金家莊煤業(yè)防治水培訓(xùn)教案
金家莊煤業(yè)防治水培訓(xùn)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(zāi)害之一。透水事故顯然發(fā)生次數(shù)不算高，但是每次事故造成的人員傷亡和經(jīng)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(chǎn)的重要性。
第一章
礦井水災(zāi)的危害
在煤礦生產(chǎn)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(shè)備的費用，使煤礦生產(chǎn)成本增加，生產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備就越多，排水所用的費用就越高，增加了原煤的生產(chǎn)成本。
三、礦井水對礦井內(nèi)的金屬設(shè)備、鋼軌和金屬支架等具有腐蝕作用，大大縮短了生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命。
四、為了防止礦井水害威脅，有時需要留設(shè)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(dāng)?shù)V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(chǎn)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(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，實屬不易，而人為因素也是發(fā)生水災(zāi)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(nèi)水源
的分布情況及其相互連通的關(guān)系等水文地質(zhì)情況不清楚或掌握不準確，盲目施工。
二、井筒位置不適當(dāng)，假如井筒位置選擇在當(dāng)?shù)?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(dāng)，或因?qū)Ψ篮樵O(shè)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(zāi)害。
五、工程質(zhì)量低劣，井巷嚴重塌落，導(dǎo)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(guān)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(shè)備平時維護不當(dāng)，水倉不按時清挖，突水時排水設(shè)備失效而淹井。
總之，只要摸清水災(zāi)發(fā)生原因，采取措施，加強管理，提高防治水平，貫徹“預(yù)防為主、疏堵結(jié)合、綜合治理”的方針，嚴格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)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(yù)兆
每一個礦井在各種水害發(fā)生前都有一定的預(yù)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(yīng)該及時報告，查清原因，采取措施，做到防患于未然。
第四章
預(yù)防礦井水害的主要措施
在礦井生產(chǎn)過程中，要根據(jù)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(gòu)造位置和水文情況，以便采取以下預(yù)防措施，防止礦井發(fā)生水害。主要技術(shù)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(dāng)?shù)貧v史最高洪水位;同時，在雨季準備足夠的防洪物質(zhì)，確保降雨不致灌入井口。
2》防止地表滲水。井田范圍內(nèi)的回流等地表水，應(yīng)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(yīng)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(chǎn)的水壓。
4》超前探放水。當(dāng)采掘工作面接近可能出水的地區(qū)或有出水預(yù)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(shè)防水煤(巖)柱。井田內(nèi)遇有含水層或水體時，必須留設(shè)防水煤(巖)柱，使生產(chǎn)區(qū)域與水源隔開，確保開采安全。
2》注槳堵水
3》構(gòu)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(diào)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(yīng)根據(jù)《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(yīng)靠近巷道的一側(cè)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(yīng)沿著風(fēng)流通過的上山巷道撤退。當(dāng)老窖積水涌出、使有毒有害氣體增加時，應(yīng)立即佩戴好自救器。
三、妥善避災(zāi)
當(dāng)撤退路線被堵塞時，應(yīng)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(zāi)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(zāi)，等待礦上派人救援。
在避災(zāi)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(gòu)造突水災(zāi)害治理
1. 概況
蘆溝煤礦設(shè)計年產(chǎn)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(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，礦井投產(chǎn)后，一直沒有達到設(shè)計生產(chǎn)能力，近幾年產(chǎn)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(gòu)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(gòu)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(jīng)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(dāng)時判定為奧灰、寒灰水，其主要依據(jù)：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(gòu)造分析
本次突水水源明確，突水位置基本清楚。從當(dāng)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(dǎo)通奧灰水，所以在淹井之初，判定突水構(gòu)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(gòu)造，其滑動構(gòu)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(shè)計思路
原設(shè)計是在突水點位置基本準確、突水水源清楚、導(dǎo)水構(gòu)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(fù)礦時間，設(shè)計的基本思路是：探注結(jié)合，一孔多用，堵截結(jié)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(shè)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(dāng)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(jié)束后，探明突水點構(gòu)造不是正常的斷層破碎帶，而是滑動構(gòu)造，其導(dǎo)水特點從線狀轉(zhuǎn)為面狀導(dǎo)水，堵水難度增加。因此，對第二期工程進行了調(diào)整：①將原設(shè)計中西巷加固注漿孔調(diào)整到封堵西部煤巷漏水的地段;②在車場巷道應(yīng)力集中地區(qū)再增加注漿孔;③布設(shè)檢查加固孔，檢查薄弱地帶的注漿情況。
(2) 注漿工藝及技術(shù)參數(shù)
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(shè)計要求。一期工程注漿結(jié)束后，進行了試排水，由于水泥未達到凝固時間，加上突水構(gòu)造與原設(shè)想不符，堵水率僅達 50 %左右。根據(jù)一期工程新揭露地質(zhì)資料和鉆孔透視資料，重新對該突水點地區(qū)的構(gòu)造情況進行了分析，二期工程中在薄弱地帶又布設(shè)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(shè)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(jù)在鉆進中透巷后進尺快、不漏水，所取巖芯為煤、水泥結(jié)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(jié)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(shè)計要求。根據(jù)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(dǎo)水通道已被漿液完全充填，成為一片近于不透水的巖層，經(jīng)綜合分析，認為檢1孔結(jié)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(fù)生產(chǎn)。
4. 主要治理技術(shù)
蘆溝礦滑動構(gòu)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(nèi)同類煤礦突水治理過程中是少見的，由于滑動構(gòu)造使含水層直接接近了煤層，因此治理水害的關(guān)鍵是改造含水層為隔水層，這就要注入較多的優(yōu)質(zhì)水泥材料，堵水難度大大增加。本次堵水主要治理技術(shù)有以下方面。
(1) 科學(xué)布孔
突水后，綜合分析突水點地質(zhì)構(gòu)造，首先確定了第一期工程的布孔原則，然后根據(jù)一期工程所揭露的地質(zhì)構(gòu)造為滑動構(gòu)造后，及時修改了設(shè)計，進行了科學(xué)布孔，為本次工程快速堵水成功奠定了基礎(chǔ)。
(2) 采用新技術(shù)、新方法
根據(jù)各注漿孔的設(shè)計目的，在施工中采用的組合鉆具、齒輪鉆頭、化學(xué)泥漿、定向?qū)?、旋噴護壁技術(shù)等，為快速注漿堵水提供了條件。
(3) 立體注漿
本次滑動構(gòu)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(nèi)領(lǐng)先水平。
這次滑動構(gòu)造快速治水復(fù)礦技術(shù)為同類型礦井水害的治理提供了可借鑒的經(jīng)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(dāng)年突水，當(dāng)年治水，當(dāng)年恢復(fù)生產(chǎn)，豐富和完善了煤礦治水救災(zāi)的新技術(shù)和經(jīng)驗。
