地面防治水

一、地表水防治設計依據

1、防洪標準及防洪壩墻設計要求

(1)為使工業場地生產區不受山洪的威脅,在井口及工業廣場東側高地設計梯形斷面的截洪(水)溝,使山洪水流入工業廣場兩側的自然沖溝中,確保工業廣場的安全。

(2)場地內設計排水明溝、蓋板溝。地面雨水流經水溝就近排入附近小溪溝。礦井工業場地擴建時,將對原有排水溝進行修繕和改造,采用分散的排水方式,可減小水溝的斷面,且使水溝的溝底縱坡保持5‰~10‰,確保雨水快速匯入附近小溪溝。

(3)由于礦區沖溝發育,雨季時沖溝水可能直接進入采空區,使礦井充水,造成淹井事故,應注意地表沖溝采動裂隙的治理。

(4)對地表透水和積水區域采取防堵、防漏措施,定期清理水溝,保持流水暢通。

2、開采塌陷、裂隙對地表水系和降雨滲漏的影響

在采空區影響范圍內將誘發地裂縫、地面塌陷、崩塌、滑坡等災害,大氣降水將滲入井下,形成水患。因此除留保安煤柱外,在礦井后期生產中,對采煤可能引起的裂縫應及時用土石進行填平夯實,應對地質環境變化加以監測和防護工作。設計中要對地表沉陷影響的重建筑設留保安煤柱,對地表沉陷形成的塌陷坑,要盡量整平,回填造地,易產生滑坡的地方應提前修筑擋土墻,打抗滑樁或削坡減載等,另外,平時應經常有巡視人員,發現問題及時處理。

二、地表水防治

1、煤礦必須查清礦區及其附近地面水流系統的匯水、滲漏情況、疏水能力和有關水利工程等情況,熟悉當地水庫、水電站大壩、江河大堤、河道、河道中障礙物等情況。掌握當地歷年降水量和最高洪水位資料,建立疏水、防水和排水系統。

2、井口和工業場地內建筑物的標高必須高于當地歷年最高洪水位;在山區還必須避開可能發生泥石流、滑坡的地段。井口及工業場地內建筑物的標高低于當地歷年最高洪水位時,必須修筑堤壩、溝渠或采取其它防排水措施。

3、煤礦井口附近或塌陷區內外的地表水體可能潰入井下時,必須采取措施,并遵守下列規定:

(1)嚴禁開采煤層露頭的防隔水煤(巖)柱。

(2)地表容易積水的地點應修筑溝渠,排泄積水。修筑溝渠時,應避開露頭、裂隙和導水巖層。特別低洼地點不能修筑溝渠排水時,應填平壓實;如果低洼地帶范圍太大無法填平時,應用水泵或建排洪站排水,防止低洼地帶積水滲入井下。

(3)煤礦受到河流、山洪威脅時,必須修筑堤壩和匯洪渠,防止洪水侵入。

(4)排到地面的礦井水,必須妥善處理,避免再滲入井下。

(5)對漏水的溝渠(包括農田水利的灌溉溝渠)和河床,應及時堵漏或改道。地面裂縫和塌陷地點必須填塞,填塞工作必須有安全措施,防止人員陷入塌陷坑內。

(6)在有滑坡危險的地段,可能威脅煤礦安全時,必須采取防止滑坡措施。

4、嚴禁將矸石、爐灰、垃圾等雜物堆放在山洪、河流可能沖刷到的地段,以免沖到工業場地和建筑物附近或淤塞河道、溝渠。

5、使用中的鉆孔,必須安裝孔口蓋。報廢的鉆孔必須及時封孔,防止地表水或含水層的水流入井下。觀測孔、注漿孔、電纜孔與井下或含水層相通的鉆孔,其孔口管必須高出當地最高洪水位。

6、報廢的立井應填實充死,或在井口澆注1個大于井筒斷面的堅實的鋼筋混凝土蓋板,并應設置柵欄和標志。

報廢的斜井應填實充死或在井口以下斜長20m處砌筑1座磚、石或混凝土墻,再用泥土填至井口,并加砌封墻。

報廢的平硐,必須從硐口向里用泥土填實至少20m,再砌封墻。報廢井口的周圍有地面水影響時,必須設置排水溝。

封填報廢的立井、斜井和平硐時,必須做好隱蔽工程記錄,并填圖歸檔。

7、煤礦要主動與氣象、水利、防汛等部門聯系,建立災害性天氣預警和預防機制。掌握可能危及煤礦安全生產的暴雨洪水災害信息,密切關注災害性天氣的預報預警信息;及時掌握汛情水情,主動采取措施。并與周邊相鄰礦井溝通信息,當礦井出現異常情況時,立即向周邊相鄰礦井進行預警。

8、煤礦要安排專人負責對本井田范圍內及可能波及的周邊廢棄老窯、地面塌陷坑、采動裂隙及可能影響礦井安全生產的水庫、湖泊、河流、涵閘、堤防工程等重點部位進行巡視檢查,特別是接到暴雨災害預警信息和警報后,要實施24h不間斷巡查。礦區每次降大到暴雨前后,必須派專業人員及時觀測礦井涌水量變化情況。

9、煤礦要建立暴雨洪水可能引發淹井等事故災害緊急情況下及時撤出井下人員的制度,明確啟動標準、撤人的指揮部門和人員及撤人程序等;發現暴雨洪水災害嚴重、可能引發淹井時,必須立即撤人,只有在確認隱患已徹底消除后方可恢復生產。

10、煤礦在雨季前要全面檢查防范暴雨洪水引發事故災難措施的落實情況,對排查出的隱患,要落實責任,限定在汛期前完成整改。防治水工程要有專門設計,竣工后組織驗收。

防隔水煤(巖)柱的留設

相鄰礦井的分界處,必須留防隔水煤(巖)柱。礦井以斷層分界時,必須在斷層兩側留有防隔水煤(巖)柱。

受水害威脅的煤礦,屬下列情況之一的,必須留設防隔水煤(巖)柱。

1、煤層露頭風化帶。

2、在地表水體、含水沖積層下和水淹區臨近地帶。

3、與強含水層間存在水力聯系的斷層、裂隙帶或強導水斷層接觸的煤層。

4、有大量積水的老窯和采空區。

5、導水、充水的陷落柱與巖溶洞穴。

6、分區隔離開采邊界。

7、受保護的觀測孔、注漿孔和電纜孔等。

煤礦各類防隔水煤(巖)柱的尺寸,應根據礦井的地質構造、水文地質條件、煤層賦存條件、圍巖物理力學性質、開采方法及巖層移動規律等因素,參照附錄六留設,具體由地測部門編制專門設計,煤礦總工程師組織有關部門審查批準。

各類防隔水煤(巖)柱一經確定,不得隨意變動,嚴禁在各類防隔水煤(巖)柱中進行采掘活動。開采水淹區下的廢棄防隔水煤(巖)柱時,必須徹底疏放上部積水,嚴禁頂水作業。有突水歷史或帶水壓開采的煤礦,應分水平或分采區實行隔離開采。在分區之前,要留設防隔水煤(巖)柱并建立防水閘門,以便在發生突水時,能夠控制水勢、減少災情、保障礦井安全。

建立健全排水系統

煤礦必須配備與礦井涌水量相匹配的水泵、排水管路、配電設備和水倉等,確保礦井能夠正常排水。井下主要排水設備,應符合下列要求:

1、水泵:必須有工作、備用和檢修的水泵。工作水泵的能力,應能在20h內排出礦井24h的正常涌水量(包括充填水及其它用水)。備用水泵的能力應不小于工作水泵能力的70%。工作和備用水泵的總能力,應能在20h內排出礦井24h的最大涌水量。檢修水泵的能力應不小于工作水泵能力的25%。

水文地質條件復雜和極復雜礦井,可在主泵房內預留安裝一定數量水泵的位置,或另外增加排水能力。

2、水管:必須有工作和備用水管。工作水管的能力應能配合工作水泵在20h內排出礦井24h的正常涌水量。工作和備用水管的總能力,應能配合工作和備用水泵在20h內排出礦井24h的最大涌水量。

3、配電設備:應同工作、備用和檢修水泵相匹配,并能保證全部水泵同時運轉。有突水淹井危險礦井,可另行增建抗災強排水能力泵房。

主要泵房至少有2個出口,一個出口用斜巷通到井筒,并應高出泵房底板7m以上;另一個出口通到井底車場,在此出口通路內,應設置易于關閉的既能防水又能防火的密閉門。泵房和水倉的連接通道,應設置可靠的控制閘門。主要水倉必須有主倉和副倉,當一個水倉清理時,另一個水倉能正常使用。

新建、改擴建礦井或生產礦井的新水平,正常涌水量在1000m3/h以下時,主要水倉的有效容量應能容納8h的正常涌水量。正常涌水量大于1000m3/h的礦井,主要水倉有效容量可按下式計算:

V=2(Q+3000)

式中:V--主要水倉的有效容量,m3

Q--礦井每小時正常涌水量,m3/h

但主要水倉的總有效容量不得小于4h的礦井正常涌水量。采區水倉的有效容量應能容納4h的采區正常涌水量。

礦井最大涌水量與正常涌水量相差大的礦井,排水能力和水倉容量應由有資質的設計部門編制專門設計,由企業總工程師組織審查批準。

水倉進口處應設置箅子。對水砂充填、水力采煤和其它涌水中帶有大量雜質的礦井,還應設置沉淀池。水倉的空倉容量必須經常保持在總容量的50%以上。

水泵、水管、閘閥、排水用的配電設備和輸電線路,必須經常檢查和維護。在每年雨季以前,必須全面檢修一次,并對全部工作水泵和備用水泵進行一次聯合排水試驗,發現問題,及時處理。水倉、沉淀池和水溝中的淤泥,應及時清理,每年雨季前必須清理1次。

在建礦井在永久排水系統形成之前,各施工區必須設置臨時排水系統,并保證有足夠的排水能力。水文地質條件復雜、極復雜的礦井,當開拓到設計水平,只有在建成防、排水系統后,方可開始向有突水危險地區開拓掘進。

井下探放水措施

凡采掘工作面受水害影響的礦井,應開展充水條件分析,堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采。

其基本要求是:

1、每年初,根據年采掘接續計劃,結合水文地質資料,全面分析水害隱患,提出水害分析預測表及水害預測圖。

2、在采掘過程中,對預測圖、表要逐月進行檢查,不斷補充和修訂。發現水患險情,應及時發出水害通知單,并報告礦調度室,通知可能受水害威脅地點的人員撤到安全地點。

3、采掘工作面年度和月度水害預測資料應及時報送礦總工程師及生產安全部門。

由于水文地質條件復雜和極復雜的礦井,在地面無法查明礦井水文地質構造和充水因素時,必須堅持有掘必探。

煤礦在受水害威脅的地區,巷道掘進之前,必須采用鉆探、物探、化探等方法查清水文地質條件。地測部門要提出水文地質情況分析報告,并提出水害防范措施,經煤礦總工程師組織生產、安監、地測等有關部門審查后,方可進行施工。

礦井工作面回采前,必須采用物探、鉆探、巷探、化探等方法查清工作面內斷層、陷落柱和含水層(體)富水性等情況。地測部門要提出專門水文地質情況報告,經煤礦總工程師組織生產、安監、地測等有關部門審查后,方可進行回采。發現斷層、裂隙、陷落柱等構造充水時,必須采取注漿加固或留設防隔水煤(巖)柱等安全措施,否則,不得開采。

一、探放水原則

必須做好水害分析報告,堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則,還必須做到“有疑必停”。必須經探放水確認無突水危險后才能向前掘進,必須引起高度重視,視實際情況確定防水設施。在采面回風巷掘進和接近積水地區掘進前或排放被淹井巷和積水前,必須編制探放水設計,并采取防止瓦斯和其它有害氣體危害等安全措施。

探水眼的布置和超前距離,應根據水頭高低、煤(巖)層厚度和硬度以及安全措施等在探放水設計中具體規定。

探放水設計包含以下方面:

探水起點的確定:為了確保采掘工作和人生安全,將水淹區的積水范圍、水位標高、積水量等資料填繪在采掘工程圖上,經過分析劃出三條界線。

①積水線:積水邊界線(小窯采空區范圍),其深部界線應根據小窯或老空的最深下山劃定。

②探水線:根據積水區的位置、范圍、地質及水文地質條件及其資料可靠程度、采空區和巷道受礦山壓力破壞情況等因素確定,具體規定如下:

對采掘工作造成的老空、老巷、硐室等積水區,如邊界準確,水壓不超過1MPa時(本礦小窯開采深度小)探水線至積水區的最小距離:煤層中不得小于30m,巖層中小于20m。對雖有圖紙資料,但不能確定積水區邊界位置的積水區,探水線至推斷積水區邊界的最小距離不得小于60m。對沒有圖紙資料可查的小窯,必須堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則,同時堅持“有疑必停”,防止發生透水事故。掘進巷道附近有斷層或陷落柱時,探水線至最大擺動范圍預計煤柱線時的最小距離不得小于60m。石門揭開含水層前,探水線至含水層的最小距離不得小于20m。

③警戒線:

沿探水線外推50-150m(在上山掘進時指傾斜距離)即為警戒線。

二、采掘工作面遇下列情況之一時,必須確定探水線進行探水

1、接近水淹或可能積水的井巷、老空或相鄰煤礦時,井巷出水點的位置及其水量、有積水的的井巷及采空區積水范圍、標高和積水量,必須繪制在采掘工程平面圖上。在水淹區域應標出探水線位置。采掘到探水線位置時,必須探水前進。

2、有與溶洞、含水層及與之有水力聯系的導水層、裂隙(帶)、陷落柱時必須查出其位置,并按規定留設防水煤柱。巷道必須穿過上述構造時,必須探水前進。如果前方有水,應超前預注漿封堵加固,也可采取其它防治措施。

3、打開隔離煤柱前必須探放水。

4、接近有水的采煤工作面時必須探放水。

5、接近未封閉又可能突水的鉆孔時必須探放水。

6、煤層頂板的含水層和水體存在時,應當觀測“三帶”發育高度。當導水裂隙帶范圍內的含水層或老空積水影響安全開采時,必須超前探放水并建立疏排水系統。

7、采、掘工程接近其它可能突水段時必須探放水。

區內有采煤歷史。長期以來,一些地方小煤窯分布于可采煤層露頭附近,形成的采空區較多。但其開采深度較淺。由于地質資料沒有準確提供小煤窯及老空區開采深度和范圍,因此無法確定小煤窯積水探水線的位置。所以在工作中一定要收集有關資料,確定小煤窯積水位置,以防開采淺部煤層時和小窯、老窯穿透而產生透水事故。

三、探放水注意事項

1、進行探放水施工作業前,礦技術負責人必須結合探水巷道的實際,另行編制安全技術措施,明確探放水作業人員一旦面臨突水威脅時的避災路線。

2、進行探放水施工作業前,必須提前撤出可能受探水作業地點突水威脅的其它采掘工作面和其它工作地點的所有人員。

3、安裝鉆機探水前,

要遵守下列規定:

①加強鉆場附近的支護,并在工作面迎頭打好堅固的立柱和攔板。

②清理巷道、挖好排水溝。探水鉆孔位于巷道低洼處時,必須配備與探放水量相適應的排水設備。

③在打鉆孔地點或附近安設專用電話。

④測量和防探水人員必須親臨現場,依據設計,確定主要探水孔的位置、方位、角度、深度以及鉆孔數目。

4、預計水壓較大的地區,探水鉆進之前,必須安好孔口管和控制閘閥,進行耐壓試驗,達到設計承受的水壓后,方可繼續鉆進。特別危險的地區,應有躲避場所,并規定避災路線。

5、鉆孔水壓過大時,采用反壓和有防噴裝置的方法鉆進,并有防止孔口管和煤(巖)避突然鼓出的措施。

6、鉆進時,發現煤巖松軟、片幫、來壓或鉆孔中的水壓、水量突然增大,以及有頂鉆等異常狀況時,必須停止鉆進,但不得拔出鉆桿,現場負責人應立即向調度室報告,并派人監測水情。如果發現情況危急時,必須立即撤出所有受水威脅的人員,然后采取措施,進行處理。

7、探放老空水或采空區積水前,首先要分析查明老空水體的空間位置、積水量和水壓。老空積水高于探放水點位置時,只準用鉆機探放水。探放水孔必須打中老空水體,并要監視放水全過程,核對放水量,直到老空水放完為止。鉆孔接近老空,預計可能有瓦斯或其它有害氣體涌出時,必須有瓦斯檢查員或礦山救護隊員在現場值班,檢查空氣成分。如果瓦斯或其它有害氣體濃度超過規程規定時,必須立即停止鉆進,切斷電源,撤出人員,并報告礦調度室,及時處理。

8、鉆孔放水前,必須估計積水量,根據礦井排水能力和水倉容量,控制放水流量;放水時,必須設專人監測鉆孔出水情況,測定水量、水壓,做好記錄。若水量突然變化,必須及時處理,并立即報告礦調度室。

9、排除上山的積水以及恢復被淹井巷前,必須有礦山救護隊檢查水面上的空氣成分,發現有害氣體,必須及時處理。排水過程中,有害氣體有突然涌出的可能,必須制定安全措施。

采掘工程所采取的防治水措施

1、定期收集、調查和核對相鄰煤礦和廢棄的老窯情況,并在井上、下對照圖上標出其位置、開采范圍、開采年限、積水情況等。

2、針對主要含水層(段)建立地下水動態觀測系統,進行地下水動態觀測、水害預報,并制定相應的“探、防、堵、截、排”綜合防治措施。

3、井巷在掘進過程中必須邊探邊掘,掌握前方及上方采空區的水文情況,若發現有水患時,應及時采取措施,待確定安全后再向前掘進,并將出水點位置標于井上下對照圖或采掘工程圖上。井巷揭露的主要出水點或地段,必須進行水溫、水量、水質等地下水動態和松散含水層涌水含砂量綜合觀測和防治地面洪水、地下突水、涌水的安全措施分析,防止滯后突水。

4、在采掘工作面或其他地點發現有掛紅、掛汗、空氣變冷、出現霧氣、水叫、頂板淋水加大、頂板來壓、底板鼓起或產生裂隙出現滲水、水色發渾、有臭味等突水預兆時,必須停止作業,采取措施,立即報告礦調度室,發出警報,撤出所有受水威脅地點的人員。

5、井下和地面排水設施保證完好,井下水溝要及時進行清理,每年雨季前對礦井防治水工作進行一次全面檢查,成立防洪搶險隊伍,并儲備足夠的防洪搶險物資。

6、應加強對地面小窯、老窯的調查并標注在實測的采掘工程圖中,劃定其探放水紅線,在接近探放水線時,必須采取探放水措施。

7、必須先查清礦區及其附近地面水流系統的匯水、滲漏情況,掌握當地歷年降水量和最高洪水水位資料,建立疏水、防水和排水系統。

8、工業場地內建筑物,必須修筑防洪溝渠或采取其它防、排水措施。

9、鑒于井口附近及塌陷區內的地表水體有可能潰入井下

應遵守下列規定:

(1)嚴禁開采煤層露頭線的防水煤柱。

(2)容易積水的地點應修筑溝渠排泄積水。修筑溝渠時,應避開露頭、裂隙和導水巖層,特別是低洼地點不能修筑溝渠排水時,應填平壓實,防止積水進入井下。

(3)排到地面的礦井水,必須妥善處理,避免再次滲入井下。

(4)對漏水的排洪溝,應及時堵漏,地面裂縫和塌陷必須填塞,填塞工作必須有安全措施,防止人員陷入塌陷坑內。

疏干開采和帶壓開采

煤層(組)頂板導水裂隙帶范圍內分布有富含水層,必須進行疏干開采。冒落帶與導水裂隙帶最大高度可根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中的有關公式計算和現場實測等方法綜合確定。被松散富含水層所覆蓋、淺埋緩傾斜煤層,需要疏干開采時,應進行專門水文地質勘探或補充勘探,查明水文地質條件,并根據勘探評價成果確定疏干地段、制定疏干方案,由煤礦總工師審批執行。

疏干開采半固結或較松散的含水第三系煤層時,采前應著重解決如下問題:

1、查明流砂層的埋藏分布條件,研究其相變及成因類型。

2、查明流砂層的富水性、水理性,預計涌水量和預測可疏干性,建立動態觀測網,觀測疏干速度和疏干半徑。

3、在疏干開采試驗中,應觀測研究導水裂隙帶發育高度、水砂分離方法、跑砂休止角、巷道開口時潰水潰砂的最小垂直距離、鉆孔超前探放水安全距離等。

4、研究對潰水、潰砂引起地面塌陷的預測及處理方法。

若煤層頂板受開采破壞后,其導水裂隙帶波及范圍內存在強含水層(體)時,掘進、回采前必須對含水層采取超前疏干措施。要進行專門水文地質勘探和試驗,并編制疏干方案,選定疏干方式和方法,綜合評價疏干開采條件和技術經濟合理性。疏干方案由煤礦總工程師審定。

在礦井疏干開采過程中,應進行定性、定量分析,可應用“三圖-雙預測法”進行頂板水害分區評價和預測。有條件的礦井可應用數值模擬技術,進行冒裂帶發育高度、疏干水量和地下水流場變化的模擬和預測。

承壓含水層與開采煤層之間的隔水層能承受的水頭值大于實際水頭值時,開采后隔水層不易被破壞,煤層底板水突然涌出可能性小,可以進行“帶水壓開采”,但必須制定安全措施,由煤礦總工程師審批。

承壓含水層與開采煤層之間的隔水層厚度,能承受的水頭值小于實際水頭值進行開采前,

必須遵守下列規定:

1、采取疏水降壓的方法,把承壓含水層的水頭值降到隔水層能允許的安全水頭值以下,并制訂安全措施,由煤礦總工程師批準;總結適合本礦區(井)的安全水頭值,指導安全生產。

2、承壓含水層的集中補給邊界已經基本查清,可預先進行帷幕注漿,截斷水源,然后疏水降壓開采。

3、承壓含水層的補給水源充沛,不具備疏水降壓和帷幕注漿的條件時,可酌情采用局部注漿加固底板隔水層和改造含水層為弱含水層的方法,但必須編制專門的設計,在有充分防范措施的條件下進行試采,并制訂專門的防止淹井措施。專門設計由煤礦總工程師批準。

4、黑色字跡簽字筆或鋼筆