五、水害及其防治技術(shù)
(一) 地下礦山突水源及涌水特征
在礦山開采過程中，礦井突水水源主要有地表水、溶洞一溶蝕裂隙水、含水層水、斷層水、封閉不良的鉆孔水、采空區(qū)形成的“人工水體”等。
地下礦山水質(zhì)分析方法有多種，其中用得較多的是重量法、容積法和比色法。重量法主要用于雜質(zhì)含量較多的水樣；容積法適用于中等雜質(zhì)含量的水樣；比色法適用于微量含量的水樣。
1．大氣降水為主要充水水源的涌水特征
這里主要指直接受大氣降水滲入補給的礦床，多屬于包氣帶中、埋藏較淺、充水層裸露、位于分水嶺地段的礦床或露天礦區(qū)。其充(涌)水特征與降水、地形、巖性和構(gòu)造等條件有關(guān)。
(1) 地下礦山涌水報考與當?shù)亟邓畧罂枷嘁恢?，具明顯的季節(jié)性和多年周期性的變化規(guī)律。
(2)多數(shù)礦床隨采深增加礦井涌水量逐漸減少，其涌水高峰值出現(xiàn)滯后的時間加長。
(3) 地下礦山涌水量的大小還與降水性質(zhì)、強度、連續(xù)時間及入滲條件有密切關(guān)系。
2．以地表水為主要充水水源的涌水特征
地表水充水礦床的涌水規(guī)律有：
(1) 地下礦山涌水報考隨地表水的豐枯作季節(jié)性變化，且其涌水強度與地表水的類型、性質(zhì)和規(guī)模有關(guān)。受季節(jié)流量變化大的河流補給的礦床，其涌水強度亦呈季節(jié)性周期變化，有常年性大水體補給時，可造成定水頭補給穩(wěn)定的大量涌水，并難于疏干。有匯水面積大的地表水補給時，涌水量大且衰減過程長。
(2) 地下礦山涌水強度還與井巷到地表水體間的距離、巖性與構(gòu)造條件有關(guān)。一般情況下，其間距愈小，則涌水強度愈大；其間巖層的滲透性愈強，涌水強度愈大。當其間分布有厚度大而完整的隔水層時，則涌水甚微，甚或無影響；其間地層受構(gòu)造破壞愈嚴重，井巷涌水強度亦愈大。
(3)采礦方法的影響。依據(jù)礦床水文地質(zhì)條件選用正確的采礦方法，開采近地表水體的礦床，其涌水強度雖會增加，但不會過于影響生產(chǎn)；如選用的方法不當，可造成崩落裂隙與地表水體相通或形成塌陷，發(fā)生突水和泥沙沖潰。
3．以地下水為主要充水水源的礦床
能造成井巷涌水的含水層稱礦床充水層。當?shù)叵滤蔀橹饕克磿r，有如下規(guī)律：
(1)礦井涌水強度與充水層的空隙性及其富水程度有關(guān)。
(2)礦井涌水強度與充水層厚度和分布面積有關(guān)。
(3)礦井涌水強度及其變化，還與充水層水量組成有關(guān)。
4．以老窯水為主要充水水源的礦床
在我國許多老礦區(qū)的淺部，老采空區(qū)(包括被淹沒井巷)星羅棋布，且其中充滿大量積水。它們大多積水范圍不明，連通復(fù)雜，水量大，酸性強，水壓高。如現(xiàn)生產(chǎn)井巷接近或崩落帶達到老采空區(qū)，便會造成突水。
(二) 地下礦山導水通道及探測技術(shù)
礦體及其周圍雖有水存在，但只有通過某種通道，它們才能進入井巷形成涌水或突水。涌水通道可分為地層的空隙、斷裂帶等自然形成的通道和由于采掘活動等引起的人為涌水通道兩類。
1．自然導水通道
(1)地層的裂隙與斷裂帶。堅硬巖層中的礦床，其中的節(jié)理型裂隙較發(fā)育部位彼此連通時可構(gòu)成裂隙涌水通道。依據(jù)勘探及開采資料，我們把斷裂帶分為兩類，即隔水斷裂帶和透水斷裂帶。
(2)巖溶通道。巖溶空間極不均一，可以從細小的溶孔直到巨大的溶洞。它們可彼此連通，成為溝通各種水源的通道，也可形成孤立的充水管道。我國許多金屬與非金屬礦區(qū)，都深受其害。欲認識這種通道，關(guān)鍵在于能否確切地掌握礦區(qū)的巖溶發(fā)育規(guī)律和巖溶水的特征。
(3)孔隙通道?？紫锻ǖ乐饕侵杆缮恿ｉg的孔隙輸水。它可在開采礦床和開采上覆松散層的深部基巖礦床時遇到。前者多為均勻涌水，僅在大顆粒地段和有豐富水源的礦區(qū)才可導致突水；后者多在建井時期造成危害。此類通道可輸送本含水層水入井巷，也可成為溝通地表水的通道。
2．人為導水通道
這類通道是由于不合理勘探或開采造成的，理應(yīng)杜絕產(chǎn)生此類通道。
(1)頂板冒落裂隙通道。采用崩落法采礦造成的透水裂隙，如抵達上覆水源時，則可導致該水源涌入井巷，造成突水。
(2)底板突破通道。當巷道底板下有間接充水層時，便會在地下水壓力和礦山壓力作用下，破壞底板隔水層，形成人工裂隙通道，導致下部高壓地下水涌入井巷造成突水。
(3)鉆孔通道。在各種勘探鉆孔施工時均可溝通礦床上、下各含水層或地表水，如在勘探結(jié)束后對鉆孔封閉不良或未封閉，開采中揭露鉆孔時就會造成突水事故。
3．導水通道探測技術(shù)
導水通道的探測分析技術(shù)主要有：
(1)用音頻電穿透儀探測含水層與導水構(gòu)造；
(2)用地震勘探儀和組合測井儀探測地質(zhì)構(gòu)造；
(3)通過地質(zhì)構(gòu)造檢測水位；
(4)用同位素質(zhì)譜儀對礦山地下水中環(huán)境放射性同位素3H、14C的能譜進行測定用以判斷地下水年齡；
(5)用離子色譜儀、高壓液相色譜儀對礦山地下水中常量、微量的離子進行分析。
(三) 地下礦山防治水技術(shù)
1．地表水治理措施
(1)合理確定井口位置。井口標高必須高于當?shù)貧v史最高洪水位，或修筑堅實的高臺，或在井口附近修筑可靠的排水溝和攔洪壩，防止地表水經(jīng)井筒灌入井下。
(2)填堵通道。為防雨雪水滲入井下，在礦區(qū)內(nèi)采取填坑、補凹、整平地表或建不透水層等措施。
(3)整治河流。①整鋪河床。河流的某一段經(jīng)過礦區(qū)，而河床滲透性強，可導致大量河水滲入井下，在漏失地段用粘土、料石或水泥修筑不透水的人工河床，以制止或減少河水滲入井下。②河流改道。如河流流入礦區(qū)附近，可選擇合適地點修筑水壩，將原河道截斷，用人工河道將河水引出礦區(qū)以外。
(4)修筑排(截)水溝。山區(qū)降水后以地表水或潛水的形式流人礦區(qū)，地表有塌陷裂縫時，會使礦區(qū)涌水量大大增加。在這種情況下，可在井田外緣或漏水區(qū)的上方迎水流方向修筑排水溝，將水排至影響范圍之外。
2．地下水的排水疏干
在調(diào)查和探測到水源后，最安全的方法是預(yù)先將地下水源全部或部分疏放出來。疏干方法有3種：地表疏干、井下疏干和井上下相結(jié)合疏干。
(1)地表疏干。在地表向含水層內(nèi)打鉆，并用深井泵或潛水泵從相互溝通的孔中把水抽到地表，使開采地段處于疏干降落漏斗水面之上，達到安全生產(chǎn)的目的。
(2)井下疏干。當?shù)叵滤摧^深或水量較大時用井下疏干的方法可取得較好的效果。根據(jù)不同類型的地下水，有疏放老孔積水和疏放含水層水等方法。
3．地下水探放
(1)礦井工程地質(zhì)和水文地質(zhì)觀測工作。水文地質(zhì)工作是井下水害防治的基礎(chǔ)，應(yīng)查明地下水源及其水力聯(lián)系。
(2)超前探放水。在礦井生產(chǎn)過程中，必須堅持“有疑必探，先探后掘”的原則，探明水源后制定措施放水。
4．地下礦山水的隔離與堵截
在探查到水源后，由于條件所限無法放水，或者能放水但不合理，需采取隔離水源和堵截水流的防水措施。
(1)隔離水源。隔離水源的措施可分為留設(shè)隔離煤(巖)柱防水和建立隔水帷幕帶防水兩類方法。
①隔離煤(巖)柱防水。為防止煤(礦)層開采時各種水流進入井下，在受水威脅的地段留一定寬度或厚度的煤(礦)柱。防水煤(礦)柱尺寸的確定應(yīng)考慮到含水層的水壓、水量、所開采煤(礦)的機械強度、厚度等因素及有關(guān)規(guī)定，并通過實踐綜合確定。
②隔水帷幕帶。隔水帷幕帶就是將預(yù)先制好的漿液通過由井巷向前方所打的具有角度的鉆孔，壓入巖層的裂縫中，漿液在孔隙中滲透和擴散，再經(jīng)凝固硬化后形成隔水的帷幕帶，起到隔離水源的作用。由于注漿工藝過程和使用的設(shè)備都較簡單，效果也好，因此國內(nèi)外均認為它是礦井防治水害的有效方法之一。
(2) 地下礦山突水堵截。為預(yù)防采掘過程中突然涌水而造成波及全礦的淹井事故，通常在巷道一定的位置設(shè)置防水閘門和防水墻。
5．礦山排水
礦山的排水能力要達到以下要求。
(1)金屬非金屬礦山。井下主要排水設(shè)備，至少應(yīng)由同類型的3臺泵組成。工作泵應(yīng)能在20h內(nèi)排出一晝夜的正常涌水量；除檢修泵外，其他水泵在20h內(nèi)排出一晝夜的最大涌水量。井筒內(nèi)應(yīng)裝備2條相同的排水管，其中1條工作，1條備用。
水倉應(yīng)由兩個獨立的巷道系統(tǒng)組成。涌水量大的礦井，每個水倉的容積，應(yīng)能容納2～4h井下正常涌水量。一般礦井主要水倉總?cè)莘e，應(yīng)能容納6—8h小時的正常涌水量。
(2)煤礦。必須有工作、備用和檢修的水泵。工作水泵的能力，應(yīng)能在20h小時內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量(包括充填水和其他用水)。備用水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的70％。工作水泵和備用水泵的總能力，應(yīng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。檢修水泵的能力應(yīng)不小于工作水泵能力的25％。水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，可在主泵房內(nèi)預(yù)留一定數(shù)量的水泵位置。必須有工作、備用的水管。工作水管的能力應(yīng)能配合工作水泵在20h小時內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量。工作水管和備用水管的總能力，應(yīng)能配合工作水泵和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。
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、改擴建或生產(chǎn)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(yīng)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——主要水倉的有效容積，m3；
Q——礦井每小時正常涌水量，m3。
但主要水倉的總有效容量不得低于4h的礦井正常涌水量。
采區(qū)水倉的有效容量應(yīng)能容納4h的采區(qū)正常涌水量。
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