煤礦底板水防治的對策探索

□ 侯進(jìn)杰 王亞男

我國有著豐富的煤炭資源，是用煤、產(chǎn)煤的大國，煤炭資源儲量是我國最大的礦產(chǎn)類能源，煤炭資源在我國的國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。但是，我國煤炭資源在開采中由于受到水害的威脅，煤礦底板突水是我國煤礦開采中最普遍和突出的問題，包括了我國華南和華北的大多數(shù)新生代、個別中生代以及晚生代的煤田，其有著波及水量大、范圍廣、危害較嚴(yán)重的特點，使煤炭開采的安全受到極大的威脅，對經(jīng)濟(jì)造成了重大的損失，也是造成我國煤礦水害事故頻發(fā)的主要因素。因此，煤礦底板突水防治工作的開展，對于煤礦開采的安全保障有著極為重要的意義，也是我國煤田地質(zhì)領(lǐng)域里重點研究的課題。

一、煤礦底板突水的成因

(一)含水層。由于含水層具有富水性和獨(dú)特的透水性，因此含水層也是煤礦開采過程中底板突水成因中最基本的影響因素，它是造成煤礦底板突水大小的基礎(chǔ)物質(zhì)，更決定了突水之后對礦井造成危害的程度以及水害的規(guī)模。含水層由動水壓力和靜水壓兩部分組成，它的水壓是煤礦底板造成突水的動力。在造成突水之前顯現(xiàn)出靜水壓力，而對隔水層的裂隙靜水壓力起到擴(kuò)大頂劈的作用，其作用隨著靜水壓力的高低而變化。造成突水之后，由于承壓水頭的降低而使含水層里的水由位能轉(zhuǎn)變成動能，此時則主要是動水壓力，它的影響在突水后才能表現(xiàn)出來，由于沖刷而擴(kuò)大的裂縫，使得充填物質(zhì)大量流失而通道變得暢通，造成越來越大的出水量。

(二)隔水層。隔水層作為突水中阻、隔水的因素，它的阻水能力隨著隔水層底板損壞力度、隔水層厚度、力學(xué)強(qiáng)度、巖性組合、巖層中礦物質(zhì)成分等而變化。隔水層的厚度大小與抗水壓的能力成正比，厚度越大越不易出水。底板受破壞的深度越大，越會使隔水的層厚度減小，底板相對就較容易出水。

(三)地應(yīng)力。斷層附近和褶皺傾末端、向斜軸部以及轉(zhuǎn)折點等地方，在其他作用力的誘導(dǎo)下，這些部位是最容易造成突水的，地震就是現(xiàn)代地應(yīng)力集中的一種表現(xiàn)形式。

(四)礦山壓力。礦山壓力在煤層的開采過程中，給煤礦底板帶來極大的破壞，采空區(qū)周圍和所開采的范圍之間的支承壓力的分布直接影響著礦山壓力的范圍。采空區(qū)的卸壓膨脹包括周邊的剪切使底板遭受最嚴(yán)重破壞的重要因素，產(chǎn)生較多的裂縫，礦山壓力對底板的破壞作用與工作面頂板巖性有關(guān)。頂板如果不容易冒落，那么礦山壓力將會對底板造成更大的破壞，而底板就越容易出水。因此，針對不容易冒落的頂板的工作面一定要抓緊采取相應(yīng)措施，以減輕由于礦山壓力導(dǎo)致的破壞。

(五)地質(zhì)構(gòu)造。由于底板突水主要的通道就是地質(zhì)構(gòu)造。因此，在煤層所分布的范圍里，礦井中進(jìn)水量的多少直接受地質(zhì)構(gòu)造的影響，而巖溶性陷落柱以及斷層構(gòu)造一般是造成突水情況的主要地質(zhì)構(gòu)造。

二、煤礦底板水防治的對策

煤礦底板水防治工作的開展，最重要的就是在預(yù)防上，治理需要投入更多的成本，包括財力、物力、人力等，對于重大水害事故的發(fā)生不能控制。結(jié)合突水原因和規(guī)律，對于底板突水的防治上，要按照掌握和了解所要治理區(qū)域煤層底板的地質(zhì)狀況為前提，并結(jié)合現(xiàn)狀不同的煤巖層組合進(jìn)行勘察檢測、評價并分析、及時的監(jiān)控、降壓疏放、預(yù)報預(yù)測、合理預(yù)留防水煤柱、開采條帶等建立科學(xué)、合理、完善的治理和預(yù)防綜合水害防治體系。

(一)對礦井地質(zhì)的勘察。采用物理探測科技和設(shè)備，針對煤礦開采區(qū)以及挖掘的前方綜合評價和勘察水文地質(zhì)狀況，并快而精確地分析出造成開采過程中受特殊地質(zhì)影響的問題，并針對勘察的信息進(jìn)行比較分析，不同地段的底板和煤層間的含水層以及隔水層的分布狀況和斷裂的構(gòu)造為煤礦底板水防治工作的開展提供科學(xué)、合理的技術(shù)信息。近些年來，出現(xiàn)了諸多物探新技術(shù)，如礦井音頻技術(shù)、井下直流電法、聲波測試技術(shù)等等;在底板阻水能力方面，出現(xiàn)了水力壓裂法、壓力試驗等，借助于這些技術(shù)，可以有效評價含水層的裂隙發(fā)育、富水性等情況。另外，借助于同位素示蹤技術(shù)，來對底板含水層的地下水流動狀態(tài)與方向等進(jìn)行分析，對突水水源科學(xué)判別。

(二)水文觀測網(wǎng)的完善和設(shè)立。煤礦底板出現(xiàn)特別大的突水，那么在突水出現(xiàn)之前，一定是有潛在突水條件和前兆的。因此，必須在其工作面上投產(chǎn)之前，經(jīng)過對水動態(tài)勘察的系統(tǒng)進(jìn)行及時監(jiān)測并及時與工作人員的檢測進(jìn)行核對，在搜集底板的含水層地質(zhì)等資料動態(tài)后，針對異常現(xiàn)象的出現(xiàn)進(jìn)行探究分析，調(diào)查其成因，并采取隔離、科學(xué)的方案和措施。

(三)底板治理。因為巷道周圍區(qū)域的地質(zhì)狀況，應(yīng)力狀態(tài)與巖層的性質(zhì)存在著不同程度的差異，底板巖層所遭受的損壞也各不相同。而針對底板中較易破碎的松軟巖層，應(yīng)使用煤層底板注漿加固改造和錨桿互相結(jié)合的方式，以增加底板隔水層的厚度和強(qiáng)度，通過煤層底板注漿加固改造技術(shù)將單質(zhì)漿液或復(fù)合型注漿加固漿液壓入地層的縫隙中并使?jié){液變得硬化、凝固以及擴(kuò)張，攔截水源進(jìn)行補(bǔ)給通道充填封堵。想要在根本上使底板突水問題得到解決，可在經(jīng)常進(jìn)行注漿堵水以及井下物探的時候，建立專用的一個底板疏水通道，必須堅持物探先行，鉆探驗證。對于受底板水威脅的礦區(qū)，要在物探和礦井水文地質(zhì)資料綜合分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體的地質(zhì)狀況及水文地質(zhì)條件，分區(qū)分段，由塊到面分析，找出每個區(qū)、段存在的具體水文地質(zhì)條件，因地制宜地制定針對性防治水方案，在預(yù)防和治理上遵循先易后難的原則，總體概括起來就是:整體研究，逐塊分析，因地制宜，先易后難。

(四)防水煤柱的預(yù)留設(shè)置。在較容易受危害的區(qū)域，一定要留設(shè)必要的防水煤柱，確保地下水以及其它水源涌入工作面中，例如:在充水?dāng)鄬踊蛘呦萋渲c煤層之間接觸的地方。

(五)礦井下防水閘的設(shè)置。由于礦井底下部分區(qū)域的涌水容易波及到其他區(qū)域，因此防治這種現(xiàn)象必須將水源堵截，必須在井下適合的地方設(shè)立能夠截水的建筑物，將水源有效堵截，使其隔離開采區(qū)。

三、結(jié)語

煤礦底板水一般都是由于很多種因素一起作用才導(dǎo)致?lián)p壞的情況，必須針對各個因素進(jìn)行系統(tǒng)的、多角度的整體分析，以采取合理、科學(xué)、正確的工作方案進(jìn)行底板水的防治。而隨著我國工業(yè)科技的快速增長，較難開采的礦床已經(jīng)能夠大量進(jìn)行開發(fā)煤礦底板水的防治工作，但技術(shù)一定要更快地發(fā)展。目前，在國內(nèi)外有關(guān)煤礦底板水防治工作的技術(shù)勘測設(shè)備和方案、煤礦底板水的預(yù)報和預(yù)測有諸多的成就，也使得煤礦底板水防治工作有效地開展，促進(jìn)了煤礦開采工作的正常進(jìn)行。

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