淺談西華煤礦礦井防治水技術(shù)措施

陳傳燕，鄧 偉

(四川省煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán) 地測(cè)與防治水研究所，四川 成都610500)

0 引言

在敘永縣西華煤礦水文地質(zhì)類型劃分及礦井水害隱患現(xiàn)狀調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井的水患特征、構(gòu)造與巖溶發(fā)育規(guī)律及本礦當(dāng)前存在的水害隱患，對(duì)大氣降水、地表水、頂板水、底板水、老空水、斷層水等水害、工作面水害威脅提出適合的防治水安全技術(shù)措施。

1 礦區(qū)概況

礦區(qū)地處四川盆地與云貴高原過渡帶，山體總趨勢(shì)呈北高南低。礦區(qū)地貌屬構(gòu)造剝蝕巖溶地貌，區(qū)內(nèi)氣候溫濕、降雨充沛，有利于巖溶的發(fā)育。礦區(qū)內(nèi)石灰?guī)r含水層與隔水層或相對(duì)隔水層相間產(chǎn)出，這種巖性組合，在地形地貌上隔水層為含水層提供了地表水的補(bǔ)給條件，大量地表水由隔水層的坡、嶺匯水至石灰?guī)r地層，加劇了石灰?guī)r的溶蝕和巖溶管道流的發(fā)育，并形成較復(fù)雜的暗河管道系統(tǒng)。

河壩向斜為礦區(qū)主體構(gòu)造，礦區(qū)內(nèi)F4逆斷層與河壩向斜主體割裂開，為一完整的向斜轉(zhuǎn)折仰起端形態(tài)，地層走向自北向東由近北東向逐漸轉(zhuǎn)為東西向，次級(jí)褶皺不發(fā)育，斷層較發(fā)育，對(duì)煤層及含水層均具有一定的破壞作用，礦區(qū)構(gòu)造屬中等構(gòu)造類型。

礦山可采煤層賦存于二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)，厚度93.69～120.37 m，平均厚101.24 m。含煤層11～20 層，煤層總厚4.19～9.50 m，全區(qū)基本可采4 層，大部可采2 層。

主要含水層為:三疊系下統(tǒng)嘉陵江組巖溶含水層、疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組一段(T1f1)巖溶裂隙含水層、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P2c)巖溶弱含水層、二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)、棲霞組(P1q)巖溶含水層，其余為相對(duì)隔水層。

2 水文地質(zhì)類型及水患現(xiàn)狀

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》第十一條表2 -1 標(biāo)準(zhǔn)及《西華煤礦水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》綜合評(píng)定敘永縣西華煤礦礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型，屬頂、底板巖溶充水礦床。

水患現(xiàn)狀:根據(jù)四川省煤礦水害隱患危險(xiǎn)性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及《敘永縣西華煤礦水患現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告》判定敘永縣西華煤礦水害隱患危險(xiǎn)性為復(fù)雜(II 級(jí))礦井。依據(jù)礦井水的來源，可以把西華煤礦面臨的水害威脅分為六種類型:大氣降水及地表水水害、含水層水(頂板、底板)水害、構(gòu)造水水害、老空區(qū)積水水害、封閉不良的鉆孔水水害、巷道掘進(jìn)及工作面回采水害。

3 礦井探放水技術(shù)與方法

1)物探方法:現(xiàn)代物探方法在礦井水防治中應(yīng)用廣泛，效果較好，目前物探技術(shù)較為成熟的有瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)和直流電法等水文地質(zhì)物探方法，可探測(cè)和確定與礦井水患密切相關(guān)的斷層、裂隙密集帶等地質(zhì)異常體的位置、大小、分布范圍以及賦水情況。

(1)地面瞬變電磁法。瞬變電磁法屬于電磁感應(yīng)類探測(cè)法，該方法通過觀測(cè)和研究二次場(chǎng)的空間特性，推測(cè)地質(zhì)目標(biāo)的幾何和物理特征。由于該方法對(duì)低阻體異常敏感，因此能較好地確定與低阻異常有關(guān)的地質(zhì)問題?？捎糜诿旱V區(qū)含水層、富水區(qū)探測(cè);構(gòu)造富水性探測(cè);充水老窯探測(cè);地下巖溶探測(cè);水源地富水區(qū)探測(cè)。

(2)可控源音頻大地電磁測(cè)深(CSAMT)?？煽卦匆纛l大地電磁測(cè)深(CSAMT)是在音頻大地電磁測(cè)深(AMT)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。沿用AMT 的測(cè)量方式，觀測(cè)人工供電的音頻電磁場(chǎng)。該方法對(duì)低阻體敏感，能較好確定與低阻異常有關(guān)的地質(zhì)問題。

(3)井下直流電法。井下直流電法主要用于巷道頂?shù)装逄讲?，工作面頂板探查和掘進(jìn)磧頭超前探測(cè)。主要用途:巷道頂?shù)装逄讲?工作面頂?shù)装逄讲?進(jìn)行磧頭超前探查。

2)鉆探方法:鉆探方法常用于各種目的的水文地質(zhì)勘察中，如巷道掘進(jìn)前方富水區(qū)的超前探測(cè)，物探成果必須采用鉆探方法進(jìn)行驗(yàn)證;老空水的預(yù)疏放等。

4 礦井防治水技術(shù)措施

礦井防治水工作必須堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”原則，采取防、堵、疏、排、截的治理措施。根據(jù)敘永縣西華煤礦水文地質(zhì)條件類型及水患特點(diǎn)，制定出適合于本礦井的防治水技術(shù)措施，采取預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、物探、鉆探、監(jiān)測(cè)、與水害治理的綜合防治手段。

1)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。建立見水害前兆立即撤離預(yù)案;采區(qū)預(yù)測(cè);局部預(yù)報(bào)。

2)大氣降水防治。建立降雨量自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng);礦井水文實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3)地表水防治。當(dāng)?shù)V井井巷及回采接近溪溝附近時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照《煤礦水防治水規(guī)定》和《煤礦安全規(guī)程》要求留設(shè)足夠距離的防(隔)水煤柱，過河巷道必須按照要求留設(shè)擋水墻，并經(jīng)相關(guān)單位驗(yàn)收合格后方可投入使用;定點(diǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控井下各巷道出水點(diǎn)的水量變化、水的特性變化等，做好水患預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作;定期地表溪溝進(jìn)行水量觀測(cè)，并做好觀察記錄，洪水期間應(yīng)加大觀測(cè)力度。對(duì)沖溝漏失地段進(jìn)行封堵，搞好截流、引排工作。

4)含水層水防治。頂板水:可采用地面瞬變電磁法或大功率激電中梯法對(duì)預(yù)掘區(qū)域的頂板長(zhǎng)興灰?guī)r富水區(qū)進(jìn)行探測(cè);確定富水區(qū)后，應(yīng)提前進(jìn)行疏放。編制詳細(xì)疏放水鉆孔設(shè)計(jì)，制定安全措施。

底板水?？刹捎玫孛嫠沧冸姶欧ɑ虼蠊β始る娭刑莘▽?duì)預(yù)掘區(qū)域的底板茅口灰?guī)r富水區(qū)進(jìn)行探測(cè)。進(jìn)行有效的物探工作后，鉆孔數(shù)量可適量減少;確定富水區(qū)后，應(yīng)提前進(jìn)行疏放后方可掘進(jìn)回采，或留設(shè)煤柱。

在探放溶洞、陷落柱水鉆孔的布置及施工中的一些注意事項(xiàng)已煤礦防治水規(guī)定執(zhí)行。

5)構(gòu)造水防治。對(duì)斷層水的防治首先在完整探測(cè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井生產(chǎn)的具體情況，選擇或提前疏放，或注漿封堵、留設(shè)防水煤柱等方法進(jìn)行治理。采用KDZ1114 -6A30 礦井地質(zhì)探測(cè)儀、SIR-20 多通道透視雷達(dá)等物探手段，探測(cè)待掘巷道前方或回采工作面內(nèi)的斷層，圈定斷層的位置減少超前探水的工作量。由于礦井采用平巷自流排水，費(fèi)用較低，因此對(duì)斷層水的疏放成為一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的方法。

6)老空水防治。礦井老空水的威脅主要自以下幾個(gè)方面:淺部煤層露頭線附近小煤窯采空區(qū)積水;礦井開采后期下部煤層(C24、C25)開采時(shí)，上部煤層(C12、C17、C19、C20)老空區(qū)積水;礦井同一煤層深部開采時(shí)，淺部煤層采空區(qū)積水。

采用物探手段，圈定積水區(qū)，減少超前探水的工作量。對(duì)老空水的探放，應(yīng)根據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的結(jié)果，首先確立積水線、探水線和警界線，估算老空區(qū)積水量。編制詳細(xì)的老空水探放設(shè)計(jì)，制定安全措施，然后開始實(shí)施。

7)封閉不良鉆孔水防治。根據(jù)《西華煤礦地質(zhì)勘查報(bào)告》，礦區(qū)范圍內(nèi)分布14 個(gè)鉆孔，全部封閉了煤系井段。一般封閉漿液上限均在煤系上界40～50 m 以上(封閉至長(zhǎng)興組頂)，并在井口位置豎立規(guī)格為30 ×30 ×30 cm 的水泥樁作標(biāo)志，但未說明茅口灰?guī)r封閉情況。封閉不良的鉆孔可能成為導(dǎo)通上下含水層的良好通道，具有形成水害，造成突水的可能性，因此封閉不良鉆孔形成的水害對(duì)礦井威脅甚大。

探放鉆孔水，在帶壓開采礦井，對(duì)終孔層位在茅口灰?guī)r含水層中封閉不良的鉆孔，采掘工作面相遇前20 m 時(shí)采取超前探水;根據(jù)《四川省煤礦防治水細(xì)則》要求，封孔質(zhì)量較差的防隔水煤(巖)柱的留設(shè)寬度＞8 m，未封孔時(shí)＞12 m。必要時(shí)，啟封后重新進(jìn)行封孔。8)巷道掘進(jìn)及工作面回采防治。巷道掘進(jìn):由于巷道掘進(jìn)過程中是對(duì)井下水文地質(zhì)條件的充分揭露過程，因井田內(nèi)其他工程活動(dòng)較少，開挖的巷道成為井田區(qū)域內(nèi)地下水集中排泄的通道，根據(jù)地區(qū)巖溶條件和水文地質(zhì)條件的特點(diǎn)，巷道掘進(jìn)過程中防治水工作應(yīng)以預(yù)防為主，確保巷道的安全掘進(jìn)。工作面回采:在采煤工作面布置的防治水工程主要以物探、鉆探為主，必要時(shí)輔以水化學(xué)特征。物探主要利用掘進(jìn)完成的上下巷道，采用坑透、直流電法和音頻透視法等物探方法，目的是發(fā)現(xiàn)工作面內(nèi)隱伏陷落柱、斷層及灰?guī)r含水層的導(dǎo)升高度;鉆探一般在物探標(biāo)出的異常區(qū)段進(jìn)行，目的是驗(yàn)證物探結(jié)果，進(jìn)一步探查頂板或底板水情，必要時(shí)可兼做放水孔。

5 結(jié)語

茅口組、長(zhǎng)興組、嘉陵江組碳酸鹽巖地層出露區(qū)于山間平壩內(nèi)，巖溶發(fā)育，且富水性不均一。地下巖溶水以管道流為主，巖溶管道流以垂向的落水洞、溶洞和水平方向的暗河為主，礦井涌水與大氣降水之間關(guān)系緊密。煤系地層與飛仙關(guān)組相對(duì)隔水層只在局部阻隔上、下部巖溶水。但大氣降水十分容易通過各種巖溶通道補(bǔ)給地下水，而大型巖溶溶洞、暗河和陷落柱對(duì)礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅。礦井應(yīng)以“以排水為主、堵水為輔”，按規(guī)定留設(shè)防隔水煤柱;采用物探手段確定頂、底板積水區(qū)，對(duì)廢棄礦、廢棄老窯井口進(jìn)行封堵防止地表水體的涌入。礦井生產(chǎn)活動(dòng)盡量遠(yuǎn)離積水區(qū)，禁止在積水區(qū)附近進(jìn)行爆破活動(dòng);嚴(yán)禁越層、越界開采，在防治水工作方面要形成聯(lián)防，避免水患事故的發(fā)生。

［1］ 劉峰.煤礦防治水綜合技術(shù)手冊(cè)［M］. 北京:煤礦科技出版社，2008.

［2］ 四川省安監(jiān)局.四川省煤礦防治水細(xì)則［2010］157 號(hào)［S］.

［3］ 國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局. 煤礦防治水規(guī)定釋義［M］. 徐州:中國(guó)礦業(yè)補(bǔ)血出版社，2009.

［4］ 《西華煤礦礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》及《西華煤礦水患現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告》［R］.2013.