水災(zāi)防治原則:當(dāng)前與長遠(yuǎn) 局部與整體 地面與井下 防治與利用相結(jié)合
綜合治水措施: 防、疏、堵、截、排
一. 地面防治水
1. 合理確定井口位置
2. 整治河流
3. 堵塞地面導(dǎo)水通道
4. 修筑截水溝
5. 防止地表積水
6. 加強(qiáng)地面防治水工程的檢查
有關(guān)《規(guī)程》規(guī)定見第141頁 第254、255、256條
二. 井下防治水
(一) 水文觀測和礦井地質(zhì)工作
1. 水文觀測工作
⑴收集地面氣象、降水量和河流等水文資料;
⑵通過探水孔和水文觀測孔,觀測各類水源的水壓,水位和水量變化規(guī)律,分析水質(zhì),查明各水源之間的關(guān)系;
⑶觀測礦井涌水量的季節(jié)變化規(guī)律等。
2. 礦井地質(zhì)工作
⑴沖積層的厚度、組成、富水性、透水性;
⑵斷層和裂隙的位置、斷距、破碎帶范圍、導(dǎo)水性等;
⑶含水層和隔水層的數(shù)量、位置、厚度、厚度變化和隔水層三帶的劃分情況;
⑷老空水情況及老空的上、下三帶情況;
⑸開采過程中圍巖的破壞情況;
⑹陷落柱的賦存情況;
⑺勘探鉆孔的封孔情況等。
(二) 井下防治水技術(shù)
1. 井下探放水
2. 疏(放)水降壓
(1) 疏放老空水
①直接放水;
②先堵后放;
③先放后堵;
④先隔后放。
(2) 疏放含水層
①地面疏放水;
②巷道疏干頂板水;
③鉆孔疏放頂板水;
④鉆孔疏放底板水;
⑤泄水巷疏放底板水;
⑥隔水層中存在弱含水層時(shí)注漿提升安全水頭值;
⑦截源堵截水。
(3) 疏放水注意事項(xiàng)
①放水前,根據(jù)預(yù)計(jì)的積水量、水位標(biāo)高、水倉容量和排水能力等,作出放水設(shè)計(jì)并報(bào)上級批準(zhǔn);
②探到水源后,水量不大時(shí),一般可用探水孔放水;水量很大時(shí),需另打放水鉆孔。放水鉆孔直徑一般為50-75mm,孔深不大于70m;
③正式放水前,應(yīng)進(jìn)行放水量、水壓試驗(yàn),以便擬定放水順序和控制放水量,做到安全放水;
④放水過程中要隨時(shí)注意水量變化、出水的清濁和雜質(zhì)情況,設(shè)專人檢查硫化氫、二氧化碳和瓦斯等有害氣體涌出情況,注意有無特殊響聲,如發(fā)現(xiàn)異常狀況應(yīng)及時(shí)采取措施處理并報(bào)告調(diào)度室;
⑤在放水設(shè)計(jì)中應(yīng)規(guī)定好人員撤退路線,并保證路線暢通,沿途應(yīng)有良好照明。
3.防水隔離煤柱
留設(shè)原則:既能抵抗水壓,又盡量減少煤炭損失
附錄三 防隔水煤(巖)柱的尺寸要求
一、煤層露頭防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
煤層露頭防隔水煤(巖)柱的留設(shè),按下列公式計(jì)算:
1.煤層露頭無覆蓋或被黏土類微透水松散層覆蓋時(shí):
Hf= Hk+Hb (3-1)
2.煤層露頭被松散富水性強(qiáng)的含水層覆蓋時(shí)(圖3-1):
Hf=HL+Hb (3-2)
式中 Hf--防隔水煤(巖)柱高度,m;
Hk--采后垮落帶高度,m;
HL--導(dǎo)水裂縫帶最大高度,m;
Hb--保護(hù)層厚度,m;
α--煤層傾角,(°)。
根據(jù)式(3-1)、式(3-2)計(jì)算的值,不得小于20 m。式中Hk、HL的計(jì)算,參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定。
圖3-1 煤層露頭被松散富水性強(qiáng)含水層覆蓋時(shí)防隔水煤(巖)柱留設(shè)圖
二、含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲?巖)柱的留設(shè)
含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲?巖)柱的留設(shè)(圖3-2)可參照下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:
≥20 m
式中 L--煤柱留設(shè)的寬度,m;
K--安全系數(shù),一般取2-5;
M--煤層厚度或采高,m;
p--水頭壓力,MPa;
Kp--煤的抗拉強(qiáng)度,MPa。
圖3-2 含水或?qū)當(dāng)鄬臃栏羲?巖)柱留設(shè)圖
三、煤層與強(qiáng)含水層或?qū)當(dāng)鄬咏佑|防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
煤層與強(qiáng)含水層或?qū)當(dāng)鄬咏佑|,并局部被覆蓋時(shí)(圖3-3),防隔水煤(巖)柱的留設(shè)要求如下:
圖3-3煤層與富水性強(qiáng)的含水層或?qū)當(dāng)鄬咏佑|時(shí)防隔水煤(巖)柱留設(shè)圖
1.當(dāng)含水層頂面高于最高導(dǎo)水裂縫帶上限時(shí),防隔水煤(巖)柱可按圖3-3a、圖3-3b留設(shè)。其計(jì)算公式為:
L=L1+L2+L3=Hacscθ+HLcotθ+HLcotδ (3-3)
2.最高導(dǎo)水裂縫帶上限高于斷層上盤含水層時(shí),防隔水煤(巖)柱按圖3-3c留設(shè)。其計(jì)算公式為:
L=L1+L2+L3=Ha(sinδ-cosδcotθ)+
(Hacosδ+M)(cotθ+cotδ) ≥20 m (3-4)
式中 L--防隔水煤(巖)柱寬度,m;
L1,L2,L3--防隔水煤(巖)柱各分段寬度,m;
HL--最大導(dǎo)水裂縫帶高度,m;
θ--斷層傾角,(°);
δ--巖層塌陷角,(°);
M--斷層上盤含水層層面高出下盤煤層底板的高度,m;
Ha--斷層安全防隔水煤(巖)柱的寬度,m。
Ha值應(yīng)當(dāng)根據(jù)礦井實(shí)際觀測資料來確定,即通過總結(jié)本礦區(qū)在斷層附近開采時(shí)發(fā)生突水和安全開采的地質(zhì)、水文地質(zhì)資料,計(jì)算其水壓(p)與防隔水煤(巖)柱厚度(M)的比值(Ts=p/M),并將各點(diǎn)之值標(biāo)到以Ts=p/M為橫軸,以埋藏深度H0為縱軸的坐標(biāo)紙上,找出Ts值的安全臨界線(圖3-4)。
Ha值也可以按下列公式計(jì)算:
式中 p--防隔水煤(巖)柱所承受的靜水壓力,MPa;
Ts--臨界突水系數(shù),MPa/m;
10--保護(hù)帶厚度,一般取10 m。
圖3-4 Ts和H0關(guān)系曲線圖
本礦區(qū)如無實(shí)際突水系數(shù),可參考其他礦區(qū)資料,但選用時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮隔水層的巖性、物理力學(xué)性質(zhì)、巷道跨度或工作面的空頂距、采煤方法和頂板控制方法等一系列因素。
四、煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時(shí)防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
在煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水的情況下(圖3-5),防隔水煤(巖)柱的留設(shè)應(yīng)當(dāng)考慮2個(gè)方向上的壓力:一是煤層底部隔水層能否承受下部含水層水的壓力;二是斷層水在順煤層方向上的壓力。
圖3-5煤層位于含水層上方且斷層導(dǎo)水時(shí)防隔水煤(巖)柱留設(shè)圖
當(dāng)考慮底部壓力時(shí),應(yīng)當(dāng)使煤層底板到斷層面之間的最小距離(垂距),大于安全煤柱的高度(Ha)的計(jì)算值,并不得小于20 m。其計(jì)算公式為
≥20 m
式中 α--斷層傾角,(°);
其余參數(shù)同前。
當(dāng)考慮斷層水在順煤層方向上的壓力時(shí),按附錄三之二計(jì)算煤柱寬度。
根據(jù)以上兩種方法計(jì)算的結(jié)果,取用較大的數(shù)字,但仍不得小于20 m。
如果斷層不導(dǎo)水(圖3-6),防隔水煤(巖)柱的留設(shè)尺寸,應(yīng)當(dāng)保證含水層頂面與斷層面交點(diǎn)至煤層底板間的最小距離,在垂直于斷層走向的剖面上大于安全煤柱的高度(Ha)時(shí)即可,但不得小于20 m。
圖3-6煤層位于含水層上方且斷層不導(dǎo)水時(shí)防隔水煤(巖)柱留設(shè)圖
五、水淹區(qū)或老窯積水區(qū)下采掘時(shí)防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
1.巷道在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下掘進(jìn)時(shí),巷道與水體之間的最小距離,不得小于巷道高度的10倍。
2.在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下同一煤層中進(jìn)行開采時(shí),若水淹區(qū)或老窯積水區(qū)的界線已基本查明,防隔水煤(巖)柱的尺寸應(yīng)當(dāng)按附錄三之二的規(guī)定留設(shè)。
3.在水淹區(qū)下或老窯積水區(qū)下的煤層中進(jìn)行回采時(shí),防隔水煤(巖)柱的尺寸,不得小于導(dǎo)水裂縫帶最大高度與保護(hù)帶高度之和。
六、保護(hù)地表水體防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
保護(hù)地表水體防隔水煤(巖)柱的留設(shè),可參照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》執(zhí)行。
七、保護(hù)通水鉆孔防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
根據(jù)鉆孔測斜資料換算鉆孔見煤點(diǎn)坐標(biāo),按附錄三之二的辦法留設(shè)防隔水煤(巖)柱,如無測斜資料,應(yīng)當(dāng)考慮鉆孔可能偏斜的誤差。
八、相鄰礦(井)人為邊界防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
1.水文地質(zhì)簡單型到中等型的礦井,可采用垂直法留設(shè),但總寬度不得小于40 m。
2.水文地質(zhì)復(fù)雜型到極復(fù)雜型的礦井,應(yīng)當(dāng)根據(jù)煤層賦存條件、地質(zhì)構(gòu)造、靜水壓力、開采上覆巖層移動(dòng)角、導(dǎo)水裂縫帶高度等因素確定。
1)多煤層開采,當(dāng)上、下兩層煤的層間距小于下層煤開采后的導(dǎo)水裂縫帶高度時(shí),下層煤的邊界防隔水煤(巖)柱,應(yīng)當(dāng)根據(jù)最上一層煤的巖層移動(dòng)角和煤層間距向下推算(見圖3-7a)。
2)當(dāng)上、下兩層煤之間的垂距大于下煤層開采后的導(dǎo)水裂縫帶高度時(shí),上、下煤層的防隔水煤(巖)柱,可分別留設(shè)(見圖3-7b)。
HL—導(dǎo)水裂縫帶上限;H1、H2、H3—各煤層底板以上的靜水位高度;γ—上山巖層移動(dòng)角;β—下山巖層移動(dòng)角;Ly、L1y、L2y—導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度;L1—上層煤防水煤柱寬度;L2,L3—下層煤防水煤柱寬度
圖3-7多煤層地區(qū)邊界防隔水煤(巖)柱留設(shè)圖
導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度Ly的計(jì)算,可采用下列公式:
≥20 m
式中 Ly--導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度,m;
H --煤層底板以上的靜水位高度,m;
HL--導(dǎo)水裂縫帶最大值,m;
Ts--水壓與巖柱寬度的比值,可取1。
九、以斷層為界的井田防隔水煤(巖)柱的留設(shè)
以斷層為界的井田,其邊界防隔水煤(巖)柱可參照斷層煤柱留設(shè),但應(yīng)當(dāng)考慮井田另一側(cè)煤層的情況,以不破壞另一側(cè)所留煤(巖)柱為原則(除參照斷層煤柱的留設(shè)外,尚可參考圖3-8所示的例圖)。
L-煤柱寬度;Ls,Lx-上、下煤層的煤柱寬度;Ly-導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度;Ha、Has、Hax-安全防水巖柱厚度;HL-導(dǎo)水裂縫帶上限;p—底板隔水層承受的水頭壓力
圖3-8以斷層分界的井田防隔水煤(巖)柱留設(shè)圖
4.帷幕注漿和注漿堵水
⑴應(yīng)用的幾種情況
①井筒掘進(jìn)前遇有多層近距離的含水層,每層Q﹥10m3/h時(shí),
則地面預(yù)注漿;
②井筒掘進(jìn)前遇有多層間距較大的含水層,且單層Q﹥10m3/h時(shí),應(yīng)短探、短注、短掘;
③井筒掘進(jìn)前遇有一層含水層,且Q﹤10m3/h時(shí),則通過后注漿堵水;
④堵大突水點(diǎn)恢復(fù)被淹礦井;
⑤截源堵水減小礦井涌水量;
⑥井巷過含水層或?qū)當(dāng)鄬訒r(shí)。
(2)地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容
①與工程有關(guān)的斷裂構(gòu)造的確切位置、產(chǎn)狀等;
②各含水層因斷裂產(chǎn)生的位移和對接情況;
③工程地段含水層的分布、埋深、層數(shù)厚度及它們之間的水力聯(lián)系情況;
④地下水流速、流向;
⑤含水層的裂隙及發(fā)育部位或區(qū)段;
⑥隔水層或隔水邊界的確切位置,以便圈定工程范圍和選定注漿層位和深度。
(3)開展堵水前、注漿過程中、堵水后三個(gè)階段的水文動(dòng)態(tài)觀測
(5)連通實(shí)驗(yàn)
(6)利用鉆孔和被淹礦井作抽(排)水試驗(yàn),通過工程前后排水資料對比,判定堵水效果
(7)進(jìn)行不同目的的壓水試驗(yàn)
①?zèng)_洗裂隙通道,擴(kuò)大注漿半徑,提高注漿效果;
②測定巖層單位吸水量,具體了解巖層滲透性,為選擇漿液材料、濃度和注漿壓力提供依據(jù);
③帷幕注漿或井筒注漿時(shí),編制出帷幕滲透剖面圖為設(shè)計(jì)注漿孔提供依據(jù)。
5.防水墻
(1)適用范圍:隔絕積水老空、有透水可能的斷層、溶洞造成的泥沙石塊泄出等。
(2)建防水墻需滿足的要求:
①圍巖堅(jiān)固;
②防水墻有足夠的強(qiáng)度和耐腐蝕性;
③墻基與圍巖結(jié)合緊密,不透水、不變形、不位移;
④裝放水管和水壓表。
(3)水閘墻的種類及使用
①平面型:木質(zhì)、臨時(shí)性、用于掩護(hù)永久性閘墻的施工;
②圓柱形:永久性、用于高而窄的巷道
③楔型:永久性
6.水閘門(防水閘門、密閉門、控制閘門)
(1)用于以下情況
①井底車場;
②泵房、變電所;
③突水危險(xiǎn)區(qū)域;
④探水時(shí)設(shè)臨時(shí)水閘門。
(2)水閘門的形狀:矩形和圓形
(3)日常維護(hù)和管理
①有專用技術(shù)管理制度、專責(zé)單位、專人管理、定期檢查維護(hù)
②半年一次關(guān)閉試驗(yàn),其中雨季前一次
③關(guān)閉閘門的工具和配件,有專人專門地點(diǎn)存放,不得挪用或丟失。
(2)水閘門的關(guān)閉
先內(nèi)后外、先深后淺
(3)防水閘門的開啟
先外后內(nèi)、先淺后深
4帷幕注漿和注漿堵水
(1)應(yīng)用的幾種情況
(2)地質(zhì)調(diào)查內(nèi)容
(3)開展堵水前、注漿過程中、堵水后三個(gè)階段的水文動(dòng)態(tài)觀測
(4)連通實(shí)驗(yàn)
(5)利用鉆孔和被淹礦井作抽排水試驗(yàn)
(6)進(jìn)行不同目的的壓水試驗(yàn)
5.防水墻
(1)適用范圍;隔絕積水老空,有透水可能的斷層溶洞造成的泥沙石塊泄出等。
(2)防水墻需滿足的要求。
(3)水閘墻的種類及使用
①平面型
②圓柱形
③楔型
6水閘門
其形狀有矩形和圓形
(1)日常維護(hù)和管理
a) 有專用技術(shù)管理制度、專責(zé)單位、專人管理、定期檢查維護(hù)
b) 半年一次關(guān)閉試驗(yàn),其中雨季前一次
c) 關(guān)閉閘門的工具和配件,有專人專門地點(diǎn)存放,不得挪用或丟失。
(2)水閘門的關(guān)閉
(3)防水閘門的開啟