采礦工程對礦井水文的影響與防治水對策

史艷軍

摘要：經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，促進(jìn)社會對礦產(chǎn)資源需求的不增多。采礦工程是獲取礦藏資源的重要手段，但是由于采礦手法的差異與地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度的不同，所以采礦工程在施工時會對礦井的水文情況產(chǎn)生不同的影響。采礦工程建設(shè)對礦井水文有雙方面的影響，相關(guān)企業(yè)和專家應(yīng)深層次分析和探究這雙方面的影響，為礦井開采中出現(xiàn)的突水現(xiàn)象提供科學(xué)依據(jù)，并制定相應(yīng)改善措施。本文就采礦工程對礦井水文的影響與防治水對策展開探討。

關(guān)鍵詞：采礦工程；礦井水文；影響；防治水對策

引言

采礦工程在施工過程中會對礦井水文環(huán)境造成一些變化和影響，這些變化與影響有利有弊。企業(yè)應(yīng)針對這些變化和影響進(jìn)行深度的分析，充分認(rèn)識到這些變化會給工程的建設(shè)帶來怎樣的后果以及對礦區(qū)生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)效益等方面造成的影響。

1采礦工程對礦井水文的影響

采礦工程對礦井水文地質(zhì)條件的影響有一定益處，如采礦工程建設(shè)很大程度降低第四系下組下段水位，從而使原先被防水煤柱壓制煤炭可進(jìn)一步開發(fā)，有效提高厚薄煤層開采上限；采礦工程建設(shè)使煤頂板砂巖層面水處于接近疏干狀態(tài)，改善開采過程中的水患問題；同時，采礦工程建設(shè)很大程度降低十灰和十四灰水位，從而減少開采工作面涌水量，并降低含水層水壓，有效避免重特大突水事故發(fā)生。采礦工程對礦井水文地質(zhì)條件影響也有一定缺陷：（1）采礦工程建設(shè)降低第四系“三含”含水層水位，從而增大井壁豎向壓力，容易造成井壁裂開；（2）大規(guī)模采礦工程建設(shè)形成采空區(qū)，而采空區(qū)的積水給開采工作帶來水患；（3）隨著采礦工程進(jìn)行，原本不導(dǎo)水的斷層逐漸變成導(dǎo)水?dāng)鄬?，為突水事故的發(fā)生提供條件。對此，要加強(qiáng)對地下水位的動態(tài)監(jiān)測，收集相關(guān)數(shù)據(jù)并綜合分析，為防治水的措施提供科學(xué)依據(jù)；加強(qiáng)對采空區(qū)積水和斷層導(dǎo)水性的提前探測工作，分析存在的問題，制定相應(yīng)排水措施，必須做到“有疑必探、先探后掘、先探后采”的基本理念，避免重特大突水事故發(fā)生。

2采礦工程對礦井水文影響因素分析

2.1巖層的滑動構(gòu)造

由于重力和地質(zhì)應(yīng)力作用，巖層沿著某些巖層界面或是層理棉發(fā)生滑動的地質(zhì)構(gòu)造被稱為巖層的滑動構(gòu)造。硬度差別顯著地巖石相遇時，較軟的巖層隔水性能良好，巖層的滑動構(gòu)造會造成隔水層導(dǎo)水。巖層的滑動構(gòu)造會造成很多后果，例如，煤層厚度的改變，層間滑動可能會帶來“沉頂”、或是煤脈、煤包等，這些都嚴(yán)重破壞了原有的煤層結(jié)構(gòu)，使頂板的完整性大大降低；由于巖層的滑動構(gòu)造，滑面周圍的煤炭還會出現(xiàn)碎裂煤、碎粒煤和碎粉煤，顏色暗沉，硬度也降低，嚴(yán)重影響了煤質(zhì)，降低效益；巖層的滑動構(gòu)造發(fā)生后，會使煤層發(fā)生變動，會產(chǎn)生無煤區(qū)域，或是煤層變厚變薄等，對今后的回采工作增加了困難。

2.2地質(zhì)構(gòu)造對煤層頂板突水造成的影響

因賦存條件及煤層頂?shù)装宓膸r性等因素的關(guān)系，整個開采礦區(qū)的主要充水水源就是紅層水和煤頂、底板砂巖水，而煤層頂板水會對礦區(qū)生產(chǎn)及安全產(chǎn)生巨大的影響。關(guān)于工作面會不會發(fā)生突水事故，其主要影響因素在于頂板冒裂帶的高度內(nèi)是否存在水體，是否存在這些水體主要取決于是否具有良好的匯水條件以及裂隙含水空間，而斷裂及褶皺等地質(zhì)構(gòu)造正是影響此兩項(xiàng)因素的主要原因。所以，煤頂板突水與地質(zhì)構(gòu)造有直接聯(lián)系。

3防治水措施

3.1流量測井法測定砂礫層滲透系數(shù)

要想制定出科學(xué)的防治水方案，首先要得到精準(zhǔn)的砂礫層滲透系數(shù)。傳統(tǒng)求取砂礫層滲透系數(shù)方法主要有抽水試驗(yàn)法和室內(nèi)滲透試驗(yàn)法，但都在一定程度上存在缺陷。所以，要改善勘測水文地質(zhì)的方法，而流量測井法廣泛應(yīng)用，使得勘測工序更加全面、科學(xué)，從而使求取砂礫層地層中各分層滲透系數(shù)更加精確。開采工作前，先進(jìn)行勘測工作，用多功能流速儀測量礦井水流速度。井下每1m都設(shè)立一個測點(diǎn)，并保持反復(fù)測量，重復(fù)測量值之間偏差不能超過5%。每一個測點(diǎn)流速值就是用該點(diǎn)測量值與包網(wǎng)過濾器內(nèi)截面積相乘。自然狀態(tài)下各含水層之間在軸向方向上孔內(nèi)水量交換量需在注水前測量，然后將測量的數(shù)據(jù)與水頭抬高值結(jié)合，就可計算得到各層滲透系數(shù)。流量測井法相比較傳統(tǒng)測量滲透系數(shù)方法，能準(zhǔn)確地劃分含水層與隔水層，并計算得到每個分層滲透系數(shù)，具有更高的精確性和科學(xué)性。

3.2底板突水研究和防治措施

煤礦下組的煤勘探程度比較低，尤其是水文地質(zhì)的勘探程度更低，在目前現(xiàn)有的資料下無法滿足設(shè)計和生產(chǎn)方面的需要。為了能夠更好地勘察水文地質(zhì)條件和下組煤層的賦存條件，查明十灰?guī)r與十四灰?guī)r以及奧陶系灰?guī)r水文地質(zhì)方面的特性，還有富水性、水位及奧灰水和十四灰水的聯(lián)系。在十四灰水沉缺的礦區(qū)，底板隔水巖組由于缺乏具有高強(qiáng)度起骨架作用，因而導(dǎo)致了該地層的薄弱，這就要求在采礦之前注意采取一些防治的措施，否則就有可能發(fā)生突水事故。具體防治水措施如下：（1）進(jìn)行井下探放水。依據(jù)“礦井水文地質(zhì)規(guī)程”的各項(xiàng)要求，煤層頂板的倒水裂隙范圍之內(nèi)如果有含水層分布時必須要防探頂板水。十六煤層的直接頂板就是是下組煤的十灰?guī)r含水層，煤層冒落帶開采范圍內(nèi)，要求放水孔盡最大限度地與地質(zhì)構(gòu)造條件進(jìn)行結(jié)合，并將其設(shè)置在疏水效果良好的部位。據(jù)煤礦資料記載，裁決過程中確實(shí)出現(xiàn)過突水的例子，所以的那個采掘工程進(jìn)入到了破碎帶或斷層、裂隙發(fā)育地段的時候必須進(jìn)行超前探水和打鉆防水的工作。（2）合理有效地對十四灰水進(jìn)行疏放。如果某點(diǎn)面在疏水的時候越疏越大，那么必然有越流補(bǔ)給的情況出現(xiàn)在該點(diǎn)面附近，必須將出水通道找出來并將水源頭堵上才能解決這個問題，然后再疏放水流。疏水降壓工作必須要保證其合理性，只要將水壓降至安全值以下，否則過猶不及。（3）對奧灰水實(shí)行“避”“堵”工作。對于出現(xiàn)的奧灰出水點(diǎn)或者補(bǔ)給通道，應(yīng)當(dāng)查明原因，在技術(shù)可行、安全可靠以及經(jīng)濟(jì)合理的前提之下，對其進(jìn)行注漿封堵或者不觸動煤巖柱，從根本上解決奧灰水方面的問題。

3.3底板突水防治

為進(jìn)一步研究采礦工程對水文影響，在此基礎(chǔ)上尋求可行的防治水措施，應(yīng)加強(qiáng)對頂板突水防治。①井下放探水。根據(jù)相關(guān)要求，煤層頂板的倒水裂隙范圍內(nèi)，若存在水層，必須對頂板水進(jìn)行防探。煤層冒落帶開采范圍內(nèi)，放水孔要盡最大可能與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件結(jié)合，并將放水孔安置在疏水效果的最優(yōu)地帶。②有效疏通排放十四灰水。如果水量隨著疏通沒有減緩反而增加，應(yīng)在附近尋找越流補(bǔ)給的水通道，在源頭上將其控制，再進(jìn)行疏通。在此期間，還要注意安全，將降壓疏水的水壓降在安全線之下。③對奧灰水進(jìn)行合理的規(guī)避。對于已有的奧灰通道與出水部位，應(yīng)予以調(diào)查，在可行性與安全性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，對奧灰通道與出水部位進(jìn)行堵截。

結(jié)語

目前，中國對采礦工程對礦井水文影響的研究水平還不夠成熟，相關(guān)措施還需進(jìn)一步完善。在礦井開采過程中，既要保證開采質(zhì)量，也要確保開采安全，同時要注意保護(hù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)和生態(tài)平衡，綜合提高采礦工程經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

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（作者單位：山西焦煤西山煤電晉興公司斜溝煤礦大學(xué)生綜采隊(duì)）