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我国煤矿水害防治技术及应用1. 我国煤矿水害现状及特点1.1我国煤矿水害现状我国是世界上产煤量最多的国家之一。
原煤总产量的90%以上属井工开采。
然而，我国煤矿地质、水文地质条件总体来讲十分复杂，受水害威胁的煤炭储量约占探明储量的27%，仅华北地区受底板承压水威胁的煤炭储量约为160亿t。
煤矿水害是与瓦斯突出、粉尘爆炸、顶板冒裂、火灾等并列的五大灾害之一，其严重程度仅次于瓦斯列第二。
长期以来，因为煤矿水害而造成的国家和人民生命财产及经济损失极为惨重。
例如，1935年5月13日，山东淄博北大井由于巷道掘至与河水连通的断层带，造成突水，最大瞬时水量648m3/min，350名矿工遇难，矿井停产报废。
直到43年后的1978年才恢复矿井生产；1984年6月2日，开滦范各庄2171综采工作面发生世界采矿史上罕见的陷落柱突水事故，最大突水量2053m3/min，致使范各庄及其周边三对矿井被很快淹没。
为救灾复矿，调集了当时基本上是全球范围内最权威的防治水专家和世界上最大的抽水泵进行抢险。
地面注浆封堵工程规模和场面也是空前的。
水患治理工程及相关工作历时近一年，直接间接经济损失超过5亿元。
另外，据不完全统计，从上世纪80年代至今的20余年里，我国有近250对矿井被水淹没，死亡近9000人，经济损失350多亿元人民币。
仅1995年至2005年11年间共发生各类煤矿水害事故1391起，死亡5280人。
约占各类煤矿事故死亡总数的7.6%，其中10人以上水害事故105起，死亡1881人。
经济损失近210亿元。
特别是最近几年，随着开采条件的变化，各类水害事故发生次数及死亡人数都呈上升势头。
1.2我国煤矿水害类型根据我国不同聚煤区的地质、水文地质特征，结合矿井水危害程度，可将我国煤矿区分为6个水害影响区：华北石炭—二叠系煤田的岩溶—裂隙水水害区；华南晚二叠系煤田岩溶水水害区；东北侏罗系煤田裂隙水水害区；西北侏罗系煤田裂隙水水害区；西藏—滇西中生代煤田裂隙水水害区；台湾第三系煤田裂隙—孔隙水水害区。
我国煤矿水害划分区域和类型6个区域划分：华北石炭二叠纪煤田的岩溶——裂隙水水害区；华南晚二叠纪煤田的岩溶水水害区；东北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；西北侏罗纪煤田的裂隙水水害区；西藏、滇西中生代煤田的裂隙水水害区；台湾第三纪煤田的裂隙—孔隙水水害区8种类型：老窑积水透水水害；地表山洪水害；第四系松散孔隙含水层和第三系含水砂砾层水害；煤层顶板充水含水层水害；煤层底板承压充水含水层水害；岩溶陷落柱水害；断层破裂带突水水害；地表滑坡和井上下泥石流灾害。
矿井突水的定义和危害矿井突水定义：凡是井巷掘进及工作面回采过程中，接近或沟通含水层，被淹巷道，地表水体，含水断裂带，溶洞，陷落柱而突然产生的突水事故成为矿井突水。
突水危害：顶板淋水、煤壁渗水，使巷道内空气湿度加大，威胁矿工生命安全，影响职工的身体健康；矿井水量越大，排水设备和排水费用越高，不仅增加生产成本，降低生产效率，而且增加了管理工作难度；酸性地下水腐蚀井下机械设备，缩短开采机械的寿命；影响煤炭回采率，降低煤质；引起巷道积水，增加井下运输难度，破坏巷道顶底板岩岩层稳定性，支护工作复杂化；矿井涌水量一旦超过排水能力或突然涌水，轻则造成井巷或采区被淹，重则造成人员伤亡和财产损失。
矿井水来源种类自然充水水源：地表水；大气降水；顶板水，底板水，周边水；承压水，潜水，上层滞水；松散孔隙地下水，基岩裂隙地下水，碳酸盐岩岩溶地下水。
人为充水水源：袭夺水，老空水什么是含水层？构成含水层的条件？含水层是指能够给出并透过相当数量水的岩体。
构成含水层，必须具备储水空间、储水构造和良好的补给来源3个条件。
地表水危害：矿井范围内有河流流过且与矿井含水层直接相连，河水渗漏是矿井主要充水水源，地表水渗入将给矿井生产带来很大影响；雨季暴雨引起山洪，泥石流，若矿井井筒位置选择不当地表水量大可能会引起淹井或封堵.....（具体见题2）地表水防治：慎重选择井筒位置；河流改道；铺整河底；填堵通道；挖沟排（截）洪；排除积水；加强雨季前的防汛工作老空水危害：老窑水突出造成人身伤亡并摧毁溃水所流经的井巷工程，破坏生产设备造成生产停滞，降低煤炭采出率，严重时甚至造成淹井，造成巨大经济损失...参考题2....）老空水防治：（课本上P36有防治思路，具体的措施：做好水文观测和地质工作；老窑积水探放水；放水疏干；截水，设防水煤岩柱防水墙防水闸门）老空水突水征兆：（1）煤层发潮、色暗无光（2）煤层“挂汗”。
矿井水灾防治安全知识模版第一章矿井水灾的基本概念和类型一、矿井水灾的定义和特点1. 定义：指煤矿或金属矿山等地下开采作业中，因矿井内积水超过一定限度或突水而造成的危害事故。
2. 特点：突发性强，波及范围广，后果严重。
二、矿井水灾的分类1. 按矿井积水程度分类：轻度积水、中度积水、重度积水。
2. 按突水方式分类：渗水突水、冒水突水、喷水突水。
3. 按突水源头分类：地下水突水、矿井自生水突水、地表水突水。
第二章矿井水灾防治的基本原则一、安全第一1. 将安全放在首要位置，确保人员和设备的安全。
2. 加强安全生产意识，提高员工安全意识和自救自护能力。
二、预防为主1. 加强矿井防渗排水措施，确保水文地质的稳定。
2. 细化预防措施，确保矿井始终处于防灾状态。
三、多级防治1. 采取有效的技术措施，形成多层次防护体系，确保矿井安全。
2. 通过分段排水、巡视检查和预警系统等手段，实现水灾的早期发现和处理。
第三章矿井水灾的防治措施一、提高矿井防水能力1. 加强矿井通风系统的排湿装置，降低矿井湿度。
2. 采取合理放水原则，保持矿井水位稳定。
3. 加强防渗排水系统建设，确保矿井内积水控制在安全范围内。
二、健全矿井水灾预警系统1. 建立并完善矿井水灾预警系统，通过监测设备和网络技术，实现实时监控和预警。
2. 设立报警装置，及时向矿井工作人员发送预警信息。
三、强化巡查检测1. 加大巡查力度，及时发现水灾隐患。
2. 配备专业检测设备，对矿井地质和水文条件进行监测。
四、加强应急预案制定和演练1. 制定完善的应急预案，明确责任分工和紧急处置措施。
2. 定期组织演练，提高人员的应急反应能力。
第四章矿井水灾事故应急处置一、应急预案的实施1. 组织人员按预案组织疏散。
2. 切断电源，避免火灾风险。
3. 尽量将人员迅速救出险区。
二、人员的自救自护1. 切勿恐慌，保持冷静。
2. 寻找高处，避免淹没。
3. 用湿毛巾或衣物捂住口鼻，防止水中溶解性有害气体的吸入。
我国煤矿水害事故的特点及其原因分析水害是仅次于瓦斯爆炸的重特大灾害。
新中国成立以来，全国煤矿重特大水害事故多发，给国家和人民生命财产造成了巨大的损失。
为了认真吸取事故教训，遏制水害事故的频繁发生，对全国煤矿水害事故的特点和原因进行了分析，并提出了相应的对策及建议。
一、我国煤矿水害事故的基本特点(1)群死群伤事故多发。
据统计，新中国成立以来，全国煤矿一次死亡30人以上的水害事故17起，死亡857人；一次死亡50人以上的水害事故8起，死亡526人；一次死亡超百人的水害事故1起，死亡121人，如表1—1所示。
2000～2006年全国煤矿死亡10人以上水害事故61起，死亡1195人，平均每年发生8．7起，死亡171人，如表1—2所示。
(2)多数发生在乡镇小煤矿。
在2000～2006年发生的61起特大水害事故中，按煤矿经济类型划分，其发生数量及死亡人数分别占总事故及总死亡人数的比例为：乡镇煤矿发生43起，死亡845人，占70．5％和70．7％；国有重点煤矿发生8起，死亡160人，占13．1％和13．4％；地方国有煤矿发生10起，死亡190人，占16．4％和15．9％。
(3)透水水源主要是采空区积水。
在2000～2006年发生的61起特大水害事故中，按水害类型划分，其发生数量及死亡人数分别占总事故及总死亡人数的比例为：属采空区(老窑)透水48起，死亡929人，占78．7％和77．7％；属岩溶裂隙水害9起，死亡185人，占14．8％和15．5％；属地表水害4起，死亡81人，占6．5％和6．8％。
(4)透水地点多数发生在掘进工作面。
据统计，在2005年重特大水害事故中，按事故地点划分，其发生数量及死亡人数占总事故及总死亡人数的比例为：掘进工作面发生32起，死亡415人，占66．7％和79．3％；采煤工作面发生14起，死亡100人，占29．1％和19．2％；其他地点发生2起，死亡8人，占4．2％和1．5％。
(5)雨季引发的水害事故较多。
第一章矿井水灾防治第一节基本概念及理论概述第二节矿井防治水第三节矿井突水事故处理一、矿井水灾及其对生产的影响二、矿井充水程度指标三、矿井水灾发生必须具备的基本条件四、矿井水灾的影响因素五、造成矿井水灾的主要原因一、矿井水灾及其对生产的影响矿井水对生产的影响主要表现在以下几方面：（1）由于矿井水的存在，在采掘工作面可能出现淋水，使空气湿度明显增加，顶板破碎，对劳动条件及生产效率影响很大；（2）由于矿井水的存在，在生产中必须进行排水，水量越大，排水费用越高，势必增加煤炭生产成本；（3）矿井水对各种金属设备、钢轨和金属支架等，均有腐蚀作用，这就缩短了生产设备的使用寿命；（4）当井下突然涌水或其水量超过矿井排水能力时，则会造成矿井水灾，给生产带来严重影响。
二、矿井充水程度指标生产矿井常用含水系数（KB ）或矿井涌水量(Q)两个指标来表示矿井充水程度。
1. 含水系数含水系数又称富水系数，它是指生产矿井在某时期排出水量Q（m3）与同一时期内煤炭产量P的比值，即矿井每采1t煤的同时，需从矿井内排出的水量。
含水系数KB的计算公式为KB = Q/P 根据含水系数的大小，将矿井充水程度划分为以下4 个等级：①充水性弱的矿井：KB <2 m3／t ②充水性中等的矿井：KB = 2～5 m3／t③充水性强的矿井：KB = 5～10 m3／t ④充水性极强的矿井：KB >10 m3／t 。
2. 矿井涌水量矿井涌水量是指单位时间内流入矿井的水量，用符号Q 表示，单位为m3／d 、m3／h、m3／min。
根据涌水量大小，矿井可分为以下4个等级①涌水量小的矿井：Q < 2 m3／min ；②涌水量中等的矿井：Q = 2 ～5 m3／min ；③涌水量大的矿井：Q = 5～15 m3／min ；涌水量极大的矿井：Q > 15 m3／min。
3. 矿井突水点突水量等级划分其等级标准是①小突水点涌水量：Q≤1m3／mi ②中等突水点涌水量：1 m3／min < Q ≤10 m3／min ；③大突水点涌水量：10 m3／min < Q≤30 m3④特大突水点涌水量：Q > 30m3／min。
第一章中国煤矿水灾概况第一节煤矿水灾及其防治现状一、我国煤矿水灾事故的基本特点1、重特大水灾事故增多，事故后果严重，社会影响面大。
2、重特大水灾事故多是底板高压突水和老空突水事故。
3、大的水灾事故主要发生在华北煤田。
4、水灾事故与矿井防治水措施落实不到位有着密切的关系。
5、突水事故的高发期往往出现在煤炭工业的快速发展期，矿井超设计能力生产往往是水灾事故孕育和发生的根本原因。
二、我国煤矿水灾事故防治现状从全国各矿区水灾事故防治工作的全局来看，还存在有明显不足的问题，主要表现在：1、矿井水灾防治专业技术人员严重缺乏，对水灾防治工作的重大问题研究深度不够。
2、少数煤矿对水灾防治工作的认识不够深入，投资力度不够，安全技术措施制定不规范，落实不到位。
3、各矿区水文地质工作不够规范，缺少强有力的专业技术措施。
4、尽管有些煤矿建立起了水文地质台账、水文地质图件等，但由于日常的矿井地质工作和水文地质工作不够规范，对矿井水文地质的变化情况掌握不够，对未来水灾隐患预测不够。
5、对矿井的主要突水水源、各含水层的涌水特性、涌水量及突水压力认识模糊，甚至对矿井的正常涌水量和最大涌水量等最基本的参数认识模糊，对带压开采所存在的潜在危险认识不足。
6、个别煤矿由于井田勘探深度不够，对井田内的地质构造掌握不清，对矿井突水机理、容易发生突水的区域、矿井涌水量随季度的变化规律、承压水压得大小认识不足。
7、相当一部分煤矿主排水系统和次级排水系统还不够完善，所配备的排水设备能力偏小，综合排水能力达不到水灾防治要求。
8、主排水系统安全设备存在缺陷，相当一部分乡镇煤矿主排水管路没有实现并联，个别煤矿主排水系统没有实现双回路供电。
9、矿井主水仓不符合《煤矿安全规程》要求，部分煤矿主要水仓容量不够，个别煤矿没有建立副水仓，水仓淤煤没有得到及时清理，水仓的有效容积没有得到充分发挥。
10、相当一部分矿井没有按要求进行每年一度的水泵联合试运转演习，对主排水系统的实际排水能力掌握不够。
11、一些煤矿没有坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，物探工作基本面没有进行，钻探工作不够规范，探水过程中的安全技术措施不够完善，存在盲目掘进、盲目开采的现象。
12、部分矿区注浆堵水工作开展得不够及时，注浆堵水技术普及率太低，专业技术人员缺乏，水灾治理不够及时，造成了很大的经济损失。
三、煤矿水灾事故频繁发生的根本原因1、造成矿井水灾频发的主要原因是水灾防治技术手段推广应用不够，防治水资金投入不足，矿井水文地质基础工作薄弱等。
2、防治水技术手段落后，矿井水灾条件预测的准确度不能满足现代机械化生产的要求，是造成矿井水害的根本原因。
3、没有研制出对含水构造和涌水通道进行准确探查的技术与装备，造成了对矿井导水通道的位置、分布、含水性、导水性等的探测不准确。
所制定的防范措施不到位，缺少针对性，是导致灾难性水灾事故的直接原因。
4、越层越界等非法开采的人类活动所诱发的突水条件和水害隐患，是造成老空、劳窑突水的根本原因。
5、矿井水灾条件的适时监控与预报技术装备的落后，造成了工作面采煤过程中对孕育和发展过程中的水害隐患未能提前预测预报，这是导致特大型突水灾害的重要因素。
四、矿井安全生产对水灾防治技术的基本要求1、矿井水文地质条件的探查和水文地质信息的分析与管理技术，必须满足现代化矿井建设与生产在时间与空间方面的要求。
2、煤层顶、底板含水导水构造的探测精度和探测深度，必须满足现代化矿井巷道采掘构造在速度和空间尺度方面的要求。
3、矿井充水因素的预测预报，必须实现实时性和定量性。
五、煤矿水灾防治技术发展所面临的问题1、加强对现代化采矿条件下矿井底板水突出机理的研究。
2、加强对现代化采矿条件下煤层底板隔水层隔水性能的研究。
3、加强对导水构造探查技术与装备的研发。
4、加强对煤层底板水灾监控预警技术与装备的研究。
5、加强对重大水灾事故快速处理技术与装备的研究。
第二节中国煤矿水灾的区域性特性1、华北石炭二叠系岩溶裂隙水灾区。
2、华南晚二叠统岩溶水水灾区。
3、东北侏罗系裂隙水水灾区。
4、西北侏罗系裂隙水水灾区。
5、西藏-滇西中生代裂隙水水灾区和台湾第三系裂隙、孔隙水水灾区。
第三节矿井水灾的基本类型1、地表水水灾。
2、老窖水水灾。
3、孔隙水水灾。
4、裂隙水水灾。
5、薄层灰岩岩溶水水灾。
第四节矿井水文地质工作的主要内容和技术方法一、矿井水文地质工作的主要内容（一）区域水文地质工作的主要内容1、查明和控制矿区区域水文地质条件，确定矿区所处的水文地质单元的位置，详细查明矿区发育的主要含水层及其各个含水层地下水的补给、径流和排泄条件，区域地下水对矿区的补给关系，矿井地表水系和气象因素与地下水的相互关系及对开采的影响。
2、详细查明矿区含（隔）水层的岩性、厚度、产状、分布范围、边界条件、埋藏条件、含水层的富水性，矿床与顶底板含水层之间隔水层的厚度及稳定性。
着重查明矿区主要充水含水层的富水性、渗透性、水位、水质、水温、动态变化以及地下水流场的基本特征，特别是要查明矿床顶底板隔水层所承受的静水头压力，确定矿区水文地质边界位置及其水文地质性质。
3、详细查明矿区或附近对矿井充水有较大影响的构造破碎带的位置、规模、性质、产状、充填与胶结程度、风化及溶蚀特征、富水性和导水性及其变化、沟通各含水层以及地表水之间相互补给关系的程度，分析构造破碎带及其可能诱发的引起突水的地段，提出开采过程中对含、导水构造的防治方案原则性建议。
4、详细查明对矿床开采有影响的地表水的汇水面积、分布范围、水位、流量、流速及其季节性动态变化规律，历史上出现的最高洪水位、洪峰流量及淹没范围。
详细查明地表水对井巷可能的充水方式、地段和强度，并分析论证其对矿床开采的影响，提出开采过程中对地表水的防治方案原则性建议。
5、对于煤层与含（隔）水层多层相间的矿区，应详细查明开采煤层顶、底板主要充水、含水层的水文地质特征和隔水层的岩性、厚度、稳定性和隔水性，不同含水层之间的水力联系情况，断裂与裂隙发育程度、位置、导水性以及沟通各含水层的情况，分析不同的采矿方式对隔水层可能造成破坏情况。
当深部有强含水层或采区地表有水体时，应查明主要充水的中间含水层从底部或地表获得补给的途径和部位。
6、对已有多年开采历史的老矿区，应重点调查废弃矿井、周边地区小煤窑、已经开采采掘的老空区的分布位置、范围、埋藏深度、积水和塌陷情况，与地表及其他富含水德含水层之间的水力联系情况；大致圈定采空区，估算积水量，提出开采中对老空水德防治措施建议。
7、在水文地质条件勘探的基础上，应根据矿井采掘条件和矿井采掘规划，建立矿井涌水量预测预报模型，选择适合矿井水文地质条件的涌水量预测和计算方法，对全矿井涌水量、分水平涌出量、分采区涌水量进行计算预测。
在条件许可的情况下还应对矿井可能形成的突水水量进行分析评估，为矿井防排水系统和能力设计提供基础资料。
8、对于深部开采的矿井，应详细查明主要充水含水层的富水性及导水断裂破碎带向深部的变化规律。
（二）矿井水文地质工作的主要内容1、查明采区或工作面范围内含水层的富水性、补给条件及其重点富含水区段的分布规律及其控制因素。
2、查明采区或工作面范围内存在的小规隐伏导水构造，如断层、裂隙发育带、喀斯特陷落柱等。
当勘探区存在底板高压水含水层时，还应查明高压水在底板隔水层中的原始导升高度及其分布。
当勘探区存在顶板第四系含水层时，应查明第四系底部存在的古冲沟、剥蚀冲刷带及其分布规律。
3、查明采区或工作面内顶、底板隔水层厚度、岩性及其组合规律、稳定性、综合阻抗水压的能力及其所承受的实际水压力。
4、根据工作面回采条件（采厚、采宽、推进速度、采煤方法等）和岩石力学性质，计算分析回采过程中和回采完成后对顶底板隔水层的破坏特性和破坏程度。
5、计算分析采掘过程中采区或工作面的涌水量、涌水特性及其安全疏降水量，为工作面安全回采防治水技术措施的设计提供依据。
（三）对不同类型充水源的矿井应重点查明的问题1、孔隙充水看矿床应重点查明含水层的成因类型、分布、岩性、厚度、结构、粒度、胶结程度、富水性、渗透性及其变化；查明流沙层的空间分布和特性，含（隔）水层的组合关系，各含水层之间、含水层与弱透水层以及地表水之间的水力联系；评价流沙层的疏干条件、降水和地表水对矿床开采的影响，评价矿井疏水后对地表环境的影响。
2、裂隙充水矿床应重点查明裂隙含水层的裂隙性质、成因、发育程度、分布规律、充填情况及其富水性；岩石风化带的深度和风化程度；构造破碎带的性质、形态、规模，与其他含水层及地表水的水力联系；裂隙含水层与其相对隔水层的组合特性。
3、喀斯特充水矿床应着重查明喀斯特发育与岩性、构造等因素的关系，喀斯特在空间的分布规律，喀斯特空隙的充填程度和充填物胶结情况，喀斯特发育深度的变化规律，有无陷落柱存在及其导含水性，喀斯特含水层中是否存在有多层水位及其间是否有相对隔水层等，地下水主要径流带及其分布规律。
对以溶隙、溶洞为主的喀斯特充水矿床，应查明上覆松散层的岩性、结构、厚度、或上覆岩石风化层的厚度、风化程度及其物理力学性质，分析在疏干排水条件下产生突水、突泥、地面塌陷的可能性，塌陷的程度与分布范围以及矿井充水影响。
对层状发育的喀斯特充水矿床，还应查明不同含水层之间相对隔水层和弱含水层的分布。
对以暗河管道为主的喀斯特充水矿床，应着重查明喀斯特洼地、漏斗、落水洞等的位置及其与暗河之间的联系，暗河发育与岩性、构造等因素的关系、暗河的补给来源、补给范围、补给量、补给方式及其与地表水的转化关系，暗河入口的高程、流量及其变化，暗河水系与矿床之间的相互关系及其对矿床开采的影响。
（四）对不同类型充水方式的矿井应重点查明的问题1、含水层为直接充水类型的矿床应着重查明直接充水含水层的富水性、渗透性、地下水的补给来源、补给边界、补给途径和地段，直接充水含水层与其他含水层、地表水、导水断裂的关系。
当直接充水含水层裸露时，还应查明地表汇水面积及大气降水的入渗补给强度。
2、含水层为顶板间隙充水类型的矿床应着重查明直接顶板隔水层或弱透水层的分布、岩性、厚度、及其稳定性、岩石的物理力学性质和水理性质、裂隙发育情况、受断裂构造破坏程度，分析计算在不同采高和采矿方式条件下煤层顶板导水断裂带发育高度和发育过程，分析导水断裂带与顶板间接充水含水层之间连通关系和矿井通过顶板导水断裂带充水的水量。
查明顶板隔水层中存在的导水断层、断裂带及其空间分布等条件，分析主要充水含水层地下水通过构造进入矿井的可能充水水量。
3、含水层为底板间接充水类型的矿床应着重查明承压含水层地下水的径流特征，主要富水区段及其空间分布，主要煤层与含水层之间隔水岩层的岩性，厚度、结构关系及其变化规律，岩石物理力学性质和水理性质。
