煤矿不同类型水害的防治.doc

第三章 煤矿不同类型水害的防治 第一节地表水害的防治 一、地表水害防治的重要性与实例分析 矿井水的主要来源是地表水和大气降水的渗透补给，即使含水层向矿井充水，其最终补给也是大气降水或地表水，充水含水层只不过是它的直接或间接通道罢了。未能接受大气降水和地表水补给或补给量较少的充水含水层，一般是易于疏干的。因此矿井防治水最重要的一个环节，就是防治地表水或大气降水的渗透补给。对于一些强充水含水层防治的着眼点也应从这方面考虑。 江苏徐州矿务局的贾汪矿区，其韩桥包括韩桥、夏桥两井、青山泉包括青山泉一、二、三号3个井两矿五井开采太原群屯头系煤层时，由于它是海陆交互相沉积，煤系总厚160 m左右，夹薄至中厚层灰岩12层至14层，单层厚1 m～5 m，灰岩累计沉积厚度达45 m，占煤系总厚的30％。灰岩充水含水层岩溶裂隙发育，岩溶率一般为1％--2．3％，最高可达5％～11．3％，单位涌水量一般为1 ～4，最高可达27．2 ，渗透系数一般为7．7 --46．9 ，最大可达225．4 ，严重威胁和影响17、20、21三个主采煤层和其他局部可采煤层的安全开采。1956年至1961年期间，青山泉二号井开采该煤系时，先后发生5次突水，其中3次局部淹井，2次全井被淹。雨季最大涌水量达95．16 ，单次最大突水量为27 ；夏桥井在开拓一45 m石门试采这一煤系时，两次石门被淹关水闸门，雨季最大涌水量74，单次最大涌水量24．1。这些数据充分显示了矿井水文地质条件的复杂性。徐州矿务局根据大量水文地质资料的系统分析研究，认识到该矿区地下水动态受季节变化影响明显，具有“采得快，去得快”的特点。夏桥一45 m石门1957年10月28日突水24．1n，关门9 h后距石门100 m的钻孔水位上升20．1 m，11月5日开闸放水，20 h后距石门100m处的钻孔水位下降8．4 m，暴雨4 h后井下见黄水，涌水量可猛增4～5倍，而天晴3 d～5 d日后井下水量就明显减小。这表明降雨和地表山洪汇聚是地下水的主要补给水源，矿区边界断层基本是隔水的，矿井涌水量大并非边界断层接受奥灰补给和R断层延伸到徽山湖使太原群灰岩得到湖水补给的结果。最后经过采取了加强地面防治水工作的措施后，矿井水害终于得到治理。其具体治理措施和过程如下 会同农田水利部门，系统调查山区水库、天然水系和地形，得知贾汪矿区汇水面积达234．11 ，其中山区155．6 ，占66．5％，地形标高100 m～260 m；聚水的平原面积78．51肼，标高28 m～34m，大雨时泄水不畅，特别是矿山开采沉降区。这就形成了山区地面坡降大，山洪流速快，流量大汇流时间仅30 min～50 min，平原区水系乱，河床比较小，易在开采沉降区积水，并沿太原群灰岩强烈渗漏井下。因此，有效的矿井 防治水工作应该采取井下着眼、地面着手的方针，防、排、治相互结合。具体措施如下 1在近山区，以蓄为主，蓄防结合。结合地方水土整治，建水库，挖鱼鳞坑植树，开挖山前顺水沟，进行水土保持，减少水土流失，尽量使山洪少下山或缓慢下山。 2在矿区外围，以防为主，排放结合。在太原群灰岩露头以外，挖排洪沟组成防截圈，截山洪内侵，使外围山洪集中汇向主干排洪道有渗透段则需铺底防渗，排洪道下游设闸并建排洪站，一旦河水倒流可落闸向外排水。 3在矿区内部，以导流为主，导排结合，在低平的矿区内部，结合采动的低凹塌陷区分布情况，挖纵横交错的排洪道，使进入矿区的地表水、平原区降水和矿井排水迅速泄出矿区。如一些低凹塌陷区有渗漏可能者，则设站排出，使其永不存水。 由于采取了上述一系列地面防治水措施，1962年以后，这一矿区的水害得到了根本性治理。在1963年的特大降水年份降水高达1 559．1mm，雨季降水1 096．3mm，也保证了矿井的安全生产，平水年份则矿井涌水量明显减少。太原群煤系由-45 n诞伸开采到-180 m、-270 m水平，疏干水量仅56 ，没有发生任何大的涌突水事故。这是加强地面防治水工作既解决了矿井水害问题又保护了生态环境的一个成功范例。据统计，矿区对这项工程仅投资费用200万元，土石方约79万m3，经济效益十分显著。 二、地表水害防治工程应注意的主要问题 1充分调查当地的地形、地貌条件，编制地形地质图和基岩地形地质图，掌握基岩充水含水层出露及隐伏露头情况，正确确定地表分水岭、充水含水层的补给区，计算评价每一水系或排防洪沟渠的汇水面积，结合实际情况，进行矿坑充水条件分析。 2掌握不同降水强度下的地表和地下径流模数，一般要根据一定流域范围的岩层条件，进行连续几个水文年的小流域水均衡观测，以便取得实际资料。通常水利部门拥有比较全面的观测资料。 3根据煤层开采的“上三带”理论和导水冒落裂隙带发育高度规律以及开采盆地岩移塌陷规律，确定采动盆地裂缝角影响范围内的含隔水层的破坏情况，分析地表水和大气降水的人渗补给条件和范围，结合井上、下实际观测资料，设计地表防治水的具体工程。 4要充分利用当地气象资料，根据大气降雨规律及降雨强度，比较准确地预测防排洪渠、堤坝、桥涵的瞬时流量，以确定防排洪的标准和断面。 5掌握和圈定矿区历史最高洪水位的洪水淹及范围，并做好汛期前的调查和汛期中的巡回观察。根据井下当年开采范围的扩大和以往影响地表的规律，分析可能出现的隐蔽古井筒或岩溶漏斗塌陷坑的范围。发现有陷落迹象的，应立即事前加以围堵或填打，即将可能灌水的井筒或塌陷坑口筑墙围起来，以防止洪水灌入，或将井筒塌陷坑口周围表土清理干净，填实空洞后，在坚实的基岩面修筑混凝土盖封闭严密。为了监测深部是否再次抽冒塌陷，应该设置观测管。 6根据水利工程的要求，设计沟渠堤坝的抗洪强度和排泄能力。地表防洪的关键是确定设计采用的洪峰流量和水位，要根据当地的气象资料，选定某一频率作为计算洪峰流量的标准。如设计洪峰流量过大，工程投资大，平时不起作用；但如设计洪峰流量过低，又容易失事，无法抗洪。一般应选用20年或30年、50年一遇的标准，对于百年一遇的洪峰另行考虑专门措施。对煤矿地面防治水工程来说，这一原则也基本适合。该工作与矿井涌水量预测评价一样，是地面防治水工程设计的重要参考依据，一般采用概率原理方法解决。 三、降水量、洪峰流量理论频率与理论量值的预测与预计 任何一个地区，降雨量是一种随机现象，不可能得到完全统一的结果，但根据多年实测值得到“机率论”所需的“随机系列”是可以出现一定规律性的。反映随机事件在客观上出现可能性的大小尺度称“机率”，其基本性质是0≤PA≤1。心是在一定条件下随机事件A的出现机率。 式中有利或不利于事件A的可能总数； 可能的结果总数。 当N相当大时，所得的频率随机事件A的出现次数就可视为机率的近似估计值。需要指出的是机率是一个理论值，是常量，是可能出现的程度，但其具体数值还得用频率来表示，即用数理统计方法来计算确定。防洪设计标准所采用的降小频率就是根据有足够N的实测结果组成的随机系列，用数理统计方法计算确定的。频率抽象一般用重现期代替，如设计频率是1％，其重现期为百年一遇。 ≈0．01100％1％ 用随机系列求频率并据此推求设计所需的特征值，一般应取得以下统计参数 ①平均数j{∑五，其中Xi为随机系列的各个样本。 ②中位数随机系列按数值大小顺序排列的最中间部位的数值，往往与平均数接近。 ③众数随机系列按大小顺序排列时，中间部分一般出现较多的值，即一般所说的常年值。 ④离差系数，也称变差系数用来比较随机系列反映的频率曲线离散度的，一般用均方差与平均数的比值表示。即 所以 令 模比系数或变化，则 ⑤偏差系数是系列值在平均值左右分布状态是否对称的反映，一般不会绝对对称。分布状态的偏态称偏差系数。 目前一般按若干倍值确定，不进行统计计算。因为根据100年的观测资料计算，其准确度较差。一般采用如下值 暴雨 降雨 洪峰流量 有了随机系列，为了进行系列年限的外延，需要得出频率曲线也称机率分布曲线，通常采用数学方法求得理论频率曲线。具体计算方法主要有二种其一是皮尔逊Ⅲ型曲线；另一种是克里茨基一闵凯里曲线。一般采用皮尔逊Ⅲ型曲线计算。其具体计算公式如下 式中频率为P的雨季或洪峰流量； 雨量或洪峰流量随机系列的平均值； 离差系数； 频率为P的模比系数； 离均系数。 严格地说，求得x，后，还应计算其误差。一般直接计算，的平均方误差，其公式为 是根据查图确定。一般计算XP值时，不再计算其误差，但对于极其重要的值，应该计算出其误差，在设计书中加以说明和修改。 皮尔逊Ⅲ工型理论频率曲线，大部分不适应经验数据，这主要是偏差系数的计算引起的。消除这一误差常用值试定的办法，试后的曲线为最后结果。这一方法称为“适线法”。适线法主要有两种一是求矩适线法；二是三点法。 关于沟渠排泄能力的计算、开采沉陷盆地的预计、导水冒裂高度预测评价和地表裂缝角及裂缝与地表水入渗条件等的分析，可参考水力计算公式和“三下开采规程”等有关计算评价方法解决，这里不再详细介绍。 四、危险区的确定和预防 根据以往地面防治水出现的特殊问题看，洪水聚集区内如有隐蔽古井筒突然陷落或隐蔽的岩溶陷落时，是最危险有害的，需要认真探查预测和防治。根据以往经验和现有技术装备，具体探测与预防内容主要包括 1根据当地条件事前认真分析隐蔽古井和岩溶漏斗的分布规律，事前圈定危险区，采取相应的截洪、排洪措施和必要的抗灾抢险准备。 2要防止矸石、剥离土石方堆积在这种危险区内，增加治理和抢险的难度。 3要防止将涵洞或泄洪沟渠修筑在这种危险区内。 4根据真空吸蚀原理，可向这些危险区打一定的钻孔，揭露老窑区或岩溶裂隙，避免造成地下水流动出现真空、产生巨大负压、强化塌陷。 5打一定钻孔进行地下水动态监测，根据地下水水位升降和相关的补给条件，分析地下可能存在的充水和充气空间。 6进行地表物探，查明老窑区和岩溶裂隙分布状况，有条件时可圈定隐蔽古井筒或岩溶漏斗位置，以便进一步查证治理。 五、滑坡泥石流的研究与防治 煤矿区的地表滑坡、泥石流是煤矿地面水害形式之一，它的形成和发展与水有关，这些灾害一旦发生，即可破坏地表水系和防排洪工程，加剧水害的威胁。因此，需要把它们作为地表水害之一，加以研究和治理。 所谓滑坡、泥石流，是指在山坡地段，在一定自然条件下，如地层结构、岩性、水文地质和构造展布等特定条件下，因地下水活动、河流冲刷、人工切坡、地震、采空岩移和载体加重等，第三章煤矿不同类型水害的防治 33使大量土体或岩体在重力作用下沿一定的软弱面整体向下滑动的现象。当土体或岩体碎块与山洪一起迅速流动时就成为泥石流。滑坡和泥石流能迅速改变地形地貌，破坏地表建构筑物，阻塞水系沟渠。它往往在雨季时活动加剧，引发不可抗拒的突发性地质灾害。因此必须事前研究和防范。 滑坡有堆积层、黄土、粘土类土质滑坡和岩层滑坡之分；岩层滑坡又可划分为顺层滑坡和切层滑坡；按滑移面的深度，有浅、中、深层滑坡之分；按产生的时间，有新滑坡、古滑坡和死滑坡、活滑坡、暂时稳定滑坡之分；按活动方式，有牵引式和推移式之分，牵引式是下部先牵引上部滑动，推移式是上部高处先动，然后推动下部滑动。观察研究时必须认真区分这些特点，才能加深认识，采取相应的防治措施。 1．观察研究滑坡要注意的要素 1滑体整个滑坡体的形状和大小； 2滑坡周边的具体位置； 3滑坡壁滑坡体与未滑动岩体或土体的破裂壁； 4滑坡台阶，整个滑坡体因滑动速度差异可形成不同的台阶，反坡台阶往往是积水洼池； 5滑动面调查，它的发育往往与构造、层理、软弱层、粘土层等结构面有关； 6滑动带，它是指滑面以上受滑动揉皱的岩土层带； 7滑坡床，是指依附滑坡体的下伏不动体； 8主滑线，是指下滑速度最快的纵向线，它代表滑动方向，它可以是直线，也可以是曲线； 9拉张缝，是指与不动体拉开的缝或滑体内速度不同拉开的缝； 10剪切缝，是指滑体中部和两侧相对于不动体分界处形成的剪切裂缝； 11鼓张缝，是指下部受阻滑体鼓起形成的张裂缝； 12扇形张裂缝，是指滑舌部分到下部开阔扩展地带，向两侧扩张形成的基本平行滑动方向的放射状裂缝； 13滑坡舌，是指滑坡的前沿部分； 14封闭洼地，是指滑体移动后形成的洼地，易积水，可强化滑坡活动。 观察并描述上述形态和要素是研究滑坡的第一步。 2．形成滑坡的一般原因和条件 1地貌斜坡形态，地层结构又属软硬层相间交互，倾角又在20以上；对于风化破碎的堆积物，其坡度在40以上；含块石多的河岸，其坡度在25。以上；孤立凸出的山包，基岩面洼槽状并向低处倾斜或微倾； 2岩层属页岩、泥灰岩、云母片岩、滑石片岩及易风化、遇水膨胀的粘土组成的地层，层理发育，层面光滑易为地表水入渗； 3构造有断层面、节理面、褶皱两翼倾余或不整合面，且向临空面倾斜，倾角又较陡； 4气候寒热干湿变化大，易于降低岩石强度和稳定性，风化破碎速度快； 5地表水、地下水作用使土体岩体容量加大，软化，受到溶蚀、冲淘，润滑层面及其他软弱结构面，水的静压和流动压力、水在裂隙中的冻胀和冲刷等均影响其稳定性； 6人为因素破坏植被，开挖切坡，引水渗漏，爆破和机械振动，堆积载体增加负荷，采空岩移等； 7地震引起山体开裂和震动。 对滑坡、泥石流的防治首先要从战略上着眼，做好观察分析，并作出预测报告，认识古滑坡和可能形成新滑坡的条件，圈定应予注意的地点和范围。 3．防治措施 1不在古滑坡和可能形成新滑坡的地点兴建工程建筑； 2不在易形成滑坡的岩体上堆积矸石、剥离的土方，增加其负荷量； 3兴建工程建筑时做好工程地质和水文地质勘察，设计上要防止开挖可能诱发滑坡的沟渠或阻塞某些沟渠，引起地表水或地下水径流方向的改变； 4采矿时要运用开采沉陷的岩移规律，尽可能避免形成与滑坡方向一致的岩移；根据具体条件在矿井划分、开拓水平和采区划分上有针对性的安排，使沉陷盆地的形成和采动岩移向着不利于滑坡的方向发展。 对于已经出现的滑坡，应采取以下措施 1在滑坡体外围修筑截水沟、排洪沟，使地表水不流入滑坡体或渗人滑坡体； 2开挖疏水隧道，疏干加剧滑坡体活动的地下水； 3修筑抗滑墙、抗滑桩，取土减重，维持应力平衡； 4注浆固化或爆破扰动，改变滑动方向； 5设置观测点进行长期监测； 6如为深滑坡则需钻探工作，查明深部情况，采取相应防治对策。 第二节老窑水害的防治 一、防治老窑水的必要性 积存在煤层采空区和废井巷中的水，尤其是年代久远缺乏足够资料的这种老窑积水，是煤矿生产建设中最危险的水患之一。虽然老窑水一般积存量较小，只有几吨或几十吨，但一旦意外接近或溃出，往往造成人身伤亡并摧毁溃水所流经的井巷工程，造成巨大的经济损失。 老窑积水水害，不仅在老窑或地方小井多的矿井存在，在国有大型煤矿自采自掘的废巷老塘，因种种原因在本该无水的地点也意外积存了或多或少的水体，它们意外的溃出也会伤人毁物。因此，对于所有地下开采的矿井，不分东南西北和水文地质条件的异同，均会遇到老窑水害问题。 根据以往防治老窑积水的经验和教训，对这类水害的主要防治对策就是要严格执行探放水制度，以根除水患。在特定条件下可先隔后放，如老窑水与地表水体或强充水含水层存在密切的水力联系，探放后可能给矿区带来长期的排水负担和相应的突水危险时，则可先行隔离，留待矿井后期处理，但隔离煤柱留设必须绝对可靠，并要注意沿煤层顶、底板岩层的裂隙水绕流问题。 二、老窑水防治的技术思路 防治老窑积水要解决好以下七个方面的问题 一克服麻痹侥幸心理，避免疏忽大意 由于老窑积水的分布规律不易掌握，又带有灾害的特点，一旦警惕不高，很简单的问题也会酿成惨痛的水害事故。因此，必须采取严肃慎重和一丝不苟的工作态度，坚持“全面分析，逐头逐面排查，多找疑点，有疑必探”的基本原则。老窑水害严重矿区的防治经验是 1人员再紧，探放水工作必须专人负责； 2有疑必探，采掘工程没有把握必须探水，如探水工作影响了采掘工程，可采取其他补救措施，但决不能放松这一工作； 3老窑水小也不可大意，应严格按照规章制度施工，把水放出来才可生产。 下面以两个典型事件为例，说明克服侥幸心理、没有把握就坚决执行探水制度的重要性。 X X矿X井开采浅部十层煤，煤厚1．5 m～1．8 m，大片老窑积水已经探放出来。当进入老窑区回收残留煤时，发现一块见方30余米的煤柱，根据对其四周的观察，确无积水，且上距20 m的九层煤也已探明并已回收了残煤，证明确无积水。但在该煤柱的一壁，局部地方却有发潮现象。当时普遍认为该地区煤层距地表仅60 mm，地面又正是排水沟，是水沟积水沿风化和采动裂隙下渗造成煤壁发潮的，周围巷道比较潮湿就是证明。30余米一块见方的小煤柱内决不可能存在老窑积水的威胁，不必大惊小怪。但分工探放水的专职工作人员总是放心不下，多方想疑点，最后提出一个怀疑，即这块小煤柱里是否有上部九层煤向下做的“窝口”呢即近距离煤层是否存在向下或向上探明相邻煤层情况的小洞子呢老窑开采往往存在这种情况。若有这种“窝口”积几十吨水，它的突然溃出也会对矿井造成威胁。当时探与不探争论很大，但由于该矿坚持了上述三条经验和基本原则，矿上主要领导思想坚定，最后打钻探水。结果竞放出200余吨老窑 积水。放水后经过观察，发现原来煤柱里有一个60余米深的古井筒，上部已严重坍塌，下部都空着，看来这是古人掏井当时刚采十层煤，井El便发生变故不能维护而报废，因年代久远，地表已无井筒痕迹，但下部存在一个孤零零的隐蔽水柱，水压高度达0．3 MPa。如有工作人员在附近作业，积水突然溃出，显然会造成人身伤亡事故。 另有一个矿，需从九层煤打一反上山石门透七层煤。据调查资料显示，石门透煤点以外100余米处存在老窑积水。两煤层间距33 m，设计反上山石门倾角23，斜长85 mm，为了“以防万一“，规定在上山掘过60 1TI、垂距七煤12 ITI左右的位置，超前打钻探水。但当上山前进到55 mm处，发现顶板砂岩有淋水。是否立即停止前进打钻探水争论很大，大家普遍认为，迎头层位正常，正是七煤底板13 m～14 Ill的砂岩底面，砂岩裂隙有点淋水是正常现象，应该按原设计前进至60 In的位置再打钻，因积水范围在预定透煤点以外还有100 m多呢，原位置探水不过是“以防万一”罢了，何必“以防万一”后又来个“以防万一”呢现在就开始探水，钻孔长，工程量大，边探边掘，重复按钻次数增多，既影响生产开拓，又无实际必要。但分管探放水的工作人员认为，砂岩淋水虽是正常现象，但此处淋水水量较大，是否临近老窑积水的表现呢另外，迟早也得要探水，提前探一下不是更保险了吗矿领导也根据“有疑必探”和“没有把握就探”的基本原则，同意了打钻探水的意见，结果第一个探水钻孔仅过10．6 m就透老窑，放出积水62 000余吨。事后查明，在该迎头前面4 m多处，分布一落差9 m的正断层，对盘七层煤已下降到迎头跟，积水垂距迎头仅2m。显然，一次难以估量损失的重大透水事故在“以防万一”之后再来一个“以防万一”的慎重工作态度下，得以避免。 二认真分析老窑积水的调查资料 老窑和地方小煤矿开采的积水范围，由于缺乏准确的测绘资料，是老窑水防治难度大且易于发生水害的主要原因。即使是自采自掘有准确测绘资料的国有矿山的老塘废巷积水，也存在巷道长度记录不准、漏记小盲洞、意外冒顶阻水、下层采动沉陷重新积水等情况。因此，对老窑积水调查资料的系统分析和正确使用，是防治这类水害事故的一个重要关键环节。 当然，今后不论大井、小井，只要地下掘进采煤，就必须要求积累准确系统的测绘资料，一并做好校对审核工作，标明填图测绘日期，长期存档保管，这些是今后治理此类水害事故的基础。这一点必须引起各级煤矿生产管理部门的高度重视，把它作为一项安全战略措施来抓，防止继续忽视“准确测绘填图”而遗留后患。 对老窑积水资料的调查，一定要严肃认真，深入细致，确切地加以记录，并且要反复分析核实，判别可靠程度，指出疑点和问题。最后，必须依据资料的可靠程度，本着“留有余地，以防万一”的原则，在有关图纸上圈出积水线，积水线外推50 m～150 m划定探水线，采掘工程进入探水线必须超前探水，对于大片积水区，必要时还要沿探水线外推50 m～100 m，作为警戒线。采掘工程进人警戒线，必须向不同方向打警戒性探孔，初步控制层位、构造和积水的可能性。对于有测绘资料作依据的积水区，也要划定积水线，外推30 m～60 m圈出探水线。上述资料和“三线”，如同水文地质勘探资料，要经过逐级审定，然后作为老窑积水防治的依据。 对老窑水调查资料不慎重确定“三线”，并不明确标定在有关图纸上，往往会造成严重失误。但即使有了资料和“三线”分布图，应用时仍要随时警惕，不能绝对化、盲目自信，而要根据现场的新情况，及时重新分析判断或补充调查。 在矿开采四层煤时，根据调查资料和日伪时期留下的采掘工程实测图，分别圈定了老窑积水区和探水线。当时大家一致认为这一资料是比较可靠的，既有当事人的确切回忆和口述记录，又有老图纸。但在实际生产开拓时，距探水线还有200多米．距积水区远达300 m，迎头却出现了突水征兆，由于含铁高的老窑积水遇空气氧化后释放出№03，故顶板渗水挂红。面对这一新情况，不少人仍认为调查资料应该相信，它既有人证又有物证，不会出入太大，四层煤顶板是薄层灰岩，老窑积水沿灰岩裂隙渗流二三百米是完全可能的，我们已充分留有余地，继续掘进到探水线再探水也不迟。但另一部分技术人员则认为，人证、 物证不如实证，已有出水现象就必须慎重，应当停止掘进，进一步调查核实，采取对应措施。于是扩大范围，作进一步调查分析，对可以提供线索的老工人逐一访问。结果一个老工人一看日伪时期的老图纸便说“这可能是日本鬼子1943年的图纸，在1944年他们又在这一带派人打了半年多洞子，从井口走到迎头至少有二里多路。”核实的结果，积水巷道确实就在迎头不远处，故立即安钻探水，30余米处见老窑，放水十余万吨。当时在这二区域井下有200多人同时作业，如果发生透水，其结果不堪设想。 另有一矿曾发生这样一起水害一片老窑积水已经探放，经过一个雨季的检验也没有问题，无地表水渗漏现象。于是就布置了巷道进入老窑区开采残留煤炭，但有一日却突然发现井下有害气体迅速超限，同时溃出一股积水，淹没了已恢复的巷道和泵房，有两人被有害气体窒息未能脱险，其他人员迅速撤出，避免了一起重大伤亡事故。事后查明，由于这片老窑区与相邻的另一老窑之间的矿界煤柱太薄，老窑积水放出后，与其相邻的老窑积水对于矿界煤柱的压力相对加大，因强度不够而发生突然溃破。 许多实例说明，老窑积水的调查一定要全面，记录要清楚，有多少线索尽量访问多少，并且要询问清楚被访对象在现场的起止年月，当时的工种和现场情况，以便仔细分析和相互对证。对于老图纸，一定要注意核定成图或填图的截止时间，要充分估计有关误差。即使资料被认为是相当可靠，使用时也要随时警惕，不能绝对化。一般说，老窑积水调查时，要特别注意以下几点 1井口的确切位置、井深和开采层别。有无“窝VI”或“暗井”、“反上下山石门或穿层石门”、因断层对接原因而开采相邻的其他煤层等，要防止“张冠李戴”把井位弄错。 2煤厚和煤层特征，确切判定实际开采层别，防止把老窑积水圈错层。并要分析了解丢顶煤、撇底台或分层开采情况。 3井巷开拓方向，前进距离，确定开采范围，画出示意图，作出详细记录，说明分析审核意见，指出不清楚的疑点，引起利用资料者的注意。 4积水量和水位标高，老窑之间或同一老窑各片积水之间隔水煤柱的宽度及上下层的重叠情况。 5积水区与上下煤层充水含水层之间的关系，与地表建筑物及河沟洼地之间的关系，断层及岩浆岩分布和积水被切割位移情况。 6积水区区域的正常浦水量、最大涌大量、补给水源和水质情况。 三制订合理有效的防治对策 老窑和地方矿井多为复杂的矿区，分管安全的领导和技术负责人要用相当的精力来千方百计地了解掌握本矿井周围的老窑积水分布情况、各片积水与本矿井各采区之间的隔离情况。要组织有关人员编制有关图件，全盘安排开拓部署和采掘工程。简单地讲，老窑积水的主要防治方法就是“探放”。但放与不放何时探放怎样探放这些均是很值得探讨研究的课题，需要从安全生产的全局出发，根据矿井和老窑积水的具体条件，权衡利弊，作出战略性决策和安排。具体包括以下几个方面 1当老窑积水与地表水、强充水含水层存在水力联系且有较大的经常性补给水量时，应防止绕流和渗漏，采取“先隔后放”的策略，避开地表水和强充水含水层的威胁，留待矿区后期处理，以减轻矿井长期的排水负担。留设的防隔水煤柱要适当加大，绝对可靠，并在整体开拓部署上创造今后合理回收的有利条件。 2在必须采用探放水方法才能查明老窑积水条件的情况下，应该清楚地意识到，探放水的区域就是危险区域。因此，必须全盘考虑设置水闸门墙、安全撤人通道和通向地面的两个以上安全出口，考虑流水和排放瓦斯的具体路线与措施；加强和维护排水系统，以保证足够的排水能力；确定适当的放水量和放水时间，以避开雨季和其他原因形成的矿井涌水高峰期；加强地面防洪，防止隐蔽古井筒或采动裂隙突然塌陷灌水；预计地表可能出现的沉陷裂缝情况，分析对建筑物的影响等。 3因地制宜，提出科学合理和确保安全的探放水设计。井巷工程和采区设计要从有利于探放水角度考虑，对水量大、水头高的积水区，一定要设计采用隔离式的探放水措施，在专用的石门峒室、地面或井下打穿层钻孔至积水区，利用专用流水巷放水，等把大部分积水放出、水头降低之后，再沿煤层探放残留的小片积水。隔离式放水必须要有足够的岩柱，有防止冲刷扩大和控制水量的具体措施，安装套管、水门时，要根据水质情况制订防腐措施。远探远放，这是防止此类水害事故的一个战略原则。 4在全面了解和掌握老窑积水周围情况的基础上，制订具体措施及时了解周围的采掘工程与积水区关系的变化，抓住重点，既警惕近处又要防止远处水害的出现。例如，矿井曾于1982年12月15日发生了一次祸从天降的重大水害事故。在该矿井东部有一地方煤矿，这个煤矿向东掘进了一条600余米的巷道，当巷道接近了积水80余万吨的老窑时，突然发生透水，老 窑水迅速淹没了2个小井后，以大于150的流量冲向该矿井底大巷，不到3 h主泵房被淹，封了井底大门。这时全井有461人被围困在井下，总水量15万t，主要下山全部淹没。老窑水从3 km以外突然飞来，“真是祸从天降”。值得庆幸的是，该矿有可供人员步行撤出的南斜井和西风井梯子问，经奋力抢救， 迅速停风启用风井梯子间，才避免了一场重大人身伤亡事故。这一事故教训说明，加强地方小井的管理十分重要，要全面了解情况，有针对性地提高警惕，既要防治自身的水害危险，又要高度注意周围矿山的水害。 四严密组织探水掘进 老窑积水有分散、孤立和隐蔽的特点，水体的空间分布几何形态非常复杂，往往很不确切。防治它们的唯一有效手段就是探水掘进。在有足够帮距、超前距和控制密度的钻孔掩护下，掘进巷道逐步接近它，最后达到发现之的目的。然后利用钻孔将老窑积水放出来。但是，如果意外接近它们，老窑水的突然溃出就会酿成水害事故。 根据积水层的赋存条件和采掘巷道的相互关系，探水钻孔必须在巷道的前方、两帮和顶、底都有布置，保证有足够的掩护距离和密度，防止从探水钻孔之间漏过老窑。规程规定超前距一般是10 m～20 m，帮距10 m～15 m，超前掩护的扇面形钻孔，终孔间距在平面上不大于3 m，厚煤层在剖面上不大于1．5 m。在规程规定的基础上，各矿务局根据具体的探水水量大小和水压高低，均规定了不同的超前距和帮距。钻孔密度在警戒性探水掘进时不受此限制，但主要是针对在怀疑方向钻探搜索性的长孔。在正规探水掘进时，必须严格按规定办。探水孔之间如用物探手段证实无老窑，资料确信可靠，探水孔密度可适当放宽。 探水掘进应该注意以下几个方面 1探水眼的方位、倾角、深度要验收，保证准确无误，连同钻孔穿过煤层或顶、底板岩层的深度和长度，准确地填绘在大比例尺的探水图上1200或1500，并分析漏失老洞子的可能性。这些可作为批准探水巷道前进的方位和允许前进距离的依据。掘进时，方位和距离要经常检查和丈量，防止偏离和超过。 2探水眼要安装套管和水门，钻进前都要进行耐压试验，防止失效，保证一旦探透积水可有效控制。 3探水迎头及顶、帮必须加强支护，钻机必须安装牢固。 4探水地点有安全撤人的避灾路线，有向受其威胁的相邻地点发出警报信号的装置，有定期检查有害气体的制度。 5有安全操作规程，规定所有应注意的事项。 五特别注意近探近放和贯通积水巷道或积水区 当积水位置很明确或通过“探水掘进”确已接近积水并进行近距离探放水时，有些问题需要特别注意。情况复杂的积水就在身边，稍有不慎，水害立即可能发生。 例如，某矿在901正五上山钻进，探放802工作面自采区的老塘积水，13．9 m透老窑，出水量很小，认为是自采区，资料可靠，经矿总工程师同意，留6 1TI超前距后再掘进7．9 m，进行第二次安钻探水，因钻孔方位改变，9．3 m见老窑，水量仍不大，于是由矿副总工程师带队到现场观察并开钻打孔试探，开始打孔时在钻杆搅动下沿钻孔有煤浆涌出，有压力，巷道振动，煤壁层层剥落，只好停钻观察。停了一段时间，巷道压力趋于稳定，又第二次开动钻机，推进8．4 m，钻孔涌水量加大为50 m3／h，水清无压力，出水正常，到了第二日，水量又减少为20 。分析认为，大水已经放出，残存水量已经不多，矿总工程师第二次带人到现场透孔试探，检查是淤塞还是积水确已放尽，当钻杆推进3．6 m后又拔出0．5 m时，迎头突然涌水，6 250 m3积水一涌而出，摧毁一560水平的车场硐室300 m，包括总工程师在内的28人当际遇险，2人侥幸当时逃出，18人因巷道垮落被困井下数日后救出，另有8人死亡。这次事故的发生，主要原因是近探近放积水，同时积水区底部由于有淤泥煤粉等杂物沉积，对放水孔形成胶塞作用，钻孔不搅动不出水，造成了积水大部分已经放尽的假象。 许多水害案例表明，近探近放积水和贯通积水巷极不安全，必须确保积水及煤泥浆确已放尽才行。发现近距离探到积水，必须迅速加固钻孔周围及巷道顶帮，另选安全地点，在较远处打孔放水或扫孔冲淤，通捣清淤时要制定防钻孔刷大、突然来压顶出钻杆等安全措施。 在老窑边缘，积水形状是变化多端、极不规则的，峒子或宽或窄，或高或底，可能留顶撇底，左右拐弯或多条峒子交错，可能局部冒落阻水或积存淤泥，使积水始终放不尽或重新积水。因此，在掘透老窑区时，必须在放水孔周围补打钻孔，保证在平面和剖面上都不漏掉积水峒子，各钻孔都能保证进出风，证明确无积水和有害气体后，方可沿钻孔标高以上掘透。 六重视自采自掘采空区废巷积水的探放 这是一个普遍问题，千万不能认为资料相对可靠，就掉以轻心，必须以下几个方面 1对原不积水的区域要分析重新积水的条件和可能，经常圈定积水区。 2要分析测绘精度和误差，注意可能少填、漏填的峒子。 3不过分自信，盲目进行近探近放。 例如，X矿自掘一煤层下山，因故暂停。下山掘进220 1TI，图上却标200 m，有关人员记忆也是200 m左右。该下山底板下的煤层已采，采动裂隙发育，不可能积水。另一巷道与之接近时，为了以防万一，在座底部位200m处打了一探眼，为干空，认为已经探明证实设计不合理，无孔检查下部是否是实炭区，故巷道继续向前掘进，结果透水200 t，造成了人员伤亡。事后查明，下山实际掘进220m，下部10余米因煤粉淤泥将导水裂隙封堵而积水。 七钻、物探结合问题 老窑水的探放，工作量很大，尤其是探水掘进，确实耗工耗时，应该积极采用物探手段，帮助圈定积水区，减少超前探水的工作量，开展探水孔顶端的孔间透视，以减少钻孔密度。但是，钻、物探结合，必须要以钻探为主，物探资料要有钻孔验证。 第三节松散孔隙水害的防治 一、主要研究内容 查清条件是主要的研究内容之一。除查明一般条件外，具体工程地点如立井筒、斜井、上回风道位置、采区、采煤工作面等也必须具体查明，如研究区的松散沉积层的结构和厚度、松散沉积物之下基岩的结构和厚度以及两者之间的接触关系等。由于原始基岩风化面的高低起伏不平，且具有不同的产状，甚至被断层带切割位移，要具体查明其接触关系，难度确实很大。当松散沉积物沉积较厚时，由于地层松软、胶结不良，钻探取芯困难，加之地层相变快，要查明松散层的结构、层厚和平面上的展布规律也不容易。但为了有效地防治矿井松散孔隙地下水，必须千方百计地查明它。下面以各矿区的典型防治水工程实践为例，说明查清基本条件对有效防治松散孔隙地下水的巨大作用和效益。 例1在肥城矿区，经过大量细致的勘探和分析工作，查明在厚10 m～120 m松散沉积层底部有一层稳定的结构致密且塑性强的亚粘土层沉积。这个亚粘土层厚5 m～75 m，浅部薄，深部厚，具有良好的隔水性能。由于该亚粘土层可有效地隔离上覆松散孔隙地下水、地表水、大气降水和采动下沉盆地积水对煤系基岩充水含水层和矿井的补给，大大简化了矿区上覆松散孔隙地下水和其他有关水体的防治问题。 例2焦作矿区经过大量工作，发现了松散沉积层与基岩接触面的几个进水天窗，如九里山矿k灰岩隐伏露头走向长8 l锄，但与松散孔隙底砾含水层直接接触段只有1．5 km-2 km，主要补给天窗位于在13～15勘深线之间的近800m范围。这800 m中又可分为两个主要集中进水段，一段为浅21号孔至1382孔，另一段为146孔至1481孔之间，地下水流速达300 m／h～500m／h。经过初步采取了注浆堵水措施后，减少了地表和大气降水对矿井的补给水量7 m3／min--8 m3／min。 例3徐州矿务局查明了贾汪矿区松散沉积层覆盖下的太原群灰岩以地表水和大气降水补给为主，经加强地面防治水工作，根治了水患，解放了太原群内的煤炭储量近2亿t。松散的新生代地层虽然厚度不大，但大气降水的人渗系数很大，它可以首先把大气降水吸收储存起来，而后再源源不断补给与之接触的其他基岩充水含水层。这种补给形式在我国其他矿区具有代表性，应充分注意