(1)双巷掘进交叉探水。因积水区在上方,上山巷道三面受水威胁,一般应双巷掘进。其中一条适当超前探水、泄水;另一条随后,用来安全撤人。双巷之间每隔30—50m掘一联络巷,并设挡水墙,以便在其中一条上山出水时,水不会窜到另一条上山中去。
(2)双巷掘进单巷超前探水。在倾斜煤层中掘进平巷时,一般是用上方巷道超前探水,探水钻孔布置成扇形,下方巷道为泄水巷,两巷之间每隔30—50m掘一联络巷。
(3)平巷与上山配合探水。在煤层内,准备采煤工作面时,平巷(上风道)应先探水,掘到位置后,然后再施工开切眼,这样既减少开切眼掘进危险性,又减少开切眼掘进时的探水工作量。
(4)隔离式探水。在水量大、水压强、煤层松软和节理发育的情况下,直接探水很不安全,需要采取隔离式探水。如开掘石门时,在石门中预先探放水或在巷道迎头砌隔水墙,在墙外探水。此外,当相邻煤层间距大于20m时,还可采用隔层打孔的方法,探放另一煤层的老窑水。
(四)断层带探放水
据统计,矿井突水事故中有90%以上是位于断裂带或其附近。因此,当采掘工作面将要揭露或接近含水的断裂构造时,都必须进行探水,防止突水事故发生。
1、断层探放水原则与探查内容
(1)断层探放水原则。凡遇下列情况都必须探水:①采掘工作面前方或附近有导水断层存在,但具体位置不清或控制不严时。②采掘工作面前方或附近,预测有断层存在,但具体位置和含(导)水性不清,有可能突水时。③采掘工作面底板隔水层厚度与承受水压都处于临界状态,采掘工作面影响范围内断层赋存情况不清,一旦遇到就可能突水。④巷道揭露或穿越断层无突水征兆,但隔水层厚度及实际水压接近临界状态,工作面回采时可能突水。⑤井巷工程在浅部穿越断层时已证实不含(导)水,但深部有可能突水时。⑥根据井巷工程和断层防水煤柱留设的特殊要求,必须查明断层时。⑦采掘工作面接近推断导水断层100m时,或距已知含(导)水断层60m时。⑧采区内小断层使煤层与强含水层距离缩短时,或采区内构造不清、含水层水压大于2—3 Mpa时。
(2)断层水探查的主要内容。①查明断层位置、落差、走向、倾向、倾角,断裂带宽度、充填物和充填程度,断层的导水性与富水性。②查明断层两盘断裂带裂隙、岩溶发育情况、两盘对接部位的岩层及其富水性。③查明煤层与强含水层的实际间距(即隔水层的实际厚度)。④查明断层探水孔不同深度处的水压、水量、冲洗液消耗量,确定或判断底板水在隔水层中的导升高度。⑤通过放水试验和连通试验查明断层导水性、富水性以及通过断层的侧向补给水量,为安全采掘和制定矿井防治水措施提供实际资料与理论依据。
2、断层探放水方法
断层探水方法与探老窑水方法相仿,但探水钻孔孔数要比探老窑水少,一般为三个孔,钻孔布置方式按探查目的不同略有差异。
(1)探查工作面前方已知或预测含(导)水断层。一般先布置巷道掘进前方1号孔,尽可能一钻打透断层,然后再打2号、3号孔,以确定断层走向、倾向、倾角和断层的落差及两盘的对接关系。其中至少有一个孔打在断层与含水层交面线附近。
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(2)隔水岩柱处于临界状态时对掘进工作面前方的探查。沿巷道掘进方向打三个孔,尽量打深,争取一次打透断层,否则就必须留足超前距,边探边掘直至探明断层的确切情况,再决定具体的防水措施。
(3)巷道实见断层,在采动影响后有无突水危险性的探查。一般应向下盘预计采动影响带内打1号孔,探明断层带的含(导)水和水压、水量等情况。若有水,采后就很可能突水;若无水,则还应向预计采动带以下打2号孔,然后根据具体条件,分析突水的可能性和采取相应的防水措施。
3、断层水的预防和处理
根据断层水文地质性质和通过断层导水水源的不同,断层突水及其造成的危害程度也不一样,相应的防治水措施也就不同。
(1)断层带不含(导)水。水源为孔隙、裂隙含水层时,一般没有突水危险,掘进巷道可以直接通过,回采时可以不留防水煤柱,但需加强支护防止塌落冒顶;若水源为冲积层、薄层岩溶含水层及其他水体时,掘进巷道可以通过,但必须先打孔疏放其储存量,证实水压、水量不大时、再过断层带,并加强支护。回采时一般可以不留煤柱。
(2)断层带弱含(导)水,有可能突水的断裂带。①若水源为孔隙、裂隙含水层时,一般情况下,掘进巷道时可以通过,需加强支护,防止冒顶。如水压、水量较大时,应先打孔疏水降压,然后再过断层,并加强支护。回采时可以不留防水煤柱,但应留防冒顶煤柱;②若水源为冲积层、薄层岩溶含水层及其他水体时,巷道掘进时需超前探水,把水压降到安全值以下,再接近或穿过断层带。回采时如隔水岩柱不足,应留设防水煤柱;③若水源为厚层强岩溶水或大型地表水体时,巷道掘进必须进行超前探水,无水时要作压水检查,有水时应封孔绕行或预注浆通过。回采时必须留设断层防水煤柱,水压大于安全值时应疏水降压。 (3)富含水或导水性强、突水可能大的断层。①若水源为孔隙、裂隙含水层时,巷道掘进必须穿过断层时应超前探水、放水,把水压降至安全值以下,并加强巷道支护,保护围岩的稳定性。回采前疏水降压至安全值以下,并留设防塌煤柱,以防止沿断层产生冒顶;②若水源为冲积层、薄层岩溶含水层时,巷道掘进要超前探水,钻孔无水时,用手镐掘进或放小炮通过,但需进行特殊支护,防止滞后出水。水压、水量较大时,应预注浆通过断层或留防水煤柱。回采时应按规定留设防水煤柱;③若水源为厚层强含水层或大型地表水体时,巷道掘进必须进行超前探水,并留设防水煤柱,不得接近和通过。若必须通过时,应打探查构造和含水层勘探孔,待查明条件后绕行或预注浆过断层带。回采时探明断层位置,留足防水煤柱,必要时暂缓开采。
疏放降压技术
所谓疏放降压,是指受水害威胁和有突水危险的矿井或采区借助于专门的疏水工程(疏水石门、疏水巷道、放水钻孔、吸水钻孔等),有计划有步骤地将煤层上覆或下伏强含水层中地下水进行疏放,使其水位(压)值降至某个安全采煤时水位(压)值以下的过程。其目的是预防地下水突、涌入矿井,避免灾害事故,改善劳动条件,提高劳动生产率,它是煤矿防治水的一种重要措施。
疏放工程按其进行时间可分为超前疏放和平行疏放。超前疏放是在井巷开拓前进行;平行疏放是在井巷开拓过程中进行,一直到矿井全部采完为止。疏放方式按其疏放工程所处位置来分,有地表疏放、地下疏放和联合疏放三种方式。 一、地表疏放
地表疏放主要用于超前疏放阶段,是指在需要疏放降压地段在地表施工大口径钻孔,安装深井泵或潜水泵排水,预先降低含水层水位的疏放方法,常用于矿层埋藏浅的露天矿。适用条件是被疏放含水层的渗透性能好,含水丰富。潜水含水层的渗透系数要大于3m/d,承压含水层要大于0.53m/d,疏放降压深度不超过水泵的扬程。地表疏放的优点是施工简单,施工
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期限短,费用较低,安全可靠,且水质未受煤层污染,可供工业和民用供水之用等。根据疏放地段的地质和水文地质条件,疏放降压孔的布置有两种形式:
1、直线孔群,适用于地下水一侧补给时。 2、环形孔群,适用于地下水为圆形补给时。 二、地下疏放
地下疏放用于平行疏放阶段,通常采用巷道疏放(含疏放水平不同)和井下钻孔(防水孔和吸水孔)疏放方式。
1、巷道疏放。当煤层直接顶板为含水层时,常将采区巷道或采煤工作面的准备巷道提前开拓出来,利用采准巷道或专门疏水巷道预先疏放顶板含水层水。如郑煤集团告成煤矿,该矿在开采13 采区的二1煤时,由于滑动构造的影响,二1煤顶板为第三系或二叠系的厚层砂岩,经过物探,其含有较丰富的孔隙裂隙水,为了保证此采区的安全生产,决定把此部分水疏放出来,为此,根据物探资料在13采区二1煤层顶板岩层中设置了三个专门疏水巷(1#、2#、3#),通过几年的观测,取得良好的效果。
2、钻孔疏放。我国不少煤矿煤层上部为砂岩裂隙含水层,其中的裂隙水常沿裂缝进入采掘工作面,造成顶板滴水和淋水,影响采掘作业,甚至在矿山压力作用下,伴随着回采放顶导致大量水涌入井下,造成垮面停产和人身伤亡事故。
对于煤层直接顶板为水量不大的含水层,利用采区和采煤工作面的巷道布置钻孔预先疏放顶板水,降低水头压力,避免回采顶板突水,为采掘工作创造安全条件。其疏放方法有:用打入式过滤器疏放巷道顶部含水沙层或承压含水层水。即在巷道中每隔一定距离向顶板上打钻孔,终孔时立即将打入式过滤器的滤管沿钻孔压入含水层,使顶板水泄入巷道,通过排水沟向外排出。该法适用于巷道顶部离含水层不远(15—20m)的情况下。若含水层离煤层较远,大于30m时,且水量与水压均较大,为消除顶板水对采掘工作的威胁,可由地面打钻孔,向下穿过含水层并与井下疏放巷道或排水硐室相通,将顶板含水层中的水有节制地泄入井下巷道或硐室,然后将水排出地面,此法称直通式放水钻孔。
对于底板水的疏放降压,在方法上与疏放顶板水相同,即在欲疏水降压地段,在巷道中以一定间距向下打疏放钻孔,从钻孔中放出底板承压含水层中的水,构成干扰降落漏斗,使含水层中的水位降到安全水位以下,达到防止底板突水和安全回采的目的。
在井下钻孔疏放过程中,若煤层下伏含水层的水位低于煤层底板,且地下水没有充满整个含水层时,则可在采区或水仓向下部含水层打疏放钻孔,将采区或水仓中的矿坑水下泄于该含水层中。这类疏放钻孔称吸水孔。它具有疏放简便,不需要任何排水设备的优点。 三、联合疏放
水文地质条件复杂的矿井,单一方式的疏放不能满足矿井生产需要时,采用地表疏放和地下疏放相结合的方式称联合疏放。它也包括一矿井疏放达不到疏放目的时,几个矿井同时疏放。
疏干降压开采
随着矿井向深部开采,承压含水层的水头压力越来越大。当在高水压条件下带压开采不能实现时,为了预防承压水突然涌出,就要对含水层采取疏干或降压措施。
疏干,就是把含水层中的水位降到生产工作面标高以下,这样,工作面生产时就不再受承压水的威胁了。可是,疏干采煤只有在含水层水量较小的情况下才能实现;有些含水层水量很大,对这样的含水层强行疏干,会加大排水量,甚至根本无法疏干。对水量大的含水层可以采用少量放水,适当降低水位的办法,使水位保持在工作面以上一定的高度,即使工作面能正常回采,又不致使水突破煤层底板。这样的采煤方法就叫作降压采煤法。
降压采煤是一项困难而复杂的工作,它要研究隔水层厚度、强度、节理裂隙情况,矿山压力对隔水层的破坏情况,还要研究含水层降压的可能性。只有这些条件都能满足采煤要求
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时,降压采煤才能实现。
打钻放水是降压采煤常用的方法,可以在一个地点集中打钻放水,也可以分散在多水平、多条巷道大范围打钻放水。除放水孔以外,还要有一定数量的观测孔,以便了解和控制水压。 降压采煤有时也可能发生突水,所以除了保证有足够的排水能力外,采用降压方法采煤的工作面,采煤时也要注意及时放顶,减少控顶距,防止底版出水。放水孔打开之后就不要随意关闭。工作面上下出口一定要保持通畅。当工作面发现出水征兆时,应停止推进,及时汇报,采取措施加以处理。
带压开采
带压开采是防治水的一种方法。实质上就是利用隔水层的隔水性能,带着水压进行开采的一种方法。它的优点是不修建防治水工程,就可以预测出许多带压开采的安全区,并顺利地把煤炭开采出来。我国的许多煤矿,煤层底板下有丰富的高压地下水,因此,带压开采具有实用价值。
比如,某一个煤层,它的下部有一个强承压含水层,煤层未开采之前,含水层中水的压力压向上方;当含水层上部的煤层采空之后,岩层的原始应力平衡状态遭到破坏,如果含水层的顶板隔水层抵挡不住下部的强大压力,隔水层就要变形,产生底鼓,随之出现裂缝,造成工作面底板出水。如果通过预测得知,煤层底板隔水层能抵挡住下部含水层的强大压力,水不能从煤层底板突出,然后把煤炭安全地采出来,带压开采便算成功了。 带压开采能否成功,决定于三个因素:
1、承压含水层水压力的大小及水量的多少;
2、隔水层厚度及岩层强度,被开采煤层与含水层间的距离越大,出水可能性越小; 3、开采地区地质构造及采煤活动对隔水层的破坏情况,隔水层如果是完整的,断层、裂隙不发育,那么高压水突出的可能性就小。
在带压采煤工作时,放顶工作要快,控顶距越小越好,以便减小地压;工作面内不准丢煤柱,也不要残留木垛、点柱等支撑物;注意底板变化,如有异常应停止采煤和放顶;保持排水设备完好;现场所有人员必须熟悉避灾路线。
注浆堵水技术
当涌水量很大,仅仅依靠排水已不可能或不经济时,注浆堵截水源通道,然后再进行排水。
注浆堵水就是将水泥浆或化学浆通过管道压入井下岩层空隙、裂隙或巷道中,使其扩散、凝固和硬化,从而使岩层具有较高的强度、密实性和不透水性,达到封堵截断补给水源和加固地层的作用,是矿井防治水害的重要手段之一。目前,注浆堵水已广泛用于矿井井筒注浆、封堵突水点、恢复被淹矿井、井巷堵水、过含水层或导水断层、帷幕注浆堵水截流、减少矿井涌水量、底板注浆加固防止突水等方面,并已取得良好的效果。
注浆堵水的适用条件:①当老窑或被淹井巷的积水与强大水源有密切联系时,可先注浆堵截水源,然后排干积水;②当井巷工程必须穿过一个或几个强含水层或充水断层,如不堵截水源,将给矿井生产和建设带来很大困难和危害,甚至无法施工。我国许多矿井在穿过强含水层时,都是利用这一方法的;③当井筒或工作面发生严重淋水,为了加固井壁、改善劳动条件、减少排水费用,可以采取注浆措施;④某些涌水量特大的矿井,为了减少矿井涌水量,降低常年排水费用,亦可采用注浆堵截水源。
底板含水层改造与隔水层加固
在承压区含水层的富水区,强径流带或底板不完整的工作面,采用疏水降压和帷幕注浆难度大、经济不合理时,可通过薄层灰岩含水层注浆改造和隔水层注浆加固。煤层底板注浆改造含水层和隔水层,是沿工作面上下副巷大面积布置注浆钻孔,通过注浆钻孔注浆来充填
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底板含水层或隔水层中的岩溶裂隙和导水裂隙,从而大大减弱含水层的富水性和提高隔水层的强度并切断水源补给通道,使受注含水层被改造为不含水或弱含水层,使隔水层中的裂隙减少增加其强度,实现工作面不突水开采。山东肥城和河南焦作等矿区通过多年的实践探索,总结出在下面两个条件下采用注浆改造方法可取得较好效果:
1、煤层底板薄层灰岩含水层富水性强,单位降深疏水量大于5m3/h.m;突水系数在复杂地段超过0.04Mpa/m;在正常地段超过0.07Mpa/m。 2、工作面存在构造破裂带、导水裂隙带等。
防水闸门和水闸墙
防水闸门和水闸墙是井下防水的主要安全设施,凡水患威胁严重的矿井,在井下巷道设计布置中,就应在适当地点预留防水闸门和水闸墙的位置,使矿井形成分翼、分水平或分采区隔离开采。在水患发生时,能够使矿井分区隔离,缩小灾情影响范围,控制水势危害,确保矿井安全。
一、防水闸门和水闸墙位置的选择原则 1、防水闸门位置的选择原则
防水闸门的位置选择的适当与否,是水闸门能否起到作用的关键问题。一般应注意以下几点:
(1)水闸门应设在对水害有控制性的部位和井下重要设施部位(如井底车场的出入口、受水害威胁地段与其他无水害威胁地段的通道处),能使水害控制在尽可能小的范围内,并考虑水害发生后能恢复生产及绕过事故地点开拓新区的可能。
(2)水闸门的位置应考虑到不受邻区部位采掘的影响,不破坏水闸门的的结构和修筑地点围岩的稳定性及隔水性。
(3)修筑水闸门地点的围岩稳定性和隔水性要好,应尽量避免在软弱岩层或煤层内砌筑。如果在煤层内砌筑必须掏槽使闸身的混凝土和基岩结合在一起。
(4)闸门应尽量修筑在单轨巷道内,以减少掘进量和减少水闸门的规模。 防水闸门必须易于维修和管理,使其经常处于临战状态。
水闸门又分临时性的和永久性的。如预计水量不大,水头压力较小,可修临时水闸门,一旦出水时起到缓冲作用,争取撤出所有人员,并有利于进一步布置抢险工作,并可在水情出现后对其采取加固措施。永久水闸门的施工要求高,投资大,修建时必须慎重研究。
2、水闸墙位置及修建要求
水闸墙也常分为临时性和永久性两种。所谓临时性的就是在有出水威胁的采掘工作面备有堵水材料,一旦突水后迅速将水堵截在小范围内。堵水材料一般用滤水材料,如木板、木垛、草袋等。这种水墙只能起到临时抢险作用,待事后加固。
永久性水闸墙,一般是在开采结束后,永久隔绝有继续大量涌水可能的区段而砌筑的一种永久关闭的挡水建筑。
永久性的密闭防水墙是一项重要的安全措施,技术复杂,投资大,必须保证施工质量。 二、 防水闸门的关闭 1、当井下发生突然涌水或出现突水预兆危及矿井安全时,必须立即作好关闭防水闸门准备工作,同时请示矿务局总工程师,批准后方可关闭防水闸门。正常情况下,由于采区报废或按计划暂停采区生产,要求关闭防水闸门时,须提前写出专题报告(内容包括采区尚余储量、涌水量、充水含水层的静水位、关闭防水闸门原因、今后打算以及关闭防水闸门的安全技术措施),报请矿务局局长批准。关闭防水闸门时,矿长要深入井下检查准备情况,具体指挥关闭工作。
2、关闭防水闸门以前,需先作好以下工作:
(1)将水害影响地区的人员全部撤退,并在各通道口设岗警戒,防止人员误入封闭区;
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