书城教材教辅煤矿职工安全教育手册
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第14章 水灾事故的防治措施(1)

1.常见矿井水的来源

矿井涌水常见的来源有以下几种:

(1)地表水。大气降水的渗入或流入,往往是开采地形低洼且埋藏较浅的煤层的主要水源,在雨季表现得尤为明显。地面上的河流、湖泊、水库、池塘水,也会渗入和流入井下成为矿井水。地表水能否成为矿井水源,除开采深度条件外,还与地层构造和采煤方法有关。

(2)地下水。有些岩层具有空隙、裂隙或溶洞并含有地下水,称之为含水层。流砂层和砾石层中的水叫孔隙水,石灰岩含水层中的水叫溶洞水,砂岩中的水属于裂隙水。地下水是可以流动的,并不断接受地表水的补给,开采越深水压越高,裂隙、溶洞越大含水也越丰富,它是井下最直接、最常见的水源。当井下巷道或回采工作面一旦揭露这些含水层时,水便会突出,危害性较大。

(3)老空水。过去采过的小煤窑以及矿井里废弃的旧巷道,常常有很多积水。当采掘工作面与它们打透时,很短时间内会有大量水涌入,来势凶猛,造成透水事故,破坏性很大。

(4)断层水。有的断层带内会积存水,断层还常常将不同的含水层连通,有的甚至与地表水相通。当开拓掘进或采煤接近或揭露这样的断层时,断层水便会涌出。

井下发生的水灾,有时是一种水源造成的,有时是几种水源同时造成的,并且要有通道把水释放出来。因此,要把矿井水的来源与通道都搞清楚,做到心中有数,就可以防患于未然。

2.煤矿发生水灾的种类和原因

(1)开采江、河、湖、水库等地表水影响范围内的煤层时,一旦雨季因洪水爆发水位高出拦洪堤坝或冲毁井口围堤,水便会直接由井口灌入矿井。

(2)井筒在冲积层或强含水层中开凿时,如果事先不进行处理,就会涌水,特别是砂砾层,水砂会一齐涌出,严重的会造成井壁坍塌、沉陷、井架偏斜,使凿井无法继续进行。

(3)在顶板破碎的煤层中掘进巷道,因放炮或支护不好发生冒顶,或回采工作面上部防水岩柱尺寸不够,当冒落高度和导水裂缝与河湖等地表水或强含水层沟通时,会造成透水。

(4)巷道掘进时与断层另一强含水层打通,就会造成交水。断层带岩石破碎,各种破裂面及石灰岩裂隙溶洞突水威胁较大。

(5)由于采掘地点离含水层太近,隔水岩柱的抗压强度小,抵抗不住静水压力和矿山压力的共同作用,巷道掘进后经过一段时间的变形,引起底板破裂,承压水突然涌出。

(6)石灰岩溶洞塌落形成的陷落柱内部,岩石破坏,胶结不良,往往构成岩溶水的垂直通道。当巷道与它掘通时,会引起几个含水层水同时大量涌入,造成淹井。

(7)地质勘探时打的钻孔封孔质量不好,就成为各水体之间的垂直联络通道,当巷道或采面与这些钻孔相遇时,地表水或地下水就会经钻孔进入矿井,造成强烈涌水。

(8)回采工作面或巷道遇到老空或旧巷道的积水区时,会在很短时间里涌出大量的水,这是煤矿比较常见且破坏性很大的一种水灾,有时也会造成人身伤亡。

发生矿井水灾的根源,在于水文情况不明、设计不当、措施不力或管理不善,人的思想麻痹也是一个原因。具体来说有以下几个方面:

(1)地面防洪、防水措施不周详,或有了措施不去认真执行,暴雨山洪冲破了防洪工程,致使地面水灌入井下。

(2)水文地质情况不清,井巷接近老空、充水断层、陷落柱、强含水层,未事先探放水,盲目施工,造成突水淹井或人身事故。

(3)井巷位置设计不合理,接近强含水层等水源,施工后在矿山压力和水压的共同作用下,发生顶底板透水。

(4)乱采乱掘,破坏了防水煤、岩柱,或者施工质量低劣,平巷掘进腰线忽高忽低,造成顶板冒落,接通了强含水层透水。

(5)积水巷道位置测量错误或资料遗漏、不准,新掘巷道与它打通,或是巷道掘进的方向与探水钻孔的方向偏离,超出了钻孔控制范围,就可能掘透积水区。

(6)井下未构筑防水闸门,或虽有防水闸门但未顺利及时关闭,在矿井发生突水的情况下,不能起堵截水的作用。

(7)井下水泵房的水仓不按时清理,致使容量减少,或者水泵的排水能力不足,在矿井发生突水时,涌水量大于排水能力,而且持续的时间很长,采取临时措施也无法补救时,矿井就可能被淹没。

只要我们搞清水灾发生的原因,有针对性地采取措施,加强管理,矿井水灾是可以避免的。

3.井下出水的一般征兆

煤层或岩层出水之前,一般都有一些征兆,如工作面变得潮湿,顶板滴水或淋水,岩石膨胀,底板鼓起,工作面压力增大,片帮冒顶,巷道断面缩小,支架变形,等等。此外,比较明显的征兆还有:

(1)煤层里有“吱吱”的水叫声,甚至有向外浸水的现象,这是因为附近有压力大的含水层或积水区,水从煤层的裂缝向外挤出造成的。

(2)煤层“挂汗”,就是煤层上结成小水珠,说明前面有地下水。

(3)工作面发潮,甚至有淡淡的雾气,由于水分蒸发吸热而使空气变冷,一进去就有阴凉的感觉,前面不远可能有地下水。

(4)如果闻到工作面有臭鸡蛋气味,用舌头尝渗出来的水感到发涩,把水珠放在手指间摩擦有发滑的感觉,就可以肯定前面有老空水;另外,老空水发红,很像铁锈水,如果发现煤壁上“挂红”,也是出水信号。

以上说的这些征兆,并不是每个工作面透水之前都一定要全部出现,有时可能发现一两个,个别情况下征兆不明显,这就要求仔细观察,认真辨别。如果事先发现了这些征兆,就应该把它们的位置在采掘工程图上标识出来,并与地质测量部门取得联系,请他们进一步探查清楚。

如果在掘进或采煤过程中突然出现了出水征兆,有透水危险,要采取果断措施,撤离人员,躲避到安全地点,并及时向矿调度室汇报。

4.突水发生时的预防方法

煤矿井下有时会发生各种不同的突水现象,突水有大有小,情况各不相同。一旦遇有不正常出水现象,就应当注意它的特点,以便分析判断水源,尽早采取措施。

(1)老空水涌出,一般都从上而下,水有色有味,有浅红、浅黄、浅灰等颜色。由于老空水在地下封闭积存时间较长,流出时有臭味,用口品尝时不清淡、不爽口、有涩味。突出时瞬时水量很大,其后水量迅速减小。

(2)地表水渗入井下,其颜色随地表水的颜色而定,雨季洪水渗入井下一般浑黄,有时带有泥沙或地面的杂物,洪水来临时(稍滞后一段时间)水量变大,雨水过后水变清、水量渐小。

(3)含水层突水,由于自然条件千差万别,其出水情况多种多样。弱含水层突水一般从岩层裂缝中涌出,水量小,水质清澈透明,无味,水量达到一定数值后开始稳定,如果不进行封堵,此水会变成长年流水,从而增加矿井涌水量。强含水层突水多发生在深部,工作面靠近断层、岩层破碎带、陷落柱周围。强含水层突水一般也存在水量由小变大的过程,有的先产生底鼓,从岩石裂缝中渗水,随底鼓和岩石裂缝加大而水量变大,水有压力,翻水,由于周围岩石的摩擦,开始水呈灰白色,时而变清,时而变灰白色,底板稳定后水变清。随着突水口通道的加大,水量急剧上升,随后高压水的大量喷出会再次造成岩层破裂,并伴有岩层和水交杂产生的巨响。这时在现场人员要尽快撤离。

井下一旦发生突水事故,在场的工作人员应立即将灾情向矿井调度室汇报。人员必须听从班组长指挥,迅速撤离。

突水时,人员应撤离到上一个水平或地面。井下突然突水,破坏了巷道中的照明和安全退路上的指示牌,人员一旦迷失方向,必须朝着有风流通过的上山巷道方向撤退。这些上山巷道必须与地面相通。

井下发生水灾之后,应立即通知矿山救护队组织抢救。在救护队员没有到达之前,应全部启动排水设备,关闭有关地区的水闸门。

有瓦斯喷出的地区,探水人员或其他工作人员遇有瓦斯喷出时,要戴上自救器,防止中毒。工作地点还应设法加强通风,风机不准关闭。

通往地面的安全出口如果是竖井,人员撤退时需要从梯子间爬梯升井,这时应按次序上,避免抢上和慌乱;爬梯子时,应注意手抓牢,脚蹬稳,保证自己安全,也要照顾别人安全。

人员撤到地面之后,应立即清点人数,向领导汇报。

5.矿井水灾的防治

防治矿井水灾的原则,就是在保证矿井安全生产的前提下,以防为主,防治结合,井上井下结合。矿井水灾的防治方法很多,概括起来可分为:地面防治水和井下防治水。

地面防治水

地面防治水是防止或减少地表水流入矿井的重要措施,是防止矿井水灾的第一道防线。特别是对以大气降水和地表水为主要水源的矿井,更有重要意义。地面防治水工作,首先要有齐全、详细的矿区水文地质资料。要搞清矿区地貌,地质构造,地面水情况、降雨量、融雪量及山洪分流分布和最高洪水位等,并标在地形地质图上。然后,根据掌握的资料,有针对性地采取措施,主要有:慎重选择井口位置;修筑防洪堤和挖防洪沟;河流改道,铺设人工河床;填堵漏水区,修筑防水沟及排涝等。

(1)慎重选择井口位置。在设计中选择井口和工业广场标高时,应按《规程》规定,高于当地历年最高洪水位,保证在任何情况下不至于被洪水淹没。

在特殊条件下,确难找到较高的位置或需要在山坡上建筑井筒,则必须修筑坚实的高台或在井口附近修筑可靠的防洪堤和防洪沟等,防止洪水灌入矿井。

(2)河流改道及铺人工河床。当有河流经过矿区,对矿井有影响时,可以将河改道,把地表水引出矿区,但河流改道,往往工程量大,投资多。如受客观条件限制无法改道时,可以在矿井漏水地段用黏土、混凝土等铺设人工河床,防止河水渗入井下。

(3)填堵漏水区及修筑排水沟。当有老窑、采空区和岩溶塌陷等漏水区时,小者可以用新土填堵夯实,大者可以在漏水区上方迎水流方向修筑排水沟,防止地表水流入漏水区。

(4)疏导排水。对矿区内大面积积水,可开掘疏水沟或安设水泵将积水排走。修筑排水沟时,要避开煤层露头,裂隙和透水层,严防地表水渗入井下(俗称“两挖一让路”)。

井下防治水

井下防治水工作是一项十分艰巨细致的工作,在开采的各个环节都要防治井下水。通常要掌握地质水文资料。

(1)掌握矿井的水文地质资料。水文地质资料是制定防水措施的依据。因此,必须掌握井田范围内冲积层的含水透水情况,含水层和老空水的情况,可能出水的断层和裂隙分布位置,采动后顶板破碎及地表陷落情况。将上述有关资料标注在采掘工程平面图上,划定出安全开采范围。

(2)探放水。当采掘工作面接近含水层、被淹井巷、断层、溶洞、老空积水等地点,或遇到可疑水源以及打开隔水煤柱放水时,都必须贯彻“有疑必探,先探后掘”的原则。

①探水的起点。由于积水范围不可能掌握得很准确,探水的起点至可疑水源必须留出适当的安全距离。我国一些煤矿的经验,必须在离可疑水源75~150米以外开始打探水钻,有时甚至在200米以外就开始打钻。

②探水钻孔的布置。采用边探边掘时,总是钻孔钻进一定距离后,才掘进巷道,且钻孔的终止位置对巷道的终止位置始终保持一段超前距离,这样就留有相当厚的矿柱,以确保掘进工作的安全。

在煤层中一般应保持超前距20米;在层中一般应保持超前距5~10米。帮距是指中心孔的孔底位置与外斜孔的孔底之间的距离。在超前掘进工作面20米范围内,一般为3米。因为老塘巷道宽度一般为3米,帮距不大于3米,能保证探水的效果。密度是指探水孔的个数,一般为3~5个。即1个中心孔,2~4个与中心孔成一定角度以扇形布置的斜孔。

探水钻孔布置应考虑地质条件,如:煤层走向的变化及夹石分布规律,以免判断错误。钻孔布置应考虑矿井排水能力,巷道坡度及断面等因素。探水孔的直径,应根据水量大小而定,一般为75毫米。若水量很大,需放水时间很长,可以适当加大孔径或增加孔数。