柴里煤礦水害現(xiàn)狀及防治技術(shù)

文/徐永和

山東能源棗礦集團(tuán)柴里煤礦作為我國第一對(duì)厚含水沖積層下開采厚煤層的試驗(yàn)礦井，隨著礦井服務(wù)年限的不斷延長，采空區(qū)面積不斷增加，受特殊地質(zhì)構(gòu)造的影響，老空區(qū)內(nèi)的頂板砂巖水、防滅火注漿水無法自然流出，造成了老空區(qū)內(nèi)積水。柴里煤礦克服采空區(qū)點(diǎn)多面廣等重重困難，通過引進(jìn)新技術(shù)、新工藝，拓展隱患排查治理途徑，有效治理了老空區(qū)積水、井筒滲涌水等礦井隱患，保障了礦井的安全生產(chǎn)，為今后防治水工作順利開展積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

一、礦井水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)強(qiáng)化水文數(shù)據(jù)監(jiān)控

隨著煤礦開采年限延長，礦井受老空區(qū)積水、斷層水等水害威脅的程度逐漸加大，需要正常觀測(cè)的水文項(xiàng)目也不斷增多，如采用人工測(cè)量，測(cè)量精度低，實(shí)效性差，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)水文要素出現(xiàn)的異常，導(dǎo)致?lián)岆U(xiǎn)應(yīng)急救援滯后，不能有效防止災(zāi)害發(fā)生。為進(jìn)一步完善礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，全面做好礦井井上、下水文地質(zhì)工作，柴里煤礦積極引入新技術(shù)、新設(shè)備，安設(shè)了先進(jìn)的礦井水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，強(qiáng)化水文數(shù)據(jù)監(jiān)控，確保了礦井生產(chǎn)安全。

該系統(tǒng)分為井下與地面兩部分，井下部分實(shí)現(xiàn)了礦井涌水量、水倉水位、擋水墻水壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)局部采區(qū)涌水量及水倉水位變化情況，有效指導(dǎo)各級(jí)水倉泵房合理配置排水系統(tǒng)，確保涌水及時(shí)排出。擋水墻水壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能實(shí)時(shí)掌握擋水墻內(nèi)水壓情況，為解除采區(qū)隔離工程安全實(shí)施提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)保障。

地面部分包括降雨量實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、地面塌陷積水區(qū)水位無線遙測(cè)、水文長觀孔水位遙測(cè)等。地面系統(tǒng)能實(shí)時(shí)收集降雨量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)地面塌陷區(qū)積水水位異常，以及各水文長觀孔水位異常情況，對(duì)執(zhí)行災(zāi)害性天氣緊急撤人避險(xiǎn)制度提供可靠的數(shù)據(jù)保障。

當(dāng)井下發(fā)生水災(zāi)事故時(shí)，能夠及時(shí)采用井下生產(chǎn)電話、KJ236入井人員定位系統(tǒng)（編碼器）、井下手機(jī)短信群發(fā)系統(tǒng)（小靈通）、井下語音廣播、KXH127水位報(bào)警儀等五種通訊方式實(shí)現(xiàn)井下全方位報(bào)警，確保所有井下工作人員及時(shí)收到報(bào)警信息并撤離。

二、壁后注漿治理井筒滲涌水

1.出水水源分析

井筒是井工煤礦的咽喉要道,在煤礦安全生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。受第四系潛水、地表水位上升的影響，主井井壁位于井口平臺(tái)下9.5m處的西側(cè)出現(xiàn)一處出水點(diǎn)，由井壁接茬處260mm長的橫向裂隙向外涌水，涌水量達(dá)6m3/h，超過了《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。同時(shí)，在北副井井壁深20m～72m范圍內(nèi)，有近20處不同程度的滲涌水點(diǎn)，水量較大的有5處，分別位于井口平臺(tái)下 21.5m、23.4m、24.3m、37.5m、71.4m 的位置；4處位于井壁東側(cè)和南側(cè)，1處位于井壁西南側(cè)；其中3處目測(cè)涌水量約1m3/h，合計(jì)總涌水量約5～6m3/h，有逐漸增大的趨勢(shì)，經(jīng)過分析出水水源為第四系砂層水。

2.治理方案及實(shí)施過程

井壁滲涌水的不斷增加，將加速罐梁的損壞以及對(duì)井壁的破壞程度，使井底淤煤增加。同時(shí)，井筒內(nèi)金屬構(gòu)件、提升鋼絲繩在淋水的作用下會(huì)很快銹蝕，電纜的安全性能也會(huì)下降，直接威脅到主井和北副井的提升及礦井的安全生產(chǎn)。依據(jù)此情況，柴里煤礦及時(shí)召開主井、北副井井壁滲涌水治理專題工作會(huì)議，實(shí)地勘察和測(cè)量、分析現(xiàn)場(chǎng)滲涌水情況及井壁破裂地段生產(chǎn)地質(zhì)條件，研究分析井壁破裂的原因和機(jī)理，通過多套井壁治理方案的比較，根據(jù)注漿工藝要求，確定采用地面對(duì)第四系砂礫松散層及風(fēng)化基巖帷幕注漿的治理方案，增加井壁厚度以有效提高井壁的承載能力。

選用注漿材料為工期短、可注性強(qiáng)、漿液穩(wěn)定性好、堵水效果好的單液水泥漿作為注漿堵水材料，其組成為水泥、水及速凝劑。每次注漿前均進(jìn)行壓水試驗(yàn)，持續(xù)時(shí)間不少于15分鐘，依據(jù)壓水試驗(yàn)資料，計(jì)算注漿層段單位吸水量和吸水率，并據(jù)此選擇漿液初始配方。

根據(jù)GBJ213-90《礦山井巷施工及驗(yàn)收規(guī)范》，結(jié)合以往注漿施工經(jīng)驗(yàn)，在確保井壁安全的前提下，確定本次注漿壓力為1～3MPa，注漿期間，注漿壓力可根據(jù)實(shí)際情況作適當(dāng)調(diào)整，以確保井壁安全及注漿堵水效果。

按照治理方案，鉆孔施工個(gè)數(shù)、注漿、封孔質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主井井口至下15m范圍內(nèi)85%以上已干燥無涌水現(xiàn)象，原涌水點(diǎn)得到了有效控制；北副井井壁20～72m范圍內(nèi)無涌水現(xiàn)象，滲水也大大減弱，有三處略有微滲，達(dá)到了預(yù)期的治理效果，通過3個(gè)多月的觀察，治理效果良好。

三、反向壓漿封閉工藝在井下封閉不具備啟封條件的地面鉆孔

在礦井建設(shè)初期，因供水、供漿、供電以及防滅火需要，自地面向井下施工了大量鉆孔。雖然大部分鉆孔在廢棄時(shí)進(jìn)行了啟封，但仍有部分鉆孔由于工廠范圍擴(kuò)張，被電廠主廠房、主辦公樓、西注漿站等建筑物覆蓋，導(dǎo)致這些鉆孔從地面已不存在找孔封閉的可能。當(dāng)鉆孔管壁出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，管壁穿孔、脫落等情況下，極易造成第四系含水層水通過鉆孔向井下潰水，成為危及礦井安全的重大安全隱患。為此，柴里煤礦組織精干技術(shù)力量，積極開展了井下封閉不具備啟封條件的地面鉆孔的技術(shù)研究，確定采用反向壓漿封閉工藝。

該工藝包括如下步驟：a.掃孔；b.安裝深部注漿管；c.安裝、固定淺部注漿管及孔口塞；d.淺注漿，利用淺部注漿管淺注封閉鉆孔下部，高度為3m，凝固72小時(shí)；e.深注漿，利用深部注漿管注漿封閉鉆孔，高度為70m。如-80孔位于柴里煤礦一水平東翼井底車場(chǎng)附近，鉆孔治理前常年滲涌水，不但破壞了巷道的穩(wěn)固性，且排水耗電較大。采用井下封閉技術(shù)治理后巷道干燥，防止了巷道被水侵蝕，切斷了地表水及含水層與井下的水力聯(lián)系。治理效果圖如下：

此外，針對(duì)礦井老空區(qū)分布范圍廣，頭多面廣難于管理，老硐老巷眾多，分層開采導(dǎo)致的空間關(guān)系復(fù)雜，極易造成巷道及采空區(qū)低洼積水等實(shí)際，礦井還通過認(rèn)真分析各采區(qū)、工作面的地質(zhì)構(gòu)造、巷道連通關(guān)系等資料，將礦井按照采區(qū)進(jìn)行劃分，對(duì)存在發(fā)生潰水威脅的區(qū)域，制定防治水隔離方案和措施，在314材聯(lián)、350溜聯(lián)、332材聯(lián)、西大巷1＃通道等地點(diǎn)施工擋水墻，在袁堂井九采區(qū)3煤層與小槽煤之間的軌道運(yùn)輸聯(lián)絡(luò)巷安裝施工防水閘門，做到超前預(yù)防，對(duì)可能發(fā)生潰水的區(qū)域建立擋水門（墻）進(jìn)行隔離。一旦該區(qū)域發(fā)生潰水，擋水門（墻）能有效阻斷潰水的漫延，減少或杜絕對(duì)其他區(qū)域的影響，將事故危害程度降到最低。