煤礦開采綜合防治水關(guān)鍵技術(shù)

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1復(fù)雜水文地質(zhì)條件分析

1.1充水水源的判斷煤頂板砂巖裂隙水是礦井的直接充水來源，水大量分布在導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)，煤礦遭到水的侵害，埋下諸多安全隱患。含水層具有較弱的富水性，開采時(shí)易導(dǎo)致頂板淋水。石炭系太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙水是煤底板的直接沖水來源，所在含水層的厚度為5.24~24.43m?；?guī)r含水層致密性較好，基本不存在裂隙，水的侵蝕作用有限。但仍需注重防治水措施的應(yīng)用，例如構(gòu)造帶周邊及井田淺部，原因在于巖溶裂隙較發(fā)育，存在水侵蝕現(xiàn)象。

1.2充水通道礦井的充水通道包含如下幾類：①斷層。在煤礦開采的擾動(dòng)下，斷層受損，導(dǎo)致本就具有透水性的斷層進(jìn)一步透水。②裂隙。作為主要的充水通道，若開采對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)的破壞性較強(qiáng)，易導(dǎo)致底板受損或頂板垮落，形成導(dǎo)水裂隙帶，可見頂板存在涌水現(xiàn)象。③封閉不良鉆孔。煤礦開采方式不當(dāng)時(shí)，可能導(dǎo)致封閉不良鉆孔，其產(chǎn)生的影響是打破含水層間相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)，層間存在水力聯(lián)系，有突水的可能。一旦突水，礦井的補(bǔ)水量將迅速增加，影響持續(xù)擴(kuò)大，威脅生產(chǎn)安全。

2煤礦開采水災(zāi)的發(fā)生原因

煤礦采掘時(shí)需科學(xué)設(shè)置礦井，例如考慮煤層下方的地質(zhì)條件，經(jīng)過技術(shù)可行性論證后選擇適宜的礦井布設(shè)區(qū)域，生成設(shè)置方案。地質(zhì)水源狀況是礦井生產(chǎn)中的重點(diǎn)考慮對(duì)象，精準(zhǔn)采取采掘動(dòng)作，避免水層發(fā)生異常。水層的合理分布狀態(tài)是穩(wěn)定在礦井的底層和底層間，但生產(chǎn)中存在底板雙層擠壓的可能，從而發(fā)生礦井透水事故，甚至有大范圍的礦井水溢流[1]。在礦井的位置不合理、方法缺乏可行性等多因素的作用下，引發(fā)礦井塌方、洪水一系列災(zāi)害，嚴(yán)重范圍廣、危害嚴(yán)重。

3復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的防治水關(guān)鍵技術(shù)

3.1掘進(jìn)期超前探測(cè)與分析為保證巷道掘進(jìn)安全，每掘進(jìn)50m安排一次超前振波探測(cè)。測(cè)量?jī)x器選用便捷式地質(zhì)探測(cè)設(shè)備，由專員操作，測(cè)定前方是否存在大導(dǎo)水?dāng)鄬?，并鉆探檢驗(yàn)，保證探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。在遇到三維地震勘探所得6條斷層前，暫停掘進(jìn)，鉆孔探測(cè)，明確作業(yè)面影響范圍，進(jìn)而根據(jù)掌握的現(xiàn)場(chǎng)情況采取處理措施，在確認(rèn)安全的前提下繼續(xù)掘進(jìn)。

3.2地表防治水技術(shù)在地表修筑防排水設(shè)施，攔截地表水，以免涌入礦井。礦井設(shè)計(jì)中，先根據(jù)“高于當(dāng)?shù)貧v年最高洪水位的最高標(biāo)高”的要求規(guī)劃井筒的修筑位置，由于現(xiàn)場(chǎng)地形條件限制而無法滿足該要求時(shí)，修筑隔水擋水構(gòu)筑物，避免地表水進(jìn)入礦井，或是根據(jù)水文條件采取明渠排水、河流改道等方法。地面受井下開采的影響而沉陷開裂時(shí)，對(duì)地面采取硬化和防滲措施，防止地表水經(jīng)由開裂部位向下流動(dòng)。

3.3井下防水技術(shù)經(jīng)過測(cè)量后確定礦區(qū)內(nèi)煤層和含水層的位置，計(jì)算兩者的距離，根據(jù)距離的長(zhǎng)短采取適宜的應(yīng)對(duì)措施。若煤層和含水層有一定的距離，采取防水措施，最大限度減小水對(duì)含水層的危害；若煤層和含水層的距離較近，含水層更易對(duì)煤層產(chǎn)生影響，需在正式開采前加強(qiáng)排水，從源頭上規(guī)避水侵害現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)條件選擇適宜的井下防水技術(shù)。實(shí)踐表明，優(yōu)良的井下防水技術(shù)可取得突出的防水效果，但技術(shù)應(yīng)用中需耗費(fèi)較多的成本，同時(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度較高。為此，需注重對(duì)井下防水技術(shù)的優(yōu)化，梳理思路，把握技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，提高可行性；在施工前做好設(shè)計(jì)工作，加強(qiáng)對(duì)設(shè)計(jì)方案的論證；組建高素質(zhì)的施工隊(duì)伍，有效進(jìn)行防水作業(yè)。注重對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的勘探，根據(jù)勘探結(jié)果判斷施工條件，選擇適宜的開采地點(diǎn)。以安全開采和高效開采為基本要求，制定開采方案，確定風(fēng)險(xiǎn)防范措施，再由具有資質(zhì)的人員按照方案將開采工作落實(shí)到位，遇到施工風(fēng)險(xiǎn)時(shí)隨即管控，抑制風(fēng)險(xiǎn)的爆發(fā)。

3.4全面勘察與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦開采作業(yè)發(fā)生于水文地質(zhì)條件復(fù)雜的地區(qū)時(shí)，易引發(fā)嚴(yán)重的水害。為實(shí)現(xiàn)安全開采的目標(biāo)，需要做好前期勘察工作。根據(jù)勘察信息判斷礦井及周邊環(huán)境的具體情況，識(shí)別不利于施工的因素，根據(jù)因地制宜的原則制定綜合防治方案。礦井全面勘察中，需準(zhǔn)確界定礦井中的安全區(qū)，在該區(qū)域組織生產(chǎn)活動(dòng)，規(guī)避安全事故。水文地質(zhì)勘察工作量大，單一的勘察模式所取得的結(jié)果缺乏全面性與準(zhǔn)確性，對(duì)防治水及其他安全防控工作的指導(dǎo)意義不足，甚至由于信息偏差而導(dǎo)致安全處理效果變差，反而增加了安全事故的發(fā)生率。因此，在復(fù)雜的水文地質(zhì)勘察環(huán)境中，可以聯(lián)合采用物探、化探及其它可行的勘察技術(shù)，多途徑著手，豐富勘察信息，對(duì)于存在的水害問題，需及時(shí)指出并予以處理。勘察中，加強(qiáng)對(duì)潛在水害區(qū)域及危險(xiǎn)點(diǎn)的勘察，匯總勘察信息，生成勘察結(jié)果。遵循動(dòng)態(tài)勘察的原則，及時(shí)掌握水文地質(zhì)條件的最新狀況，靈活應(yīng)對(duì)，盡可能將水文地質(zhì)條件對(duì)礦井生產(chǎn)的影響降至最低。

3.5合理留設(shè)防漏水煤(巖)柱在回采工作面防水煤（巖）柱的參數(shù)計(jì)算與設(shè)計(jì)中，宜采用垂直剖面的方法。隨著開采進(jìn)程的推進(jìn)，工作面持續(xù)推移，需聯(lián)合采用巷幫煤層鉆場(chǎng)和底板巖石鉆場(chǎng)的方法，以便準(zhǔn)確界定煤場(chǎng)的邊界位置，在此前提下于合適的區(qū)域留設(shè)防漏水煤（巖）柱。施工方案基于前期勘察結(jié)果設(shè)計(jì)而得，但勘察結(jié)果可能存在失準(zhǔn)的情況，因此勘察方案在實(shí)際應(yīng)用中可能存在不適性，且隨著礦井生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，水文地質(zhì)條件有所變化，原方案可行性不足，此時(shí)需結(jié)合最新的水文地質(zhì)條件優(yōu)化施工方案，確保留設(shè)煤（巖）柱可提供良好的防隔水功能。以如圖1所示的多煤層開采為例進(jìn)行分析：確定下層煤開采后的導(dǎo)水裂縫帶高度，若上、下兩層煤的層間距小于該值，根據(jù)最上一層的巖層移動(dòng)角和煤層間距向下推算，保證下層煤的邊界防隔水煤（巖）柱具有可行性，如圖1a所示；若上、下兩層煤的層間距大于該值，則分別留設(shè)上、下層煤的防隔水煤（巖）柱，如圖1b所示。圖中：H為導(dǎo)水裂縫帶上限；H1、H2、H3為各煤層底板以上的靜水位高度；γ為上山巖層移動(dòng)角；β為下山巖層移動(dòng)角；L1y、L2y為導(dǎo)水裂縫帶上限巖柱寬度；L1為上層煤防水煤柱寬度。

3.6放水孔和觀測(cè)孔的合理設(shè)計(jì)工作面回采期間，安排放水孔和觀測(cè)孔的設(shè)計(jì)，需著重考慮的是對(duì)鉆孔孔口閥做加固處理，保證該裝置的有效性。同時(shí)，回采前需利用放水孔壓力表測(cè)定該處的壓力，加強(qiáng)對(duì)放水孔的全方位觀測(cè)。觀測(cè)結(jié)果具有重要的參考價(jià)值，因此必須提前制定觀測(cè)工作制度，由具有資質(zhì)的人員參與水量的觀測(cè)，對(duì)比分析各時(shí)段的水量，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果判斷水量的變化特征，據(jù)此對(duì)工作方式進(jìn)行調(diào)整。例如，水量呈減小的變化趨勢(shì)時(shí)，有必要進(jìn)行透孔，采取此措施盡快消除積水，杜絕水災(zāi)害的發(fā)生。

4結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的礦井生產(chǎn)作業(yè)潛在諸多安全隱患，需加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，確定充水水源和充水通道，根據(jù)掌握的水文條件和地質(zhì)條件制定防治措施，保障開采安全。相關(guān)人員需妥善選擇防治水技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水文、地質(zhì)條件進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化，再將工作落實(shí)到位。隨著開采環(huán)境的變化，防治水技術(shù)及其他的安全防護(hù)措施均要隨即更新，以便適應(yīng)最新的環(huán)境，保障安全防護(hù)的有效性，順利推進(jìn)生產(chǎn)進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

[1]高鵬.復(fù)雜水文地質(zhì)條件下綜合防治水技術(shù)[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2019,39(21):187-188.

作者:師永麗 單位:山西省煤炭地質(zhì)資源環(huán)境調(diào)查院有限公司