煤矿地质 [**煤矿地质防治水培训教案]

  **煤矿地质防治水培训教案

  

  

 第一章   **煤矿水文地质基本情况

 一、含水层

 **井田含水层可划分为四种类型:第四系松散孔隙潜水含水层、煤系地层砂岩裂隙承压含水层、石炭系上统**组岩溶裂隙承压含水层和奥陶系中统石灰岩溶裂隙含承压水层。

 1、奥陶系中统石灰岩溶裂隙承压含水层:

 水位标高目前为795m。从目前开采揭露的陷落柱的数量来看,岩溶较为发育。**组岩溶发育的程度为浅埋区强于深埋区。但存在明显的不均衡性。上马家沟组岩溶发育,富水性强。

 2、石炭系上统**组灰岩岩溶裂隙承压含水层:

  **组为下组煤的赋存地层,煤层底板到奥灰岩O2的距离为50多米。主要含水层为L1~L5薄层石灰岩,总的厚度约为30m,占整个**组厚度的30.68%,属于灰岩聚集区。水位标高470—550m。本组灰岩在井田外围东部沟谷中出露,由东向西埋深逐渐增大。

 3、煤系地层砂岩裂隙承压含水层:

 二叠系下统裂隙承压含水层和下统下石盒子组、上石盒子组、石千峰组砂岩裂隙承压含水层组成。山西组砂岩为K3砂岩和S4—S5砂岩是本段的主要含水层,也是3、4#煤层开采的主要充水水源含水层。水位标高776.6m。二叠系砂岩以K4、K5、K6、K7砂岩为主,总厚度50m左右。以构造裂隙为主,向深部裂隙发育程度逐渐减弱。水位标高754.7m,径流方向为西。

 4、第四系松散孔隙潜水含水层:

  第四系松散孔隙含水层主要受大气降水、河流补给,分布于沟谷河流两侧及山麓地段。富水性好,第四系全新统成条带状分布于黄河河谷。井田外黄河河谷宽约200m,为近代河流冲积层,砂砾石层的厚度一般小于10m,易于接受大气降水和河流入渗补给,形成强富水潜水含水层,但易受污染,水质较差,并且对煤矿生产不构成威胁。

 二、隔水层

 1、上组煤底板隔水层

 上组煤层在全采区厚度比较稳定,底板标高在+300m~600m之间,为一单斜煤层。底板岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩互层。厚度为65m左右,比较稳定。

 2、下组煤底板隔水层

 下组煤底板到奥陶系灰岩顶部大约50多米,整个矿区该煤层底板厚度不一,从30m到60m不等,岩性以砂岩、泥岩、砂质泥岩、铝土质泥岩互层为主,底界(奥陶系灰岩顶面)为山西式铁矿,呈透镜状、鸡窝状分布,以褐铁矿及团块状黄铁矿为主,其上为深灰、褐色粘土岩。

  3、水文地质概况

 **矿区位于**单斜构造之上,在水文地质单元上属**泉域岩溶水系统。井田南部受聚财塔断层阻水作用,基本上为一承压水斜地,地下水径流方向主要向南~南东,水位标高794~802m。

 4、矿井充水因素

 山西组煤层以顶板进水为主,煤层顶板砂岩含水层构成直接充水含水层。地下水沿开采形成的导水裂隙带。其次是开采过程中临近采空区的采空积水,另外由于封闭不良钻孔、陷落柱和断层等因素也存在奥灰水进入矿坑的可能。

 **组煤层开采以顶板进水为主,煤层顶板灰岩含水层构成直接充水含水层。同时**组煤层开采后导水裂隙带的发育高度接近山西组煤层采空区,加之山西组煤层开采对底板的扰动破坏,山西组煤层的采空区积水也是矿井充水的主要因素;另外由于封闭不良钻孔、陷落柱和断层等因素也使奥灰水进入矿坑的可能性随着下组煤距奥陶系灰岩含水层的接近而增大。

  

 第二章  煤矿透水事故的危害

 一、煤矿透水事故基本情况

 煤矿在建设和生产过程中,大气降水、地表水和地下水等通过各种通道进入矿井,淹没井下巷道、采掘工作面和硐室,影响矿井或采掘工作面正常生产,造成工人人身伤亡的事故,称为透水事故。

 二、煤矿透水事故的危害

 1、透水事故造成井下人员伤亡

 透水事故是煤矿五大灾害事故之一。俗话说:“水火无情”、“火烧一线,水漫一片”。煤矿一旦发生透水,可能造成大量井下人员伤亡。

     案例1   2005年8月7日,广东省**市**市大径里煤炭有限公司大兴煤矿发生一起特别重大透水事故,121人死亡,造成直接经济损失4 725万元。

 案例2   2013年9月28日凌晨3时10分,**矿业正升煤矿东翼回风巷发生透水事故,当班入井42人,安全升井30人,井下12名被困人员中2人获救、10人不幸遇难。

 2、透水事故造成煤矿资源财产损失

     煤矿一旦发生透水,还会造成矿山机电设备被淹,甚至淹没采掘工作面、采区或矿井,给煤矿资源财产带来巨大损失。

 3、矿井水增加煤炭开采成本

 由于矿井水的存在,在生产中必须进行排水工作,水量越大,排水费用越高,就会增加原煤成本。

 4、矿井水造成生产作业环境恶劣

 由于矿井水的影响,可造成顶板淋水、底板突水、两帮渗水等现象,使巷道内的空气湿度增高、顶板破碎、两帮松软,对工人劳动条件和生产效率有很大影响。

 5、矿井水缩短机电设备、管材等使用年限

 酸性矿井水的腐蚀作用,使井下机电设备、管材、钢轨、钢丝绳和金属支架等的使用年限大大缩短。

 6、矿井水影响煤炭资源开采利用

 为了预防煤矿透水事故带来的损失,煤矿在开采时必须留设相当规模的防隔水煤柱,使这些煤炭资源不能得到充分开采和利用;有的井田煤层情况虽然较为理想,但由于水文地质条件极复杂,一时也难以建井,或者生产矿井的某区域受到水的严重威胁,一时也难以进行采掘活动,造成采掘衔接紧张。

 7、矿井大量排水使地下水位大幅度下降

 在岩溶水矿区,由于矿井长期大量排水,使地下水位大幅度下降,产生大量的地表塌洞,这种塌洞直径由几米至几十米不等,造成农田塌陷、民房倒坍、河流中断、交通破坏等。

 第三章  矿井发生透水事故时的预兆

 一、矿井突水的一般征兆

 1、煤壁“挂汗”,多成尖形水珠。

 2、煤壁“挂红”,呈铁锈色,这是老空积水的征兆。

 3、空气变冷,煤壁发凉(水的导热系数比煤岩体大)。

 4、采掘工作面出现雾气。当采掘工作面气温较高时,从煤岩壁渗出的积水就会被蒸发而形成雾气。这预示着煤岩壁前方或侧面不远处有含水体。

 5、工作面煤岩比发出水叫声。含水层或积水区内的高压水在向煤岩壁裂隙挤压时,与煤岩壁摩擦会发出“嘶嘶”的声响。有时能听到“哗哗”的空洞泄水声,这是突水的危险征兆。

 6、工作面淋水加大,顶板来压,底板鼓起或产生裂隙并出现渗水。

 7、工作面出现压力水流(或称水线)。工作面出现呈一定压力的水流流出(或谢出),这表明水源已经较近,应密切注意水流情况。若出现水浑浊,说明水源很近;若出水清澈,则水源尚远。

 8、工作面有害气体增加。说明工作面附近有采空区积水。

 9、煤层发潮、发暗。

 10、底板鼓起,由于承压水(或积水区)作用,使巷道或采掘工作面的底板出现鼓起现象。

 二、不同水源的突水特点

 1、工作面底板灰岩水突水特点

 采掘工作面压力增大,底板鼓起(底鼓量有时可达500mm以上);工作面底板产生裂隙并逐渐增大;沿裂隙或煤帮向外渗水,随着裂隙增大,水量增加。当底板渗水量增大到一定程度时,煤帮渗水可能停止,此时水色时清时浊(底板活动时水变混浊,底板稳定时水色变清)。有时出现顶底板破裂,沿裂缝有高压水喷出,并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声;或底板发生“底爆”,伴有巨响,水大量涌出,水色乳白或呈黄色。

 2、冲积层水突水特点

 突水部位开始出现发潮、滴水。滴水逐渐增大,仔细观察可发现水中有少量细砂;如果隔离煤柱留的过小,工作面顶板冒落后,裂隙沟通冲积层,涌水量突增并出现流砂。流砂常呈间歇性,水色时清时浊。

 3、断层水突水特点

 在断层附近岩层较为破碎,所以一般会出现工作面来压、淋水增大现象。断层水一般补给较充足,多属“活水”,很少有“挂红”现象,水味发甜。在岩巷掘进遇到断层水,有时能在岩缝中见到“淤泥”,底部出现射流现象,水呈现黄色。

 4、采空积水突水特点

 采空积水多属积水时间长久、水中溶解的杂质多、水量补给较差的水源,一般称为“死水”。其特点是出现“挂红”,水的酸度大,水味发涩,有腐蛋气味。

  

 第四章   井下水害事故预防

 一、探放水原则

  根据《煤矿防治水规定》中第九十二条中的要求当“采掘工作面遇有下列情况之一的,必须确定探水线,进行探放水:

  1、接近水淹或者可能积水的井巷、老空或者相邻煤矿;

 2、接近含水层、导水断层、暗河、溶洞和导水陷落柱;

 3、打开防隔水煤(岩)柱进行放水前;

 4、接近可能与河流、湖泊、水库、蓄水池、水井等相通的断层破碎带;

 5、接近有出水可能的钻孔;

 6、接近水文地质条件复杂的区域;

 7、采掘破坏影响范围内有承压含水层或者含水构造、煤层与含水层间的防隔水煤(岩)柱厚度不清楚可能发生突水;

 8、接近有积水的灌浆区;

 9、接近其他可能突水的地区。

 探水前,应当确定探水线并绘制在采掘工程平面图上。

 二、打钻注意事项及突发事件处理

 1、井下探放水应当使用专用的探放水钻机。严禁使用煤电钻探放水。

 2、安装钻机进行探放水前,应当清理巷道,挖好排水沟。探水钻孔位于巷道低洼处时,配备与探放水量相适应的排水设备。

 3、在打钻地点或其附近安设专用电话。

 4、在预计水压大于0.1MPa的地点探水时,预先固结套管。套管口安装闸阀,套管深度在探放水设计中规定。预先开掘安全躲避硐,制定包括撤人的避灾路线等安全措施,并使每个作业人员了解和掌握。、

 5、钻孔内水压大于1.5MPa时,采用反压和防喷装置的方法钻进,并制定防止空口管和煤(岩)壁突然鼓出的措施。

 6、在探放水钻进时,发现煤岩松软、片帮、来压或者钻眼中水压、水量突然增大和顶钻等透水征兆时,应当立即停止钻进,但不得拔出钻杆;应当立即向矿井调度室汇报,派人监测水情。发现情况危急,应当立即撤出所有受水害威胁区域的人员到安全地点,然后采取安全措施,进行处理。

 7、探放老空水时,当钻孔接近老空,预计可能发生瓦斯或者其他有害气体涌出的,应当设有瓦斯检查员或者矿井救护队员在现场值班,随时检查空气成分。如果瓦斯或者其他有害气体浓度超过有关规定,应当立即停止钻进,切断电源,撤出人员,并报告矿井调度室,及时处理。

 8、钻孔防水前,应当估计积水量,并根据矿井排水能力和水仓容量,控制放水流量,防止淹井;放水时,应当设有专人监测钻孔出水情况,测定水量和水压,做好记录。如果水量突然变化,应当及时处理,并立即报告矿调度室。

 三、防治水现场三项管理制度内容:

 1、掘进工作面执行允许掘进(停掘)通知单制度;

 通知单由地测部门主办,经地测科长、地测副总及总工程师签字后,下发至调度室及施工队组执行,并同时送达相关领导及部门。通知单必须明确允许掘进时间、地点、班次、距离及范围,并要详细记载通知单编制时间、审批时间、送达时间,要提高通知单的时效性、严密性和严肃性。

 2、采掘开工作面执行当班安全员水情水害监测、汇报制度;

 a) 明确当班安全员为本班水情水害监测员,负责观测、记录、汇报本班水情水害情况,并将水情水害监测纳入班评估内容当中;

 b) 作业点出现透水征兆或工作面水情发生变化,应立即停止作业并及时向调度室汇报。

 3、探放水作业现场及掘进工作面实行图牌板管理制度

 在探放水作业现场和掘进工作面悬挂探放水图牌版及允许掘进通知单执行牌板,指导“探水-掘进-探水”循环作业。

 四、有掘必探执行要求及基本概念(方位角、超前距、帮距、允许掘进距离)

 1、方位角:又称地平经度。是从某点的指北方向线起,依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角。

 2、超前距:探水时从探水县开始向前方打钻孔,在超前探水时,钻孔很少一次就能打到积水目标区,常是探水-掘进-再探水-再掘进,循环进行;探水钻孔终孔位置应始终超前掘进工作面一段距离,该段距离称超前距。

 3、允许掘进距离:经探水证实无任何水害威胁,可安全掘进的长度称允许掘进距离。

 4、帮距:为使巷道两帮与可能存在的水体之间保持一定的安全距离,呈扇形布置的最外侧探水孔所控制的范围与巷道邦德距离称为帮距。

 5、钻孔密度(孔间距):指允许掘进距离终点横剖面上探水钻孔之间的间距。

 五、物探种类与用途

 目前我矿物探仪器有:瞬变探测仪、瑞利波探测仪、高分辨探测仪、全方位探测仪、坑透仪。

 探测工作面构造仪器为:坑透仪、瑞利波探测仪。

 探测工作面水情仪器为:瞬变探测仪、高分辨探测仪、全方位探测仪。

 六、地质构造与防治水有关的概念:

 一、煤层厚度变化的原因及变化特征:

 煤层厚度变化的原因,可以分为原生变化和后生变化两大类。

 1、原生变化

 煤层厚度原生变化是指泥炭层在接受上部沉积物覆盖以前,由于地壳运动、沉积环境变迁等各种地质因素的影响而引起的煤层形态和厚度的变化。原生变化又包括:地壳不均衡沉降、泥炭沼泽古地形影响、河流同生冲蚀,海水同生冲蚀四种原因。

 2、后生变化

 煤层厚度后生变化是指煤层北沉积物覆盖以后,或者整个煤系地层形成以后,由于河流冲蚀、构造变动、岩浆侵入、喀斯特陷落等各种地质因素的影响,而引起煤层形态和厚度的变化。

 二、概念

 1、断层:是破碎面两侧的岩石有明显相对位移的一组断裂构造,也是最重要的地质构造。

 2、陷落柱:由于煤层下伏碳酸盐岩等可溶岩层,经地下水强烈溶蚀形成空洞,从而引起上覆岩层失稳、向溶蚀空间冒落、塌陷,形成筒状或似锥状柱体,故以它的成因和形状取名为岩溶陷落柱,简称陷落柱。

 3、老空:是指采空区、老窑和已经报废井巷的总称。

 4、采空区:是指采煤以后不再维护的空间。

 5、矿井正常涌水量:是指矿井开采期间,单位时间内流入矿井的水量。

 6、矿井最大涌水量:是指矿井开采期间,正常情况下矿井涌水量的高峰值。

 7、带压开采:是指在具有承压水压力的含水层上进行的采煤。

 8、隔水层厚度:是指开采煤层底板指含水层顶面之间隔水的完整岩层的厚度。

 9、煤矿防治水十六字原则:预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采。

 10、煤矿防治水五项综合治理措施:防、堵、疏、排、截。

 11、积水线:指经过调查核实后的积水边界线。

 积水线实际上就是小煤窑采空区的边界范围,其深部界线应根据小煤窑的最深下山划定。

 积水线是经过分析原有小煤窑开采图纸,走访有关小煤窑开采的当事人或知情人,经过物探和钻探核定后划定的积水区范围。

 12、探水线:指沿积水线向外推移一定距离而划出的一条界线(如上山掘进时,则为顺层的斜距)。

 探水线是指探放水的起点。当巷道掘进到探水线位置时,开始进行探放水工作。

 探水线外推距离的大小根据积水线可靠程度、水量和水压大小、煤层厚度和硬度以及矿山压力大小等因素来确定。一般为20——100m。

 根据我国煤矿探放水的实践经验,探水线的位置的确定如下:

 (1)对本矿开采造成的老空、老巷、水窝等积水区,其边界位置准确,水压不超过1Mpa,探水线一般在煤层中外推30m以上,在岩层中外推20m以上。

 (2)对本矿井开采所造成的积水区,虽有图纸资料,但不能确定

 积水边界的准确位置时,探水线一般外推60 m以上。

 (3)对有图纸资料可查的老窑,探水线外推60 m以上;对没有

 图纸资料可查的老窑,可根据本矿井已了解到的小煤窑开采最低水平,作为预测的可疑区,.必要时可先进行物探控制可疑区,探水线由可疑区外推100m。

 (4)对已知的断层、陷落柱的探水线,可由断层、陷落柱所留设

 的防隔水煤(岩)柱外推20 m以上。

 (5)**揭露含水层的探水线,水平距离可由含水层的水平最少

 距离外推20 m以上,垂直距离应根据水压和隔水层的岩性等资料综合分析确定其外推距离。

 13、警戒线:指探水线向外推移一定距离而划出的一条界线(如上山掘进时,则为顺层的斜距)。

 当掘进巷道到达警戒线位置时,应该警惕积水的威胁,注意掘进工作面迎头水情有无异常变化,如发现有透水预兆,立即提前实施探放水工作;如无异常变化则继续前进。

 警戒线外推距离的大小根据积水区的位置、范围、水文地质条件及其资料的可靠程度等因素来确定,一般为50-150m。

  

 第五章   矿井水害应急救援预案

 1、井下工作面发生水灾事故后,工作面负责人必须立即向矿调度室汇报,内容包括突水地点、来水方向、涌水量、突水地点人员情况等。

 2、汇报电话:5或8000。

 3、工作面负责人必须组织现场作业人员有秩序的撤离到安全地点。

 4、矿井调度室接到水情报告后,必须马上立即启动《**矿业集团**煤矿突发性水害事故应急救援预案》,根据出水地点、水量等因素,第一时间通知井下所有受水患威胁的人员进行撤离,并告知其撤离方向,然后向值班负责人和矿井负责人汇报,并将水患情况通报周边所有矿井。

 5、水害事故发生后根据实际情况可以把中央水仓、二采水仓、三采水仓、强排泵房同时进行排水。受水害威胁的人员不能撤离到井口时应撤离到就近的避难硐室等候救援。

 6、指挥部成员到达调度室后,按照指挥部的统一部署,各专业组按照各自的分工和总指挥的安排立即展开救援行动。

 7、抢险指挥部应根据突水事故的实际情况,制定抢险方案及安全技术措施,组织抢救;根据事态发展,决定是否请求外部援助,协调物资,设备、医疗、通信、后勤等工作。

 8、地测科必须在第一时间内分析工作面的突水水源、推算突水点的最大涌水量和稳定流量、预计恢复中的各不同标高段的涌水量、并设计恢复过程中的排水量曲线。

 9、通风区必须根据工作面突水位置及出水水量对矿井通风系统的影响范围,及时调整井下通风系统,避免风流紊乱、有害气体超限。

 10、机电科负责工作面抢险救灾设备及配件的储备,并提供井下排水设备及供电。

 11、安监处负责监督事故抢险方案和安全措施的落实,组织或协助对事故的调查工作。

 12、调度室必须立即对井下所有被困人员的数目和被困位置作出统计。

 13、对被困人员所在地高于透水后位置时,可利用打钻等方法供给新鲜空气、饮料及食物;若所在地点低于透水后位置时,则严禁打钻,防止泄压扩大灾情。

 14、工作面作业人员在第一时间没有得到救援后,应该进行自救互救,切莫大喊大叫、乱蹦乱跳、节省体力,寻求机会通知救援人员。

 15、工作面透水量超过排水能力时,应组织人力、物力强行排水,在下部水平人员救出后,可向下部水平或采空区放水。若下部水平人员尚未撤出,主要排水设备受到被淹威胁时,可用砂(粘土)袋构筑临时防水墙,堵住泵房口和通往下水平的巷道。

 16、排除井筒和下山的积水前,通风部门必须制定被水封住的有害气体突然涌出的安全措施,排水过程中,必须有矿山救护队检查水面上的空气成分;发现有害气体,及时处理。

 17、水害事故发生后,矿井应当依据有关规定报告政府有关部门,不得迟报、瞒报、谎报或者漏报。

  

 第六章   矿井水害避灾及自救互救

 一、避灾路线(撤人、自救、互救)

 1、自救、互救

 ①煤矿透水时现场作业人员要迅速撤离灾区

 1>、在突水迅猛的情况下,现场作业人员应避开水头和水流,迅速逼到附近硐室内、拐弯巷道或其他安全地点

 2>、在透水时水流激素来不及躲避的情况下,现场作业人员应抓住棚子或其他牢靠的固定物件,以防被水冲倒、卷跑;或者互相手拉手、肩并肩地抵住水流

 3>、如果在撤退中迷失方向,且安全标志已被冲毁,一般应沿着风流通过的上山巷道撤退

 4>、当透水涌入独头上山的下部时,在万不得已的情况下,现场作业人员可以撤至未被水淹的上山上部暂避。但必须注意该上山上部不得与其他巷道联通或漏气

 5>、当透水发生后人员撤离路线受阻时,如出现冒顶和涌水堵塞去路不能冒险强行通过,应选择安全地点暂避待救

 ②、煤矿透水现场作业人员被围困时应急自救互救

 1>、进入避灾地点以前,应在巷道外口留设文字、衣物等明显标记,以便于矿救援人员能及时发现组织营救

 2>、对避灾地点要进行安全检查和必要的维护。支护不好、捶背不严的要利用附近材料进行处理维持。还应根据现场实际情况,设置挡帘、挡板或挡墙,防止有害气体和涌水的侵入

 3>、在避灾地点进行避灾待救时,应间断地、有规律地敲击铁管、铁锹、铁硼或顶底板,必要时还要发出呼喊声,向外发生求救声

 4>、多人一起避灾时互相取暖,节省使用矿灯

 ③、长期被水围困人员获救后注意事项

 1>、搬动长期被水围困人员时要格外小心,行进速度要缓慢

 2>、禁止用矿灯直接照射遇险人员的眼镜,也不得将他们的眼镜直接暴露在阳光之下。这时,应该使用红布包住矿灯,使光线减弱;在由井下搬运到地面以前,应用床单、衣物等物把遇险人员的眼镜蒙上,使瞳孔逐渐收缩,待恢复正常后,才可以见强光。