煤矿地质灾害与防治.ppt

2020/7/10,1,煤矿地质灾害与防治,地球与环境学院刘启蒙,2020/7/10,2,▲煤矿地质灾害概况▲煤矿的主要地质灾害▲煤矿地质灾害防治,2020/7/10,3,第一部分煤矿地质灾害概况,2020/7/10,4,煤矿地质灾害概述,一、几个名词1.灾害“灾害”是针对人类社会而言，没有人类社会就无所谓灾害事件与灾害损失。灾害是指为自然界或人为活动所引起的、危及人类生命财产和生存条件的各类事件。,2020/7/10,5,煤矿地质灾害概述,2.自然灾害通常指自然变异为主因而产生的，并表现为自然态的灾害。根据生成机制自然灾害可分为（1）由大气圈变异活动引起的气象灾害和洪水例如台风、霜冻、热带低气压等（2）由水圈变异活动引起的海洋灾害与海岸带灾害例如海啸、海平面上升等（3）由岩石圈活动引起的地质灾害例如地震、泥石流、滑坡、地裂缝、矿井突水突瓦斯、地面塌陷、火山、地面沉降、土地盐碱化、沙漠化、水土流失等（4）由生物圈变异活动引起的农、林病虫草灾例如森林火灾、农业气象灾害等,2020/7/10,6,煤矿地质灾害概述,3.人为灾害由人为活动引起表现为人为态的灾害。例如城市火灾、交通事故环境恶化等。4.煤矿地质灾害在煤炭开采过程中,由于自然的或人为的因素破坏了地质环境的平衡,引起地质环境的反馈所产生的灾害以及由这些灾害衍生的次生灾害统称为煤矿地质灾害。,2020/7/10,7,煤矿地质灾害概述,二、煤矿地质灾害的分类1.根据灾害持续时间1突发性地质灾害这类灾害具有突发、高能、危害性大和持续时间短的特点，如井下突水、突沙（数分钟～数天）、瓦斯和煤尘爆炸（数秒钟）、煤与瓦斯突出（数秒钟）等.,2020/7/10,8,煤矿地质灾害概述,2渐发性地质灾害这类灾害包括沙漠化（年平均增长率＜1～＜3％）、地面沉降（数毫米～数厘米／年）、土地盐渍化（数年～数百年）、水土流失（数年～数千年）、地方病（数年～数百年）、煤层及煤矸石自燃（数年～数十年）等，具有发生相对缓慢、危害不甚剧烈但持续时间较长的特点。,2020/7/10,9,煤矿地质灾害概述,3可突发也可渐发的地质灾害由于地质环境的复杂性和多样性，以及外力地质作用的强弱变化，下列地质灾害可以是突发的，也可以是渐发的滑坡（数秒～数百年）、地裂缝（数分钟～数十年）、岩溶塌陷（数分钟～数十年）、岸边坍塌（数秒～数十年）。,2020/7/10,10,煤矿地质灾害概述,2.根据动力作用方式划分地质灾害划分为两大类5亚类1自然动力类型地质灾害a.内动力地质灾害例如地裂缝、岩溶塌陷等b.内动力地质灾害可诱发的灾害例如井下突水突砂、泥石流等c.自然外动力地质灾害例如水污染、大气污染（2）人为外动力与自然动力复合类型地质灾害a.人为外动力与内动力复合地质灾害b.人为外动力与自然外动力复合地质灾害,2020/7/10,11,煤矿地质灾害概述,三、煤矿地质灾害的特点1.群发性采煤工程破坏地质环境的平衡。引起地质环境的反馈，其反馈行为所导致的灾害往往不是孤立的，常在同一煤矿区的某一时段集中形成灾害群。如顶板灾害、塌陷灾害、井下突水灾害、煤层自燃灾害等可在同一煤矿的某一时段同时或相继发生。,2020/7/10,12,煤矿地质灾害概述,2.衍生性原生环境地质灾害还常常衍生一连串的次生灾害，形成一系列有成因联系的灾害链。例如煤矿生产对环境的影响可分为直接的（通常是长期的）和间接的（通常是短期的），但两种类型的环境影响结果可以认为是一种链锁反应。如顶板灾害地面塌陷地裂缝毁坏耕地，破坏地表建筑物和改变地表径流条件；煤矸石山自燃矿区大气污染矿区居民呼吸道疾病、肺癌；有害矿井水排放一水体污染土壤污染有害元素进入农作物人体地方病。,2020/7/10,13,煤矿地质灾害概述,3.区域性就各种灾害的内部联系而言，它们受一定区域性条件控制，如受区域性构造条件、区域性煤系岩性组合特征、区域性煤变质条件、区域性地理条件和区域性气候条件的控制和影响。因此，在灾害时空演化和分布上表现出区域性的特点。例如，煤矿区岩溶塌陷和矿井突水灾害，主要发生在石灰岩广布和岩溶发育的区域；煤矿酸性矿井水污染，主要分布于煤层含硫较高的华南地区。,2020/7/10,14,煤矿地质灾害概述,4．发灾持续时间的多样性煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤尘爆炸、矿井突水、顶板冒落等灾害，往往具有突发性，发灾时间短、强度高，破坏性大。采煤塌陷、煤层与煤矸石山自燃、煤矿区地方病、矿区土地盐渍化等灾害则往往具有渐发性，发灾持续时间长。如采煤塌陷，开采深度为200～400m时，地表移动时间可持续2～3年，而塌陷区最终稳定时间可距停采时间数十年。,2020/7/10,15,煤矿地质灾害概述,5.不可避免性和可防御性煤矿环境地质灾害是按一定规律、达到一定程度后发生的。在目前技术经济条件下，乃至今后一定时期内，要完全避免是不可能的。但这些灾害又是可以防御的，随着研究的深入、经验的积累，依靠科技进步进行预测预报和积极治理，对灾害进行控制，减少灾害，减轻灾害损失是可能的。,2020/7/10,16,煤矿地质灾害概述,6.影响的多方面性煤矿环境地质灾害影响到方方面面，如从矿工伤亡到对矿区群众心理影响；从直接经济损失到对间接经济损失的影响从灾害本身到对矿区环境质量的影响；从地质灾害到对矿群关系的影响；从煤矿经济损夫到对本地区经济发展的影响等。由于其影响的多方面性，故对煤矿环境地质灾害的防治，影响到本地区的社会效益、经济效益和环境效益。,2020/7/10,17,煤矿地质灾害概述,四、煤矿地质灾害发生的原因煤矿地质灾害发生的原因，可归纳为两种，一种是客观上的原因，一种是主观上的原因。1.客观原因目前由于科学技术发展程度，采矿活动仅是在地球表面和岩石圈范围内进行的。以后科技发展了到月球和其它星球采矿就另当别论了。采矿前的地球表面和岩石圈是平衡的。采矿过程，从地壳内部挖出了极为巨大量的矿石和岩石。诚然，不论采矿的手段是钻采、坑采，还是露天开采，还是液采，实际上都是肢解地壳的机体，都是从地壳“机体”中挖“肉”，“肉”挖出后，留下千疮百孔的空洞。这就使本来呈自然平衡的地壳，出现了新的不平衡和不谐调,导致了地壳物质的不稳固性。这是诱发矿山地质灾害的本质原因。,2020/7/10,18,煤矿地质灾害概述,采矿特别是地下采矿必须要排净矿坑下积水和处理地层漏水，这又造成地下水的不平衡，进而导致地层的不平衡性和不稳定性。在采矿过程中，如果不按科学手段进行，滥采乱挖，必然会导致矿坑突水的发生。矿业活动不仅是采矿过程，而且也包括选矿和冶炼加工。采矿，尤其是选矿和冶炼不可避免的要用水和火来处理。因此，矿业过程，必然产生三废，即废气、废水和废渣。三废的排放和堆积，对周围环境，对周围农田、森林、草地、湿地，对地表水和地下水，对人类的健康都造成极大的危害，从而也加剧了地壳的不稳定性。,2020/7/10,19,煤矿地质灾害概述,2.主观原因相当长时期以来，地方和民营小煤矿等如雨后春笋般发展，它们与国营大矿山争夺资源或单独或寄生于国营大矿山之上，每个小矿山在大矿山上挖一个洞，宛如一个个疮疤，极易发生瓦斯泄露和透水等事故。近年来，有个别国营矿山也变相地转为私人承包，不注意安全生产。他们只求增产，谋取暴利。这是煤矿地质灾害频繁发生的一个不可忽视的原因,2020/7/10,20,煤矿地质灾害概述,五、煤矿地质灾害研究的重要性及主要内容1.重要性2005年8月31日，中华人民共和国国务院第104次常务会议通过国务院关于预防煤矿生产安全事故的特别规定。全文共分28条决定，其中第八条、第十五条与煤矿地质灾害与安全生产有关。中华人民共和国国务院于2006年1月20日发布文件国务院关于加强地质工作的决定（国发[2006]4号）,2020/7/10,21,煤矿地质灾害概述,全文共分五部分24条决定，其中第六条“做好矿山地质工作”、第八条“强化地质灾害和地质环境调查监测”等近10条与煤矿地质灾害与安全生产有关。国家安全生产监督管理总局于2009年8月17日审议通过煤矿防治水规定，并与2009年12月1日起实施。全文共分十章142条，是煤矿防治水工作的指导和依据。,2020/7/10,22,总理政府工作报告强调煤矿安全生产工作,温家宝总理在全国人大会议上作政府工作报告时提出，必须采取更加有力的措施加强安全生产工作。去年以来，一些地方和行业发生的多起重大特大安全事故，给人民生命财产造成严重损失。我们必须认真吸取这些惨痛的教训，采取更加有力的措施加强安全生产工作。要严格安全生产责任制，强化安全管理，加大对安全生产的检查执法力度，消除各种隐患，预防和减少重大特大事故的发生。当前，要把煤矿安全作为突出任务，完善煤矿安全监管体制和机制，加大对煤矿安全设施的投入，提高安全生产技术水平。,2020/7/10,23,煤矿地质灾害概述,2.研究的主要内容1.从地质学和地质环境的角度研究煤矿地质灾害的发生、发展及演化的机制和变化趋势，进而开展有效的预防和治理；2.从环境科学的角度，研究地质灾害对煤矿区的水环境、大气环境、土壤环境和生态环境等的破坏机理和相互影响，提出有针对性的预防和治理措施；3.研究煤矿地质灾害产物可改造和可利用的一面，探讨以废治废、化害为利、变废为宝的途径。,2020/7/10,24,煤矿地质灾害概述,六、目前煤矿地质灾害研究存在的主要问题1.煤矿地质灾害的研究尚未纳入国家防灾减灾体系，研究大多是基于一个行业或一个企业范围内，只是针对单个或几个问题从技术和安全生产角度给以解决，缺乏系统化；2.对煤矿地质灾害的灾情没有全面详细普查，尚未建立全国性的煤矿地质灾害信息库，更谈不上对灾情的综合分析、评价及预报；,2020/7/10,25,煤矿地质灾害概述,3.多数煤矿企业在问题出现时，都很积极地与相关科研机构合作，对灾害进行研究，一旦问题暂时解决，就不再进行深入研究。使得矿山灾害的研究多为短期行为，缺乏长期性，以致研究资料不连贯，利用价值不高，形成一种成果虽多，效果不大；经常研究，却问题不断的现象。4.矿山生产属高危险行业，安全是第一位的。而灾害的防范需投入大量资金和人力物力，却没有直接经济产出，在不发生灾害性事故时，其经济效益往往是看不到的，这就使得长期以来人们宁愿灾后治理也不愿预先防范。研究经费的投入自然难以保障，效果也就不会太好。,2020/7/10,26,第二部分煤矿的主要地质灾害,2020/7/10,27,煤矿的主要地质灾害,由于矿业活动诱发的地质灾害，主要是人为地质作用所致，基本涵盖了除火山地质灾害以外的所有地质灾害。这些地质灾害有洞井塌方、冒顶、偏帮、鼓底、岩爆、高温、突水、滑坡、泥石流、瓦斯爆炸、沙漠化、盐碱化、三废污染、地方病、煤层自燃和矿震等。,2020/7/10,28,,2020/7/10,29,,,2020/7/10,30,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,2009年2月13日发生的造成8名矿工死亡的贵州省毕节地区织金县织河煤矿煤与瓦斯突出事故原因已查明，据调查组调查，这起煤矿事故系煤矿业主无证非法开采所致。,贵州织金县织河煤矿遇难矿工遗物,遇难矿工家属张文兰悲痛万分,2020/7/10,31,2008年09月21日凌晨1点10分左右，河南登封广贸工贸有限公司新丰二矿在技改过程中，井下六平巷发生煤与瓦斯突出事故，当班下井108人，截止9月21日上午11时，组织64人安全升井后经抢救7人生还，37人遇难。,矿井口等待的救援队,河南登封--救护队在出事煤矿现场,2020/7/10,32,2008年9月２９日１５时３０分左右，云南省昭通市威信县扎西镇小五且煤矿发生一起煤与瓦斯突出事故，造成６人死亡、１人受伤。2008年１７日１５时１５分许，湖南省涟源市伏口镇大竹村挂子岩煤矿发生一起重大煤与瓦斯突发事故，当班３２人下井，１４人安全升井，１８人下落不明。,湖南涟源市挂子岩煤矿井口,遇难矿工家属悲痛不已,2020/7/10,33,2007年4月19日1时40分，河北省峰峰矿业集团大淑村煤矿172205运料巷掘进工作面发生煤与瓦斯突出事故，突出煤量约1270吨，涌出瓦斯量约9.3万立方米，造成17人死亡。2007年4月20日11时46分，河北省邯郸矿业集团陶二煤矿南采区的2211上巷掘进工作面发生煤与瓦斯突出事故，突出煤量约475吨，涌出瓦斯量约为6.5万立方米，造成11人死亡、1人受伤。2007年7月１９日，发生在云南省大理白族自治州祥云县旭晶煤矿的煤与瓦斯突出事故共导致６人死亡２人受伤。2006年1月5日，淮南矿业集团望峰岗矿发生煤与瓦斯突出事故，12人死亡。2006年11月23日贵州遵义市仁怀县车田煤矿掘进面发生瓦斯突出事故，3人死亡。,2020/7/10,34,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,煤与瓦斯突出是煤体中突然喷出大量的瓦斯和粉碎煤的现象。它可摧毁井巷，掀翻矿车和引起火灾、爆炸等灾害，是煤矿主要灾害之一。一、煤与瓦斯突出特征及分类1.煤与瓦斯突出特征随深度增加,煤与瓦斯突出的危险性随之增加；煤与瓦斯常发生在压扭性断裂带、向斜轴部和煤层扭转、煤层产状突变、煤层厚度突变等地区；煤与瓦斯突出都在煤层中留下椭球形或梨形等喷出空洞，喷孔一般在巷道的上方；煤与瓦斯突出均有前兆地声（如劈裂、煤炮、闷雷般声）和煤体变软、变暗，煤层层理紊乱、支架压力增大、落煤掉渣、煤面外鼓、瓦斯从钻孔涌出、打钻时有顶钻或夹钻现象等。,2020/7/10,35,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,2.煤与瓦斯分类煤的突然倾出瓦斯压力作用，倾出的煤主要为碎煤，有时也能见到少量粉煤煤与瓦斯压出构造应力或开采集中应力引起的煤与瓦斯突出在地应力和瓦斯的共同作用岩石和瓦斯突出,在积累很高应力值、含瓦斯的岩体内，由于放炮的触动下，发生岩石与瓦斯一起喷出的现象,2020/7/10,36,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,二、煤与瓦斯突出的形成机理1.瓦斯突出机理的单项假说瓦斯突出机理的单项假说强调单项影响因素的作用方式和作用机制。主要是由前苏联、日本以及中国学者提出的具体包括瓦斯为主导作用的假说、地压为主导作用的假说和化学本质说。,2020/7/10,37,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,瓦斯为主导作用的假说强调瓦斯气体介质条件是发生煤与瓦斯突出的主要能源和决定因素；地压为主导作用的假说强调矿山压力在煤与瓦斯突出中起到了决定性的作用，主要包括岩石变形潜能说、应力集中说、剪切应力说、塑性变形说等等；化学本质说因缺乏现场实践和实验室研究未能得到广泛的支持。,2020/7/10,38,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,单项假说的共同特点是，只注意到了矛盾的特殊性而忽视了矛盾的普遍性，仅仅强调了某一单项因素在瓦斯突出中的作用和地位。,2020/7/10,39,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,2.瓦斯突出机理的综合假说该类型假说的物理内涵是瓦斯突出是综合作用的结果。是由地压、包含在煤体中的瓦斯、煤的物理力学性质、煤的微结构及煤层构造综合作用的结果，在急倾斜煤层中还包括工作面地带煤的重力等；即瓦斯突出是煤层的应力状态、煤层瓦斯含量和煤体的物理力学性质综合作用的结果。上世纪70年代，前苏联B.B霍多特提出了瓦斯突出机理综合假说的“能量假说”。,2020/7/10,40,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,3.中国学者近年来取得的研究成果重庆大学鲜学福教授等对煤体变形特征对突出的作用和影响进行了研究;中国科学院力学所对含瓦斯煤的一维和二维失稳破坏过程进行了模拟实验研究;周世宁等对含瓦斯煤岩的力学性质进行了研究;章梦涛等采用失稳的能量判据作为冲击地压和瓦斯突出的统一标准,建立了这两种动力现象的统一的失稳理论;煤科院抚顺分院和重庆分院、中国矿业大学的教授和专家们以预测和防治瓦斯突出为目的的开展了大量理论和实验研究，提出了煤的瓦斯放散速度、煤的坚固性系数、煤的破坏类型、钻屑量、煤体温度、瓦斯含量、瓦斯压力和煤的变质程度等指标，进行了地压与瓦斯突出关系的理论、吸附瓦斯在不同外界条件下的膨胀变形规律和瓦斯突出的声发射监测等研究；河南理工大学从地质角度研究瓦斯突出机理及预测；,2020/7/10,41,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,概括起来有以下几种比较先进的瓦斯突出机理假说（1）瓦斯突出机理的“流变假说”周世宁等；（2）瓦斯突出的“二相流体假说”西安科技大学李萍丰；（3）瓦斯突出的“球壳失稳机理”中国矿业大学蒋承林；（4）关键层应力墙瓦斯突出机理中南大学何继善。,2020/7/10,42,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,三、煤与瓦斯突出预测1.突出预测分类区域突出性预测、工作面突出预测和生产矿井区域性预测2.勘探阶段瓦斯突出预测3.工作面瓦斯突出危险性预测石门揭煤工作面突出危险性预测煤巷掘进工作面突出危险性预测回采工作面突出危险性预测防突措施效果的检测方法,2020/7/10,43,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,4.瓦斯突出煤体的地球物理预测1根据煤体的能量辐射预测瓦斯突出包括红外辐射预测瓦斯突出、电磁辐射预测瓦斯突出、声发射预测瓦斯突出（2）根据地电场变化规律预测瓦斯突出（3）利用微震技术预测矿井动力现象,2020/7/10,44,煤矿的主要地质灾害煤与瓦斯突出,（4）局部性预测局部性预测时瓦斯突出预测中很重要的一个环节，也就是瓦斯突出的点预测。主要常用地质雷达法。（5）探测煤层小结构预测瓦斯突出瓦斯突出的分布与地质构造有着密不可分的内在联系。瓦斯突出主要发生在挤压应力区。包括煤层地电法、煤层地电法此外还有地震法超前预测等。,2020/7/10,45,煤矿的主要地质灾害矿井突水,矿井突水这一现象的发生与发展是有一个逐渐变化的过程，有的表现很快（一、二天或更短），有的表现较慢（采掘后半个月或数日），这与工作面具体位置，采场地质情况，水压力、矿山压力大小有关。从开拓工作面开始，发展到突水的期间内，在工作面及其附近往往显示出某些异常现象，这些异常统称为“突水征兆”。,2020/7/10,46,一、引言,水源是根本，地层、地质构造是条件，水压是关键，采掘引起的重新平衡是起因，水动态变化既是突水的前奏，也反映其结果。五者的关系不能颠倒、混淆，这是正确分析、预报水情，防止重大突水事故的经济和有效技术途径。,2020/7/10,47,二、煤矿水害产生的主要原因及防治工作的主要任务,煤矿开采多为地下作业，在井巷开拓和煤层的回采过程中，不可避免地要接近、揭露或波及破坏某些含水层体。只要这些工程的作业场所处于含水层体的水位以下，水体就会因失去原有的平衡，在重力作用下，以各种形式向井巷或采场涌出。这既可以是一般性的滴淋水，也可以是突破性的大量涌出，形成水害。这主要决定于作业场所所处的地质构造部位，含水层的富水性、可能的补给水量和水压，以及工程对各含水层的揭露、贯穿或波及破坏程度。因此，煤矿生产建设的整个过程，都存在着与地下水的作斗争，矿井的生存与发展，都与这一斗争息息相关。,2020/7/10,48,水害是煤矿的五大自然灾害之一，仅次于瓦斯危害。水害的严重程度，受多方面因素影响，如矿井水文地质条件，矿井开拓、开采对地下水源平衡条件的破坏等。这些因素，一般都是可以认识和预见的，因此防治水工作的任务就是1研究制定合理的开拓、开采方案，最大限度地限制或减少其对各层地下水原有平衡条件的破坏；2采取针对性的技术措施，改造、限制主要水患因素；3建立合理的矿井综合防水体系，提高矿井的抗灾变能力。,2020/7/10,49,三、我国煤矿水害现状,1、地表水体及大气降水造成的水害地表水体通过矿区含水层露头、塌陷区、古井溃入矿井造成的水害事故，特别是暴雨、洪水溃入矿井造成的淹井灾害及泥石流、滑坡造成的淹埋矿井及工业广场的灾害，其面广量大。我国受地表水威胁的有江西、湖南、贵州、河南、河北、山东、山西、陕西、甘肃、辽宁、黑龙江、吉林等省。其共同特点是煤层埋藏较浅，第四系覆盖层较薄，矿区含水层浅部岩溶发育，容易接受地表水的补给，或矿区地表径流、汇水面积大。,2020/7/10,50,近几年，因洪水发生地表水溃入矿井及泥石流、滑坡造成的水害事故有增无减，损失巨大大。如1994年雨季，全国17个省份63个矿务局168对矿井遭受暴雨袭击，冲走煤炭300余万吨，影响产量700余万吨，死亡245人，直接经济损失20.4亿元。1995年由于降雨极不均衡部分地区遭受百年不遇的洪涝灾害，有18个省区57个矿务局145对矿井遭受水灾，矿井被淹，冲毁淹没巷道37.52万m，居民住房36.50万m2，设备7300台件，冲走煤炭883万吨，影响产量339.3万吨，经济损失达15.33亿元。乡镇煤矿雨季受灾更加严重，如山东临沂地区龙山镇煤矿，1993年一次淹井死亡59人，山东枣庄市黄贝矿1993年11月29日发生特大突水事故，造成矿井淹没，29人遇难。,2020/7/10,51,此类水害往往来得突然迅猛，井下作业人员无法撤出，造成重大损失和人身伤亡。因此此类水害的防治，必须防水重于排水，防重于治。加强对河流、水库、塌陷积水区等地表水因素的分析、观测、减少和防止水体向矿井渗漏和溃入。具体措施是截断补给水源、疏堵漏水段、辅砌和改造河流、填排塌陷区积水。,2020/7/10,52,2、冲积层水害冲积层中富水性强的含水层，如流砂、砂石层水在煤矿开采过程中溃入矿井而造成的灾害。受此类水害威胁比较严重的有淮南、淮北、徐州、大屯、鹤岗、辽源等局。该类水害威胁的煤炭储量约50亿吨。,2020/7/10,53,造成此类水害事故的主要原因一是受强含水冲积层威胁的煤层开采过程中，防水煤柱留设不足，冒落带直接进入松散强含水层造成溃水甚至溃泥砂事故，或导水裂隙带进入冲积层造成溃水事故，其中有些急倾斜煤层开采过程中，更易发生溃水事故；二是在断层破碎带、裂隙发育段冒落高度特大，造成溃泥砂、溃水事故。如徐州义安矿704工作面在推进290m时，上方开了“天窗”，发生了冲积层底部砾石层水溃入井下突水事故，最大突水量453.6m3/h，水夹砾石、矸石、煤块等杂物共1600m3涌入井下。,2020/7/10,54,,3、老窑水造成的水害老窑水可分为两种类型古窑老区积水和采空区积水。限于当前开采技术，古窑老区水一般都在煤层浅部，开采情况难以掌握。积水中含有有害气体，一旦透水，易造成工作面停产和人身伤亡事故。,2020/7/10,55,,如震惊国内外的2005年“8.7”大兴矿难就是水淹区下采煤发生的。大兴煤矿埋深约700m，地层倾角在45～70之间。－160～-260m标高的范围为水淹的采空区，蓄水量为1500～2000万立方米；矿井的生产区为－230m～－440m。防水煤柱高度为70～110m。2005年8月7日发生淹井后，人员伤亡达126人，造成事故的原因一方面是急倾斜煤层不适宜留设防水煤柱，另一方面可能是井下偷采了防水煤柱。再一方面可能是早期煤柱本身就不完整。虽然出水后采用多种物探手段，但效果不理想，未能查明煤柱厚度。,2020/7/10,56,4、岩溶含水层突水水害矿区地层中因煤层开采影响到顶底板及厚层灰岩含水层造成的水害。这一类水害是我国分布面积最广，危害最严重的水害，主要存在于华北型和南方晚二叠世的煤矿中。在我国960万Km2的面积中，就有200多万Km2出露灰岩，华北型和南方型煤田大都分布在这些岩溶地区，因而60的煤矿受岩溶水威胁。,2020/7/10,57,如北方有开滦、峰峰、邯郸、邢台、井陉、焦作、鹤壁、郑州、淮北、徐州、肥城、淄博、临沂、南票、通化、韩城、澄合等局；南方有南桐、丰城、萍乡、乐平、涟邵、华蓥山等局。随着矿井的延深和开采范围的不断扩大，受岩溶水威胁的各大水矿区频繁地发生突水灾害，水害与生产的矛盾日益尖锐。特别是1984年6月，开滦矿务局范各庄矿2171工作面发生的岩溶陷落柱突水，最大水量达12.32104m3/h，居世界第一，使范各庄、吕家坨两个现代化矿井相继被淹，林西矿停产，11人丧生，煤矿产量减少850万吨，直接经济损失5亿元.,2020/7/10,58,,5、小煤窑造成的水害近年来，乡镇煤矿发展很快，乡镇煤矿开采增加了煤炭产量。但由于多数乡镇煤矿开采的是浅部煤层，与地表水和老窑积水关系密切，另有一些乡镇煤矿开采的是水文地质条件复杂、受水威胁相对严重的边角难采地段加之管理工作薄弱，滥采乱掘现象严重，破坏了有关防水煤柱。,2020/7/10,59,,据近年来统计，未经批准滥采乱掘各类煤柱的2863处；直接影响大矿生产的1359处；小窑与国有重点煤矿掘通的4552处，造成严重透水事故605次，造成了严重的经济损失和人员伤亡。此外，与国有煤矿无关的6万多个小煤窑，每年突水伤亡人数也达500人以上，经济损失更加严重。,2020/7/10,60,6、废弃矿井地下水的威胁今后将有相当多的矿井报废、关闭或停产,因矿井正常排水条件的改变，使得原有矿区地下水运动发生变化，威胁相邻矿井的安全采煤。如我国东北、西北、华北的近百对矿井都将这个问题提到了重要的议事日程。,2020/7/10,61,四、煤矿水害防治技术研究现状,长期的工作经验积累和认识深化，人们逐渐探索出了一些不同条件下不同水害类型的探测、预防和治理的行之有效的方法；在这些实践和认识的基础上，随着相关科学的发展和新方法、新手段的应用，矿山防治水技术水平也得到了不断提高,从简单的单纯排水发展到复杂的预先人工降低地下水位的疏干；从简单的堵漏发展到现代的注浆和构筑防渗墙技术,已使许多过去因水害而不能开发的矿床得以安全开采。,2020/7/10,62,1、水文地质条件探查技术自上世纪80年代中期以来，煤矿矿床水文地质条件探查工作较以往不同是出现了两个较大的转变一是研究对象从大到小，即从区域、矿区到采区、工作面的转变；二是研究工作从地面到井下的转变。与这些转变随之而来的是探查内容的变化和相应的技术方法的变化。,2020/7/10,63,,这些转变和变化的重要性在于一是探查工作从“宏观”到“微观”，即从面→区段→点上的变化使人们能更精确、更深的水平和层次去研究认识问题；二是从井上到井下的转变使得探查工作更具专门目的和实用性，可以直接服务于煤矿井下生产，从某种意义上来说这是一次“质”的飞跃。到目前为止，煤矿防治水工作者在水文地质条件探测方面已积累了一定的经验，形成了一些成熟的探查技术方法。,2020/7/10,64,2、底板突水预测预报技术底板突水预测预报一直是煤矿防治水工作的重点之一。我国上世纪60年代就开始研究底板突水问题。40多年来，研究工作基本集中于两个方面一是对底板突水机理的试验与理论研究；二是研制和开发用于底板突水的预测预报技术，包括用于信息获取，信息处理及信息解译的仪器、设备及计算机软硬件技术。,2020/7/10,65,3、顶板溃水溃沙预测预报技术顶板溃水溃沙是与底板突水不同的另一类水害类型。它主要是指沿一些强导水通道，或因采矿扰动而使地表、第四纪水、沙或充填于岩溶洞穴等中的水、沙同时溃入矿坑而造成灾害事故。目前研究主要集中于对第四纪底部含水介质性质、采煤过程中顶板三带发展及分布规律、岩溶塌陷条件及机理、水沙多相流流动形式及产生条件等方面。,2020/7/10,66,4、“疏水降压”和“注浆堵水”技术“疏水降压”和“注浆堵水”是煤矿水害防治的两大工程措施。水害治理技术方法的选择依赖于对水文地质条件的认识，也可应用突水预测预报给出的信息。带水压安全开采技术简称带压开采技术。它是指当煤层底板隔水层承受较高水压时，在不进行或很少进行降低水压的情况下确定能否安全采煤的技术。如果不能开采，则有相应措施与之配合，使其变为安全。从一定意义上来说，带压开采技术的实质或主要内涵是对能否在水压力下安全采煤（即是否可发生突水）进行评价，因此该系列技术也是一类底板突水预测预报技术。,2020/7/10,67,煤矿的主要地质灾害煤矿矿震,矿山开采、抽排地下水引起的地震活动，称为矿山诱发地震或矿震。矿山地震在各类诱发地震中危害性最大，对其的监测与研究历史最长。如果矿山地震发生在巷道或开采面处，就会严重破坏井下工程。矿山地震是造成矿井死亡事故的主要自然灾害之一，随着矿山开采深度和强度的增加，矿山地震活动就越多。,2020/7/10,68,煤矿的主要地质灾害煤矿矿震,一、煤矿矿震特征及灾害1.矿震震源浅，不仅地面建筑物易遭到损失,而且井下设施也会受到严重破坏，并引起人员伤亡。如19771991年间，山东陶庄煤矿发生破坏性矿震180余次，摧毁巷道3000余m,伤亡90人。,2020/7/10,69,煤矿的主要地质灾害煤矿矿震,2.矿震震级小，一般为23级，最大4.3级，波及范围不大,但造成的灾害往往比较严重。如1977年4月28日辽宁北票煤田3.8级矿震，造成113间民房受损，几十家烟囱扭裂或倒塌，12人受伤,其中2人重伤。,2020/7/10,70,煤矿的主要地质灾害煤矿矿震,3.煤矿矿震破坏程度随着井巷深度而增加4.煤矿矿震往往引起矿区断层“复活”.矿震的发生又与开采有关,所以开采区边界断层部位比正常区破坏严重;远离开采层底砾岩层比距开采层较近的岩层开采区破坏严重;井巷工程位于岩层界面或其它较弱的介面比同一岩层破坏严重,2020/7/10,71,煤矿的主要地质灾害煤矿矿震,5.随着矿震的发生，矿区的塌陷和岩爆、岩炮、岩石突出等矿山压力现象增多，程度增大。6.矿震时，在强大的地应力作用下，岩层或煤层突然脱离母体向采空区闪射，同时产生强大的气流，引起井巷的破坏和人员伤亡。如1982年1月7日山东陶庄煤矿发生2.7级矿震，使井下工作面的18名工人全被冲击波击倒。,2020/7/10,72,煤矿的主要地质灾害煤矿矿震,二、煤矿矿震成生环境1.脆硬软地层结构是煤矿矿震发生的内在介质力学环境2.褶皱是煤矿矿震孕育发展，弹性能积累的构造环境3.活动构造引起的“活化区”是煤矿矿震产生的动力环境4.地下水丰富和雨量充足是煤矿矿震发生的外界诱发因子5.煤矿采掘卸载是诱发煤矿矿震的外界动力因子,2020/7/10,73,煤矿的主要地质灾害构造破碎带冒落,构造破碎带冒落断层、裂隙带中岩层破碎，岩石力学性质极差，采掘工程在其中进行时顶板易于松动垮落，支柱易于插底，有可能发生冒顶灾害。,2020/7/10,74,煤矿的主要地质灾害矿井煤尘及危害,矿井煤尘及危害煤矿的粉尘主要是煤尘和岩尘，尘粒直径小于10um的煤炭颗粒叫煤尘，尘粒直径小于5um的岩石颗粒为岩尘，工人长期与粉尘接触。会引起呼吸道炎症，重者可导尘肺病，影响身体健康。而煤尘在一定的条件下会引起燃烧或爆炸，其爆炸燃烧产生的一氧化碳会引起人员的死亡。煤尘的爆炸性主要取决于煤中的挥发分含量和煤尘浓度。,2020/7/10,75,煤矿的主要地质灾害流砂,流砂流砂系指含水饱和松散的细砂、粉砂（也包含一些粉质砂土和粘土），在井巷工程的开掘中，由于地下水的渗流而失去稳定，随着地下水而发生的流动。发生流砂涌入矿井、可使井壁塌坍、造成严重伤亡。砂体液化,2020/7/10,76,煤矿的主要地质灾害冲击地压,冲击地压随着煤矿开采强度的增大，开采工作面逐渐向深部转移，据统计，我国煤矿平均采深每十年增加100m。而随着采深的增加，冲击地压发生的频率增大。有关专家预言21世纪煤矿的两大技术难题是冲击矿压和“三下采煤”，由此可见其危害及研究的重要性。,2020/7/10,77,煤矿的主要地质灾害废弃矿井的地质灾害,废弃矿井的地质灾害随着采掘工程的进行，越来越多的矿井将面临着无煤可采而废弃。报废矿井的下沉可能在许多年以后才发生。R.E.格雷和H.W.普鲁恩通过对美国匹茨堡煤层的下沉研究，指出报废矿井一半以上的下沉是在采后50年或更长的时间内发生；S.S.Peng的研究表明，废弃矿井迟缓下沉可能在采后100年才发生，索伯恩和赖得报导了苏格兰的一个报废矿并118年后才发生地表下沉破坏煤矿的主要地质灾害,2020/7/10,78,煤矿的主要地质灾害煤矿滑坡,煤矿滑坡在煤矿开发建设的过程中，矿区存在不合理的人类工程活动，即削坡、修路、堆矸和开采等破坏了矿区的生态环境和山坡体的原始平衡，是产生大量的煤矿滑坡、崩塌灾害的重要诱导因素。据不完全统计,每年此类灾害造成的经济损失以数亿元计。,2020/7/10,79,煤矿的主要地质灾害采空区塌陷,采空区塌陷采空区不及时回填引起的塌陷，在各种类型的矿山中都有，据不完全统计，目前采矿破坏土地面积达400万hm2，全国因采矿引起的塌陷面积1150多km2。在我国人均占有土地仅有0.0867hm2的情况下，这的确是个很大的数字。全国发生因采矿塌陷受害的城市有30多个。,2020/7/10,80,煤矿的主要地质灾害三废污染,三废污染矿业三废即废气、废水、废渣系主要的地质灾害之一。1.矿业废气以硫化工和煤炭业排放的废气污染最甚；2.矿业废水矿业废水包括矿坑水、选矿废水、冶炼废水、尾矿池水和石油化工废水等。矿业废水一般为酸性、含大量重金属、有毒有害元素。矿业废水大部分未经处理，排放后直接间接地污染了地表水、地下水及周围农田，并进一步污染了农作物，从而有害于人的健康，据初步统计，我国选矿废水年排放量约为36亿t，煤、铁矿坑废水年排放量为12亿t，总计矿业废水年排放量超过48亿t，如此大量的废水带来的危害就可想而知了。,2020/7/10,81,煤矿的主要地质灾害煤层自燃,煤层自燃煤层自燃现象在古今中外都有发生。然而中国是较为严重的。中国北方煤田自燃环境调查与研究指出，我国北方煤田潜在燃烧面积720km2，正在燃烧火区已燃烧掉煤炭42.2亿t，每年直接烧失煤炭1000多万t，每年破坏煤炭资源多达2亿t，经济损失可达200亿元，煤的自燃严重污染大气环境,2020/7/10,82,煤矿的主要地质灾害,此外，还有地热随着开采深度加大,地热危害不断加剧。我国已有许多矿山开采深度达到800m以下，这些矿山因开采深度又大，地温非常高。36℃39℃以上。地下水系破坏由于矿山开采，地下水系在大量抽排条件下，体系容易破坏，造成大的疏排漏斗，水位降低。矿床疏干排水还会引起地表塌陷、地面干枯等。岩溶塌陷、陷落柱等。,2020/7/10,83,第三部分煤矿地质灾害防治,2020/7/10,84,煤矿地质灾害防治,矿山地质灾害的防治是个系统工程，这不仅是矿山采、选的事，也关系到矿山建设之前的地质勘探工作的全面性和准确性，而且更主要的是社会和人为之因素。近些年来，矿山安全生产形势严峻，国务院三令五申，安全生产会议虽接连召开，然而，矿山事故却不断发生，且有逾演逾烈之势。矿山事故，表面看来是个安全生产间题，实质上具有更为深层次问题。,2020/7/10,85,煤矿地质灾害防治,煤矿总体安全措施1.坚持贯彻“安全第一”的生产方针安全生产是企业的一项最基本的制度，任何时候都必须把保护矿工的生命安全和身体健康作为第一位的工作来抓，只有在生产中坚持“安全第一”的方针，才能搞好安全生产，保证煤矿工业持续稳定的发展；2.严格执行“煤矿安全规程”；3.通过培训提高职工队伍的整体素质；4.提高技术和装备水平；5.按年编制矿井灾害预防和处理计划；6.应用高新科学技术，加强地质灾害监测,2020/7/10,86,煤矿地质灾害防治,煤矿建设之前的地质勘探工作质量好坏是决定煤矿地质灾害发生的一个前提条件煤矿地质勘探工作的成果是煤矿设计的基本依据。它的质量的好坏是决定煤矿地质灾害发生的一个前提条件。地质勘探工作不仅要查明确切的煤炭储量，而且还要查明矿井的地质构造背景，尤其是新构造运动的条件，还要查明矿井周围的地理环境、生态环境和水文地质条件。总之，煤矿地质勘探报告的质量极为重要的。该种报告的评定审查，必须要根据规范，严格进行。否则，后果是不堪设想的。,2020/7/10,87,煤矿地质灾害防治,煤矿采、选设计和生产要立足于长远，把环境保护放在首位，力争可持续发展1在开采过程中，导致事故的