矿井突水预兆与突水量估算.doc

第二章 矿井突水预兆与突水量估算 煤矿突水过程主要决定于矿井水文地质及采掘现场条件。一般突水事故可归纳为两种情况一种是突水水量小于矿井最大排水能力地下水形成稳定的降落漏斗，迫使矿井长期大量排水；另一种是突水水量超过矿井的最大排水能力，造成整个矿井或局部采区淹没。在各类突水事故发生之前，一般均会显示出多种突水预兆，下面分别予以介绍。 一、突水预兆 一一般预兆 1煤层变潮湿、松软；煤帮出现滴水、淋水现象，且淋水由小变大；有时煤帮出现铁锈色水迹； 2工作面气温降低，或出现雾气或硫化氢气味； 3有时可闻到水的“嘶嘶”声； 4矿压增大，发生片帮、冒顶及底臌。 二工作面底板灰岩含水层突水预兆 1工作面压力增大，底板臌起，底臌量有时可达500mm以上 2工作面底板产生裂隙，并逐渐增大； 3沿裂隙或煤帮向外渗水，随着裂隙的增大，水量增加，当底板渗水量增大到一定程度时，煤帮渗水可能停止，此时水色时清时浊，底板活动时水变浑浊、底板稳定时水色变清； 4底板破裂，沿裂缝有高压水喷出，并伴有“嘶嘶”声或刺耳水声； 5底板发生“底爆”，伴有巨响，地下水大量涌出，水色呈乳白或黄色。 三松散孔隙含水层水突水预兆 1突水部位发潮、滴水、且滴水现象逐渐增大，仔细观察可以发现水中含有少量细砂； 2发生局部冒顶，水量突增并出现流砂，流砂常呈间歇性，水色时清时混，总的趋势是水量、砂量增加，直至流砂大量涌出； 3顶板发生溃水、溃砂，这种现象可能影响到地表，致使地表出现塌陷坑。 以上预兆是典型的情况，在实际具体的突水事故过程中，并不一定全部表现出来，所以应该细心观察，认真分析、判断。 二、突水量估算 突水发生后，水量的估算是一项必不可少的重要工作。根据现场具体条件，迅速而准确地对矿井突水水量做出估算，是矿井防治水工作布置和抢险救灾措施制订的重要科学依据。 一现场实测突水量方法 1．浮标法 矿井发生突水后，初期水量一般较小，可在井下巷道的排水沟内测量其水量。选用几何形状整的排水沟5 m长左右，清除沟内的杂物，选择上、中、下三个断面，测量其宽度及3～5个深值，并用木屑或纸屑作浮标，测量排水沟内水的流速，反复测量 3～5次，采用下式即可计算突水水量。 式中突水水量，m3／mim； 水沟测量段长度，m； 水沟断面宽度，m； 水沟内水深，m； 浮标在L段内运动的时间，s； K断面系数，按表21选择。 当突水量继续增大到不能采用巷道排水沟测量时，可选用巷道中较为平直的一段，测量巷道内的水流量。其具体测量方法与在排水沟内测量方法相同。 表21 K值选择表 水深／m 0.3～0.1 1.0 水沟特性 粗糙度 粗糙 平滑 粗糙 平滑 K值 0.45～0.65 0.55～0.77 0.75～0.85 O．8～0.9 2．水泵标定法 突水事故发生后，一般应增开水泵或增加水泵运转时间。水 仓内增加的水量可用下式计算 式中水泵的铭牌排水量，m3／min； 增开的水泵台数； 水泵的排水系数，可参照表22选取； ￡时间内位上升高度，m； 水仓的水平断面面积，m2； 水仓水位上涨H所用的时间，min。 表22水泵的排水系数表 排水条件 新泵排清水 旧泵排清水 新泵排混水 旧泵排混水 双台老泵单管排水 K 1 O-8 0.9 0.7 0.6 3．容积法 矿井突水时，如水是由下向上充满井下巷道及其他空间，可利用下水平巷道硐室的淹没时间来估算其突水量，即 式中下水平巷道的淹没体积，m3； 淹没时间，rain； 下水平硐室巷道的水平断面面积，m2； 在t时间内水位上升高度，m。 突水后，如将下水平巷道淹没，水位上升至回采过的老窑区，则涌水量可用下式计算 式中采空区的淹没系数，可参考表23选用； 求积仪在平面图上量得的淹没面积；m2； 水位上涨的高度，m； 采空区煤层的实际采高，m 岩层的倾角，。； 水位上升所用的时间，min。 表23采空区的淹没系数K经验值 硬岩层／％ 软岩层／％ 淹没时间／a 徐州矿区 徐州矿区 峰峰矿区 1 2 5 7 10 35 25 15 10 19 16 5 4 22 2 选用淹没系数时应注意①如果采空区回采时间相差较大，则淹没系数应根据采空区充水曲线的数值分别计算；②如果采空区内为多煤层开采，则应将各煤层的采空区淹没水量相加，其和为淹没总水量；③如果采空区内巷道较多，则应将巷道硐室的容积累加计算，然后求出总淹没水量。 三突水总水量的估算 在突水抢险过程中，需及时掌握从突水开始到某一时刻的突水总水量。其具体计算方法如下 1．算术迭加法 式中从突水开始到某一时刻止突水总体积，m3； 。从突水开始分段计算突水的水量，m3／min； 从突水开始到某一时刻止，与上述突水量相对应的 连续时间段， 2．曲线求积仪法 在直角坐标纸上，绘出涌水量变化曲线，其横坐标为时间，纵坐标为涌水量，绘出从突水开始到某一时刻涌水量变化曲线，在曲线图上用求积仪量出坐标轴与曲线所包围的整体面积，然后用该面积乘以单位面积所代表的水量，得出水淹没的总体积。 三淹没时间的预计 矿井突水后，应定时测量水量及水位水涨速度，并及时预测某一段时间内的水位上涨速度，这对抢险排水具有重要意义。 突水过程中，水量常呈不稳定状态，可用较简单的直线回归统计法进行推算。即 式中 涌突水量，m3／rain； 涌突水时间，min； 待定系数。 ’ 在水量变化的情况下，矿井淹没水位上升时间可用下式计算 式中 采空区的空隙体积，mj； 已疏干的含水层的裂隙体积，m3； 预测到某时刻水量与最后一次实测水量的平均值，m3／min。 思考题 1．矿进突水面一般预兆是什么 2．采煤工作面底板突水的预兆是什么 3．松散孔隙充水含水层突水的预兆是什么 4．突水量实测的浮标法的基本原理是什么 5．突水量实测的水泵标定法的基本原理是什么 6．突水量实测的容积法的基本原理是什么 7．试述突水总水量估算的一般方法。