指防治井下突然涌水的措施。
為防止礦山井下發生突然透水災害,各類礦山可結合采掘特點和具體情況,采取查、探、堵、放四個方面的防治水措施。即查明水源、超前鉆孔探水、隔絕水路堵擋水源、放水疏干。
1.查明水源
(1)查明礦井水源應掌握的信息
1)沖積層的厚度、組成,各分層的含水、透水性能。
2)斷層的位置、錯動的距離、延伸長度、含水導水性質、破碎帶的范圍。
3)礦井含水層、隔水層的數量、厚度、含水性能及距開采層的距離。
4)舊井老空區的開采時間、深度、范圍、積水區域及其分布狀況,老空區與現采區的水力聯系,舊井口及各空區的標高、界境及礦柱情況。
5)觀測現采區頂板破壞情況及地表陷落情況,觀測礦井涌水量的變化,進而判斷透水災害的可能性。
6)收集地面大氣降水量的歷史和現狀資料,調查地面水系的水文地質情況,查明地表水體分布范圍和水量。
7)通過對探水鉆孔和水文觀測孔中的水壓、水位、水量等的變化的觀測,查明礦井水的來源,礦井水與地下水和地表面的補給關系。
(2)研究礦區地下水化學成分,探查老窯水
1)礦井的老窯水具有較高的硬度、礦化度和鈣、鎂等鹽類。
2)地下老窯存水,在強烈的還原條件下,硫酸鹽可以大部分轉化成硫化氫(H2S),在探查老窯水中,H2S是值得注意的指標。
3)處于停滯狀態的地下水,經常會出現亞鐵離子(Fe+),所以亞鐵離子是老窯水的另一特征。亞錳離子(Mn+)也是探水的指示元素。
4)因為地下水中氡含量的變化與巖溶裂隙的發育程度有關,富水性強、水量大的含水層中,氡(Rn222)的含量相對較低。
(3)利用鉆孔測溫確定含水段、巖溶發育程度,含水層的補給關系及判斷斷層的導水性
1)石灰巖富水時,其含水段的熱導率大為提高。
2)地下水達到最大循環深度時,水溫也達到最高值。地下水上升途中,水溫高于巖溫,進入排泄區則具有高溫度、高梯度、高熱流的特點。
3)突然涌水的出水點水溫偏低。
如在斷層兩側各打觀測鉆孔,在同一水平測點的兩孔溫度較大時,說明兩孔之間及其附近區間內的含水層沒有水力聯系。用測孔溫差可判斷這一斷層導水性差。
(4)利用鉆孔電磁波透視法探查溶洞積水
該法是新發展起來的勘探石灰巖地區巖溶水源的科學手段。在一個鉆孔中放入高頻電磁發射機,向高阻的石灰巖層中輻射電磁波,在傳播的路徑上若遇有溶洞或破碎帶,即產生反射或衰減等現象;在另一鉆孔中放人接收機,它將收到穿透過巖溶溶洞及其邊緣的散射信號,形成了溶洞的陰影。通過陰影的位置、大小可以判斷出溶洞的位置、大小和形狀。
2.超前鉆孔探水
為深入探明礦山水文情況,確切掌握可能造成水災的水源位置和距離,在采掘工作之前必須超前鉆孔探水。有疑必探,先探后掘。
(1)掘進工作面遇到下列情況必須探水前進
1)接近溶洞、含水斷層、含水豐富的含水層(包括流砂層、沖積層、風化帶等)時。
2)接近可能與河流、湖泊、蓄水池、含水層或大量積水區相通的斷層時。
3)接近被淹井巷或有積水的小窯、老空區時。
4)打開隔離煤柱放水時。
5)在灌過泥漿的已熄滅火區下部進行采掘時。
6)上層有積水,在下層進行采掘工作的層間垂直距離小于回采工作面采高的40倍或小于掘進巷道高度的10倍時。
7)采掘工作面發現疑似出水征兆時。
(2)探水的起點——離可疑水源的安全距離
由于積水范圍不可能掌握得十分準確,所以從探水的起點至可疑水源必須留出適當的安全距離。
探水區的起點應根據水文資料的可靠程度與積水區的水頭壓力、積水量大小、迎頭巖層的厚度和硬度以及抗拉強度等因素來決定。根據我國煤礦的經驗,必須在離可疑水源75~150m以外開始打探孔鉆,有時在200m以外就開始打鉆探水。
(3)在探水地點開始探水前應進行以下各項安全準備工作
1)加強靠近探水工作面的支護,以防高壓積水沖垮巖壁及支架。
2)檢查排水系統,應根據預計出水量確定是否加開排水泵,清理水溝、水倉使其暢通及緩沖泄水作用。
3)探水工作面要經常檢查瓦斯、硫化氫等有毒有害氣體。當CH4含量大于1%時必須停止鉆機,CH4含量達1.5%時,必須停止工作。應設法改善通風,使其降到1%以下時,方可開動鉆機。
4)水壓較大的探水孔要設套管,加裝水閥控制放水量。
5)探水工作地點要安裝電話,可及時與調度站和中央水泵房聯系。
6)制定、檢查安全撤退路線及安全出口。
(4)探水鉆孔的深度、孔徑及布置
1)鉆孔深度與超前距離
一般鉆孔探水是先探后掘,當鉆孔鉆進一定深度后未發現可疑突水征兆,方可開始掘進巷道,且鉆孔深度對巷道掘進距離應始終保持一段超前距離,以確保掘進工作的安全。
鉆孔的超前距離一般不得小于20m,以使工作面前方經常保持不小于20m的保護礦柱。金屬礦巖層中的探水鉆孔則需超前5~10m。鉆孔深度應是掘進距離與超前距離之和,一般為40m左右。即每打一次鉆孔可連續掘進20~30m。
2)鉆孔直徑和孔數
探水鉆孔探到積水區以后,即利用探水鉆孔執行放水鉆孔的任務。因此鉆孔直徑的大小既要使水順利流出,又要防止鉆孔徑大壓高而沖垮巖壁,一般探水鉆孔直徑以不大于75咖為宜。
鉆孔數目以工作面前方的中心與上下左右都能起到探水作用為準,故最少應在3個以上。
3)探水鉆孔的布置
鉆孔布置是否合理,對保障礦井與施工人員安全,節約鉆探工程量,提高掘進速度等均有重要影響。布置鉆孔時應針對積水資料的可靠程度、積水區周圍的地質構造,掘進巷道所在位置與積水區相對關系以及積水壓力大小、巖層硬度和厚度等條件具體確定。
一般而言,礦體厚或含水層厚時鉆孔應多些;有斷層時,鉆孔應增加傾向斷層方向的個數;探老窯區的鉆孔應加密、加深。
3.修筑水閘門和水閘墻及注漿堵水
水閘門由墻體、閘門、管路、儀表組成。在選定的閘址按設計開挖閘巢。水閘門實際上是帶門的水閘墻。
水閘門有不同類型。按門硐數分單門硐和雙門硐兩種;按流水方式可分為不設流水管裝置、設流水管并帶閘閥、設水溝帶水溝閘門的;按閘門外形分為矩形、圓形;按止水方式分為橡皮止水、鉛鋅合金止水等等。
建水閘門并非就萬無一失,還需使用得當,進行良好的維護才能確保安全。
水閘門構筑中應注意的問題:
(1)確定水閘門位置時,必須注意該處的工程地質及水文地質條件,應避開斷層破碎帶、巖溶發育帶、裂隙帶,建在巖石堅硬、穩定不滲水的巖層中。同時還要考慮遭受水災后能有恢復生產或繞過事故區,開拓新區的可能。
(2)施工前應進行周密的設計。所用水泥等原材料一定要合乎標準,嚴禁使用失效水泥,砂石要潔凈,水質要好,配比要嚴格。澆注后要進行適時養護,并進行壓力試驗。
(3)水閘門必須精心設計,技術人員親臨現場指揮,精密施工,保證圍巖灌漿質量,使門扇與門框緊密接觸。
(4)閘門之下所設的短節易卸拆的道軌應保證遇事能快速卸除。水閘門建成后應定時做開啟試驗,并進行保養維護。
(5)通過水閘門的水溝,應與有閥門的水管相通,管口加鐵篦子,并留設觀測管孔。
水閘墻是井下用來封閉局部水患區和危險隱患區的有效措施。一般用來封閉充水工作面或采礦場、出水的掘進頭、老空區、與地表水體相連的巷道、小窯充水水體以及斷層水等。
水閘墻筑前需按設計開挖足夠尺寸的閘墻溝巢,墻基可筑成混凝土凸緣基座,也可采用錨桿基座。在墻體的一定部位裝有管線和儀表。壓力表、測壓管是必不可少的;有的墻體還設有檢查孔道,在孔道上裝有嚴密的孔蓋。墻體還必須設有帶高壓閥門的放水管。
水閘墻按墻面形式分為弧形水閘墻和平面水閘墻兩種。還有抗高壓的多段水閘墻。
水閘墻首要的作用是密閉隔水,所以,水閘墻的強、度應大于建墻地點最高水頭壓力。因此,墻體應有一定的厚度和質量。
水閘墻在構筑中必須注意下列安全要求:
1)應選在圍巖堅硬完整,斷層裂隙少,不受干擾而穩固的地方構筑水閘墻。建墻的巷道,應選在斷面小、兩幫堅固的部位。
2)水閘墻的壁后必須注漿加固。
3)為封死水源,徹底消除水患,應實行墻內全面注漿。
4)墻體必須堅牢,整個封堵環節不可出現潰決繞流等薄弱地帶,以免造成工程失效。
5)為避免圍巖產生裂縫,水閘墻建造過程的鑿槽工作絕對不允許使用炸藥,只能用風鎬或手鎬開鑿。
6)為防止水閘墻因受硫酸鈣、碳酸鈣、氧化鈣反應的影響而遭到損壞,可用鋁鈣水泥構筑閘墻的前半部分(厚2m左右)。
水閘墻應有足夠的厚度,以確保當最大水壓突然沖擊時的安全支撐;
平面形水閘墻在單方向承壓的條件下,在其反面可能產生拉力,所以平面水閘墻的厚度一般不應小于巷道寬度的一半。
注漿堵水,是將制成的水泥漿液通過管道壓入地層裂隙,經凝結、硬化后起到隔絕水源的目的。
注漿堵水的工藝、設備均較簡單,效果好,成為國內外礦山、鐵路涵洞、水工建筑等方面防治地下水害的有效方法。
注漿堵水,一般在下列條件下應用:
1)當老窯水或被淹井巷水與強大水源的水力聯系密切,單純排水已不可能或不經濟時。
2)在建井過程中,當井筒或巷道必須穿過含水豐富的含水層或充水斷層時,如不先堵住水源,就不能掘進,無法進行礦井建設。
3)當井筒的工作面淋水嚴重,井壁失穩水大,為了加固井壁,改善勞動條件,減少排水費用,可以采用注漿堵水措施。
4)某些涌水量特大的礦井,為了減少礦井涌水量,降低無法承擔的常年排水費用,亦可采用注漿的辦法以堵住水源。
4.放水疏干
對水文地質復雜的大水礦床,按照開采設計的要求,分期、分段預先疏干地下水,或放水已知的老空積水,以防突然涌水而淹沒礦井。疏千方式有地表疏干、地下疏干及聯合疏干等三種。
地表疏干在地面布置成排的抽水井,內裝潛水泵或深井泵抽水。井徑一般為300~500min,潛水泵揚程為300~400m,排水量600~700m3/h。井位、井距和井數要根據井的集水能力、設備性能、允許殘余水頭和季節性水位變化等因素確定。
地下疏干在隔水層布置疏干巷道和疏干洞室,向強含水層、斷裂帶、溶洞群、地下河、采空區積水等處打放水鉆孔,放出地下水。放水鉆孔有水平或傾斜的叢狀孔,放水孔均裝有能控制放水量的孔口管和閥門。
聯合疏干當含水層深度大、透水性上強下弱,宜在上部采用地表疏干,下部用地下疏干。
——摘自《安全科學技術百科全書》(中國勞動社會保障出版社,2003年6月出版)