指防治井下突然涌水的措施。
为防止矿山井下发生突然透水灾害,各类矿山可结合采掘特点和具体情况,采取查、探、堵、放四个方面的防治水措施。即查明水源、超前钻孔探水、隔绝水路堵挡水源、放水疏干。
1.查明水源
(1)查明矿井水源应掌握的信息
1)冲积层的厚度、组成,各分层的含水、透水性能。
2)断层的位置、错动的距离、延伸长度、含水导水性质、破碎带的范围。
3)矿井含水层、隔水层的数量、厚度、含水性能及距开采层的距离。
4)旧井老空区的开采时间、深度、范围、积水区域及其分布状况,老空区与现采区的水力联系,旧井口及各空区的标高、界境及矿柱情况。
5)观测现采区顶板破坏情况及地表陷落情况,观测矿井涌水量的变化,进而判断透水灾害的可能性。
6)收集地面大气降水量的历史和现状资料,调查地面水系的水文地质情况,查明地表水体分布范围和水量。
7)通过对探水钻孔和水文观测孔中的水压、水位、水量等的变化的观测,查明矿井水的来源,矿井水与地下水和地表面的补给关系。
(2)研究矿区地下水化学成分,探查老窑水
1)矿井的老窑水具有较高的硬度、矿化度和钙、镁等盐类。
2)地下老窑存水,在强烈的还原条件下,硫酸盐可以大部分转化成硫化氢(H2S),在探查老窑水中,H2S是值得注意的指标。
3)处于停滞状态的地下水,经常会出现亚铁离子(Fe+),所以亚铁离子是老窑水的另一特征。亚锰离子(Mn+)也是探水的指示元素。
4)因为地下水中氡含量的变化与岩溶裂隙的发育程度有关,富水性强、水量大的含水层中,氡(Rn222)的含量相对较低。
(3)利用钻孔测温确定含水段、岩溶发育程度,含水层的补给关系及判断断层的导水性
1)石灰岩富水时,其含水段的热导率大为提高。
2)地下水达到最大循环深度时,水温也达到最高值。地下水上升途中,水温高于岩温,进入排泄区则具有高温度、高梯度、高热流的特点。
3)突然涌水的出水点水温偏低。
如在断层两侧各打观测钻孔,在同一水平测点的两孔温度较大时,说明两孔之间及其附近区间内的含水层没有水力联系。用测孔温差可判断这一断层导水性差。
(4)利用钻孔电磁波透视法探查溶洞积水
该法是新发展起来的勘探石灰岩地区岩溶水源的科学手段。在一个钻孔中放入高频电磁发射机,向高阻的石灰岩层中辐射电磁波,在传播的路径上若遇有溶洞或破碎带,即产生反射或衰减等现象;在另一钻孔中放人接收机,它将收到穿透过岩溶溶洞及其边缘的散射信号,形成了溶洞的阴影。通过阴影的位置、大小可以判断出溶洞的位置、大小和形状。
2.超前钻孔探水
为深入探明矿山水文情况,确切掌握可能造成水灾的水源位置和距离,在采掘工作之前必须超前钻孔探水。有疑必探,先探后掘。
(1)掘进工作面遇到下列情况必须探水前进
1)接近溶洞、含水断层、含水丰富的含水层(包括流砂层、冲积层、风化带等)时。
2)接近可能与河流、湖泊、蓄水池、含水层或大量积水区相通的断层时。
3)接近被淹井巷或有积水的小窑、老空区时。
4)打开隔离煤柱放水时。
5)在灌过泥浆的已熄灭火区下部进行采掘时。
6)上层有积水,在下层进行采掘工作的层间垂直距离小于回采工作面采高的40倍或小于掘进巷道高度的10倍时。
7)采掘工作面发现疑似出水征兆时。
(2)探水的起点——离可疑水源的安全距离
由于积水范围不可能掌握得十分准确,所以从探水的起点至可疑水源必须留出适当的安全距离。
探水区的起点应根据水文资料的可靠程度与积水区的水头压力、积水量大小、迎头岩层的厚度和硬度以及抗拉强度等因素来决定。根据我国煤矿的经验,必须在离可疑水源75~150m以外开始打探孔钻,有时在200m以外就开始打钻探水。
(3)在探水地点开始探水前应进行以下各项安全准备工作
1)加强靠近探水工作面的支护,以防高压积水冲垮岩壁及支架。
2)检查排水系统,应根据预计出水量确定是否加开排水泵,清理水沟、水仓使其畅通及缓冲泄水作用。
3)探水工作面要经常检查瓦斯、硫化氢等有毒有害气体。当CH4含量大于1%时必须停止钻机,CH4含量达1.5%时,必须停止工作。应设法改善通风,使其降到1%以下时,方可开动钻机。
4)水压较大的探水孔要设套管,加装水阀控制放水量。
5)探水工作地点要安装电话,可及时与调度站和中央水泵房联系。
6)制定、检查安全撤退路线及安全出口。
(4)探水钻孔的深度、孔径及布置
1)钻孔深度与超前距离
一般钻孔探水是先探后掘,当钻孔钻进一定深度后未发现可疑突水征兆,方可开始掘进巷道,且钻孔深度对巷道掘进距离应始终保持一段超前距离,以确保掘进工作的安全。
钻孔的超前距离一般不得小于20m,以使工作面前方经常保持不小于20m的保护矿柱。金属矿岩层中的探水钻孔则需超前5~10m。钻孔深度应是掘进距离与超前距离之和,一般为40m左右。即每打一次钻孔可连续掘进20~30m。
2)钻孔直径和孔数
探水钻孔探到积水区以后,即利用探水钻孔执行放水钻孔的任务。因此钻孔直径的大小既要使水顺利流出,又要防止钻孔径大压高而冲垮岩壁,一般探水钻孔直径以不大于75咖为宜。
钻孔数目以工作面前方的中心与上下左右都能起到探水作用为准,故最少应在3个以上。
3)探水钻孔的布置
钻孔布置是否合理,对保障矿井与施工人员安全,节约钻探工程量,提高掘进速度等均有重要影响。布置钻孔时应针对积水资料的可靠程度、积水区周围的地质构造,掘进巷道所在位置与积水区相对关系以及积水压力大小、岩层硬度和厚度等条件具体确定。
一般而言,矿体厚或含水层厚时钻孔应多些;有断层时,钻孔应增加倾向断层方向的个数;探老窑区的钻孔应加密、加深。
3.修筑水闸门和水闸墙及注浆堵水
水闸门由墙体、闸门、管路、仪表组成。在选定的闸址按设计开挖闸巢。水闸门实际上是带门的水闸墙。
水闸门有不同类型。按门硐数分单门硐和双门硐两种;按流水方式可分为不设流水管装置、设流水管并带闸阀、设水沟带水沟闸门的;按闸门外形分为矩形、圆形;按止水方式分为橡皮止水、铅锌合金止水等等。
建水闸门并非就万无一失,还需使用得当,进行良好的维护才能确保安全。
水闸门构筑中应注意的问题:
(1)确定水闸门位置时,必须注意该处的工程地质及水文地质条件,应避开断层破碎带、岩溶发育带、裂隙带,建在岩石坚硬、稳定不渗水的岩层中。同时还要考虑遭受水灾后能有恢复生产或绕过事故区,开拓新区的可能。
(2)施工前应进行周密的设计。所用水泥等原材料一定要合乎标准,严禁使用失效水泥,砂石要洁净,水质要好,配比要严格。浇注后要进行适时养护,并进行压力试验。
(3)水闸门必须精心设计,技术人员亲临现场指挥,精密施工,保证围岩灌浆质量,使门扇与门框紧密接触。
(4)闸门之下所设的短节易卸拆的道轨应保证遇事能快速卸除。水闸门建成后应定时做开启试验,并进行保养维护。
(5)通过水闸门的水沟,应与有阀门的水管相通,管口加铁篦子,并留设观测管孔。
水闸墙是井下用来封闭局部水患区和危险隐患区的有效措施。一般用来封闭充水工作面或采矿场、出水的掘进头、老空区、与地表水体相连的巷道、小窑充水水体以及断层水等。
水闸墙筑前需按设计开挖足够尺寸的闸墙沟巢,墙基可筑成混凝土凸缘基座,也可采用锚杆基座。在墙体的一定部位装有管线和仪表。压力表、测压管是必不可少的;有的墙体还设有检查孔道,在孔道上装有严密的孔盖。墙体还必须设有带高压阀门的放水管。
水闸墙按墙面形式分为弧形水闸墙和平面水闸墙两种。还有抗高压的多段水闸墙。
水闸墙首要的作用是密闭隔水,所以,水闸墙的强、度应大于建墙地点最高水头压力。因此,墙体应有一定的厚度和质量。
水闸墙在构筑中必须注意下列安全要求:
1)应选在围岩坚硬完整,断层裂隙少,不受干扰而稳固的地方构筑水闸墙。建墙的巷道,应选在断面小、两帮坚固的部位。
2)水闸墙的壁后必须注浆加固。
3)为封死水源,彻底消除水患,应实行墙内全面注浆。
4)墙体必须坚牢,整个封堵环节不可出现溃决绕流等薄弱地带,以免造成工程失效。
5)为避免围岩产生裂缝,水闸墙建造过程的凿槽工作绝对不允许使用炸药,只能用风镐或手镐开凿。
6)为防止水闸墙因受硫酸钙、碳酸钙、氧化钙反应的影响而遭到损坏,可用铝钙水泥构筑闸墙的前半部分(厚2m左右)。
水闸墙应有足够的厚度,以确保当最大水压突然冲击时的安全支撑;
平面形水闸墙在单方向承压的条件下,在其反面可能产生拉力,所以平面水闸墙的厚度一般不应小于巷道宽度的一半。
注浆堵水,是将制成的水泥浆液通过管道压入地层裂隙,经凝结、硬化后起到隔绝水源的目的。
注浆堵水的工艺、设备均较简单,效果好,成为国内外矿山、铁路涵洞、水工建筑等方面防治地下水害的有效方法。
注浆堵水,一般在下列条件下应用:
1)当老窑水或被淹井巷水与强大水源的水力联系密切,单纯排水已不可能或不经济时。
2)在建井过程中,当井筒或巷道必须穿过含水丰富的含水层或充水断层时,如不先堵住水源,就不能掘进,无法进行矿井建设。
3)当井筒的工作面淋水严重,井壁失稳水大,为了加固井壁,改善劳动条件,减少排水费用,可以采用注浆堵水措施。
4)某些涌水量特大的矿井,为了减少矿井涌水量,降低无法承担的常年排水费用,亦可采用注浆的办法以堵住水源。
4.放水疏干
对水文地质复杂的大水矿床,按照开采设计的要求,分期、分段预先疏干地下水,或放水已知的老空积水,以防突然涌水而淹没矿井。疏千方式有地表疏干、地下疏干及联合疏干等三种。
地表疏干在地面布置成排的抽水井,内装潜水泵或深井泵抽水。井径一般为300~500min,潜水泵扬程为300~400m,排水量600~700m3/h。井位、井距和井数要根据井的集水能力、设备性能、允许残余水头和季节性水位变化等因素确定。
地下疏干在隔水层布置疏干巷道和疏干洞室,向强含水层、断裂带、溶洞群、地下河、采空区积水等处打放水钻孔,放出地下水。放水钻孔有水平或倾斜的丛状孔,放水孔均装有能控制放水量的孔口管和阀门。
联合疏干当含水层深度大、透水性上强下弱,宜在上部采用地表疏干,下部用地下疏干。
——摘自《安全科学技术百科全书》(中国劳动社会保障出版社,2003年6月出版)