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摘要:煤炭是对我国GDP增长、工业经济发展、社会固定资产投资与城乡居民生活有着最直接影响的,随着开采深度的不断加大,煤矿的水文地质条件越来越复杂。本文阐述了煤矿水文地质基础与防治水基本工作,望藉此给煤矿安全生产提供水文地质与防治水基础工作以参考。
关键词:煤矿止水 水文地质 水害防治
1 矿井水害
凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水,都称为矿井水害。
1.1 矿井水害的类型
造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、老窑水和地下水。其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。依据矿井充水水源及水源进入矿井的途径和方式,矿井水害可划分为五种。
地表水水害,水源为大气降水、地表水体(河流、湖泊、水库、沟渠、池塘、泉水、泥石流等);老窑水水害,水源为老窿、废巷及老空区积水;孔隙水水害,水源为第四系、第三系松散含水层(泥沙层、沙砾石层、流沙层),有时与地表水有联系;裂隙水水害,水源:砂岩、砾岩等裂隙含水层的水;岩溶水水害,水源,煤层顶部及底部的灰岩水。
1.2 矿井水的表现形式
凡是在采掘过程中,进入矿井的水,统称矿井水。矿井水进入矿井的方式有渗水、滴水、淋水、突水(涌水、溃水)。因井巷或工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、岩溶带、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而产生的涌水或溃水事故,由于来势猛、时间短、水量大,故称突水。突水点突水量(瞬时溃入矿坑的水量)的等级标准:① 小突水点:Q ≤60m?/h;② 中等突水点:Q>60~600m?/h;③ 大突水点:Q > 600~l 800m?/h;④特大突水点:Q ≥ l800m?/h。
突水量的估算方法,现场实际测量法:在巷道水沟中用浮标法等方法进行实测;容积法:通过计算淹没的巷道及老空区的体积计算总淹没水量;水泵标定法:采用水泵铭牌标定的排水量估算。
2 矿井水文地质类型的划分
2.1划分的主要依据,受采掘破坏或影响的含水层的性质、富水性、补给条件;单井年平均涌水量和最大涌水量;开采受水害影响程度;防治水工作难易程度。
2.2矿井水文地质类型分为:简单类型、中等类型、复杂类型、极复杂类型四种
3 煤矿防治水工作的主要内容
3.1地面防排水工程
地面防治水是指在地面修筑防排水工程,防止或减少大气降水和地表水渗入井下。地面防排水工程是保证矿井安全生产的第一道防线,特别是对于以降水和地表水为主要充水来源的矿井尤为重要。按照“防、堵、疏、排、截”的综合治理原则,常见的防排水方法主要包括:
3.1.1填塞漏水的通道:地面塌陷裂缝、基岩裂隙、溶洞、废弃的小窑井筒等都可能成为降水及地表水直接或间接流入井下的通道,应当用粘土或水泥将其填塞。对于较大规模的塌陷裂缝或溶洞,通常在下部充以碎石,上部复以粘土夯实,并使之稍高出地表, 以防水和泥灌入;挖排洪沟, 排泄积水
3.1.2对漏水河流和冲沟整铺和堵漏:在漏失地段用粘土、料石或水泥对河床或冲沟铺底,构筑不透水的人工河床。
3.1.3河流改道:河流通过矿区,开采后河水有可能沿塌陷裂缝灌入井下时,可在河流进入矿区的上游筑一水坝,将原河流截断,用人工河道将河水引出矿区以外。
3.1.4每次降大到暴雨时和降雨后,必须排专人检查矿区及其附近地面有无异常,发现漏水,必须及时处理。
3.2井下防探水
采掘工作面的防探水,包括防探老空水、防探底板水、防探顶板水、防探断层水、防冲积层水、防钻孔水等等方面的内容, 由于它们的水文地质环境不同,防探水的要求也不尽相同。以防探老空水为例。
3.2.1积水警戒线(探水线)的确定:在采掘工程平面图上, 要求标明积水区的范围及最洼点的具体位置和外缘标高,并外推60m作为积水警戒线(用红色表示)。
3.2.2掘进工作面进入积水警戒线(探水线)后,必须超前探水,并在距积水实际边界2Om处停止掘进,进行打钻放水,在确认积水已被基本放干后,才能继续掘进。
3.2.3老空积水区高于探放水点的位置时,只准用钻机探放水。探老空水,探水钻孔应成组布置,并在平面图上呈扇形,探水孔一般不少于3个。钻孔终孔位置以满足平距3m 为准,厚煤层(厚度大于3.5m)内各孔终孑L的垂距不得超过1.5m。
3.2.4探放老空水的钻孔,一股超前距离不得小于l0~2Om。
3.2.5在预计水压大于lkg/cm2的情况下探水时,应预先固结套管,套管口应安装闸阀。
4 煤矿防治水工作的改进意见
4.1编制和修改煤矿防治水规划和计划,加强水害预测工作
4.2补充开展水文地质工作,进一步查清矿井水文地质条件,采用钻探或物探等方法查清矿井水文地质条件。同时,针对主要含水层和充水因素,必须建立地下水观测系统,进行地下水动态观测、水害预测分析,并制定相应的综合防治措施。
4.3逐步开展和规范井下水文地质观测工作,作好涌水量观测和水质化验工作。应尽快建立矿井涌水量观测制度,分水平设站进行观测:出水点水源情况不清的,要求采取水样进行化验。
4.4完善各项水文地质台帐和水文地质图纸
4.5制定和完善防治水措施
4.5.1根据有关规程制定和完善地面防治水措篪及各种井下防探水措施。
4.5.2井下防探水措施包括:采煤工作面防顶板水、防探老空水、防探底板水、防探断层水、防钻孔水、防冲积层水措施等。
4.5.3在上述需要探放水的地区,都必须确定探水线,掘进工程到达探水线时,必须先探后掘。探放水前, 必须编制探放水设计。
4.6完善矿井排水设备和排水设施
以上各项工作,煤矿应结合自己的特点,认真进行研究,找准自己防治水工作中存在的主要问题,有计划、有步骤、有针对性地逐步完善和规范煤矿防治水工作,把煤矿防治水工作提高到一个新的水平。
5 小节
通过结合基本的水害原理、地质分析对水文地质基础和防治水基本工作介绍,能够使工程技术人员掌握水害防治基础工作、普及煤矿防治水的基本知识、了解煤矿防治水的基本要求和把握好水害防治的基本方向,为煤矿安全生产改进防治水工作提供参考。
参考文献
[1]李增学.煤矿地质学.煤炭工业出版社; 第1版,2009-3
[2]李飞.煤矿防治水精细化管理标准.中国矿业大学出版社; 第1版,2012-5
[3]卫修君等.煤矿水的灾害防治与资源化.煤炭工业出版社; 第1版,2008-01
关键词:煤矿止水 水文地质 水害防治
1 矿井水害
凡影响生产、威胁采掘工作面或矿井安全、增加吨煤成本和使矿井局部或全部被淹没的矿井水,都称为矿井水害。
1.1 矿井水害的类型
造成矿井水害的水源有大气降水、地表水、老窑水和地下水。其中地下水按其储水空隙特征又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。依据矿井充水水源及水源进入矿井的途径和方式,矿井水害可划分为五种。
地表水水害,水源为大气降水、地表水体(河流、湖泊、水库、沟渠、池塘、泉水、泥石流等);老窑水水害,水源为老窿、废巷及老空区积水;孔隙水水害,水源为第四系、第三系松散含水层(泥沙层、沙砾石层、流沙层),有时与地表水有联系;裂隙水水害,水源:砂岩、砾岩等裂隙含水层的水;岩溶水水害,水源,煤层顶部及底部的灰岩水。
1.2 矿井水的表现形式
凡是在采掘过程中,进入矿井的水,统称矿井水。矿井水进入矿井的方式有渗水、滴水、淋水、突水(涌水、溃水)。因井巷或工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、岩溶带、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而产生的涌水或溃水事故,由于来势猛、时间短、水量大,故称突水。突水点突水量(瞬时溃入矿坑的水量)的等级标准:① 小突水点:Q ≤60m?/h;② 中等突水点:Q>60~600m?/h;③ 大突水点:Q > 600~l 800m?/h;④特大突水点:Q ≥ l800m?/h。
突水量的估算方法,现场实际测量法:在巷道水沟中用浮标法等方法进行实测;容积法:通过计算淹没的巷道及老空区的体积计算总淹没水量;水泵标定法:采用水泵铭牌标定的排水量估算。
2 矿井水文地质类型的划分
2.1划分的主要依据,受采掘破坏或影响的含水层的性质、富水性、补给条件;单井年平均涌水量和最大涌水量;开采受水害影响程度;防治水工作难易程度。
2.2矿井水文地质类型分为:简单类型、中等类型、复杂类型、极复杂类型四种
3 煤矿防治水工作的主要内容
3.1地面防排水工程
地面防治水是指在地面修筑防排水工程,防止或减少大气降水和地表水渗入井下。地面防排水工程是保证矿井安全生产的第一道防线,特别是对于以降水和地表水为主要充水来源的矿井尤为重要。按照“防、堵、疏、排、截”的综合治理原则,常见的防排水方法主要包括:
3.1.1填塞漏水的通道:地面塌陷裂缝、基岩裂隙、溶洞、废弃的小窑井筒等都可能成为降水及地表水直接或间接流入井下的通道,应当用粘土或水泥将其填塞。对于较大规模的塌陷裂缝或溶洞,通常在下部充以碎石,上部复以粘土夯实,并使之稍高出地表, 以防水和泥灌入;挖排洪沟, 排泄积水
3.1.2对漏水河流和冲沟整铺和堵漏:在漏失地段用粘土、料石或水泥对河床或冲沟铺底,构筑不透水的人工河床。
3.1.3河流改道:河流通过矿区,开采后河水有可能沿塌陷裂缝灌入井下时,可在河流进入矿区的上游筑一水坝,将原河流截断,用人工河道将河水引出矿区以外。
3.1.4每次降大到暴雨时和降雨后,必须排专人检查矿区及其附近地面有无异常,发现漏水,必须及时处理。
3.2井下防探水
采掘工作面的防探水,包括防探老空水、防探底板水、防探顶板水、防探断层水、防冲积层水、防钻孔水等等方面的内容, 由于它们的水文地质环境不同,防探水的要求也不尽相同。以防探老空水为例。
3.2.1积水警戒线(探水线)的确定:在采掘工程平面图上, 要求标明积水区的范围及最洼点的具体位置和外缘标高,并外推60m作为积水警戒线(用红色表示)。
3.2.2掘进工作面进入积水警戒线(探水线)后,必须超前探水,并在距积水实际边界2Om处停止掘进,进行打钻放水,在确认积水已被基本放干后,才能继续掘进。
3.2.3老空积水区高于探放水点的位置时,只准用钻机探放水。探老空水,探水钻孔应成组布置,并在平面图上呈扇形,探水孔一般不少于3个。钻孔终孔位置以满足平距3m 为准,厚煤层(厚度大于3.5m)内各孔终孑L的垂距不得超过1.5m。
3.2.4探放老空水的钻孔,一股超前距离不得小于l0~2Om。
3.2.5在预计水压大于lkg/cm2的情况下探水时,应预先固结套管,套管口应安装闸阀。
4 煤矿防治水工作的改进意见
4.1编制和修改煤矿防治水规划和计划,加强水害预测工作
4.2补充开展水文地质工作,进一步查清矿井水文地质条件,采用钻探或物探等方法查清矿井水文地质条件。同时,针对主要含水层和充水因素,必须建立地下水观测系统,进行地下水动态观测、水害预测分析,并制定相应的综合防治措施。
4.3逐步开展和规范井下水文地质观测工作,作好涌水量观测和水质化验工作。应尽快建立矿井涌水量观测制度,分水平设站进行观测:出水点水源情况不清的,要求采取水样进行化验。
4.4完善各项水文地质台帐和水文地质图纸
4.5制定和完善防治水措施
4.5.1根据有关规程制定和完善地面防治水措篪及各种井下防探水措施。
4.5.2井下防探水措施包括:采煤工作面防顶板水、防探老空水、防探底板水、防探断层水、防钻孔水、防冲积层水措施等。
4.5.3在上述需要探放水的地区,都必须确定探水线,掘进工程到达探水线时,必须先探后掘。探放水前, 必须编制探放水设计。
4.6完善矿井排水设备和排水设施
以上各项工作,煤矿应结合自己的特点,认真进行研究,找准自己防治水工作中存在的主要问题,有计划、有步骤、有针对性地逐步完善和规范煤矿防治水工作,把煤矿防治水工作提高到一个新的水平。
5 小节
通过结合基本的水害原理、地质分析对水文地质基础和防治水基本工作介绍,能够使工程技术人员掌握水害防治基础工作、普及煤矿防治水的基本知识、了解煤矿防治水的基本要求和把握好水害防治的基本方向,为煤矿安全生产改进防治水工作提供参考。
参考文献
[1]李增学.煤矿地质学.煤炭工业出版社; 第1版,2009-3
[2]李飞.煤矿防治水精细化管理标准.中国矿业大学出版社; 第1版,2012-5
[3]卫修君等.煤矿水的灾害防治与资源化.煤炭工业出版社; 第1版,2008-01