煤矿开采综合防治水关键技术

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1复杂水文地质条件分析

1.1充水水源的判断煤顶板砂岩裂隙水是矿井的直接充水来源，水大量分布在导水裂隙带内，煤矿遭到水的侵害，埋下诸多安全隐患。含水层具有较弱的富水性，开采时易导致顶板淋水。石炭系太原组上段灰岩岩溶裂隙水是煤底板的直接冲水来源，所在含水层的厚度为5.24~24.43m。灰岩含水层致密性较好，基本不存在裂隙，水的侵蚀作用有限。但仍需注重防治水措施的应用，例如构造带周边及井田浅部，原因在于岩溶裂隙较发育，存在水侵蚀现象。

1.2充水通道矿井的充水通道包含如下几类：①断层。在煤矿开采的扰动下，断层受损，导致本就具有透水性的断层进一步透水。②裂隙。作为主要的充水通道，若开采对现场地质的破坏性较强，易导致底板受损或顶板垮落，形成导水裂隙带，可见顶板存在涌水现象。③封闭不良钻孔。煤矿开采方式不当时，可能导致封闭不良钻孔，其产生的影响是打破含水层间相对独立的状态，层间存在水力联系，有突水的可能。一旦突水，矿井的补水量将迅速增加，影响持续扩大，威胁生产安全。

2煤矿开采水灾的发生原因

煤矿采掘时需科学设置矿井，例如考虑煤层下方的地质条件，经过技术可行性论证后选择适宜的矿井布设区域，生成设置方案。地质水源状况是矿井生产中的重点考虑对象，精准采取采掘动作，避免水层发生异常。水层的合理分布状态是稳定在矿井的底层和底层间，但生产中存在底板双层挤压的可能，从而发生矿井透水事故，甚至有大范围的矿井水溢流[1]。在矿井的位置不合理、方法缺乏可行性等多因素的作用下，引发矿井塌方、洪水一系列灾害，严重范围广、危害严重。

3复杂水文地质条件下的防治水关键技术

3.1掘进期超前探测与分析为保证巷道掘进安全，每掘进50m安排一次超前振波探测。测量仪器选用便捷式地质探测设备，由专员操作，测定前方是否存在大导水断层，并钻探检验，保证探测结果的准确性。在遇到三维地震勘探所得6条断层前，暂停掘进，钻孔探测，明确作业面影响范围，进而根据掌握的现场情况采取处理措施，在确认安全的前提下继续掘进。

3.2地表防治水技术在地表修筑防排水设施，拦截地表水，以免涌入矿井。矿井设计中，先根据“高于当地历年最高洪水位的最高标高”的要求规划井筒的修筑位置，由于现场地形条件限制而无法满足该要求时，修筑隔水挡水构筑物，避免地表水进入矿井，或是根据水文条件采取明渠排水、河流改道等方法。地面受井下开采的影响而沉陷开裂时，对地面采取硬化和防渗措施，防止地表水经由开裂部位向下流动。

3.3井下防水技术经过测量后确定矿区内煤层和含水层的位置，计算两者的距离，根据距离的长短采取适宜的应对措施。若煤层和含水层有一定的距离，采取防水措施，最大限度减小水对含水层的危害；若煤层和含水层的距离较近，含水层更易对煤层产生影响，需在正式开采前加强排水，从源头上规避水侵害现象。根据现场水文、地质条件选择适宜的井下防水技术。实践表明，优良的井下防水技术可取得突出的防水效果，但技术应用中需耗费较多的成本，同时技术实现难度较高。为此，需注重对井下防水技术的优化，梳理思路，把握技术应用要点，提高可行性；在施工前做好设计工作，加强对设计方案的论证；组建高素质的施工队伍，有效进行防水作业。注重对现场的勘探，根据勘探结果判断施工条件，选择适宜的开采地点。以安全开采和高效开采为基本要求，制定开采方案，确定风险防范措施，再由具有资质的人员按照方案将开采工作落实到位，遇到施工风险时随即管控，抑制风险的爆发。

3.4全面勘察与实时监测煤矿开采作业发生于水文地质条件复杂的地区时，易引发严重的水害。为实现安全开采的目标，需要做好前期勘察工作。根据勘察信息判断矿井及周边环境的具体情况，识别不利于施工的因素，根据因地制宜的原则制定综合防治方案。矿井全面勘察中，需准确界定矿井中的安全区，在该区域组织生产活动，规避安全事故。水文地质勘察工作量大，单一的勘察模式所取得的结果缺乏全面性与准确性，对防治水及其他安全防控工作的指导意义不足，甚至由于信息偏差而导致安全处理效果变差，反而增加了安全事故的发生率。因此，在复杂的水文地质勘察环境中，可以联合采用物探、化探及其它可行的勘察技术，多途径着手，丰富勘察信息，对于存在的水害问题，需及时指出并予以处理。勘察中，加强对潜在水害区域及危险点的勘察，汇总勘察信息，生成勘察结果。遵循动态勘察的原则，及时掌握水文地质条件的最新状况，灵活应对，尽可能将水文地质条件对矿井生产的影响降至最低。

3.5合理留设防漏水煤(岩)柱在回采工作面防水煤（岩）柱的参数计算与设计中，宜采用垂直剖面的方法。随着开采进程的推进，工作面持续推移，需联合采用巷帮煤层钻场和底板岩石钻场的方法，以便准确界定煤场的边界位置，在此前提下于合适的区域留设防漏水煤（岩）柱。施工方案基于前期勘察结果设计而得，但勘察结果可能存在失准的情况，因此勘察方案在实际应用中可能存在不适性，且随着矿井生产的持续进行，水文地质条件有所变化，原方案可行性不足，此时需结合最新的水文地质条件优化施工方案，确保留设煤（岩）柱可提供良好的防隔水功能。以如图1所示的多煤层开采为例进行分析：确定下层煤开采后的导水裂缝带高度，若上、下两层煤的层间距小于该值，根据最上一层的岩层移动角和煤层间距向下推算，保证下层煤的边界防隔水煤（岩）柱具有可行性，如图1a所示；若上、下两层煤的层间距大于该值，则分别留设上、下层煤的防隔水煤（岩）柱，如图1b所示。图中：H为导水裂缝带上限；H1、H2、H3为各煤层底板以上的静水位高度；γ为上山岩层移动角；β为下山岩层移动角；L1y、L2y为导水裂缝带上限岩柱宽度；L1为上层煤防水煤柱宽度。

3.6放水孔和观测孔的合理设计工作面回采期间，安排放水孔和观测孔的设计，需着重考虑的是对钻孔孔口阀做加固处理，保证该装置的有效性。同时，回采前需利用放水孔压力表测定该处的压力，加强对放水孔的全方位观测。观测结果具有重要的参考价值，因此必须提前制定观测工作制度，由具有资质的人员参与水量的观测，对比分析各时段的水量，根据实测结果判断水量的变化特征，据此对工作方式进行调整。例如，水量呈减小的变化趋势时，有必要进行透孔，采取此措施尽快消除积水，杜绝水灾害的发生。

4结语

复杂水文地质条件下的矿井生产作业潜在诸多安全隐患，需加强现场勘察，确定充水水源和充水通道，根据掌握的水文条件和地质条件制定防治措施，保障开采安全。相关人员需妥善选择防治水技术，结合现场水文、地质条件进行技术优化，再将工作落实到位。随着开采环境的变化，防治水技术及其他的安全防护措施均要随即更新，以便适应最新的环境，保障安全防护的有效性，顺利推进生产进程。

参考文献

[1]高鹏.复杂水文地质条件下综合防治水技术[J].中国石油和化工标准与质量,2019,39(21):187-188.

作者:师永丽 单位:山西省煤炭地质资源环境调查院有限公司