復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的工作面防治水措施研究

胡 強(qiáng)

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

復(fù)雜水文地質(zhì)條件下的工作面防治水措施研究

胡 強(qiáng)

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

結(jié)合工程實例，分析了礦井工作面的充水來源和充水通道形式，探討了井下防水方案的設(shè)計要點，從組建防治水管理部門、編制突水應(yīng)急方案、完善水文地質(zhì)監(jiān)測體系等方面提出了具體措施，為礦井水災(zāi)害的防治提供參考。

礦井，工作面，防水措施，水文地質(zhì)

0 引言

章村煤礦地處河南安陽地區(qū)，井田總面積約10 km2，礦井主采煤層為2號煤，煤層下部廣泛存在寒武系灰?guī)r與石炭系灰?guī)r，均為富含水層。其中石炭系灰?guī)r為工作面直接充水層，寒武系灰?guī)r為工作面間接充水層。鑒于章村礦內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育較為完善且對含水地層形成切割，使得井下工作面同下部含水層存在緊密的水力聯(lián)系，雖鄰近礦井長期以來降水措施具備一定積極影響，但煤層底板寒灰水位持續(xù)居高，屬于易突水煤層。整個寒灰水地層在礦區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)西高東低的分布態(tài)勢，使得礦區(qū)水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，其中尤以位于高水位區(qū)域的1102工作面的防治水任務(wù)最為艱巨，因此展開針對性的防治水措施研究極為必要。

1 工作面水文地質(zhì)概述

章村礦1102工作面地處2號煤首采區(qū)西翼，緊鄰采區(qū)軌道上山與井田邊界，工作面埋深500 m，走向全長1 300 m，傾斜寬度110 m，整個工作面煤炭可采量近63萬t。

1.1 工作面充水來源分析

工作面充水來源主要有5個：1)頂板砂巖裂隙水。2號煤層上部砂巖裂隙含水為回采工作面的頂板直接充水層，整個含水層裂隙多為風(fēng)化裂隙，發(fā)育較不完善，單位涌水量為0.01 L/(s·m)～0.025 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.013～0.045，含水多為靜儲量水。該層的充水方式主要為早期巷道掘進(jìn)時的頂板淋水與回采時的頂板垮落淋水，補(bǔ)給量不足；2)底板灰?guī)r裂隙水與寒灰水?；?guī)r裂隙水為2號煤回采時的底板直接充水層，不過受限于自身巖層厚度，含水空間有限且地表露頭僅呈條狀出露，使得其補(bǔ)水來源相對較少，整體呈現(xiàn)中等富含水性。其單位涌水量0.621 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.32。寒灰水為2號煤的間接充水層，層厚可達(dá)40 m，具有富水性高、厚度大、滲透性強(qiáng)等特點，是1102工作面回采的主要威脅；3)小煤窯老空水。章村煤礦作為傳統(tǒng)煤炭產(chǎn)區(qū)，過去周邊存有數(shù)量眾多的小煤窯，這些小煤窯的肆意開采使得井田老空積水現(xiàn)象嚴(yán)重，對工作面的正?；夭稍斐闪藝?yán)重威脅；4)地質(zhì)鉆孔水。1102工作面回采范圍內(nèi)存有多個地質(zhì)鉆孔，其中多個地質(zhì)鉆孔存在封孔質(zhì)量不清的現(xiàn)象，可能對回采作業(yè)造成影響；5)斷裂構(gòu)造水。根據(jù)地質(zhì)勘測顯示平行相距工作面回風(fēng)巷70 m處存在大型正斷層，斷層落差為15 m，鑒于落差較大有可能同上下部地層含水層存在水力聯(lián)系，從而威脅回采作業(yè)。

1.2 充水通道分析

1102工作面主要的充水通道形式有三種：1)地質(zhì)構(gòu)造。1102工作面周邊地層中存有斷裂構(gòu)造，在回采作業(yè)的影響下存在誘發(fā)構(gòu)造突水的可能性；2)采動裂隙。煤層回采后，上部巖層在自重及圍巖應(yīng)力的作用下必然會出現(xiàn)斷裂、垮落，從而形成采動裂隙，為上部砂巖裂隙水的滲入提供了便利；3)地質(zhì)鉆孔。由于1102工作面回采范圍內(nèi)存在多個鉆孔且鉆孔封孔質(zhì)量不清，若質(zhì)量欠佳則其可能成為底板承壓水的涌出通道造成突水。

2 防水設(shè)計與工作面防水措施分析

2.1 井下防治水設(shè)計

充分考慮到1102工作面水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，為保障整個回采過程的安全、有效，盡可能規(guī)避突水事故的出現(xiàn)，通過總結(jié)以往經(jīng)驗提出綜合性的防治水設(shè)計。一是采用多種物探方法相結(jié)合的方法對工作面高水位區(qū)域及底板富水區(qū)進(jìn)行提前勘探，查明其結(jié)構(gòu)，以便為后續(xù)作業(yè)提供指導(dǎo)；二是根據(jù)物探結(jié)果對富水區(qū)域進(jìn)行注漿截流與圍巖加固，將含水層轉(zhuǎn)變?yōu)楦羲畬?，從而降低工作面發(fā)生突水事故的概率；三是進(jìn)一步完善原有排水系統(tǒng)，增強(qiáng)工作面排水能力，實現(xiàn)對頂板淋水與底板涌水的有效控制。

物探作業(yè)：1)坑探?？犹揭啾环Q之為無線電波透視技術(shù)，其結(jié)合相應(yīng)的軟件一起使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對地質(zhì)結(jié)構(gòu)的高效、精準(zhǔn)測量，同時其設(shè)備還具備操作便捷、維護(hù)簡單等諸多優(yōu)點；2)音頻穿透。這種方法多用于工作面下部富水區(qū)位置及注漿作業(yè)效果的檢測。借助音頻穿透技術(shù)，能夠有效探明工作面下部100 m范圍內(nèi)的區(qū)域；3)高分辨電磁法。這種方法多用來對采煤中的陷落柱、破碎帶以及隱伏斷層進(jìn)行探測，通過對其探測數(shù)據(jù)及音頻穿透數(shù)據(jù)的對比，可為最佳注漿方案的制定提供有效指導(dǎo)。

注漿：對底板含水層進(jìn)行注漿截流與加固。充分結(jié)合物探獲得的數(shù)據(jù)對工作面底板的隔水層厚度進(jìn)行詳實計算，對底板中受構(gòu)造影響而破壞嚴(yán)重的區(qū)域取其突水臨界值為0.6 kg/(cm2·m)，安全隔水層厚60 m。鑒于2號煤下部寒武系灰?guī)r層與其相隔45 m，因此確定其注漿厚度必須在15 m以上。最終經(jīng)過反復(fù)商討，確定采用整體普遍改造，局部重點加固的注漿設(shè)計方案，方案中注漿深度分為兩層，整個采面共布設(shè)30個鉆孔，鉆探施工量總計4 500 m。

2.2 工作面防治水措施

1)組建專門的防治水管理部門。

鑒于章村礦1102工作面水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性，礦井管理層專門成立了1102工作面防治水領(lǐng)導(dǎo)小組，由礦井總工擔(dān)任組長，生產(chǎn)安全礦長擔(dān)任副組長，從全礦抽調(diào)技術(shù)骨干擔(dān)任組員，并對小組內(nèi)各人的職責(zé)進(jìn)行了明確的劃分，最大力度的消除突水隱患，確保工作面作業(yè)的順利開展。

2)編制針對性的突水應(yīng)急方案。

結(jié)合1102工作面實際地質(zhì)狀況，在制定回采作業(yè)流程的同時制定具有針對性的突水事故應(yīng)急救援方案并組織工作面作業(yè)人員開展避災(zāi)演練。以便保證所有人員能夠在災(zāi)害發(fā)生時以最快的速度選擇正確的避災(zāi)路線，最大程度保護(hù)人們的生命安全。

3)合理設(shè)計過鉆孔措施。

鑒于1102工作面回采范圍內(nèi)存有多個地質(zhì)鉆孔，為確?；夭勺鳂I(yè)的安全，應(yīng)在距地質(zhì)鉆孔20 m處開始布設(shè)鉆孔，對地質(zhì)鉆孔的具體位置及水文特性進(jìn)行探明，在確定不存在任何水害威脅時方可繼續(xù)回采推進(jìn)。

4)完善工作面水文地質(zhì)監(jiān)測體系。

在1102工作面回采作業(yè)的同時水文地質(zhì)技術(shù)員應(yīng)當(dāng)定期深入回采作業(yè)現(xiàn)場對工作面的水文地質(zhì)資料收集并增強(qiáng)對及時獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總，以便為水害防治提供參考。除此之外，回采隊伍的帶班技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)時刻關(guān)注工作面的水情變化，尤其是在工作面初采初放或周期來壓時，一旦發(fā)現(xiàn)存在水情異常現(xiàn)象應(yīng)當(dāng)立即上報有關(guān)負(fù)責(zé)部門，謹(jǐn)防因漏報、慢報而釀成悲劇。

3 結(jié)語

通過對礦井水災(zāi)害的產(chǎn)生原因和危害進(jìn)行分析，以礦井水來源分為地表水和地下水為起點對礦區(qū)水文地質(zhì)進(jìn)行探測，然后采用相應(yīng)技術(shù)和措施對礦井水涌入量控制。礦井工作面水害不僅影響企業(yè)生產(chǎn)效益，而且對國家煤炭資源造成浪費(fèi)和破壞，加強(qiáng)礦井水治理，是礦井必須關(guān)注也必須執(zhí)行的工序環(huán)節(jié)。結(jié)合礦區(qū)水文地質(zhì)條件，針對性的分析復(fù)雜水文地質(zhì)條件下工作面突水的原因，并通過總結(jié)以往經(jīng)驗教訓(xùn)對礦井工作突水的防治提出綜合性治理措施，對于改善工作面環(huán)境，保障煤礦日常生產(chǎn)的安全高效開展意義重大。

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Study on working face water-proofing measures under complicated hydrogeological conditions

Hu Qiang

(ShanxiAcademyofCoalHydrogeologySurvey,Taiyuan030006,China)

Combining with engineering examples,the paper analyzes water filling sources and water filling channel forms of mine working face,explores mine water-proofing scheme design points,and puts forward specific measures including organizing water-preventing administration department,compiling water inrush emergency scheme and improving hydrogeological monitoring system,so as to provide some guidance for preventing mine hydrology disasters.

mine,working face,water-proofing measures,hydrogeology

2015-10-12

胡 強(qiáng)(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)36-0066-02

TU761.11 < class="emphasis_bold">文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

A