煤礦防治水技術(shù)研究實踐

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摘要：對某煤礦3號煤層頂板巖層的含水情況、帶壓開采情況進行了分析。對該煤層存在的水害問題，綜合運用頂板水疏放措施、物探鉆探技術(shù)以及水害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)等措施進行治理和預(yù)防，為該煤礦3號煤層的順利開采提供了保證。

關(guān)鍵詞：頂板水預(yù)疏放；帶壓開采；研究；實踐

某煤礦是山西某礦業(yè)集團下屬的大型礦井，設(shè)計生產(chǎn)能力為500萬t/a，批準開采煤層為3號煤層。該礦井東、南、北3個方向均有礦區(qū)在生產(chǎn)，西部暫時沒有礦井。該煤礦水害防治重點有2個，其一是3號煤層中陷落柱和斷層較為發(fā)達，煤炭開采為帶壓開采。其二為3號煤層上部存在豐富的含水層，嚴重影響著工作面的開采工作。因此，為了減少頂板含水層的影響以及礦井承壓水突水事故的發(fā)生，該煤礦進行了一系列的水害防治工作，從而保證了3號煤層的安全開采[1]。

1頂板水防治

1.13號煤層頂板水情況簡介

該煤礦3號煤層上部30.30~46.07m，平均38.86m處有K8砂巖，下部5.63~11.81m，平均距離8.97m處有K7砂巖。整個3號煤層在山西組下部，煤層賦藏穩(wěn)定，全部可以開采。煤層中存在夾矸0~2層，夾矸類型為泥巖和炭質(zhì)泥巖，煤層厚度為4.60~6.35m，均厚為5.86m。煤層頂板巖層整體較為穩(wěn)定，局部部位會有破碎現(xiàn)象，但是整體裂隙反應(yīng)較為良好。直接頂和老頂?shù)膸r層分別為砂質(zhì)泥巖和細粒砂巖，老底也為細粒砂巖。3號煤層上面的巖層為K8、K10巖層，分別位于3號煤層46m和93m處，含水量較大，屬于碎屑巖裂隙含水層，是3號煤層中的主要涌水突水來源。上面巖層巖性為砂巖，粒徑多數(shù)為中粒、細粒。工作面開采時，老頂會隨著工作面推進而逐漸垮落，上覆K8、K10含水層中的水會順著垮落裂隙流到工作面，從而使得工作面涌水量瞬間增大，給工作面的正常排水造成了巨大困難。在開采該煤礦1盤區(qū)1306、1307、1308工作面時，涌水量甚至高達120m3/h。因此，為了減少涌水的安全隱患，該礦在順槽預(yù)先進行了鉆場和水倉的施工，將上覆含水巖層中的水通過鉆孔和水倉進行了預(yù)先排放，大大減少了老頂垮落后工作面的涌水量。

1.2Ⅲ4303工作面防治水措施

采煤工作面的防水措施以Ⅲ4303大采高工作面為例，該工作面傾向長度為225m，開采方式為上山式開采。根據(jù)該礦已經(jīng)開采完成的工作面的涌水情況進行推測分析，認為隨著老頂跨落，工作面的涌水量會突然增大，在工作面推進一段距離后，涌水量又趨于穩(wěn)定狀況。經(jīng)過計算分析，認為Ⅲ4303工作面回采過程中可能涌水量和最大涌水量分別為80m3/h和120m3/h。通過對工作面兩順槽進行鉆孔實施，鉆孔長度須穿過K10含水層10m處。鉆孔施工位置為順槽Ⅲ4205段230m處，鉆孔仰角設(shè)置為40°，數(shù)量為3個，鉆孔布置形狀為扇形狀，單孔進尺為132m。開切眼出布置2個鉆孔，仰角亦是40°，單孔進尺為140m。鉆場剛投入施用時，這兩處鉆場每個鉆孔的涌水量約為15m3/h，在鉆孔排水1個月后，涌水量低至7m3/h。在工作面開采之前，2個鉆場累計排水量高達8萬m3。在順槽Ⅲ4206巷中間部位和開切眼附近均布置鉆場，每個鉆場布置3個鉆孔，仰角為+40°，單孔進尺為235m。鉆場投入使用后，每個鉆孔的涌出量為20m3/h，鉆孔排水2個月后，水量降低至5m3/h，累計排水量為12萬m3?；夭芍?，順槽Ⅲ4205和Ⅲ4206累計排水量高達20萬m3。工作面涌水量隨著工作面的推進情況不斷發(fā)生變化，且隨著工作面的推進，涌水量逐漸增大，當工作推進到30m、45m、50m、70m時，工作面涌水量分別為10m3/h、15m3/h、20m3/h、25m3/h左右，此后，盡管工作面繼續(xù)推進，但是涌水量基本趨于穩(wěn)定，約為20m3/h。通過對頂板含水層進行疏水，使得水害防治從被動變?yōu)橹鲃?、從防水到防治結(jié)合的躍進，是煤礦防治水技術(shù)的一次重大革新和實踐，能夠?qū)ζ渌V區(qū)的同類水害的治理提供良好的典范。

2帶壓開采區(qū)防治水

2.1帶壓開采情況簡介

該煤礦3號煤層?xùn)|南到西北傾向，開采大部分均為帶壓開采，帶壓開采主要在今天西北部，面積約占整個井田面積的86%。承壓水的主要來源是奧陶系灰?guī)r匯中的溶隙水，巖性比較復(fù)雜，以石灰?guī)r為主，還夾雜有部分的白云巖、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，而且?guī)r層中裂隙和溶洞較多。通過對井田內(nèi)奧灰水水位進行觀測，得出水位標高為625~627m，而3號煤層的底板標高為325~690m，可見奧灰水幾乎在整個煤層之上。煤層底板能夠承受的最大水壓水頭是300m，因此大部分煤層開采為帶壓開采。在煤層和奧灰?guī)r層之間有多層隔水層，這些隔水層一般不會對3號煤層的安全開采造成威脅，但是在存在斷層和陷落柱的區(qū)域，由于這些構(gòu)造的存在會使得巖層的導(dǎo)水性大大增加，因此，奧灰水會通過斷層和陷落柱等構(gòu)造流入礦井，是煤層底板發(fā)生突水的重要原因之一。

2.2地面物探探查手段

煤層中的斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造以及塌陷情況的探測主要是在地面進行探測，探測方法為三維地震勘探技術(shù)，探測目的在于準確掌握煤層的地質(zhì)構(gòu)造。而礦區(qū)巖層的含水情況、富水區(qū)域則通過在地面電法進行勘探得出。

2.3施工水文地質(zhì)孔

在礦井中布置水文觀測孔來對奧灰水進行動態(tài)監(jiān)測，水文觀測孔在井田西部由南至北共布置3個，分為在安家村、海則村以及泮溝村各一個。同時，在井田中部位置大巷直接布置4個鉆孔，用來實施監(jiān)測含水層動態(tài)變化，了解采掘區(qū)地下水的動態(tài)，提高礦井水害防治的能力。

3綜合防治水措施

（1）首先對礦井的安全管理制度進行完善，明確各級領(lǐng)導(dǎo)的安全責任，加強安全管理，有專業(yè)的礦井水害防治隊伍。（2）應(yīng)當建立水質(zhì)檢驗實驗室，對含水層水質(zhì)進行化驗分析，并通過水質(zhì)特征數(shù)據(jù)庫進行對比，提供準確的水質(zhì)化驗結(jié)果，從而能夠容易對不同水質(zhì)進行辨別。（3）建立并完善水害預(yù)警系統(tǒng)，加強監(jiān)測監(jiān)控。以物探技術(shù)、水質(zhì)分析技術(shù)以及其他監(jiān)測技術(shù)為基礎(chǔ)，建立水害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，以便能夠及時準備地對礦井突水情況進行預(yù)測、報警，從而便于礦井管理機構(gòu)作出正確的決策，減少事故損失。（4）成立專業(yè)應(yīng)急救援隊伍，有防治水技術(shù)相關(guān)的設(shè)備應(yīng)急庫，從而能夠保證事故發(fā)生后及時救援。（5）對管理人員和基層從業(yè)人員進行培訓(xùn)，使其掌握專業(yè)技能的同時，加強安全意識，從而提高員工的防水意識和抵抗水害的能力。

4效果分析

該煤礦通過綜合運用頂板疏放水、物探鉆探技術(shù)，建立了一套完善的水害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，對礦井水的防治起到了很好的效果，并為其他煤礦提供了借鑒經(jīng)驗。該煤礦所采用的一系列的水害防治技術(shù)能夠被廣泛應(yīng)用于我國的其他地方的同類型礦井，對該類型礦井的水害防治有重要的參考價值。

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作者：李永順 單位：山西煤炭運銷集團陽泉有限公司