸等多种灾害险患，致灾因子共存于同一作业空间，容易引发事故。我国煤矿主要是井工矿，开采深度深，作业环境、照明等条件差，不利于生产安全，容易引起多种灾害的藕合。

焦矿分布与类型

我国煤矿自然条件差，地质条件复杂，我国大陆是由众多小型地块多幕次汇聚形成的，主要煤田经受了多期次、多方向、强度较大的改造。造成煤田地质条件复杂。

三、矿井水害

煤矿重特大水害仅次于瓦斯事故。全国煤矿企业在安全总局及各级政府部门的监督和指导下，加强水害防治工作，查大隐患、防大事故，全国煤矿水害事故趋于稳定，水害防治工作取得了一定的成效，但重特大水害事故时有发生，防治水工作还需加强。才能保证职工安全和矿井的正常生产，减少国家财产的损失。

以2007-2008年为例，水害事故主要发生在乡镇煤矿。在122起水害事故中，乡镇煤矿97起，占79.5%；国有重点煤矿13起，占10.7%；国有地方煤矿12起，占9.8%。随着资源整合的推进乡镇煤矿逐渐退出了历史的舞台，矿井水害主要发生在整合型中小煤矿及地方国有煤矿上。截止2012年4月我国已发生了3起重特大煤矿透水事故分别为：4月6日吉林省蛟河市丰兴煤矿发生的透水事故，当班入井70人，其中58人安全升井，12人被困井下；4月13日凌晨1时许，位于长治市襄垣县的善福联营煤矿发生透水事故，目前已有9人遇难2人被困井下，事故还在进一步的抢救中；4月14日下午4时左右，河南平顶山市石龙区河南省煤层气公司所属裕隆源通煤业有限公司2010采煤工作面运输巷发生透水事故。事故原因初步判断为积水溃出，截至目前事故已造成5人死亡，4人被困，目前救援工作还在紧张进行中。

第二章 矿井水害事故分类

矿井水害多年来一直是制约我国采矿工程建设的主要因素之一，各种类型的水害会给煤矿安全生产带来重大影响。依据矿井水的来源，可以把矿井水害分为六种类型：

一、地表水水害

山河流、湖泊、沼泽、水库等地表水体，通过岩石裂隙、采动塌陷裂隙、断层破碎带、岩溶孔、洞、老窑、井巷等通道等进入矿井，导致矿井充水，严重威胁矿井的生产安全。例如大雁三矿北二采区对应地面有胜利沟及红旗渠，均为季节性小溪，与下部第四系含水层之间无较好的隔水层，因此渗漏严重，致使第四系砂砾含水层内大量含水，三矿北二采区浅部煤层开采后，砂砾石含水层水将可能沿着采动塌陷区进入采空区，进而影响到矿井的安全生产。特别是2009年春季桃花水期，两沟水流以1万m，/h的流量漫过防洪坝，迅速进入地表采空塌陷区，给矿井的安全生产带来了极大的威胁。

二、含水层水水害

煤系地层含水，特别是煤层及煤层顶底板含水，当井巷开拓或开采后，使煤层及围岩含水层中的地下水进入矿区，造成矿井充水，从而影响矿井的生产和安全。例如大雁二矿一采区F断层外浅部煤系地层内大量含水，并有较好的补给水源。含水层水通过煤岩层裂隙、孔隙、断层进入矿井采空区，使矿井涌水量增大，给矿井的安全生产带来了较大的影响和危害。为此，在二矿F断层外施工了一口疏干井，常年疏干截留浅部煤系地层水，对矿井涌水量起到了很好的控制作用。

三、断层水水害

断层破碎带的裂隙、孔洞连通含水层、含水溶洞、老空积水、地表水等水体，当井巷施工进入断层破碎带时使矿井充水，进而影响矿井的生产和安全。

四、老空区积水水害

矿井已废弃的井巷及采空区俗称老塘，常有大量积水，称为老空水。当采掘巷道、工作面接近老塘时常引起矿井充水，影响矿井的生产和安全。老空水是矿井水灾事故的主要原因。

五、封闭不良的钻孔水水害

地质勘探钻孔可能穿越含水层、含水溶洞，如果钻孔终孔时未予封孔或封闭不良，当井巷或工作面揭穿钻孔时水流顺孔而出导致矿井充水，影响矿井生产和安全。

六、岩溶水水害

易溶性石灰石岩层或其他可溶性岩层溶蚀后会产生溶隙、溶道或溶洞，并对为地下水所填，当井巷或工作面揭穿时则导致矿井充水，从而影响矿井的生产和安全。

第三章 矿井水害事故原因分析

一、造成矿井水灾的原因

造成矿井水灾的主要原因有以下几个方面：（1）地面防洪措施不详，防洪设施不全。（2）井筒位置设计不恰当。（3）资料不清、盲目施工。（4）施工质量低劣。

（5）乱采乱掘，破坏放水煤柱。（6）技术差错造成事故

（7）麻痹大意，违章指挥、违章操作，造成事故。（8）水泵排水能力不足，不能及时排出突发涌水。

二、矿井水灾的征兆

在煤矿建设和开发过程中，常会受到水的危害。煤层或岩层透水之间，一般都有以下一些征兆：

（1）煤层发潮、无光彩、发暗。煤层本来是干燥而光亮的，有水渗透就会发潮变暗。

（2）煤壁“挂汗”，积水透过微孔、裂隙凝聚在煤壁表面而呈现水珠，像人流汗一样，称“挂汗”。

（3）煤层温度变冷。有了积水的煤层，人抚摸时会感到发冷，时间越长越冷。（4）工作面发凉。因为散发在空气中的热，都被有水的煤层渐渐地吸收和传导出去了，所以人们进入工作面时，就感到发凉，时间越长越凉。

（5）煤层有“吱吱”的水叫声。因为大的水压能把水从裂缝中挤出来，所以发出水叫声，人只要靠近煤壁一听，就可以听出这种声音。如果听到较大的水叫声、水吼声或空洞流水声，这是积水流动时引起的，临近有透水危险的征兆。

（6）水的气味和颜色发生变化。如果水的酸性比较大，有涩味或臭鸡蛋味，呈红色，把水珠放在手指间摩擦有发滑的感觉，这是老空区透水的预兆。如果有甜味，是流沙层水和断层水。石灰岩溶洞透出的水往往呈黄、灰色，并有臭味。另外，巷道发生透水前，岩石裂缝中往往夹有淤泥，顶板出现淋水，压力明显增加，底板出现涌水。如果在掘进或采煤过程中突然出现透水征兆，有透水危险，要采取果断措施，撤离人员，躲避到安全地点，并及时向有关部门汇报。

第四章 矿井水害防治技术现状

煤矿水害与其形成的条件有直接对应关系。矿井充水条件即“矿井充水三要素”包括充水水源、涌水通道和充水强度（涌水量）。

一、水文地质试验技术

水文地质试验技术的基本方法是以水文地质理论为基础，以水文地质钻探、抽（放）水试验、底板岩石力学试验为主要手段，探查含水层及其富水性，主要含水层水文地质边界条件、各含水层之间的水力联系等。

二、地球物理勘探技术

（1）地震勘探：包括二维和三维地震勘探。主要应用于以下几个方面： 查明落差大于5m的断层；

查明区内幅度大于5m的褶曲和直径大于20m的陷落柱； 探测采空区和岩浆侵入体。

（2）瞬变电磁探测技术：是地面探测含水层及其富水性、构造及其含水情况，老窑及其积水多少的主要手段。

（3）高密度高分辨率电阻率法探测技术：是地面及其地下洞体的首选方法。（4）直流电法探测技术：属于全空间电流勘探，可在地面及井下使用，主要应用于以下几个方面：

巷道底板富水性探测；

底板隔水层厚度，原始导高探测；

掘进头和侧帮超前探测，导水构造探测； 潜在突水点、老窑积水区、陷落柱探测。

（5）音频电穿透探测技术：一般应用于井下，主要探查：采煤工作面内的底板下100m内的含水构造及其富水区域平面分布范围，并进行富水块段深度探测；

工作面顶板老窑、陷落柱、松散层孔隙内含水情况探测； 掘进巷道前方导水、含水构造探测。

（6）瑞利波探测：主要探测断层、陷落柱、岩浆岩侵入体等构造和地质异常区等，探测距离80-100m；

（7）钻孔雷达探测技术：通过钻孔探查岩体中的导水构造、富水带等；

（8）坑透：回采工作面形成后，使用坑透仪查明工作面内的构造发育情况。

三、地球化学勘探技术

主要通过水质化验、试验等方法，利用不同时间、不同含水层的水质差异，确定突水水源，评价含水层水文地质条件，确定各含水层之间的水力联系。

四、钻探技术

地面钻机、坑道钻机主要用于地面、井下探放水，探测构造及不良地质体（陷落柱、岩溶塌洞），以及水文地质勘察，注浆堵水成孔等。

五、煤矿水害防治技术

矿井水害防治方法主要有以下几种：

地面防治水、井下探放水、疏干降压、注浆堵水、突水预测，下面重点介绍地面防治水和井下探放水。

地面防治水

地面防治水是指在地面修建各种排水工程，防止和减少大气降水（洪水）和地表水涌入煤矿井下的技术和方法

1、搞好地面防洪调查工作

查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况和疏水能力； 查清有关水利工程情况，熟悉当地水库、水电站大坝、河道大堤及河道中障碍物等； 查清当地历年降水量和最高洪水位资料； 查清疏水、防水和排水系统情况。

2、井口和工业场地的设计

煤矿井口和工业场地内建筑物的高程必须高于当地历年最高洪水位；

在山区，煤矿井口和工业场地内建筑物必须避开可能发生泥石流、滑坡的地段；

煤矿井口和工业场地内建筑物高程低于当地历年最高洪水位时，必须修筑堤坝、沟渠或采取其他防排水措施。

3、地表水体治理

在地表水体治理上采取“疏”、“截”、“挡”、“堵”、“渡”、“排”等综合治理措施； 疏——是指用沟渠、管道等方法将地表水、大气降水疏通引出矿区以外； 截——是指用修筑堤坝的方法将河水截断，使水流改道，从矿区外围流走； 挡——是指用构筑建筑物的方法将洪水挡在煤矿井口和工业场地以外；

堵——是指堵住漏水通道。对地表的老窑、采空区的裂缝、塌陷坑等用砼等材料进行堵塞；对使用中的钻孔，要安装孔口盖；对报废的钻孔要及时封孔，防止地表水流入井下。渡——是指经过积水区的水沟或水渠用流水渡槽或架空管道的方法渡过；

排——是指将利用地形无法疏导的积水安装水泵进行排放，防止积水渗入井下。

4、严禁开采防隔水煤柱 根据《煤矿防治水规定》，矿井防隔水煤柱一经确定，不得随意变动，严禁破坏或开采。

5、加强雨季“三防”（防洪、防排水、防雷电）工作

煤矿企业要建立健全预防暴雨洪水引发煤矿透水事故的组织机构和工作机制。成立以矿长为组长的雨季“三防”领导小组，编制雨季“三防”工作计划，明确雨季“三防”任务和责任。按照《煤矿防治水规定》的要求进行雨季前的检查。

第五章 防治水措施及矿井涌水量观测

参考文献：掌石沟煤矿探放水设计

一、防治水措施总则

（一）地面防治水

为了防止或减少大气降水和地表水涌入工业场地，通过渗漏区域井口进入井下，必须认真做好防治水工作。地面防治水是预防矿井水灾的第一道防线，对于以大气降水和地表水为主要涌水水源的矿井来说尤为重要。要做好地面防治水工作，首先要掌握地表水的性质、特点及变化规律；其次要掌握本矿区的地形地貌及当地气候条件，要研究确定防治水措施及防排水工程。地面防治水有以下六种措施：

1、排泄山洪、排放积水；

2、疏干或迁移地表水源；

3、加固河床堵渗漏，灌注浆液堵通道；

4、充填、平整注地；

5、在井口和工业场地上游的有利地形建筑水库，雨季前把水放到最低水位，以争取最大蓄洪量，减少降雨对矿井的威胁；

6、加强地面防水工程的检查。在雨季到来之前，对地面防水工程应做全面检查，发现问题及时处理。此外，在雨季期间还应做好防洪宣传组织工作，充分发动群众，以便有领导、有组织、有计划地同洪水做斗争。

（二）井下防治水

1、查明水源和通道。为了查明水源和可能涌水的通道，应掌握以下情况：①冲击层的组成及厚度，各分层的含水性及透水性；②裂隙和断层的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含水情况和导水性能；③含水层与隔水层的位置、数量、厚度，各含水层的涌水量、透水情况及其与开采煤层的距离；④老窑和现在正开采的小煤窑的位置分布、开采范围、开采深度和积水情况，废弃钻孔和处理情况等；⑤开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况，观测岩层垮落带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。

2、做好水文观测工作：①收集当地气象、降水量和河流水文资料；②查明地表水体的分布、水量的补给、排泄条件；③通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的水位、水压和水量变化，分析水质查明矿井水的来源及其补给关系；④观测矿井涌水量及其季节性变化规律等。

3、井下探水坚持“有掘必探，先探后掘”的探放水方针。

4、疏放水。疏放水就是在探明矿井水源之后根据水源的类型采取不同的疏放水方法。有计划、有准备地将威胁矿井安全的水源疏放干，它是防止矿井水灾最积极、最有效的措施。

5、截水。在探到水源后，由于条件所限无法放水，或者虽能放水但不合理时，便利用防水墙、防水闸门、防水煤柱或岩柱等设施，永久地或临时性地截住水源，将采掘区与水隔开，使局部地点涌水不至于威胁其他区域。

6、注浆堵水。将专门制备的浆液（堵水材料）通过钻孔压入地层的裂隙、溶洞或断层破碎带，使浆液扩散、凝固、硬化，达到充填堵塞涌水通道、隔离水源的目的。注浆堵水方法简便、效果较好，是防止矿井涌水行之有效的措施。

二、探放水设计及措施

以掌石沟煤矿15-202回风顺槽排水设计为例说明防治水工作的重要性。15-202回采工作面于2011年5月18日拆撤设备完工，需及时对该面进行密闭，该面积水已充满采空区，积水面积为15000m3,积水量为2170m3, 且涌水量稳定，每日排水量约为40m3,预计雨季涌水量会增大，每日需专人排水一次，15-202运输顺槽比回风顺槽高约1.4m，因此密闭前在15-202回风顺槽需设计该工作面排水。

1、排水设计

15-202回风顺槽70m处是一小型背斜，能把积水挡在采空区内，但随时间推移积水会漫过该背斜流出，在该巷道37m和45m处有两道联络风门，在45m风门修筑一道防水墙，墙厚1.0m，高1.6m，距底板0.7m处安设一趟3寸排水管路，当积水面超过3寸排水管高度时，水沿管路自动排出。

铺设管路前测绘组必须认真搞好测量工作，准确计算排水路线的高程，排水管路由采面向外倾角为1度，在15-201回风顺槽交叉处并入干线排水管，铺设管路前测绘组必须提前在巷道帮上标注腰线。按照测绘组给出的腰线铺设，部分地段按设计埋设管路，加设弯头和阀门。

2、管路安设要求

管路连接牢固，螺丝齐全，不能出现漏水现象。防水墙内1m外拉一铁丝网，阻挡可能漂浮过来的垃圾阻塞管路，排水管口裹铁丝网，防止杂物进入管内堵塞管路。

3、有毒有害气体防治 15-202采区密闭后，整个采空区成了一个大的密闭空间，有毒有害气体会释放出来，随时间的推移，有毒有害气体密度越来越多，部分溶于水里，在排水过程中随水排至水仓或巷道中，导致局部地段有毒有害气体浓度超标，因此在管路出水口或水仓附近必须挂探头监测。

4、所需材料 3寸管90m 3寸管弯头3个 螺丝450条

三、矿井涌水量观测

矿井涌水量观测是矿井防治水工作的一项重要任务，做好矿井各涌水点水量的观测对井下防治水工作具有重要的指导意义，现以掌石沟煤矿矿井涌水量为例，说明此项工作的重要意义。

掌石沟煤矿现开采15#煤，其上有9#、3#煤层采空区，及其整合前的3个小窑老空积水，矿井水患严重，防治水工作面十分艰巨。根据本矿的实际情况，我们成立了专门的探放水队伍组织专业人员进行探放水工作，始终坚持“有掘必探、先探后掘”的探放水方针，由地测科负责对矿井各涌水点的水量进行观测、记录数据，作出曲线图，并进行地质预报，为防治水工作提供有效的技术指导依据，现将观测绘制的矿井涌水量曲线图记录如下：

矿井水量与降水量动态曲线图

矿井涌水量与产量、进尺关系图

结 论

受地质条件和煤矿开采历史等客观因素的影响，我国煤矿水文地质条条极为复杂，无论是受水威胁的面积、类型，还是水害威胁的严重程度，都是世界罕见的。地表水，老空水、冲积层水、底板水等各种类型的水害样样俱全。各区城矿并均存在不同类里水害的威胁，其中:华北地区以老空水，底板奥灰水害为主；华东地区以冲积层水、底板岩溶水害为主；华南地区以地表水、老空水，溶洞水害为主；其它地区以老空水杏为主。据有关资料，在国有重点煤矿中，水文地质条件属于复杂的矿井占27%，属于简单的矿井占34%。国有地方煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占8.6%。在大中型煤矿中有500多个工作面受水害威胁。随着煤矿采深的加大和大量小煤矿关闭后形成的积水，煤矿开采的水文地质条件越来越复杂，也使得水害治理难度越来越大。煤矿水害事故的频繁发生，给人民生命和国家财产造成了严重损失，煤矿水害己成为影响安全生产的重大问题之一，严重影响着煤炭企业的安全生产。通过对水灾事故的诱发原因、透水征兆以及发生机理的研究分析，提山一套地而和井下防治水措施，为煤矿持续、安全生产提供理论依据。防治矿井水灾不仅对于矿井本身安全及矿工的生命财产有重要的现实意义，而且对于国家资源的充分开发、利用及矿区生态环境的保护，国民经济的可持续发展有着极其重要的意义。

致 谢

在此，感谢各位老师，教授对我们无微不至的关怀和细心、耐心的指导。通过这么多天来的不断学习和深入探索，在各位学者、专家的帮助下，使我更深入地了解了煤炭领域的前缘知识和亟待解决的问题。经过学习，更加地充实了自己，完善了自己的专业理论知识；通过学习，充分地优化了自己的知识结构，将实践和理论联系起来，用理论去指导实际工作，用现场实际来检验理论的完整性。用发展的眼光，与时俱进地、全面地看问题、分析问题和解决问题，在实际的工作中不断地提高自己，完善自己。

再次感谢各位老师，专家对我们耐心、细心的指导！

参考文献

[1]张学军，矿井水害治理实践与探讨[J]，给水排水，2005[2] [2]王显政，煤矿安全新技术[J]，北京：煤炭工业出版社，2006 [3]掌石沟煤矿探放水设计，2012-02 [4]王省身，矿井灾害防治理论与技术[M]，北京：煤炭工业出版社

目 录

摘 要...................................................................1 第一章 绪 论...........................................................1

一、引言...........................................................1

二、研究现状.......................................................2

三、矿井水害.......................................................2 第二章 矿井水害事故分类................................................3

一、地表水水害.....................................................3

二、含水层水水害...................................................3

三、断层水水害.....................................................3

四、老空区积水水害.................................................3

五、封闭不良的钻孔水水害...........................................4

六、岩溶水水害.....................................................4 第三章 矿井水害事故原因分析............................................4

一、造成矿井水灾的原因.............................................4

二、矿井水灾的征兆.................................................4 第四章 矿井水害防治技术现状............................................5

一、水文地质试验技术...............................................5

二、地球物理勘探技术...............................................5

三、地球化学勘探技术...............................................6

四、钻探技术.......................................................6

五、煤矿水害防治技术...............................................6 第五章 防治水措施及矿井涌水量观测......................................7

一、防治水措施总则.................................................7

二、探放水设计及措施...............................................8

三、矿井涌水量观测.................................................8 结 论..................................................................10 致 谢..................................................................11 参考文献...............................................................11