礦井水害的防治措施

文/牛勝建

一、礦井概況

山西煤炭運銷集團盛泰煤業(yè)有限公司井田位于高平市陳區(qū)鎮(zhèn)關(guān)家村、任家莊、王佛陀、東窯頭，建寧鄉(xiāng)北社、后莊、石堂會一帶。其地理坐標(biāo)為東經(jīng) 113°03′35″-113°05′49″， 北緯 35°50′07″-35°53′22″。 井田總面積 14.5643km2,可采煤層為3#、15#，礦井保有儲量10640萬噸。設(shè)計生產(chǎn)能力120萬噸/年，服務(wù)年限33.5年。

本井田位于沁水盆地中南段丹珠嶺以南，主要由二疊系及第四系地層構(gòu)成的構(gòu)造剝蝕低山——低中山區(qū)，地形為山梁、斜坡與基巖或黃土沖溝，總體地勢表現(xiàn)為北緣及中部高，東、西部低。井田內(nèi)最高標(biāo)高為1239.55m，最低標(biāo)高為973.5m，相對高差為266.05m。地形起伏較大，溝谷切割較深。井田內(nèi)水系屬黃河流域沁河水系丹河支流東倉河次支，均為季節(jié)性河谷與沖溝，旱季無水，雨季在少數(shù)沖溝局部可見小股溪流。井田內(nèi)以往唯一的地表水體是位于北部趙家村北的小水庫，井田東緣300m之外另有一小水庫（八保水庫），據(jù)調(diào)查目前均已干涸無水。井田內(nèi)較大溝谷近幾十年來的最高洪水位一般高出溝底河床1.5～2.5m。

二、礦井防治水措施

1.礦井開拓開采所采取的安全保證措施

（1）每年汛期前，疏通、挖好井口周圍的導(dǎo)水溝渠。由專人負責(zé)檢查井田地表是否存在導(dǎo)水裂隙或其他導(dǎo)水通道，及時發(fā)現(xiàn)并處理裂隙及其他導(dǎo)水通道。由專人負責(zé)隨時觀察井下各種涌水現(xiàn)象，了解相鄰礦井開采情況。井下開拓巷道盡量減少對煤層底板的破壞。

（2）主水泵房通道內(nèi)設(shè)置密閉門。井下配備小水泵。采空區(qū)、井田邊界均留設(shè)保安煤柱。

（3）制定采掘工作面探放水設(shè)計。經(jīng)計算：采動15號煤層后，冒落帶最大高度為26.95m，小于3號煤層和15號煤層的平均層間距91m。導(dǎo)水裂隙帶(包括冒落帶)最大高度為131m，大于3號煤層和15號煤層的平均層間距91m。故南采區(qū)(包括中央采區(qū)和北采區(qū))在采動15號煤層后，將會導(dǎo)通其上部3號煤層的采空區(qū)內(nèi)的積水。

另15號煤層在南采區(qū)的平均標(biāo)高為890m，地表的平均標(biāo)高為1100m，高差210m，根據(jù)采動塌陷巖層移動角 (表土層移動角取45°、基巖層移動角取73°、第四系地層平均厚度取15m)，經(jīng)計算，塌陷影響范圍為75m，本文取安全距離100m。

通過導(dǎo)水裂隙帶的具體滲透水量應(yīng)根據(jù)15號煤層采掘地點和其上部3號煤層的采空區(qū)積水位置的對應(yīng)關(guān)系而不同。在采、掘過程中日常探放水的基礎(chǔ)上，在采、掘工作面平面距離上部3號煤層的采空區(qū)100m時，必須用探水鉆機對上部3號煤層的采空區(qū)內(nèi)的積水提前探放，探放孔應(yīng)扇形布置，鉆孔傾角為向上不大于 42°。

對回采、掘進工作面配備探水鉆機，必須遵循“預(yù)測預(yù)報、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原則。設(shè)計采用ZDY-800(原MYZ-200)型探水鉆機4臺，L=200m，N=18.5kW。備用TXU-75A型探水鉆機3臺，L=75m，N=5.5kW

2.防治水煤柱的留設(shè)

本區(qū)位于太行山復(fù)式背斜南段西翼，晉獲褶斷帶東側(cè)。區(qū)域地層總體走向北東，傾向北西，地層傾角一般小于10°，無巖漿活動。井田內(nèi)開采3號煤層時發(fā)現(xiàn)3個陷落柱及3條小的正斷層，陷落柱形態(tài)呈橢圓形，最大直徑125m，最小直徑75m。斷層性質(zhì)均為正斷層，斷距小于5m，地表為第四系松散層所覆蓋。井田構(gòu)造屬簡單類型。

根據(jù)煤層賦存特征，礦井防水煤(巖)柱的種類確定如下：

（1）井田邊界煤柱20m。

（2）采空區(qū)防水煤柱的留設(shè)

式中：L—煤柱的留設(shè)寬度，m；K—安全系數(shù)，一般取2-5；M—煤層厚度或采高；P—水頭壓力；Kp—煤的抗拉強度；采空區(qū)煤柱留設(shè)取30m。

（3）巷道煤柱計算:

15號煤層：

式中：S3—15號煤層巷道保護煤柱的水平寬度，m；H—巷道的最大垂深，m；M—煤層厚度，取最大值5.39m；f—煤的強度系數(shù)，巷道煤柱取30m。

3.探放水措施及設(shè)備

（1）探放水原則。采掘工作面堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，探放水采用深孔、中深孔和淺孔相結(jié)合的方式。為了防止孔口被水沖破，用水泥和套管加固孔口，其長度不小于 1.5～2.0m。

（2）探放水設(shè)備選擇。根據(jù)《礦井通風(fēng)安全裝備標(biāo)準(zhǔn)》，井下探放水鉆機型號ZDY-800(原MYZ-200)4臺及TXU-75A型探水鉆機3臺。鉆機鉆進深度200m及75m，確實做到先探后掘、有掘必探。探放水工作必須嚴(yán)格遵守《煤礦防治水規(guī)定》有關(guān)要求。

三、發(fā)生水災(zāi)時的避災(zāi)路線及避災(zāi)措施

1.避災(zāi)路線

當(dāng)井下發(fā)生水災(zāi)時，要先選擇標(biāo)高相對高的巷道，盡快撤至地面。具體為：工作面→回風(fēng)順槽→軌道大巷、膠帶運輸大巷、回風(fēng)大巷→主斜井、副斜井、回風(fēng)立井→地面。如水已將道路封閉，應(yīng)撤至上山頭保存體力，等待救援，并設(shè)法與地面取得聯(lián)系。

2.避災(zāi)措施

當(dāng)井下突發(fā)水災(zāi)時，首先要查明水災(zāi)類型，現(xiàn)場工作人員立即向調(diào)度室和礦領(lǐng)導(dǎo)匯報，并迅速組織搶救，設(shè)法堵住出水點。如水勢過大，應(yīng)組織人員迅速按避災(zāi)路線撤至安全地帶。水量不大或補給水源有限時，可采取增加排水能力的辦法，直接排出井下積水。

礦井或礦井部分地區(qū)被淹后，發(fā)現(xiàn)有人被堵于井下，應(yīng)首先制定營救人員的措施，判斷人員所在地點，并根據(jù)涌水量和排水設(shè)備能力，估計排出積水的時間，同時考慮向遇險地點打鉆或通過管路輸送食物；恢復(fù)被淹巷道排水時，特別注意加強通風(fēng)工作；水災(zāi)發(fā)生地點的支護必須加強，長時間被水浸泡的巷道，必須重新支護，如采取套棚支護，巷道支護必須從外向里逐步進行。