礦井充水因素及防治方法研究

李 波

（大同煤礦集團地質(zhì)勘測處,山西 大同 037003）

我國煤炭資源儲量豐富,在全世界范圍內(nèi)名列前茅,年原煤生產(chǎn)量已經(jīng)達到世界第一。而煤礦的瓦斯、水、火、粉塵、頂板等災(zāi)害現(xiàn)象嚴重影響著礦井的生產(chǎn),其中,煤礦突水是這五大災(zāi)害中威脅僅次于瓦斯爆炸事故的因素,其危險性顯著,必須高度重視［1－2］。作為我國重要的產(chǎn)煤基地,華北地區(qū)尤其是山西地區(qū),煤炭資源的開發(fā)與發(fā)展,具有久遠的歷史,礦井水害也一直是山西等產(chǎn)煤基地一個非常棘手的問題。分析其原因,排除人為事故,客觀性的因素也影響著礦井的安全,主要表現(xiàn)在華北地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜,礦井涌水量不可預(yù)測,煤礦開采深度加深,距奧灰?guī)r溶地層距離減小等問題［3－4］,因此,水害問題已經(jīng)成為山西地區(qū)每一個礦井必須認真面對的實際問題。

為了防止礦井水害的威脅,實現(xiàn)煤炭資源安全高效的開采,煤炭工作者必須加強對于水文地質(zhì)條件的探測,同時積極總結(jié)防治水工作。目前來說,礦井水害防治措施主要包括對礦井的充水通道進行分析,其中主要包括采動形成的裂隙裂縫、斷層裂隙、老舊鉆孔等；同時,應(yīng)該對于水源進行分析,對礦井地質(zhì)發(fā)育情況進行分析,確定水害危險程度；最后,對以往礦井防治水工作和周邊礦井防治水工作進行研究,總結(jié)針對本礦井合適的防治水方法。而對于復(fù)雜的水文地質(zhì)條件,新的水害因素與對礦井的影響方法被不斷發(fā)現(xiàn),并且重新認識,督促煤炭工作者對于水害工作方面進行更細致入微的研究。為此,本文對礦井涌水因素進行宏觀分析,進而提出相應(yīng)的防治方法,這對各大礦井防治水技術(shù)的實施具有一定的意義。

1 礦井充水因素的整體分析

對礦井充水因素的整體分析可以從礦井充水水源和充水通道兩方面考慮。

1.1 礦井充水水源

1）大氣降水和地表水對礦井充水的影響

隨著煤礦的開采,頂部巖層將遭到破壞,會使基巖裂隙加大、增多,若井田西部為煤層隱伏露頭區(qū),煤層埋深較淺,大氣降水可通過導(dǎo)水裂隙帶進入采空區(qū)及煤層頂板砂巖裂隙含水層來間接增加礦井涌水量,因此,大氣降水在一定程度上對礦井安全生產(chǎn)有影響。礦井在開采過程中應(yīng)嚴加防范,在雨季來臨時積極做好應(yīng)對準備。

2）各含水巖組對礦井充水的影響

含水巖埋藏于礦區(qū)深部,距地表深淺不一,其巖性主要為深灰、灰黑色厚層石灰?guī)r為主,中夾灰白色泥質(zhì)灰?guī)r。如果煤層底板最低標高處于本井田奧灰水位之下,則奧灰?guī)r溶地下水對井田煤層開采有影響。突水系數(shù)可通過公式（1）計算：

式中：Ts為突水系數(shù),MPa/m；P為底板隔水層承受的水壓,MPa/m；M為底板隔水層厚度,m。

按公式計算的突水系數(shù),在底板受構(gòu)造破壞塊段,一般不大于0.06MPa/m其突水危險性小,正常塊段,不大于0.10MPa/m其突水危險性小。

據(jù)礦井奧灰水文孔資料,可計算得到井田內(nèi)開采煤層隔水層的厚度。根據(jù)公式（1）可計算出煤層底板奧灰的最大突水系數(shù),從而和受構(gòu)造破壞塊段突水系數(shù)的臨界值進行比對分析,由此判定奧灰水的突水危險性。

3）井田內(nèi)及相鄰礦井采空區(qū)積水的影響

部分礦井在兼并重組整合前,原相鄰礦井對本礦井煤層已進行了大面積開采,煤層已大部采空,還有部分煤柱只能進行回收,故,采空區(qū)積水是對本礦井安全生產(chǎn)的最大威脅之一。通過估算可得到本井田開采煤層的積水采空區(qū)位置和范圍。

積存在本井田及鄰近礦井煤層采空區(qū)和廢棄的井巷工程之中的水,尤其是年代久遠、缺乏足夠資料的老空積水,是礦井今后生產(chǎn)過程中最重要的充水因素之一。因此,建議煤礦在今后的開采中應(yīng)隨時調(diào)查探測本礦和鄰礦采空區(qū)的積水情況,以便針對性地采取各種防范措施。

1.2 礦井充水通道

礦井的充水通道可通過礦井充水情況與井田水文地質(zhì)條件進行分析,一般礦井煤層充水通道主要為煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶,其次為采空區(qū)對應(yīng)地表形成的地裂縫、地表塌陷,另外,封閉不良的鉆孔、廢棄井筒和陷落柱、斷層也可能成為導(dǎo)水通道。

1）煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶

煤層開采后,礦山壓力對采空區(qū)上部巖層的破壞較大。所形成的冒落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度,波及到煤層上部含水層時,就成為含水層對礦井充水的通道。當(dāng)工作面頂板管理方式為全部垮落法時,可通過公式（2）或者公式（3）來計算煤層導(dǎo)水裂隙帶高度,通過公式（4）計算煤層垮落帶高度。

通過計算結(jié)果可對比分析井田內(nèi)各可采煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度與各可采煤層之間的層間距,如果前者大于后者,則在開采下部煤層時,其頂板導(dǎo)水裂隙在部分地段將會延伸到上部煤層采空區(qū),上部煤層采空區(qū)積水如不及時探放,會沿裂隙導(dǎo)入下部煤層,形成水害。在煤層埋藏淺的井田西部地帶,各煤層開采后,產(chǎn)生的裂隙波及到地表,使大氣降水、地表水沿裂隙導(dǎo)入井下,造成災(zāi)害。所以,將來開采其下部煤層時應(yīng)對上部煤層采空區(qū)積水進行探放,防范上部煤層采空區(qū)積水突入巷道造成水害事故。

2）采空區(qū)對應(yīng)地表形成的地裂縫、地表塌陷

在煤層埋藏較淺部位容易形成地表塌陷及地裂縫,隨著煤層開采面積的增大、采掘系統(tǒng)的延伸,更能加劇地表塌陷及地裂縫的發(fā)生,大氣降水及地表水會沿其滲入井下,補給下部含水層或煤層,增大礦井涌水量,嚴重時可能造成水害,礦方應(yīng)高度重視。

3）斷層及陷落柱

由于采動影響,地應(yīng)力重新分布,可能使斷層面由壓扭性結(jié)構(gòu)面變?yōu)閺埿越Y(jié)構(gòu)面,變不導(dǎo)水為導(dǎo)水,從而發(fā)生采空區(qū)滯后突水,在地應(yīng)力明顯異常區(qū)開采,應(yīng)力沿斷層面釋放,斷層面附近煤巖層變形更大,斷層導(dǎo)水的可能性增大。因此,一定要重視對隱伏斷裂及其他構(gòu)造形跡的探查和研究,防止斷層突水造成的水害。

4）不良的鉆孔及井筒

當(dāng)?shù)V井掘進和工作面煤層回采時,仍要做好探測預(yù)報工作,以確保不會因封閉不良鉆孔而引發(fā)突水事故。

2 礦井防治水方法分析

本文在分析井田地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上對礦井充水的各個因素進行系統(tǒng)分析,由此得到的防治水工作方法如下：

1）當(dāng)上組煤層開采強度大時,井田范圍內(nèi)及周邊煤礦采空區(qū)積水情況復(fù)雜。因此,在今后的生產(chǎn)中必須嚴格按照《煤礦安全規(guī)程》和《煤礦防治水規(guī)定》的“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、有采必探、先探后掘、先探后采”的原則和“探掘分離”的管理規(guī)定,做好采掘工作面探放水設(shè)計,并確保按設(shè)計探水施工,防止水害事故發(fā)生。

2）每年汛期前必須及時編制“三防”計劃,并貫徹實施；制定防汛工作實施方案,備足搶險物資；做好水害應(yīng)急搶險預(yù)案,并進行水害應(yīng)急救援演練,做到防患于未然。

3）加強對斷層、陷落柱導(dǎo)水性的研究,查明帶壓區(qū)內(nèi)斷層、陷落柱的發(fā)育情況和導(dǎo)水、富水性,防止由于采動影響,地應(yīng)力重新分布,可能使斷層面由不導(dǎo)水變?yōu)閷?dǎo)水,以及防止奧灰?guī)r溶水對煤層底板帶來的突水威脅。

4）井田采空區(qū)范圍內(nèi)雖然未見明顯的地面裂縫、地面塌陷,但由于地表水可通過導(dǎo)水裂縫帶滲入井下采空區(qū),增大采空積水量,因此,對此地段的開采應(yīng)引起足夠重視,加強對地表進行調(diào)查,及時發(fā)現(xiàn)是否存在地裂縫及地表塌陷并及時進行填埋治理,全面防范洪水灌井的危險。

5）井田范圍內(nèi)無水文地質(zhì)勘探工程,故建議礦方在井田范圍內(nèi)進行水文補勘工作,以便對本井田的水文地質(zhì)條件進行進一步的探究。同時,在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中,應(yīng)加強地質(zhì)及水文地質(zhì)資料的收集整理工作,總結(jié)礦區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育、礦井涌水等規(guī)律及經(jīng)驗,以便有效指導(dǎo)煤礦防治水工作。

3 結(jié)束語

為防止礦井水害的威脅,實現(xiàn)煤炭資源安全高效的開采,煤炭工作者必須加強對于水文地質(zhì)條件的探測,同時積極總結(jié)防治水工作。本文對礦井涌水因素進行宏觀分析,進而提出相應(yīng)的防治方法。

1）積存在本井田及鄰近礦井煤層采空區(qū)和廢棄的井巷工程之中的水,尤其是年代久遠、缺乏足夠資料的老空積水,是礦井今后生產(chǎn)過程中最重要的充水因素之一。

2）礦井煤層充水通道主要為煤層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶,其次為采空區(qū)對應(yīng)地表形成的地裂縫、地表塌陷,另外,封閉不良的鉆孔、廢棄井筒和陷落柱、斷層也可能成為導(dǎo)水通道。

3）在對礦井充水的各個因素進行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上得到了相應(yīng)的礦井防治水方法。

參考文獻：

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