礦山水災(zāi)預(yù)防技術(shù)
一、地面防排水
地面防排水是指為防止大氣降水和地表水補給礦區(qū)含水層或直接摻入井下面采取的各種防排水技術(shù)措施。
它是減少礦井涌水量,保證礦山安全生產(chǎn)的第一道防線。主要有挖溝排(截)洪、礦區(qū)地面防滲、防水堤壩和整治河道等。
1.挖溝排(截)洪
位于山麓和山前平原區(qū)的礦區(qū),若有大氣降水順坡匯流涌入露天采場、礦床疏干塌陷區(qū)、坑采崩落區(qū)、工業(yè)廣場等低凹處,造成局部地區(qū)淹沒,或沿充水巖層露頭區(qū)、構(gòu)造破碎帶甚至井口滲(灌)入井下時,則必須在礦區(qū)上方、垂直來水方向修筑溝渠,攔截山洪。排(截)洪溝通常沿地形等高線布置,并按一定的坡度將水排出礦區(qū)范圍之外。
2.礦區(qū)地面防滲
礦區(qū)含水層露頭區(qū)、疏干塌陷區(qū)、采礦引起的開裂或陷落區(qū)、老窯以及未封密鉆孔等位于地面匯流積水區(qū)內(nèi),并且產(chǎn)生嚴重滲漏,將對礦井安全構(gòu)成威脅。礦區(qū)內(nèi)池塘滲漏嚴重,對礦井安全或露采場邊坡穩(wěn)定不利,應(yīng)采取地面防滲措施。
防滲措施主要有:
(1)對于產(chǎn)生滲漏但未發(fā)生塌陷的地段,可用粘土或亞粘土鋪蓋夯實,其厚度0·5~1m,以不再滲漏為度。
(2)對于較大的塌陷坑和裂縫等充水通道,通常是下部用塊石充填,上部用粘土夯實,并且使其高出地面約0.3m,以防自然密實后重新下沉積水。
(3)對于底部露出基巖的開口塌洞(溶洞、寬大裂縫),則應(yīng)先在洞底鋪設(shè)支架(如用廢鋼軌、廢鋼管等),然后用混凝土或鋼筋混凝土將洞口封死,再在其上回填土石。當回填至地面附近時,改用0.8m粘土分層夯實,并使其高出地面約0·3m。
(4)對礦區(qū)某些范圍較大的低洼區(qū),不易填堵時,則可考慮在適當部位設(shè)置移動泵站,排除積水,以防內(nèi)澇。對礦區(qū)內(nèi)較大的地表水體,應(yīng)盡量設(shè)法截源引流,防滲堵漏,以減少地表水下滲量。
3.修筑防水堤壩
當?shù)V區(qū)井口低于當?shù)貧v史最高洪水位或礦區(qū)主要充水巖層埋藏在近河流地段,并且河床下為隔水層時,應(yīng)筑堤截流。
4.整治河道
礦區(qū)或其附近有河流通過,并且滲漏嚴重,威脅礦井生產(chǎn)時,應(yīng)采取措施整治河道。河道防滲處理措施有:防滲鋪蓋;防滲渡槽;河道截直;河流改道。
二、井下防水
礦山采掘活動總會直接或間接破壞含水層,引起地下水涌入礦坑,從此種意義上講,礦坑充水難以避免。但是,防止礦坑突水,盡量減少礦坑涌水量,以保證礦井正常生產(chǎn)不僅可能也是必須做到的。井下防水就是為此目的而采取的技術(shù)措施。根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件和采掘工作要求不同,井下防水措施也不同。如超前探放水;留設(shè)防水礦柱;建筑防水設(shè)施以及注漿堵水等。
1.超前探放水
它是指在水文地質(zhì)條件復雜地段施工井巷時,先于掘進,在坑內(nèi)鉆探以查明工作面前方水情,為消除隱患、保障安全而采取的井下防水措施。
“有疑必探,先探后掘’’是礦山采掘施工中必須堅持的管理原則。通常遇到下列情況時都必須進行超前探水:
(1)掘進工作面臨近老窯、老采空區(qū)、暗河、流砂層、淹沒井等部位時;
(2)巷道接近富水斷層時;
(3)巷道接近或需要穿過強含水層(帶)時;
(4)巷道接近孤立或懸掛的地下水體預(yù)測區(qū)時;
(5)掘進工作面上出現(xiàn)發(fā)霧、冒“汗”、滴水、淋水、噴水、水響等明顯出水征兆時;
(6)巷道接近尚未固結(jié)的尾砂充填采空區(qū)、未封或封閉不良的導水鉆孔時。
2.留設(shè)防水礦(巖)柱
在礦體與含水層(帶)接觸地段,為防止井巷或采空空間突水危害,留設(shè)一定寬度(或高度)的礦(巖)體不采,以堵截水源流入礦井,這部分礦巖體稱作防水礦(巖)柱(以下簡稱礦柱)。通常在下列情況下應(yīng)考慮留設(shè)防水礦柱:
(1)礦體埋藏于地表水體、松散孔隙含水層之下,采用其他防治水措施不經(jīng)濟時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,以保障礦體采動裂隙不波及地表水體或上覆含水層。
(2)礦體上覆強含水層時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,以免因采礦破壞引起突水。
(3)因斷層作用,使礦體直接與強含水層接觸時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,防止地下水潰人井巷。
(4)礦體與導水斷層接觸時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,阻止地下水沿斷層涌人井巷。
(5)井巷遇有底板高水頭承壓含水層、且有底板突破危險時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,防止井巷突水。
(6)采掘工作面鄰近積水老窯、淹沒井時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,以阻隔水源突入井巷。
3.構(gòu)筑水閘門(墻)
水閘門(墻)是為預(yù)防突水淹井、將水害控制在一定范圍內(nèi)而構(gòu)筑的特殊閘門(墻),是一種重要的井下堵截水措施。水閘門(墻)分為臨時性的和永久性的兩種。
為了確保水閘門(墻)起到堵截涌水的作用,其構(gòu)筑位置的選擇應(yīng)注意以下幾點:
(1)水閘門(墻)應(yīng)構(gòu)筑在井下重要設(shè)施的出人口處,以及對水害具有控制作用的部位。目的在于盡量限制水害范圍,使其他無水害區(qū)段能保持正常生產(chǎn),或者有復井生產(chǎn)和繞過水害地段開拓新區(qū)的可能。
(2)水閘門(墻)應(yīng)設(shè)置在致密堅硬、完整穩(wěn)定的巖石中。如果無法避開松軟、裂隙巖石,則應(yīng)采取工程措施,使閘體與圍巖構(gòu)成堅實的整體,以免漏水甚至變形移位。
(3)水閘門(墻)所在位置不受鄰近部位和下部階段采掘作業(yè)的影響,以確保其穩(wěn)定性和隔水性。
(4)水閘門應(yīng)盡量構(gòu)筑在單軌巷道內(nèi),以減少其基礎(chǔ)掘進工程量,并縮小水閘門的尺寸。
(5)確定水閘門位置時,還需考慮到以后開、關(guān)、維修的便利和安全。
三、注漿堵水
注漿堵水是指將注漿材料(水泥、水玻璃、化學材料以及粘土、砂、礫石等)制成漿液,壓人地下預(yù)定位置,使其擴張固結(jié)、硬化,起到堵水截流,加固巖層和消除水患的作用。
注漿堵水是防治礦井水害的有效手段之一,當前國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于:井筒開鑿及成井后的注漿;截源堵水;減少礦坑涌水量;封堵充水通道恢復被淹礦井或采區(qū);巷道注漿,保障井巷穿越含水層(帶)等。
注漿堵水在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用方法有5種:
(1)井筒注漿堵水。在礦山基建開拓階段,井筒開鑿必將破壞含水層。為了順利通過含水層,或者成井后防治井壁漏水,可采用注漿堵水方法。按注漿施工與井筒施工的時間關(guān)系,井筒注漿堵水又可分為:井筒地面預(yù)注漿、井筒工作面預(yù)注漿、井筒井壁注漿。
(2)巷道注漿。當巷道需穿越裂隙發(fā)育、富水性強的含水層時,則巷道掘進可與探放水作業(yè)配合進行,將探放水孔兼作注漿孔,埋沒孔口管后進行注漿堵水,從而封閉了巖石裂隙或破碎帶等充水通道,減少礦坑涌水量,使掘進作業(yè)條件得到改善,掘進工效大為提高。
(3)注漿升壓,控制礦坑涌水量。當?shù)V體有穩(wěn)定的隔水頂?shù)装宕嬖跁r,可用注漿封堵井下突水點,并埋沒孔口管,安裝閘閥的方法,將地下水封閉在含水層中。當含水層中水壓升高,接近頂?shù)装甯羲畬涌顾畨旱呐R界值時(通常用突水系數(shù)表征),則可開閥放水降壓;當需要減少礦井涌水量時(雨季、隔水頂?shù)装暹h未達到突水臨界位、排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障等),則關(guān)閉閘閥,升壓蓄水,使大量地下水被封閉在含水層中,促使地下水位回升,縮小疏干半徑,從而降低了礦井排水量,可以緩和以致防止地面塌陷等有害工程地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)恢復被淹礦井。當?shù)V井或采區(qū)被淹沒后,采用注漿堵水方法復井生產(chǎn)是行之有效的措施之一。注漿效果好壞的關(guān)鍵在于找準礦井或采區(qū)突水通道位置和充水水源。
(5)帷幕注漿。對具有豐富補給水源的大水礦區(qū),為了減少礦坑涌水量,保障井下安全生產(chǎn)之目的,可在礦區(qū)主要進水通道建造地下注漿帷幕,切斷充水通道,將地下水堵截在礦區(qū)之外。不僅減少礦坑涌水量,又可避免礦區(qū)地面塌陷等工程地質(zhì)問題的發(fā)生,因此具有良好的發(fā)展前景。但是帷幕注漿工程量大,基建投資多,因此,確定該方法防治地下水應(yīng)十分審慎。
四、礦坑排水
礦坑排水是指將疏干工程疏放出來(或其他來源)的地下水,經(jīng)匯集輸送到至地表的過程,并包括為此目的使用的排水工程和設(shè)備的總稱。及時、合理地輸出排礦坑水,是礦山生產(chǎn)的基本環(huán)節(jié)。它包括兩部分內(nèi)容:排水系統(tǒng)和排水方式。
(1)排水系統(tǒng).。指用于集中輸排礦坑水的礦山生產(chǎn)系統(tǒng)。露采礦山一般由排水溝、貯水池、泵站和泄水井(孔)等組成。
(2)排水方式。是指將礦坑水從井下?lián)P送至地表,是一次完成還是分段完成的排輸水方法。常用的排水方式有直接排水、分段排水和混合排水等3種。
地面防排水是指為防止大氣降水和地表水補給礦區(qū)含水層或直接摻入井下面采取的各種防排水技術(shù)措施。
它是減少礦井涌水量,保證礦山安全生產(chǎn)的第一道防線。主要有挖溝排(截)洪、礦區(qū)地面防滲、防水堤壩和整治河道等。
1.挖溝排(截)洪
位于山麓和山前平原區(qū)的礦區(qū),若有大氣降水順坡匯流涌入露天采場、礦床疏干塌陷區(qū)、坑采崩落區(qū)、工業(yè)廣場等低凹處,造成局部地區(qū)淹沒,或沿充水巖層露頭區(qū)、構(gòu)造破碎帶甚至井口滲(灌)入井下時,則必須在礦區(qū)上方、垂直來水方向修筑溝渠,攔截山洪。排(截)洪溝通常沿地形等高線布置,并按一定的坡度將水排出礦區(qū)范圍之外。
2.礦區(qū)地面防滲
礦區(qū)含水層露頭區(qū)、疏干塌陷區(qū)、采礦引起的開裂或陷落區(qū)、老窯以及未封密鉆孔等位于地面匯流積水區(qū)內(nèi),并且產(chǎn)生嚴重滲漏,將對礦井安全構(gòu)成威脅。礦區(qū)內(nèi)池塘滲漏嚴重,對礦井安全或露采場邊坡穩(wěn)定不利,應(yīng)采取地面防滲措施。
防滲措施主要有:
(1)對于產(chǎn)生滲漏但未發(fā)生塌陷的地段,可用粘土或亞粘土鋪蓋夯實,其厚度0·5~1m,以不再滲漏為度。
(2)對于較大的塌陷坑和裂縫等充水通道,通常是下部用塊石充填,上部用粘土夯實,并且使其高出地面約0.3m,以防自然密實后重新下沉積水。
(3)對于底部露出基巖的開口塌洞(溶洞、寬大裂縫),則應(yīng)先在洞底鋪設(shè)支架(如用廢鋼軌、廢鋼管等),然后用混凝土或鋼筋混凝土將洞口封死,再在其上回填土石。當回填至地面附近時,改用0.8m粘土分層夯實,并使其高出地面約0·3m。
(4)對礦區(qū)某些范圍較大的低洼區(qū),不易填堵時,則可考慮在適當部位設(shè)置移動泵站,排除積水,以防內(nèi)澇。對礦區(qū)內(nèi)較大的地表水體,應(yīng)盡量設(shè)法截源引流,防滲堵漏,以減少地表水下滲量。
3.修筑防水堤壩
當?shù)V區(qū)井口低于當?shù)貧v史最高洪水位或礦區(qū)主要充水巖層埋藏在近河流地段,并且河床下為隔水層時,應(yīng)筑堤截流。
4.整治河道
礦區(qū)或其附近有河流通過,并且滲漏嚴重,威脅礦井生產(chǎn)時,應(yīng)采取措施整治河道。河道防滲處理措施有:防滲鋪蓋;防滲渡槽;河道截直;河流改道。
二、井下防水
礦山采掘活動總會直接或間接破壞含水層,引起地下水涌入礦坑,從此種意義上講,礦坑充水難以避免。但是,防止礦坑突水,盡量減少礦坑涌水量,以保證礦井正常生產(chǎn)不僅可能也是必須做到的。井下防水就是為此目的而采取的技術(shù)措施。根據(jù)礦床水文地質(zhì)條件和采掘工作要求不同,井下防水措施也不同。如超前探放水;留設(shè)防水礦柱;建筑防水設(shè)施以及注漿堵水等。
1.超前探放水
它是指在水文地質(zhì)條件復雜地段施工井巷時,先于掘進,在坑內(nèi)鉆探以查明工作面前方水情,為消除隱患、保障安全而采取的井下防水措施。
“有疑必探,先探后掘’’是礦山采掘施工中必須堅持的管理原則。通常遇到下列情況時都必須進行超前探水:
(1)掘進工作面臨近老窯、老采空區(qū)、暗河、流砂層、淹沒井等部位時;
(2)巷道接近富水斷層時;
(3)巷道接近或需要穿過強含水層(帶)時;
(4)巷道接近孤立或懸掛的地下水體預(yù)測區(qū)時;
(5)掘進工作面上出現(xiàn)發(fā)霧、冒“汗”、滴水、淋水、噴水、水響等明顯出水征兆時;
(6)巷道接近尚未固結(jié)的尾砂充填采空區(qū)、未封或封閉不良的導水鉆孔時。
2.留設(shè)防水礦(巖)柱
在礦體與含水層(帶)接觸地段,為防止井巷或采空空間突水危害,留設(shè)一定寬度(或高度)的礦(巖)體不采,以堵截水源流入礦井,這部分礦巖體稱作防水礦(巖)柱(以下簡稱礦柱)。通常在下列情況下應(yīng)考慮留設(shè)防水礦柱:
(1)礦體埋藏于地表水體、松散孔隙含水層之下,采用其他防治水措施不經(jīng)濟時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,以保障礦體采動裂隙不波及地表水體或上覆含水層。
(2)礦體上覆強含水層時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,以免因采礦破壞引起突水。
(3)因斷層作用,使礦體直接與強含水層接觸時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,防止地下水潰人井巷。
(4)礦體與導水斷層接觸時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,阻止地下水沿斷層涌人井巷。
(5)井巷遇有底板高水頭承壓含水層、且有底板突破危險時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,防止井巷突水。
(6)采掘工作面鄰近積水老窯、淹沒井時,應(yīng)留設(shè)防水礦柱,以阻隔水源突入井巷。
水閘門(墻)是為預(yù)防突水淹井、將水害控制在一定范圍內(nèi)而構(gòu)筑的特殊閘門(墻),是一種重要的井下堵截水措施。水閘門(墻)分為臨時性的和永久性的兩種。
為了確保水閘門(墻)起到堵截涌水的作用,其構(gòu)筑位置的選擇應(yīng)注意以下幾點:
(1)水閘門(墻)應(yīng)構(gòu)筑在井下重要設(shè)施的出人口處,以及對水害具有控制作用的部位。目的在于盡量限制水害范圍,使其他無水害區(qū)段能保持正常生產(chǎn),或者有復井生產(chǎn)和繞過水害地段開拓新區(qū)的可能。
(2)水閘門(墻)應(yīng)設(shè)置在致密堅硬、完整穩(wěn)定的巖石中。如果無法避開松軟、裂隙巖石,則應(yīng)采取工程措施,使閘體與圍巖構(gòu)成堅實的整體,以免漏水甚至變形移位。
(3)水閘門(墻)所在位置不受鄰近部位和下部階段采掘作業(yè)的影響,以確保其穩(wěn)定性和隔水性。
(4)水閘門應(yīng)盡量構(gòu)筑在單軌巷道內(nèi),以減少其基礎(chǔ)掘進工程量,并縮小水閘門的尺寸。
(5)確定水閘門位置時,還需考慮到以后開、關(guān)、維修的便利和安全。
三、注漿堵水
注漿堵水是指將注漿材料(水泥、水玻璃、化學材料以及粘土、砂、礫石等)制成漿液,壓人地下預(yù)定位置,使其擴張固結(jié)、硬化,起到堵水截流,加固巖層和消除水患的作用。
注漿堵水是防治礦井水害的有效手段之一,當前國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于:井筒開鑿及成井后的注漿;截源堵水;減少礦坑涌水量;封堵充水通道恢復被淹礦井或采區(qū);巷道注漿,保障井巷穿越含水層(帶)等。
注漿堵水在礦山生產(chǎn)中的應(yīng)用方法有5種:
(1)井筒注漿堵水。在礦山基建開拓階段,井筒開鑿必將破壞含水層。為了順利通過含水層,或者成井后防治井壁漏水,可采用注漿堵水方法。按注漿施工與井筒施工的時間關(guān)系,井筒注漿堵水又可分為:井筒地面預(yù)注漿、井筒工作面預(yù)注漿、井筒井壁注漿。
(2)巷道注漿。當巷道需穿越裂隙發(fā)育、富水性強的含水層時,則巷道掘進可與探放水作業(yè)配合進行,將探放水孔兼作注漿孔,埋沒孔口管后進行注漿堵水,從而封閉了巖石裂隙或破碎帶等充水通道,減少礦坑涌水量,使掘進作業(yè)條件得到改善,掘進工效大為提高。
(3)注漿升壓,控制礦坑涌水量。當?shù)V體有穩(wěn)定的隔水頂?shù)装宕嬖跁r,可用注漿封堵井下突水點,并埋沒孔口管,安裝閘閥的方法,將地下水封閉在含水層中。當含水層中水壓升高,接近頂?shù)装甯羲畬涌顾畨旱呐R界值時(通常用突水系數(shù)表征),則可開閥放水降壓;當需要減少礦井涌水量時(雨季、隔水頂?shù)装暹h未達到突水臨界位、排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障等),則關(guān)閉閘閥,升壓蓄水,使大量地下水被封閉在含水層中,促使地下水位回升,縮小疏干半徑,從而降低了礦井排水量,可以緩和以致防止地面塌陷等有害工程地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)生。
(4)恢復被淹礦井。當?shù)V井或采區(qū)被淹沒后,采用注漿堵水方法復井生產(chǎn)是行之有效的措施之一。注漿效果好壞的關(guān)鍵在于找準礦井或采區(qū)突水通道位置和充水水源。
(5)帷幕注漿。對具有豐富補給水源的大水礦區(qū),為了減少礦坑涌水量,保障井下安全生產(chǎn)之目的,可在礦區(qū)主要進水通道建造地下注漿帷幕,切斷充水通道,將地下水堵截在礦區(qū)之外。不僅減少礦坑涌水量,又可避免礦區(qū)地面塌陷等工程地質(zhì)問題的發(fā)生,因此具有良好的發(fā)展前景。但是帷幕注漿工程量大,基建投資多,因此,確定該方法防治地下水應(yīng)十分審慎。
四、礦坑排水
礦坑排水是指將疏干工程疏放出來(或其他來源)的地下水,經(jīng)匯集輸送到至地表的過程,并包括為此目的使用的排水工程和設(shè)備的總稱。及時、合理地輸出排礦坑水,是礦山生產(chǎn)的基本環(huán)節(jié)。它包括兩部分內(nèi)容:排水系統(tǒng)和排水方式。
(1)排水系統(tǒng).。指用于集中輸排礦坑水的礦山生產(chǎn)系統(tǒng)。露采礦山一般由排水溝、貯水池、泵站和泄水井(孔)等組成。
(2)排水方式。是指將礦坑水從井下?lián)P送至地表,是一次完成還是分段完成的排輸水方法。常用的排水方式有直接排水、分段排水和混合排水等3種。
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