金家莊煤業(yè)防治水培訓教案
金家莊煤業(yè)防治水培訓教案
日期 2011.4
編制 張慶春
前言
俗話說：“水火無情”。礦井水害是煤礦五大自然災害之一。透水事故顯然發(fā)生次數不算高，但是每次事故造成的人員傷亡和經濟損失卻比頂板、機電、運輸、爆炸事故大的多。
由此可見，礦井防治水對煤礦的正常生產的重要性。
第一章
礦井水災的危害
在煤礦生產過程中，常常會遇到水害的威脅，發(fā)生不同程度的透水事故，輕者要增加排水設備的費用，使煤礦生產成本增加，生產條件惡化，管理困難。重者造成傷忙或淹井事故，直接威脅職工安全和國家財產安全。
其主要表現(xiàn)歸納以下幾個方面：
一、頂板淋水大，巷道空氣濕度增大，對工人的身體健康和勞動都會帶來一定的影響。
二、礦井水的水量越大，需要安裝的排水設備就越多，排水所用的費用就越高，增加了原煤的生產成本。
三、礦井水對礦井內的金屬設備、鋼軌和金屬支架等具有腐蝕作用，大大縮短了生產設備的使用壽命。
四、為了防止礦井水害威脅，有時需要留設防水煤柱，影響了煤炭的回收和充分利用，有的甚至無法在開采。
五、當礦井的涌水量高于礦井的排水能力或突然潰水時，輕者造成礦井停產或局部巷道被淹沒，重者造成人員傷忙，甚至礦毀人亡。
第二章
礦井水害發(fā)生的原因
礦井水害發(fā)生，究其原因不外乎自然和人的兩大原因。
自然原因，主要是我國地質構造條件復雜，實屬不易，而人為因素也是發(fā)生水災的主要原因，防水工作做好了，水害事故的發(fā)生可大大減少。
造成礦井水害的原因歸納如下：
一、水及資料不清，盲目施工。對礦井田內水源
的分布情況及其相互連通的關系等水文地質情況不清楚或掌握不準確，盲目施工。
二、井筒位置不適當，假如井筒位置選擇在當地 最高洪水位以下的河谷或洼地，一旦暴雨襲來，山洪暴發(fā)，就可能造成淹井事故。
三、麻痹大意
四、地面防洪、防水措施不當，或因對防洪設施管理不善，暴雨山洪沖毀防洪工程，使地面水涌入井下，造成災害。
五、工程質量低劣，井巷嚴重塌落，導致強含水層突水。
六、管理不善，井下無防水閘門或雖有閘門但未及時關閉，礦井突水時不能發(fā)揮堵截作用。
七、礦井排水能力不足或排水設備平時維護不當，水倉不按時清挖，突水時排水設備失效而淹井。
總之，只要摸清水災發(fā)生原因，采取措施，加強管理，提高防治水平，貫徹“預防為主、疏堵結合、綜合治理”的方針，嚴格執(zhí)行“預測預報、有掘不探、先探后掘、先治后采”的探放水原則。淹井事故是可以避免的。
第三章
礦井水害發(fā)生前的預兆
每一個礦井在各種水害發(fā)生前都有一定的預兆，先歸納如下：
一、巷道掘進工作面空氣溫度降低，感到發(fā)涼。
二、掘進工作面空氣潮濕，濕度異常增大。
三、煤壁或掘進工作面，兩幫巖層潮濕(俗稱
“發(fā)汗”)有水銹(俗稱“掛紅“)
四、掘進工作面壁幫滲水，且逐漸增大。
五、有時可聽見嘶嘶水流或低爆響聲。
六、礦壓增大，煤巖破碎，裂隙發(fā)育，出現(xiàn)運幫、冒頂及底鼓等現(xiàn)象。
七、局部冒頂，有涌水或淋水，且渾濁、含泥沙等。
八、有硫化氫、二氧化碳等氣體逸出。
一旦發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象都是可能發(fā)生水害的征兆，應該及時報告，查清原因，采取措施，做到防患于未然。
第四章
預防礦井水害的主要措施
在礦井生產過程中，要根據礦井的具體條件和采掘工程的進展情況，觀測各種水源的變化，掌握地構造位置和水文情況，以便采取以下預防措施，防止礦井發(fā)生水害。主要技術措施可以歸納為：“防、排、探、放、疏、截、堵”
一、 控制水源
1》 防止井口灌水。井口位置標高位置必須高于當地歷史最高洪水位;同時，在雨季準備足夠的防洪物質，確保降雨不致灌入井口。
2》防止地表滲水。井田范圍內的回流等地表水，應盡可能改道;排干低洼積水，以免地表水滲水入井下。
3》疏水降壓。應受水害威脅和水害的礦井于采區(qū)進行降壓，以達到安全生產的水壓。
4》超前探放水。當采掘工作面接近可能出水的地區(qū)或有出水預兆時，必須堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，超前進行探放水。
二、截斷通道
1》留設防水煤(巖)柱。井田內遇有含水層或水體時，必須留設防水煤(巖)柱，使生產區(qū)域與水源隔開，確保開采安全。
2》注槳堵水
3》構筑防水墻和防水閘門。
第五章
礦井發(fā)生透水時的自救互救方法
一、 鉆眼是發(fā)生透水征兆
在鉆眼是發(fā)現(xiàn)從眼中往外涌水并逐漸增加，有透水可能，要立即停止鉆眼，禁止往外鉆桿，立即加固周圍巷道支架，并及時向礦調度室報告。
二、安全撤離現(xiàn)場
情況緊急時要立即組織人員撤離現(xiàn)場到安全地點。在條件允許的情況下應根據《作業(yè)規(guī)程》規(guī)定的路線，迅速撤退到透水地點以上的巷道。而不能進入透水地點附近或以下的獨頭巷道。在涌水巷道中撤退時，應靠近巷道的一側抓撈支架。電纜、鐵管，盡量避開壓力水流和泄水主流，并注意水中沖來的木料、矸石等物。如果撤退時迷失方向，應沿著風流通過的上山巷道撤退。當老窖積水涌出、使有毒有害氣體增加時，應立即佩戴好自救器。
三、妥善避災
當撤退路線被堵塞時，應選擇離礦井安全出口最近或地勢最高的巷道暫避，甚至可以爬上巷道頂部的冒落空間持救，嚴禁盲目潛水逃生等冒險行為。
上山巷道在礦井涌水時，由于巷道里面的壓縮空氣的作用，往往水位低于其它地點的水位，而不會將巷道全部淹沒，避災人員在該處有維持生命的條件，很多案例都證明了這一點。所以，礦井透水時，現(xiàn)場體的侵蝕。同時，因為老窖積水有毒，千萬不要喝。人員可撤退到附近的上山獨頭巷道避災，等待礦上派人救援。
在避災時要注意防止因老窖積水帶來的有害氣
第七章
一、 蘆溝煤礦滑動構造突水災害治理
1. 概況
蘆溝煤礦設計年產原煤 60萬t，采用立井分水平開拓方式，現(xiàn)開采二1 煤，煤層平均厚 6.4m，傾角20～25°。由于煤層不穩(wěn)定，地質構造、水文地質條件復雜，礦井投產后，一直沒有達到設計生產能力，近幾年產量只有50萬t左右。該井田共有 4個主要含水層：新生界含水層、煤系砂巖裂隙含水層、太原組薄層灰?guī)r含水層、奧陶與寒武系巖溶裂隙含水層。前兩個含水層對礦井不構成威脅。太原組薄層灰?guī)r從上向下主要有L7-8和L1-3 3個含水層，其中L7-8灰?guī)r上距二1煤底4～10m，礦井主要巷道布置在該層灰?guī)r中，是礦井正常涌水量的主要來源之一;L1-3灰?guī)r上距二1煤底約 60m，q =0.1707～2.140 l/s·m，正常情況下并不對礦井安全構成威脅，由于與奧灰很近(2～10m)，常與奧灰水溝通，在一定條件下，成為礦井突水的直接或間接水源。奧陶、寒武系碳酸鹽巖厚度大(470m) ，巖溶發(fā)育不均，q=0.70～27.66 l/s·m，動靜儲量大，是威脅礦井安全的主要突水水源。
2. 突水原因分析
(1) 突水經過
1997年元月，26采區(qū)下山在做外環(huán)水倉時，在拐角處遇一落差為1.5m的小斷層而出水，初始涌水量很小，為 3～5m3 /h，向前掘進 44m后，水量突然增大，3月29日水量達到 60 m3 /h，停止掘進后， 4月30日達到 120 m3 /h， 5月3日2 3時水量突增到450～500 m3 /h，到 5月 4日 4時40分，突水點最大涌水量達3 440.6 m3 /h，礦井總涌水量 4187.6 m3 /h，超過中央泵房的排水能力，礦井全部被淹。
(2) 突水水源
突水水源當時判定為奧灰、寒灰水，其主要依據：從5月 4日突水至 5月 8日 6時，奧灰長觀孔6—補78(距出水點180m處)及長觀孔1 (距出水點 2500m)水位分別下降 8.85m和 1.89m;其二是突水的水量大，水源豐富。
(3) 突水構造分析
本次突水水源明確，突水位置基本清楚。從當時的鉆探情況來看，出水點煤層底板下距奧灰約80m，南距邊界魏寨斷層90m左右，并留有隔水煤柱，若僅因在外環(huán)水倉掘進時遇到落差 1.5m的小斷層是不可能穿透厚達 80m的二疊石炭系地層導通奧灰水，所以在淹井之初，判定突水構造為魏寨支斷層，且距魏寨斷層較近。
突水后鉆探查明，魏寨斷層在此段已演化為斷裂滑動構造，其滑動構造面在此呈上凸的透鏡狀，南北約100m，東西方向尚未完全控制，突水點就位于這樣一個面的弧頂一帶，底板隔水層厚度僅0.5～0.6m，加上落差 1.5m小斷層，巨大的靜水壓力及礦壓的共同作用，使奧灰、寒灰水直接突破底板隔水層涌入巷道(圖18.2、圖18.3)。
3. 注漿堵水
(1) 設計思路
原設計是在突水點位置基本準確、突水水源清楚、導水構造不太確切的情況下制定的，為了少走彎路，快速堵水，以盡量贏得排水復礦時間，設計的基本思路是：探注結合，一孔多用，堵截結合，堵源為主。整個工程分兩個階段進行，第一期工程 5個孔先封堵突水點進行試排水，其中一孔要命中巷道，充填骨料，防止其它孔注漿時向巷道大量跑漿，設計終孔層位距二1煤底 60～80m。
圖18.2 2 6下山堵水工程鉆孔平面布置圖
注1 —注5為一期工程;注6 —注1 0 、檢1 孔為二期工程
圖18.3 注漿孔剖面圖
第二期工程暫按 3個孔施工，以加固封堵 26下山集中運輸巷接近斷層地段下盤奧灰水，當封堵到一定程度后，即可進行排水，在排水過程中引流注漿以提高注漿封堵速度及可靠性。
第一期工程結束后，探明突水點構造不是正常的斷層破碎帶，而是滑動構造，其導水特點從線狀轉為面狀導水，堵水難度增加。因此，對第二期工程進行了調整：①將原設計中西巷加固注漿孔調整到封堵西部煤巷漏水的地段;②在車場巷道應力集中地區(qū)再增加注漿孔;③布設檢查加固孔，檢查薄弱地帶的注漿情況。
(2) 注漿工藝及技術參數
骨料灌注采用水力射流孔口密閉的防噴灌注系統(tǒng)，水骨比為5:1～10:1，注骨料僅在注1孔中進行，要求所注骨料基本填滿出水點附近巷道。注漿系統(tǒng)采用機械化程度高、勞動強度低、污染小的攪拌系統(tǒng)，可連續(xù)制漿、注漿，整個系統(tǒng)由供電、供水，儲供灰、制漿、注漿、輸漿、止?jié){等 7個部分組成，平均日注灰量達到 316t，最高日注灰量達 472t，漿液密度為1.3～1.8，受注點的注漿終壓不小于受注點靜水壓力的2～3倍，即孔口壓力達到 3MPa，最終吸漿量不大于 50 l/min，穩(wěn)壓時間不小于 20 min，注漿材料為砂子和散裝水泥，添加劑選用三乙醇胺和食鹽。
(3) 注漿施工
本次堵水工程從施工過程上分為一期工程 (1997年5月1 3日～ 8月1日)和二期工程 (1997年8月1日～1 0月2 0日 ) 2個階段，一期工程完成 1個透巷孔和 4個注漿孔，完成鉆探總進尺 2015.88m，從 6月 30日起分19段次進行立體注漿，共注入水泥 7502.34t，每段注漿壓力或壓水試驗都達到了設計要求。一期工程注漿結束后，進行了試排水，由于水泥未達到凝固時間，加上突水構造與原設想不符，堵水率僅達 50 %左右。根據一期工程新揭露地質資料和鉆孔透視資料，重新對該突水點地區(qū)的構造情況進行了分析，二期工程中在薄弱地帶又布設了5個注漿孔和 1個檢查加固孔，鉆探總進尺2414.67m，分 23段次進行注漿，共注入水泥 4063.16t，每段注漿和壓水試驗均達到了設計要求。檢1 孔于9月17日開鉆，僅用13d時間就在孔深333.06m成功透巷。根據在鉆進中透巷后進尺快、不漏水，所取巖芯為煤、水泥結石體、巖塊等相互混雜的情況判斷，出水點附近的巷道已被充滿，但水泥漿在混入煤屑后凝結不好，強度差，所以用稠漿對巷道進行了高壓旋噴及補充注漿，共注水泥 104.8t，最后壓力達 4.0MPa以上，吸漿量小于 40 l/min，在巷道底板以下 2.45m即見到L7-8灰?guī)r，在 348.60m見到寒灰，所取巖芯裂隙，多被方解石和水泥充填，達到了設計要求。根據注漿區(qū)觀測孔及長觀孔的水位判斷，出水點一帶的含水體及導水通道已被漿液完全充填，成為一片近于不透水的巖層，經綜合分析，認為檢1孔結束后，可以進行排水，所以從 10月 7日 8時開始正式排水，到 1997年 10月 20日副井已排至- 15m水平，礦井開始恢復生產。
4. 主要治理技術
蘆溝礦滑動構造帶特大突水治理工程僅用 5個多月時間，堵水率達 100 %，其速度之快，在國內同類煤礦突水治理過程中是少見的，由于滑動構造使含水層直接接近了煤層，因此治理水害的關鍵是改造含水層為隔水層，這就要注入較多的優(yōu)質水泥材料，堵水難度大大增加。本次堵水主要治理技術有以下方面。
(1) 科學布孔
突水后，綜合分析突水點地質構造，首先確定了第一期工程的布孔原則，然后根據一期工程所揭露的地質構造為滑動構造后，及時修改了設計，進行了科學布孔，為本次工程快速堵水成功奠定了基礎。
(2) 采用新技術、新方法
根據各注漿孔的設計目的，在施工中采用的組合鉆具、齒輪鉆頭、化學泥漿、定向導斜、旋噴護壁技術等，為快速注漿堵水提供了條件。
(3) 立體注漿
本次滑動構造的注漿采用圍繞突水點附近，在不同層段，采用大規(guī)模間歇性立體注漿，效果是顯著的，一方面為提前排水創(chuàng)造了條件，另一方面有效地控制漿液流失和無限擴散的問題，防止了不必要的材料浪費。
(4) 大規(guī)?？焖僮{
在需要大量注漿時期，采用大規(guī)模多系統(tǒng)快速注漿，平均日注水泥 316t，日最高注水泥 472t，居國內領先水平。
這次滑動構造快速治水復礦技術為同類型礦井水害的治理提供了可借鑒的經驗，僅用 137d就完成鉆孔11個，進尺 4430.55m，共注入水泥11565.50t，堵水率達 100 %，實現(xiàn)了當年突水，當年治水，當年恢復生產，豐富和完善了煤礦治水救災的新技術和經驗。
