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浅谈矿井水害类型、成因、综合防治措施及应急处置措施

作者:admin 发布日期: 2020-01-16 二维码分享



水害是威胁矿山生产的主要灾害之一,那么矿井水害类型成因有哪些、我们该怎么防治水害呢?遇到透水事故,应当如何处置呢?


矿井水的来源


水进入矿井的过程叫矿井充水。矿井充水的必备条件是必须有水源和充水通道。具备了这两个条件,即能造成矿井充水。


矿井水的来源可分为地表水源和地下水源以及老空积水三类。





1.地表水源

大气降水、冰雪融化是地表水的主要来源。在开采地形低洼且埋藏较浅的矿体时,地表水容易从井口、低洼地带、旧钻孔或采空区形成的地面塌陷区流入矿井。大气降水有明显的季节性,并与开采深度、地质构造、采矿方法等有关。如果井下巷道有断层、裂隙、石灰岩溶洞,矿区井田附近的江河、湖泊、池沼、水库、废弃的露天凹地等地表水可能进入井下。


2.地下水源

地下水是矿井充水.经常.主要的水源。大气降水等地表水也是补给地下水的来源。流入矿井的地下水大致可分两部分:一是静储量,它是岩石孔隙中已存在的水量,只有静水量的矿井涌水,随着不断的排水而不断减少,甚至可能被疏干。二是动储量,即静储量减少后,地表水或其它水流不断补给的水量。若地下水的补给条件好,动储量大,排水量长期不会减少。


地下水按其含水层的空隙性质及其埋藏条件又可分为孔隙水、裂隙水、岩溶水、潜水和自流水。




1.孔隙水


存在于岩层孔隙中的地下水,主要是流砂层和砾石层中的水,一般分布在第四纪松散岩层中,也可存在于部分疏松第三纪沉积物和基岩风化壳中。孔隙水多为潜水,对建井,露天开采和浅部开采都有一定的影响。


2.裂隙水


存在于基岩裂裂隙的水。基岩中的裂隙有原生裂隙、风化裂隙和构造裂隙。原生裂隙主要出现在某些岩浆岩中;风化裂隙主要分布在基岩浅部;构造裂隙分布广、延伸远,特别是在脆性岩石中比较发育,对矿井充水有一定影响。断层破碎带以及岩浆岩与围岩接触带,有时可存大量地下水,而且成为地表水和地下水流入矿井的通道,尤其是断层破碎带,对矿井采掘工作影响较大。



3.岩溶水


存生于岩石溶洞中的地下水。在石灰岩和白云岩等可溶性岩层中,都含有岩溶水,它的特点是水量大,运动快,在垂直和水平方向上都具有分布不均匀的特性,有时可形成地下河。在人类生活中它是良好的水源,在矿山生产中则是矿井充水、危害安全生产的重要因素。



4.潜水


埋藏在地表以下一个稳定的隔水层以上的地下水。


5.自流水


充满两个隔水层之间的地下水。当钻孔从地面打穿隔水顶板时,自流水便涌入孔内,并不断上升,直至一定高度保持稳定或喷出地表。这说明自流水具有压力,所以又称承压水。自流水多靠大气降水等地表水、潜水补给。自流水(尤其是岩溶自流水)是威胁矿井生产安全的主要隐患。


6.老空水


是古代和近期的采空区及废弃巷道,由于长期停止排水而积存的地下水。老空水象是一个个地下水库,一旦巷道揭露或巷道与老窑之间的矿(岩)柱强度小于它的静水压力时,就会象水库大坝垮了一样,突然淹没“下游”,同时伴有硫化氢、二氧化碳、放射性气体和沼气等有毒有害气体涌出。



矿井水害的成因


矿井水害是指在矿井基建和矿床开采的过程中,由于开采工作引起岩层的移动、破坏,产生与水源相通的裂缝。掘进井巷时,穿透含水层或溶洞。加上矿床水文地质资料掌握不详或测量错误,盲目施工而穿透积水旧巷,井巷出口位于洪水水位以下和地表水、雨雪水通过各种渗漏通道进入井下等原因,造成矿井积水、涌水。当水量超过矿井企常排水能力时,则酿成水患。


矿井水害有透水、涌水、突水三种



常见的水害有:




开采江、河、湖泊、水库地表水影响范围内的矿脉时,以及雨季洪水暴发水位高出拦洪堤坝或冲毁井口围堤时,水直接灌入矿井。




井筒在冲积层或经含水层中开凿时,如果事先不进行处理,就会涌水,特别是从砂砾层、水砂层一齐涌出时,可造成井壁塌陷、沉陷、井架偏斜。




在顶板破碎的矿林中掘进巷道,因放炮或支护不好发生冒顶,或回采工作面上方防水岩柱尺寸不够,当冒落高度和导水裂缝与湖泊河流等地表水或强含水层沟通时,便会造成透水。




巷道掘进与断层另一盘强含水层打通,就会造成突水。若断层带岩石破碎,各种破碎面或石灰岩裂隙溶洞较发育,突水威胁就更大。




由干隔水岩柱的抗压强度抵杭不住静水压力和矿山压力的共同作用,巷道掘进后经过一段时间的变形,引起底板承压水突然涌出。




石灰岩溶洞塌落形成的陷落柱内部岩石破坏,往往构成岩溶水的垂直通道。当巷道与它掘通时,几个含水层的水同时大量涌出,造成淹井。




勘探钻孔封孔质量不好,成为各水体之间垂直联系的通道。当巷道或采场与这些钻孔相遇时,地表水或地下水就会经钻孔进入矿中,造成涌水。




回采工作面或巷道遇到老空或旧巷道的积水区时,会在很短时间里涌出大量的水。




导水通道包括哪些?


导水断层、裂隙、溶洞、陷落柱、采空塌陷坑、采动裂缝、井筒、封堵不严的钻孔等。



引发透水事故的主要原因有哪些?



1.对矿区水文地质情况特别是对老空积水情   况掌握不清,这是多年来导致透水事故发       生的重要原因。


2.破坏防水矿柱或未按设计要求留设防水矿(岩)柱。


3.没有坚持做到“有疑必探,先探后掘”制度。



矿山水害防治技术

       矿山水害防治方法一般分为3种,即疏、堵、避,实际应用中往往采用一种方法为主、其他方法为辅的综合防治方案。具体来说,矿山水害防治首先应深入掌握矿区水文地质条件,在此基础上,遵循先简单、后复杂,先地面、后井下、层层设防的原则,开展矿山水害防治。对于各种可能涌入矿坑的地表水,应采取地面防水措施;为防范突水淹井,应采取井下防水及探放水措施;为保证安全顺利开采,坑内一般以疏为主,并尽量在浅部将地下水拦截;在水文地质条件适宜、经济技术条件允许时,应优先采取帷幕注浆方案。



1.地表水治理措施

       合理确定井口位置。井口标高必须高于当地历史.高洪水位,或修筑坚实的高台,或在井口附近修筑可靠的排水沟和拦洪坝,防止地表水经井筒灌入井下。


       填堵通道。为防雨雪水渗入井下,在矿区内采取填坑、补凹、整平地表或建不透水层等措施。


       整治河流。首先要整铺河床。河流的某一段经过矿区,而河床渗透性强,可导致大量河水渗入井下,在漏失地段用粘土、料石或水泥修筑不透水的人工河床,以制止或减少河水渗入井下。


       其次,要改道河流。如河流流入矿区附近,可选择合适地点修筑水坝,将原河道截断,用人工河道将河水引出矿区以外。


       修筑排(截)水沟。山区降水后以地表水或潜水的形式流入矿区,地表有塌陷裂缝时,会使矿区涌水量大大增加。在这种情况下,可在井田外缘或漏水区的上方迎水流方向修筑排水沟,将水排至影响范围之外。



2.地面帷幕注浆堵水新技术

       地面帷幕注浆的主要原理是在矿区主要进水方向采用系列钻孔注浆的方法,用一定的压力将浆液材料压到含水层的岩溶裂隙中,经固结后减少裂隙的体积和过水断面,以截断地下水进入矿坑的补给源。


       地面帷幕注浆堵水要求矿区平面上具有清晰的水文地质边界,进水方向清楚,在平面和垂直方向上具有帷幕注浆的客观条件。帷幕内辅以疏干排水,可完全消除井下重大突水事故,达到矿山安全生产条件,保障人民生命财产安全;帷幕注浆堵水又可大幅度减少矿坑涌水量,为矿山取得显著的经济效益,帷幕注浆堵水投资一般四五年内即可收回;帷幕注浆堵水还可保护矿山地质环境,大幅度减少甚至避免地面岩溶塌陷;帷幕注浆堵水还能保护矿区宝贵的地下水资源,这在一些缺水的地区,作用及意义更加突出。



3.控制疏干技术

控制疏干技术主要通过控制矿坑内水位降落漏斗现状,在保证井巷开拓及采矿工程安全进行的前提下,尽量不排、少排或晚排地下水,达到预防突水淹井、减少排水费用、保护地下水资源及控制地面塌陷等目的。控制疏干技术主要通过超前探水、降压疏干、注浆堵水及物理探测等综合手段来实现,是传统疏干技术的一大发展。三山岛金矿、安庆铜矿等即采用该项技术,获得了成功。


4.地面塌陷防治技术

地面岩溶塌陷是岩溶矿山疏干排水引发的普通地质灾害现象,危害较大,甚至直接影响到矿山的生存。其防治原理主要是消除产生岩溶塌陷的基本条件,即减少矿坑排水量、拦截主要导水通道或封闭隐伏岩溶洞口。

近年来,通过对安庆铜矿、凡口铅锌矿、下告铁矿等矿区岩溶塌陷的防治研究,长沙矿山研究院已摸索出了一套塌陷防治措施,其主要措施有:①塌陷的综合预防,②塌洞口封闭,③塌洞埋管回填注浆,④塌陷区注浆,⑤修筑高喷桩基础的人工河床,⑥高喷桩拱体封闭塌洞口,⑦隐伏土洞预先治理。



5.井下顶板帷幕注浆技术

井下顶板帷幕注浆技术是地面帷幕注浆技术向井下的延伸,其主要原理是采用系列钻孔在矿体顶板注入大量浆液,以形成人工隔水层,切断地下水对矿坑的补给通道。该项技术具有节约排水费用、保护地下水资源、保护地质环境及不浪费矿产资源等显著优点,具有广泛的推广价值。其适用条件是:矿体相对集中、紧接强含水层。山东莱芜业庄铁矿、莱新铁矿即采用该项技术,均获得成功。



6.深井淹井注浆治理技术

深井淹井注浆治理技术的主要原理是采用注浆方法封堵突水源,其主要有3种类型:一种是先抛碴注浆,再进行工作面预注浆;一种是从地面进行井筒帷幕注浆;另一种是从地面采用高精度定向钻孔封堵突水点。3种方法主要根据井深、含水层埋藏深度,以及富水性、井内设施、工期要求等方面综合确定。高峰锡矿、冬瓜山铜矿、粮荐桥钼矿、白象山铁矿等采用了深井淹井注浆治理技术,已成功治理了突水淹井事故。



遇到透水事故,应当如何科学处置?


矿山企业应急处置及救援措施



一、及时通知矿井内人员撤离并及时通知相邻矿井;


二、根据情况弄清楚透水点的位置及水量大小,合理组织排水,控制水灾影响范围;


三、及时响应避灾人员呼救信号,并及时组织措施进行营救;


四、及时组织矿山救护队进行事故救援;


五、救护人员必须配备正压氧呼吸器入井救援。



个人应急处置及救援措施



一、及时通知矿井内人员撤离并及时通知相邻矿井;


二、根据情况弄清楚透水点的位置及水量大小,合理组织排水,控制水灾影响范围;


三、及时响应避灾人员呼救信号,并及时组织措施进行营救;


四、及时组织矿山救护队进行事故救援;


五、救护人员必须配备正压氧呼吸器入井救援。


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