《煤礦安全技術》模塊礦井水災防治技術

煤礦安全技術平頂山工業(yè)職業(yè)技術學院課程模塊單元策劃設計模塊四

礦井水災防治技術課題任務相關知識知識鏈接理論實踐課題1礦井水治理技術

任務1水災分析與防治任務2礦井探放水（1）礦井水（2）礦井水害（3）礦井水災致因（1）礦井地面防水措施（2）井下探放水措施22課題2礦井透水處理技術任務礦井透水處理（1）礦井透水原因（2）礦井透水預兆（1）礦井透水避災措施（2）被淹井恢復生產(chǎn)的處理22任務實施方法1.理論（應知）：互動討論（分學習小組）、案例分析與研討；2.技能（應會）：演示論證、體驗性實訓；3.考核方式：任務過程考評

知識點：

◆礦井水災及其危害◆礦井水災致因及發(fā)生規(guī)律

技能點：

◆礦井地面水的防治

◆井下探放水措施任務描述：礦井水災防治是創(chuàng)造良好作業(yè)環(huán)境的一項重要工作，又是預防水災事故的重要技術措施手段。任務分析：地表和地下水的存在是引發(fā)水災事故的基礎；掌握礦井水源和透水規(guī)律，可以有效地實施探放水技術措施及防治礦井透水事故。課題1礦井水治理技術

一、礦井水的充水源礦井水：礦井建設和生產(chǎn)過程中由地表和地下流入或滲透到井下的水。

1.地表水

礦井地表大氣降水的積水、河流、湖泊、水庫、池塘水等。特性：

（1）可以通過巖層孔隙、裂隙滲入地下作為地下水的補給水源；（2）通過巖層間接涌入礦井；（3）通過鉆孔或井筒直接涌入礦井造成淹井事故。相關知識任務1礦井水災分析與治理

2.地下水地下巖層的孔隙水、裂隙水、巖溶水和斷層水等。（1）孔隙水：大氣降水和地表水潛存在巖層孔隙中的水（又稱潛水）。

特性：不承受壓力，只能在重力作用下又高出往低處流動，易造成礦井潰水事故。（2）裂隙水：地下巖層裂隙或溶洞中的水（又稱承壓水）。特性：具有較大的水壓力和水量，易造成礦井突水事故。任務1礦井水災分析與治理巖層孔隙水巖層裂隙涌水巖層溶洞水

（3）斷層水：地下巖層斷層帶中的水。特性：斷層帶是含水層的通道，水量充足、水壓高；采掘工作面接近或通過斷層帶時，易造成突水事故。

3.老空水廢棄的礦井巷道、采空區(qū)的積水（又稱死水）。特性：積水時間長，含大量的H2S有毒氣體；采掘工作面接近或通過老空區(qū)時，易造成短時大量H2S涌出或突水事故。任務1礦井水災分析與治理斷層水老空水

二、礦井水對生產(chǎn)安全的影響

1.惡化生產(chǎn)環(huán)境采掘工作面空氣濕度明顯增加；頂板破碎淋水，煤壁潮濕片幫；勞動條件及生產(chǎn)效率降低等。

2.增加礦井排水費用礦井積水量越大，排水費用越大。增加煤炭的開采成本。

3.縮短生產(chǎn)設備的使用壽命礦井水對各種金屬沒備、鋼軌和金屬支架等，均有腐蝕作用。

4.造成礦井事故（1）井下突然涌水或其水量超過礦井排水能力時，造成淹井事故.（2）引起瓦斯爆炸或H2S氣體中毒事故。任務1礦井水災分析與治理

一、礦井水災及發(fā)生的條件

礦井水災：凡影響生產(chǎn)、威脅采掘工作面或礦井安全的、增加噸煤成本和使礦井局部或全部被淹沒的水害現(xiàn)象。

礦井水災發(fā)生的必備條件：

（1）有充足的涌水源；（2）有良好的涌水通道。

任務1礦井水災分析與治理任務實施斷層涌水通道鉆孔涌水通道

二、礦井水災的致因1.防排水原因（1）地面防洪、防水措施不當或管理不善，地表水大量灌入井下造成水災；（2）礦井排水設備能力不足或機電事故，排水設施平時維護不當造成水災；2.水文地質與設計施工原因（1）水文地質情況不清，井巷水源區(qū)未執(zhí)行探放水制度，盲目施工作業(yè)；（2）井巷位置設計在不良地質條件中或過分接近強水源區(qū)，施工地壓與水壓作用，引發(fā)頂、底板透水；（3）井巷工質量差，嚴重塌落冒頂、跑砂，導致透水；（4）防探水測量錯誤，導致巷道穿透積水區(qū)；（5）亂采亂掘，破壞防水煤、巖柱造成突水；任務1礦井水災分析與治理1.疏水礦井周圍降水和地表水流不出去，可以開鑿泄洪隧洞，把礦區(qū)內(nèi)的匯集水疏通到礦區(qū)以外。

2.防水在礦井設計時，井口和丁業(yè)場地應該選擇在不受洪水威脅的地點。

3.排水對于洪水季節(jié)河水有倒流現(xiàn)象的礦區(qū)，應在泄洪總溝的出口處建立水閘，設置排洪站。

4.蓄水井口和工業(yè)場地下游的有利地形建筑蓄水庫。

蓄水排水防水疏水工作案例：礦井地面防治水

一、探放水目的與原則

1.探水目的采礦過程中用超前勘探方法，查明采掘工作面頂?shù)装濉葞秃颓胺降暮畼嬙欤òㄏ萋渲?、含水層、積水老窯等水體的具體位置、產(chǎn)狀等，其目的是為有效的防治礦井水害做好必要的準備。

2.探水的原則

礦井探水基本原則：采掘工作必須執(zhí)行“有疑必探，先探后掘”。

相關知識任務2礦井探放水

二、探水規(guī)定及注意事項

1.探水規(guī)定

煤礦安全規(guī)定：井下生產(chǎn)過程中，采掘工作面遇到下面任何一種情況時，必須確定探水線進行探水：（1）采掘進工作面接近溶洞、含水層（流砂層、沖積層、各種承壓水的含水層、含水斷層或與地面大量積水區(qū)相通的斷層）；（2）掘進工作面接近被淹井巷或有積水的小窯、老空；（3）上層積水，在下層進行采掘工作，兩層間垂直距離小于采煤工作面采高的40倍或小于掘進巷道高度的10倍；（4）在邊探邊掘區(qū)內(nèi)掘進時，掘進長度達到允許掘進長度；任務2礦井探放水

（5）采掘工作面發(fā)現(xiàn)出水征兆；（6）采掘工作面接近各類防水煤柱時；（7）接近可能同河流、湖泊、水庫、蓄水池、水井等相通的斷層破碎帶時；（8）接近有水或稀泥的灌漿區(qū)時；（9）接近其他可能出水地區(qū)時。

2.探水注意事項（1）探水地點要確保與相鄰地區(qū)的工作地點的聯(lián)系，一旦出水，要馬上通知水害威脅地區(qū)的工作人員撤到安全地點。

任務2礦井探放水（2）打鉆時，要時刻觀察鉆孔的情況，發(fā)現(xiàn)煤層疏松，鉆桿推進突然感到輕松或順著鉆桿流出來的水超過供水量時，都要特別注意，這些都是接近或鉆入積水地點的征兆。碰到這種情況，要立即停止鉆進，進行檢查。如果孔內(nèi)水很大，噴射較遠，必須馬上固定鉆桿，背緊揮水工作面，如加固煤壁及頂?shù)装濉＃?）探水工作面要經(jīng)常檢查瓦斯及其他有害氣體，當瓦斯含量達1%時，必須停止鉆進；達到1.5%時，必須停止工作，使其降至1%以下，方可開動機器。任務2礦井探放水

一、礦井探水鉆孔參數(shù)與布置

1.探水起點的確定通常將積水及附近區(qū)域劃分為三條線，即積水線、探水線和警戒線，并標注在采掘工程圖上。

（1）積水線：即積水區(qū)范圍線，在此線上應標注水位標高、積水量等實際資料。（2）探水線：應根據(jù)積水區(qū)的位置、范圍、地質及水文地質條件及其資料的可靠程度、采空區(qū)和巷道受礦山壓力破壞等因素確定。進入此線后必須進行超前探水、邊探邊掘。任務2礦井探放水任務實施（3）警戒線：是從探水線再向外推50～120m計為警戒線，一般用紅色表示。進入警戒線時，就應注意積水的威脅。任務2礦井探放水積水線、探水線和警戒線2.探水鉆孔的參數(shù)（1）超前距：探水鉆孔終孔位置應始終超前掘進進工作面一段距離，該段距離稱超前距。一般不小于20m（2）允許掘進距離：經(jīng)探水證實無水害威脅，可安全掘進的長度。（3）幫距：呈扇形布置的最外側探水孔所控制的范圍與巷道幫的距離。其值應與超前距相同。（4）鉆孔密度（孔間距）：允許掘進距離終點橫剖面上，探水鉆孔之間的間距。一般不超過3m任務2礦井探放水

3.探水鉆孔的布置（1）扇形布置：巷道處于三面受水威脅的地段，進行搜索性探放老空積水時，探水鉆孔一般按多扇形布置。（2）半扇形布置：在積水區(qū)肯定的掘進巷道一側的探水時，探水鉆孔一般按半扇形布置。任務2礦井探放水扇形探水鉆孔半扇形探水鉆孔

二、礦井探放水方法

1.老空水的探放（1）先隔離后探放：受地表水補充的老空水及老空的積水量較大，先隔斷或減少其補給水量，再進行探水，若隔斷水源有困難無法有效探放時，留設煤巖柱與生產(chǎn)區(qū)隔開，待到礦井生產(chǎn)后期再進行處理。（2）先降壓后探放：水量大、水壓高積水區(qū)，先從頂、底板巖層打穿層放水孔，把水壓降下來后，再沿煤層打探水鉆孔。（3）先堵后探放：老空區(qū)為強含水層水或其它水源淹沒，出水點有很大的補給量時，先封堵出水點，而后再探放水。任務2礦井探放水

2.斷層水及其他水源的探放（1）探放斷裂構造水和巖溶水等時，探水鉆孔沿掘進方向的前方及下方布置。底板方向的鉆孔不得少于2個；任務2礦井探放水

（2）煤層內(nèi)，原則上禁止探放水壓高于1MPa的充水斷層水、含水層水及陷落柱水等。如確實需要的，可以先建筑防水閘墻，并在閘墻外向內(nèi)探放水。

任務2礦井探放水

三、探水與掘進之間的配合

1.雙巷配合掘進交叉探水掘進上山的上方有積水區(qū)存在受水威脅時，采用雙巷掘進交叉探水。

2.平巷與斜巷配合探水同一煤層內(nèi)上部掘進水平巷道、下部向上掘進斜巷時，先水平巷道探水后，斜巷再施工作業(yè)。任務2礦井探放水平巷與斜巷互相配合探水雙巷配合掘進交叉探水

3.隔離式探水巷道掘進前方的水量大、水壓高、煤層松軟和裂隙發(fā)育時，直接探水很不安全，需要采取隔離方式進行探水。在掘進石門時，可從石門中探放積水或在巷道掘進工作面預先砌筑隔水墻，在墻外探水任務2礦井探放水墻外探水石門探水

四、井下水的防治方法

（一）放水（疏干）

1.老空水的疏放（1）直接放水：當水壓不大，不致超過礦井排水能力時，可利用探水鉆孔直接放水。（2）先堵后放：當老空水與溶洞水或其他巨大水源有關系，動水儲量很大，一時排不完或不可能排完的情況下，應先堵住出水點，然后排放積水。

2.疏放含水層水

（1）地面疏放水：適用于埋藏較淺、滲透性良好的含水層

（2）井下疏水巷道疏水：適用于已摸清水源，并預算出涌出量的情況下。任務2礦井探放水

3.放水時的注意事項（1）放水前必須估計積水量，并要根據(jù)礦井排水能力和水倉容量控制放水數(shù)量及放水眼的流量。（2）經(jīng)常觀測鉆孔中水量變化情況，特別放老空積水時，當水量變小或無水時，應反復多次下鉆至原孔深度或超過原孔深度，以防鉆孔被堵塞，造成放干積水的假象，避免掘進時發(fā)生事故。（3）放水過程中，應經(jīng)常檢查孔內(nèi)放出的瓦斯及其他有害氣體的含量，以便采取措施。任務2礦井探放水

（二）留設防水煤（巖）柱隔水

防水煤（巖）柱：在水體下、含水層下、承壓含水層上或導水斷層附近采掘時，為防止地表水或地下水潰入工作地點，需要留出一定寬度或高度的煤（巖）層不采動，這部分煤（巖）層。

1.防水煤（巖）柱類型

（1）斷層防水煤（巖）柱：在導水或含水斷層兩側，為防止斷層水潰入井下而留設煤（巖）柱，或當斷層使煤層與強含水層接觸或接近時，為防止含水層水潰入井下而留設的煤柱。任務2礦井探放水

（2）井田邊界煤柱：相鄰兩井田以技術邊界分隔時，為防止一個礦井淹沒（由突水或礦井報廢引起）后影響另一個礦井的安全生產(chǎn)而留設的煤柱。（3）上、下水平（或相鄰采區(qū)）防水煤（巖）柱：在上、下兩水平（或相鄰兩采區(qū)）之間留設的防水煤（巖）柱。這種煤（巖）柱為暫時性的煤（巖）柱，在上、下兩水平（或相鄰兩采區(qū)）開采末期或透水威脅消除后，這部分煤（巖）柱中的煤，仍然可以回收出來。

任務2礦井探放水

（4）水淹區(qū)防水煤（巖）柱：在水淹區(qū)（包括老窯積水區(qū)）四周和上、下水平留設的防止水淹區(qū)水潰入井下采掘工作面的煤（巖）柱。

（5）地表水體防水煤（巖）柱：為防止采煤后地表水經(jīng)塌陷裂縫潰入井下而留設的煤（巖）柱。

（6）沖積層防水煤（巖）柱：為防止采煤后上覆沖積層中的強含水層水潰入井下而留設的煤（巖）柱。

任務2礦井探放水2.防水煤（巖）柱的留設原則（1）有突水威脅但又不宜疏放（疏放會造成成本大大提高時）的地區(qū)采掘時，必須留設防水煤（巖）柱。

（2）同一地點有兩種或兩種以上留設煤（巖）柱的條件時，所留設的煤（巖）柱必須滿足各個留設煤（巖）柱的條件。（3）留設防水煤（巖）柱所需要的數(shù)據(jù)必須在本地區(qū)取得。鄰區(qū)或外地的數(shù)據(jù)只能參考，如果需要采用，應適當加大安全系數(shù)。（4）防水巖柱中必須有一定厚度的粘土質隔水巖層或裂隙不發(fā)育、含水性極弱的巖層，否則防水巖柱將無隔水作用。

任務2礦井探放水

（三）設置水閘門截水

1.設置水閘門目的礦井發(fā)生水患時，能夠使礦井分區(qū)隔離，縮小災情影響范圍，控制水勢危害，確保礦井安全。

2.水閘門類型（1）按門硐數(shù)分單門硐和雙門硐兩種；（2）按流水方式可分為不設流水管裝置、設流水管并帶閘閥、設水溝帶水溝閘門的；（3）按閘門外形分為矩形、圓形；（4）按止水方式分為橡皮止水、鉛鋅合金止水等等。任務2礦井探放水

3.水閘門構筑要求

（1）確定水閘門位置時，必須注意該處的工程地質及水文地質條件，應避開斷層破碎帶、巖溶發(fā)育帶、裂隙帶，建在巖石堅硬、穩(wěn)定不滲水的巖層中。同時還要考慮遭受水災后能有恢復生產(chǎn)或繞過事故區(qū)，開拓新區(qū)的可能。

（2）施工前應進行周密的設計。所用水泥等原材料一定要合乎標準，嚴禁使用失效水泥，砂石要潔凈，水質要好，配比要嚴格。澆注后要進行適時養(yǎng)護，并進行壓力試驗。

任務2礦井探放水（3）水閘門必須精心設計，技術人員親臨現(xiàn)場指揮，精密施工，保證圍巖灌漿質量，使門扇與門框緊密接觸。

（4）閘門之下所設的短節(jié)易卸拆的道軌應保證遇事能快速卸除。水閘門建成后應定時做開啟試驗，并進行保養(yǎng)維護。

（5）通過水閘門的水溝，應與有閥門的水管相通，管口加鐵篦子，并留設觀測管孔。

任務2礦井探放水

（四）設置水閘墻截水

1.設置水閘墻目的用來封閉井下局部水患區(qū)和危險隱患區(qū)。即封閉充水工作面或采礦場、出水的掘進頭、老空區(qū)、與地表水體相連的巷道、小窯充水水體以及斷層水等。

2.水閘墻構筑方法（1）按設計開挖足夠尺寸的閘墻溝巢，墻基可筑成混凝土凸緣基座，也可采用錨桿基座；（2）在墻體的一定部位裝有管線、壓力表和測壓管；（3）墻體設有檢查孔道，在孔道上裝有嚴密的孔蓋；（4）墻體設有帶高壓閥門的放水管。任務2礦井探放水

3.水閘墻在構筑安全要求

（1）應選在圍巖堅硬完整，斷層裂隙少，不受干擾而穩(wěn)固的地方構筑水閘墻。建墻的巷道，應選在斷面小、兩幫堅固的部位。

（2）水閘墻的壁后必須注漿加固。

（3）為封死水源，徹底消除水患，應實行墻內(nèi)全面注漿。

（4）墻體必須堅牢，整個封堵環(huán)節(jié)不可出現(xiàn)潰決繞流等薄弱地帶，以免造成工程失效。

（5）為避免圍巖產(chǎn)生裂縫，水閘墻建造過程的鑿槽工作絕對不允許使用炸藥，只能用風鎬或手鎬開鑿。

（6）為防止水閘墻因受硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鈣反應的影響而遭到損壞，可用鋁鈣水泥構筑閘墻的前半部分(厚2m左右)。任務2礦井探放水

（五）注漿堵水

1.注漿堵水目的利用制成的水泥漿液通過管道壓入地層裂隙，經(jīng)凝結、硬化后起到隔絕水源。

2.注漿堵水的應用（1）當老窯水或被淹井巷水與強大水源的水力聯(lián)系密切，單純排水已不可能或不經(jīng)濟時。

（2）在建井過程中，當井筒或巷道必須穿過含水豐富的含水層或充水斷層時，如不先堵住水源，就不能掘進，無法進行礦井建設。

（3）當井筒的工作面淋水嚴重，井壁失穩(wěn)水大，為了加固井壁，改善勞動條件，減少排水費用，可以采用注漿堵水措施。

（4）某些涌水量特大的礦井，為了減少礦井涌水量，降低無法承擔的常年排水費用，亦可采用注漿的辦法以堵住水源。任務2礦井探放水

3.注漿堵水方法

（1）利用水泥漿或化學漿液，通過鉆孔將水的通道充填住，從而達到阻住外部水源涌入。（2）可以通過鉆孔投入其它充填物，如鐵球、棉織物等物質堵住流水通道。

任務2礦井探放水

知識點：

◆

礦井透水特征

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礦井透水預兆

技能點：

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礦井透水的處理方法

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被淹井的恢復措施任務描述：預防礦井透水是保證生產(chǎn)安全的主要技術措施，正確處理透水事故是恢復礦井正常生產(chǎn)工作的手段。任務分析：礦井透水特征和預兆是預防事故的基礎；掌握其特征和規(guī)律，可以有效地預防透水事故。課題2礦井透水處理技術

一、礦井透水與特征

礦井透水：建設和生產(chǎn)過程中，地面水和地下水通過各種通道涌入礦井的現(xiàn)象。

1.沖積層水透水主要特征：開始涌水量小，并夾帶泥沙，水質發(fā)黃；續(xù)后水量急劇增加。2.老空水透水主要特征：“掛紅”、酸度大、水味澀、有臭雞蛋味、含有大量的SH2氣體等。相關知識任務

礦井透水處理

3.斷層水透水

主要特征:水混濁、多為黃色、水無澀味等。4.巖溶水主要特征:多為灰色、帶有臭味、有時出現(xiàn)掛“紅”現(xiàn)象。二、礦井透水預兆

1.“掛紅”礦井水中含有鐵的氧化物，附著在裂隙表面出現(xiàn)暗紅色水銹。

任務

礦井透水處理

2.“掛汗”采掘工作面接近積水區(qū)時，水壓力作用下，經(jīng)煤巖裂縫使煤壁、巖壁出現(xiàn)水珠，3.空氣變冷工作面接近大量積水時，氣溫驟然降低，煤壁發(fā)涼，

4.出現(xiàn)霧氣