煤礦水害的預防(鶴煤八礦)
鶴煤八礦
煤礦水害基本常識及治理技術
前言
一、礦井水的概念
二、 礦井水的來源
三、綜述
四、國內外水害治理現狀
前言
我們知道：煤礦在開拓和開采過程中，常會遇到地下水滲入巷道，或者引起部分大氣降水和地表水流入井下，嚴重的造成礦井突水，釀成重特大事故，成為阻礙采掘工作的不利因素，影響煤礦的安全生產。
礦井突水的主要危害有：威脅礦工生命安全；影響礦工身體健康；降低生產效率；增加排水費用，提高開采成本；酸性地下水腐蝕井下機誡設備，縮短開采機械的壽命；影響煤炭回采率，降低煤質等。另外會引起巷道積水，增加井下運輸的困難；破壞巷道頂底板岩石的穩定性，使支護工作複雜化等。
礦井水災防治是煤礦安全生產的重要環節，礦井水災已成為僅次於瓦斯的煤礦第二大災害。因此，進行水文地質研究，降低礦井水給礦井建設和生產帶來的危害，實現煤礦安全生產，對於煤礦工作來說，有著重要的實際意義。我國為做好防治水災害工作專門出台了《煤礦防治水規定》。充分說明政府對該項工作的重視程度。共十章，142條。
一、 礦井水的概念
第一節 概念
在礦井建設和生產過程中，以各種形式湧入井筒、巷道和工作麵的大氣降水、地表水、地下水、老窖積水稱為礦井水。當礦井湧水量超過礦井的正常排水能力，而造成礦井水泛濫成災的現象稱為礦井水災。評價礦井的充水程度有兩個指標：礦井含水係數和礦井湧水量。由於礦井的地質條件和岩石性質不同，各礦井的充水程度也不相同。礦井水給煤礦的安全生產帶來影響，必須搞清礦井充水的水文地質特征，以便選擇合理的開采方法，選擇經濟合理的安全措施，以防止礦井水災的發生。
第二節 礦井水的來源
礦井水的來源，決定於一係列的自然因素和人為因素。分析研究這些因素以後，才有可能采取防止礦井水災發生的必要措施。
一、礦井充水的自然因素
礦井充水的自然因素包括：大氣降水、地表水、地形、基岩出露程度、岩石成分、覆蓋層的作用、地質構造和埋沒的古代地形等
1．大氣降水
大氣降水是礦井充水主要因素之一。除了一部分被蒸發和隨河流流走以外，另一部分則沿著岩石的孔隙、裂隙滲入礦井。
大氣降水在不同地區、不同季節、不同開采深度對礦井充水的影響也不相同。在降雨量少的西北地區，礦井湧水量就小；在降水量多的南方地區，礦井湧水量就大．即使在同一個地區內，由於大氣降水量是隨著季節變化的，礦井湧水量一般也隨之發生周期性的變化。在一般情況下，礦井湧水量是隨開采深度的增加而減小；也有的礦井，其湧水量卻隨開采深度的增加而增加，這是由於開采的愈深，水文地質條件愈加複雜的原故。
2．地表水
地表水位於礦井附近或直接分布在礦井以上的地表水，如河流、湖泊、水溏、水庫等是礦井充水重要因素。在這種情況下，地表水直接或間接地通過岩石的孔隙、裂隙、岩溶等進入礦井，如河南義馬礦區的個別井田在小浪底水庫附近開采，受地表水威脅很大，故必須進行多項的水文地質工作，開采時采取必要的安全生產措施。
3．地形
地形對礦井充水有很大的影響，同時也影響地下水的循環條件及含水層埋藏的深度，位於當地侵蝕基準麵以上的礦井、通常是湧水小的礦井或無水礦井。在同一地質條件下，位於低標高地區，如河穀，衝溝或低地，可能是湧水量大的礦井。如果四周地形高而中間為低平的盆地時，在雨季積水量大，地表排泄條件不好，地表水可大量補給煤係地層中的含水層，使礦井強烈充水；反之．在地形較陡的情況下，降水大部分形成地表水流流走，補給地下水量就少，如圖一所示。
圖一地形對大氣降水補給含水層的影響示意圖
1－地表 2－含水層
4．基岩出露程度、岩石成分和覆蓋層的作用
如果煤層或基岩岩層出露於地表，其中又有透水岩層，因而能大量吸收地表水，隨著巷道掘進，地表水可大量進入礦井；如果煤層或岩層上麵存在弱透水層或不透水層，如粘土層或砂質粘土層覆蓋，並且厚度穩定，至少在5m以上，則大氣降水和地表水基本不能進行滲透；如果覆蓋層是透水砂層，則水幾乎都可滲入。當煤層頂板為良好隔水層時，可以把水隔開。但在某些地區由於開采地段頂板冒落，並在上部形成裂隙時，地表水可大量進入下部的透水層或巷道中去。
我國華北地區多有基岩出露，堅硬岩層裂隙和岩溶現象顯著，成為水的天然聚積區域，礦井如果不對其加以防治，就會造成大量的水湧入礦井。有時裂隙和石灰岩溶洞是地表水流入礦井的通道，湧水量也會急劇增加。
岩石成分也影響充水程度、膠結很好的沉積岩，如細砂岩、粉砂岩、頁岩、泥灰岩等是弱透水層或隔水層，可以有效地阻擋地表水和大氣降水的滲透，使礦井充水較小。
在石灰岩溶洞發育的礦井中，其充水性很強，對開采的影響很大。如我國華北石炭二疊紀煤田，在其煤係底部為奧陶紀石灰岩，石灰岩中存在大量的岩溶水，如果不及時采取措施，就有可能突然湧入礦井，造成礦井被淹事故。由此可見，在石灰岩溶洞發育的地區，必須調查清楚石灰岩溶洞的分布情況，研究生成過程，以及其補給、循環和排泄的關係，開采時，必須事先探放水，並在危險地區留設防水煤柱等措施
5．地質構造 大量流入礦井的水往往和區域地質構造形態有關。斷層破碎帶常是地下水的通道和聚積區，沿斷層破碎帶可溝通各個含水層，並與地表水發生水力聯係，是造成突然大量湧水的原因，如圖二所示。
圖二斷層破碎帶引起湧水示意圖
1－含水層 2－煤層
但是，也不是所有的斷層都能造成礦井突水事故，一般來說，斷層破碎帶本身儲存的水量並不是很大，主要是與地表水、含水層有溝通，地下水壓力很大，當有足夠力量突破斷層破碎帶和隔水層底板時才會引起突水，對煤礦生產造成威脅，如圖三所示。
圖三斷層湧水示意圖
1－含水層 2－煤層
此外，湧水也與斷層本身透水性有直接關係，根據許多礦井的經驗證明，多數逆斷層透水性差，正斷層透水性強，如果在礦井中有多條斷層，斷層的交叉處是最容易發生突水事故的位置。如果斷層破碎帶充填的是較細的柔性顆粒岩石，如泥岩、粘土、煤粉等，經後期膠結牢固，也可能起到隔水的作用。
6．埋沒的古代地形
許多礦井充水決定於埋沒的古代地形形狀。後期被易透水沉積物所覆蓋的起伏不平的古老侵蝕區，是地下水容易積聚場所。這些地區，不僅一些含水層彼此之間有水力聯係，同時含水層與地表水也有聯係，有時還有古河床的存在，都給礦井充水造成了條件。
二、礦井充水的人為因素
礦井充水的人為因素，包括舊淹沒巷道，未封閉的鑽孔及不正確的開采方法等
1．舊淹沒巷道
舊淹沒巷道在老窯或者廢棄的巷道中，積存著大量的地下水，一旦揭露舊巷道，就會造成嚴重水患，老窯和舊巷湧水時，常帶有大量碎屑物和酸性水，能破壞巷道設施和開采設備。
2．未封閉的鑽孔
當鑽孔未封閉或者封孔質量不符合規定要求時，鑽孔可成為地下水的自然通道，巷道掘進遇到鑽孔時會造成大量湧水。
3．不正確的開采方法
如巷道布置不合理、采煤方法不正確、不能很好排出礦井水的采空區等，都可能造成大量的水流入巷道。當采空區頂板采用垮落法進行采煤時，常引起地表下沉，造成裂隙漏鬥，如果破壞了隔水層，地下水就會湧入工作麵。此外，在斷層含水區由於放炮震動或發生冒頂事故時，也會發生湧水現象，有時會造成突然湧水。如圖四所示
圖四 開采後覆岩破壞形成覆岩破壞三帶、地下水沿裂隙進入工作麵造成水災害
在河穀地區或水體下采煤時，要特別注意巷道設計的合理性，選擇正確的采煤方法，防水措施一定要嚴密周全。
所有礦井的井口，都必須布置在曆年最高洪水位以上，以免造成洪水灌入井下。
三、綜述：
我省100%都是地下開采，煤礦水災是煤礦建設和生產的主要災害之一。由於我國煤田水文地質條件極為複雜，煤礦突水事故時有發生，它不僅嚴重破壞煤礦的正常建設和生產，造成巨大的經濟損失，而且還時刻威脅礦工的生命安全。
煤礦的水來源於地表水和地下水。地表水主要是指礦區附近的江河、湖泊、池潭、水庫和塌陷坑的積水以及雨水、冰雪融化後彙集的水。地下水主要是指含水層、斷層裂隙水和老空水。這些水源可能從各種通道和岩層裂隙滲透進入礦井，當進入煤礦的水量超過礦井的正常排水能力時，就會釀成淹井事故。
所以故有水災害的相關概念的定義如下：
凡是在煤礦開拓采掘過程中，滲入、淋入、流入、灌入和潰入井筒或工作麵的任何水源水，統稱為煤礦水。
凡因井巷、工作麵與含水層、老窯采區、古井、被淹巷道，地表水體或含水的裂隙帶、溶洞、洞穴、陷落柱、頂板冒落帶、構造破碎帶等接通或溝通而產生的出水事故，稱為煤礦突水。
凡影響生產、威脅采掘工作麵或煤礦安全的，增加噸煤成本和使煤礦局部或全部被淹沒的煤礦水，稱為煤礦水害。
由於突水，停電設備故障，山洪泄入，揭露富水層而導致煤礦被淹沒，巷道塌方，礦工被困（淹）井下，稱為煤礦水災害。
針對受水災害的煤礦而采取的搶險排水為主要技術手段，以搶救遇險礦工，恢複被淹煤礦排水能力為目的的一係列技術經濟社會活動，稱為煤礦水災害救治。
根據造成煤礦水害的水源進行分類，我們把煤礦水災害分成四種類型。
1、地表水災害
大氣降水，江河，湖泊等，從井口或采區冒落列席帶，斷層鑽孔等進入，如：平頂山市一小煤礦，洪水直接進入井筒。如：洛陽市新安寺溝煤礦，河水直接與井下的護河煤柱溝通，造成淹井事故。
2、老空水災害
即：古井、小窯、廢巷幾采空區積水，采掘工作麵與之接近或溝通，使水體進入巷道或工作麵，造成事故的，這是無論在國有重點、國有地方及鄉鎮小煤礦是最多的水害事故，都一一發生過。
3、孔隙或裂隙水災害
屬第三係、第四係鬆散含水層孔隙水，有的為頂板砂岩的含水層水；流沙水或泥沙等；有的為地表補給水。當采空區冒落，裂隙導通後，或采麵底板破裂或鑽孔封孔不良，造成突水淹采麵采區，或是淹井的事故。如：永煤集團的陳四樓、車集煤礦，鄭煤集團的米村、裴溝礦等等。
4、岩溶水災害
這主要是屬於薄層或是厚層灰岩水災害，在我省是二1煤以下的七灰、八灰水，采動後，使得水係導通工作麵，造成淹井等事故。我省的焦煤集團、滎鞏煤田、禹州煤田的水害，主要是石炭二疊紀的奧灰水，或寒武紀的寒灰水。如：焦煤、滎陽的王河、平禹的新峰、梁北煤礦等，都是受到這種水的影響。
水害的危害：
1、通過初步統計，各種災害平均每次事故的死亡人數為：瓦斯5.54人，火災0.56人，水災5.58人，冒頂1.18人。可以看出瓦斯和水災每起的死亡率最高，數字驚人。
2、各種災害的損失麵大。平均每起事故計算結果是瓦斯11.52萬元/起，火災13.61萬元/起，水災16.00萬元/起，冒頂3.22萬元/起。其中水災害的損失最高。
3、各種災害的工作日損失統計為瓦斯16954工日，15500工日，水災18590工日，冒頂5222工日，以水災工作日損失最多。
煤礦水災害的成因分析：
1、一些煤礦，特別是鄉鎮小煤礦，在開采設計過程中，對於防治水災害的措施不合理，沒有設計探放水措施，沒有設計防水煤柱等。
2、對煤礦的水文地質分析不夠，特別是探放水不夠，在開采中盲目掘進，造成突水事故。
3、在開采過程中，礦工違章違規操作，造成水災事故。
4、煤礦沒有製定相應的安全規程，裝備不齊全，不到位，導致水災害發生。
5、煤礦供電和排水係統運行可靠性能出現故障，造成煤礦水災害事故。
6、地震，山洪暴發等自然災害引發了煤礦水災還事故等。
從我國我省多年的煤礦水災害救治的理論和實踐表明，目前我國對於煤礦水災害救治缺乏係統性、計劃性和應急性。主要表現在：
沒有從係統高度來分析、計劃和開展煤礦水災害救治工作，從而使得煤礦水災害救治缺乏整體性和計劃性，隻是被動地對水災害采取應急救治措施。
對於煤礦水災害救治的設備以及需要的各種物資缺乏合理和科學的管理和調度製度。
各個專業煤礦水災害救治單位缺乏合理的人員管理和培訓。
各個專業煤礦水災害救治單位之間，專業煤礦水災害救治單位和各個煤礦之間以及專業煤礦水災害救治單位和各種社會物資，專家之間沒有建立信息溝通渠道和信息庫，使得煤礦水災害發生時，不能及時作出反應，同時不能及時得到所需要的救治，搶險物資和各個方麵專家的指導，使得水災害救治的工作效率低下。
各個專業煤礦水災害救治單位現有救治設備缺乏合理的管理和維護，使得在需要設備時，往往不能準確快速的找到，不能及時把設備運往救治現場。
救治缺乏合理的計劃和科學實施手段，主要是憑借救治人員的經驗來進行的。
缺乏高效、適用、可靠的搶險排水技術裝備和技術手段。
四、國內外現狀
1、國內現狀
在突水機理與突水分析方麵，提出了“突水係數”、“等效隔水層”和底板隔水層中的“原始導高”等概念，經多年的試驗觀測與研究，認為底板突水機理是“含水層富水性、隔水層厚度及其存在的天然裂隙與水壓、礦壓（采動活動影響）等因素的綜合作用結果”。對突水分析采用了統計學方法，力學平衡和能量平衡方法。同時，開始應用井下物探技術。如坑道透視法、井下電法、氡氣測定法等來探測充水水源和充水通道，並在研究、、驗證預測突水量的數字模型方麵有了較大的進展。
在煤礦水災害防治技術方麵，煤礦水災害防治技術主要有疏幹降壓和堵水截流等方法。
疏幹降壓是我國煤礦防治水災害的主要技術措施，而堵水截流是我國煤礦防治水災害的重要方法。
2、國外現狀
采用主動防護法，即采用地麵垂直鑽孔，用潛水泵專門疏幹含水層水。德國就研製了高揚程（700m）、大排量（5000m3/h）、大功率（2000kw）的潛水泵，並且采用電腦自動控製來防水災害。
在堵水截流方麵也有很大的發展，開挖，護壁，清渣，疏水作業，是當前國外先進的堵水截流技術。另外利用挖溝機在鬆散層中修建帷幕，建造地下帷幕方法也愈來愈受到重視。
謝謝大家！
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