深部礦井區(qū)域超前防治水技術(shù)研究

劉海哲

【摘 要】在當(dāng)前礦井安全生產(chǎn)的過(guò)程中，劃分礦井水文地質(zhì)類(lèi)型是非常關(guān)鍵和重要的保障工作。針對(duì)深埋礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜、防治水任務(wù)重的問(wèn)題，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)礦井，對(duì)礦井含水層、隔水層、充水通道等水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，并提出了可行的防治水措施。

【關(guān)鍵詞】深埋礦井；水文地質(zhì)；防治水

引言

礦井水文地質(zhì)類(lèi)型是礦井防治水方案制訂、中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、礦井改擴(kuò)建和技術(shù)改造的基礎(chǔ)依據(jù)。礦井的開(kāi)采環(huán)境會(huì)在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生明顯變化，地質(zhì)、水文地質(zhì)條件更趨復(fù)雜化，礦井受水害威脅加大，防治水形勢(shì)嚴(yán)峻。原來(lái)的礦井水文地質(zhì)類(lèi)型結(jié)果可能難以滿(mǎn)足礦井防治水工作的需要。隨著中國(guó)礦業(yè)水文地質(zhì)研究的逐漸深入，施工單位及研究人員對(duì)該部分研究越來(lái)越重視，本文就該部分內(nèi)容進(jìn)行了闡述。

1區(qū)域超前防治水技術(shù)路線(xiàn)

1.1區(qū)域超前防治水工序

對(duì)于礦井區(qū)域防治水的工序一般都是采用先在地面進(jìn)行區(qū)域物探，并通過(guò)鉆探驗(yàn)證物探異常區(qū)，對(duì)于異常區(qū)采區(qū)注漿的方式來(lái)加強(qiáng)巷道頂?shù)装宓膹?qiáng)度，并進(jìn)行相應(yīng)的效果檢驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證注漿效果是否有效。在礦井掘進(jìn)和回采過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)按照物探—鉆探—注漿—檢驗(yàn)的工序，保證安全后，再進(jìn)行掘進(jìn)和回采，避免發(fā)生突水事故。

1.2區(qū)域防治水技術(shù)目標(biāo)

對(duì)于區(qū)域超前防治水的技術(shù)目標(biāo)主要有以下幾點(diǎn)：對(duì)于礦井生產(chǎn)中的斷層、導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)行嚴(yán)格注漿封孔，提高礦井的防水強(qiáng)度；煤層底板進(jìn)行注漿加固后其突水系數(shù)Ts<0.1MPa/m；采掘過(guò)程中遇到突水工作面應(yīng)當(dāng)禁止采掘；對(duì)于礦井回采中超前注漿量應(yīng)當(dāng)大于總工量的百分之七十。

2生產(chǎn)情況及受水害威脅概況

2.1礦井受水害威脅程度

在相對(duì)封閉的水文地質(zhì)區(qū)域之中，地下徑流較為緩慢，各含水層富水性相對(duì)較強(qiáng)，同時(shí)補(bǔ)給條件也相對(duì)較好，這是導(dǎo)致發(fā)生涌水問(wèn)題的重要原因。由于受到采動(dòng)的影響，在開(kāi)采過(guò)程中，在礦壓、導(dǎo)水構(gòu)造以及水壓等因素共同作用下，下伏高壓奧灰水對(duì)開(kāi)采安全會(huì)構(gòu)成相對(duì)大的威脅。礦井自身的排水能力完全可以達(dá)到排水要求。不過(guò)，因?yàn)槊旱V所處的環(huán)境較為復(fù)雜，而且在開(kāi)采深度逐步增加的情況下，底板隔水層會(huì)承受越來(lái)越大的水壓，會(huì)導(dǎo)致煤礦面臨的突水危害也進(jìn)一步加大，防治水工作也面臨更大的困難。

2.2礦井水害特征

礦井各含水層擁有的富水性相對(duì)較強(qiáng)，補(bǔ)給條件也相對(duì)較好，這是發(fā)生涌水的重要原因。由于奧灰層擁有相對(duì)較強(qiáng)的富水性，而且該層靜儲(chǔ)水?dāng)?shù)量相對(duì)較多，導(dǎo)致了底板要承受較大的水壓，這是煤礦開(kāi)采過(guò)程中所存在的重要水害隱患。

3巷道掘進(jìn)過(guò)程中防治水技術(shù)及對(duì)策

為有效防止直接揭露導(dǎo)水構(gòu)造以及其他水體，避免出現(xiàn)較為嚴(yán)重的突水問(wèn)題，進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)之前，需要全面開(kāi)展探查工作，以了解具體的導(dǎo)水構(gòu)造情況，這樣才能在掘進(jìn)過(guò)程中確保做好防治水工作。在探查時(shí)期，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“逢掘必探”和“先探后掘”的探查原則。在探查過(guò)程中，首先使用物探進(jìn)行初步勘察工作，然后利用鉆探對(duì)物探結(jié)果加以驗(yàn)證。這樣綜合性的探查模式，能夠確保探查結(jié)果更為準(zhǔn)確。

3.1超前探測(cè)

進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)之前，應(yīng)先通過(guò)綜合物探設(shè)備對(duì)掘進(jìn)方向前方含有導(dǎo)水構(gòu)造以及其他水體全面開(kāi)展探查工作，明確存在地質(zhì)異常的部位。由于開(kāi)展物探作業(yè)過(guò)程中所得到的探測(cè)結(jié)果具有多解性，所以在開(kāi)展超前探測(cè)的過(guò)程中，要采取直流電探測(cè)方法、瞬變電磁探測(cè)法以及音頻電穿透視探測(cè)法等不同的物探手段，以便對(duì)物探結(jié)果有效印證，這樣便能夠確保探測(cè)結(jié)果更為準(zhǔn)確。結(jié)合以往多次物探經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這樣相互印證的探測(cè)方法適合該煤礦地質(zhì)物探工作，能得到準(zhǔn)確的探測(cè)結(jié)果。

3.2鉆探驗(yàn)證

若是物探之后得到異常位置，則需要通過(guò)施工鉆孔進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。在對(duì)物探結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，鉆取的鉆孔數(shù)量最少2個(gè)，通常鉆孔的角度和水平方向保持在10～20°之間，鉆孔探查的距離值應(yīng)當(dāng)超過(guò)30m，最后依照物探結(jié)果和掘進(jìn)巷道具體位置情況合理地設(shè)置鉆孔位置。

3.3無(wú)線(xiàn)電波坑透技術(shù)

無(wú)線(xiàn)電波坑透技術(shù)是依據(jù)電磁波在含煤地層中的傳播分為水平和垂直層理兩個(gè)方向，水平層理方向?qū)儆诰鶆蚪橘|(zhì)，垂直層理方向?qū)儆诜蔷鶆蚪橘|(zhì)。由于巷道基本都處于同一煤層中，因此，可以在巷道中采用無(wú)線(xiàn)電波坑透技術(shù)來(lái)判定突水危險(xiǎn)區(qū)。探測(cè)方法一般采用定點(diǎn)法，主要過(guò)程為將發(fā)射機(jī)固定在巷道一側(cè)，而接收機(jī)在巷道另一側(cè)不同點(diǎn)接收?qǐng)鰪?qiáng)值的方法。

3.4音頻率電透視技術(shù)

根據(jù)礦井頂、底板巖層巖性不同，導(dǎo)致人工電場(chǎng)所形成的規(guī)律也各不相同。而音頻率電透技術(shù)正是利用了巖層性質(zhì)不同所形成電廠(chǎng)規(guī)律不同的這一現(xiàn)象，來(lái)探測(cè)地質(zhì)異常。

3.5鉆進(jìn)注漿加固技術(shù)

井下鉆孔注漿加固技術(shù)是區(qū)域超前防治水最主要的方式，其依據(jù)鉆孔對(duì)巷道底板進(jìn)行疏水降壓，并進(jìn)行注漿加固。一般對(duì)巷道底板可能出現(xiàn)的涌水通道進(jìn)行注漿加固，根據(jù)注漿擴(kuò)散半徑來(lái)判定區(qū)域超鉆孔的距離和注漿的深度。對(duì)于巷道出現(xiàn)斷層等構(gòu)造或者由于底板破碎等出現(xiàn)導(dǎo)水裂隙帶應(yīng)當(dāng)進(jìn)行注漿加固，避免受采動(dòng)影響導(dǎo)致工作面涌水。

3.5.1鉆孔參數(shù)

工作面鉆孔采用螺桿馬達(dá)定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)時(shí)螺桿馬達(dá)利用傳動(dòng)軸動(dòng)帶動(dòng)鉆頭底部向巖層底板鉆進(jìn)，可實(shí)時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)的方向角，從而保證對(duì)鉆孔的方向進(jìn)行準(zhǔn)確的控制。通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)孔的參數(shù)來(lái)反映鉆孔的狀態(tài)與異常情況，而參數(shù)主要由泵壓、泵量、給進(jìn)壓力、起拔壓力構(gòu)成，根據(jù)參數(shù)調(diào)整來(lái)確定最佳的鉆孔效果。

3.6構(gòu)建防排水工程

煤開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)受到不同類(lèi)型的承壓水威脅，而不同類(lèi)型的承壓水防治措施存在一定差異，需按照危險(xiǎn)性分區(qū)結(jié)果采取不同的防治水措施。因此，為確保礦井整體防治水工作順利推進(jìn)，應(yīng)對(duì)礦井防排水系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)、合理設(shè)計(jì)。一方面，礦井排水能力應(yīng)足夠滿(mǎn)足排水的需要；另一方面，礦井防治水方案中的分區(qū)隔離、排水方式等內(nèi)容應(yīng)與開(kāi)拓方案相適宜，在開(kāi)拓方案基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)相應(yīng)的防排水工程。

3.7采掘面超前探測(cè)

超前探測(cè)對(duì)于掌握開(kāi)采區(qū)域水文地質(zhì)條件有重要意義。礦井地質(zhì)勘探中對(duì)于潛在的突水通道勘測(cè)不全面，因此，采掘面施工通過(guò)綜合的超前探測(cè)手段以掌握更加詳細(xì)的水文地質(zhì)資料。通過(guò)超前探測(cè)措施，獲取導(dǎo)水構(gòu)造、砂巖富水性、上覆隔水層厚度等資料，并根據(jù)實(shí)際情況制訂合理的開(kāi)采和防治水方案。

3.8留設(shè)防隔水煤柱

留設(shè)保護(hù)煤柱是一種最有效的防范措施。根據(jù)礦井實(shí)際條件，確定合理的保護(hù)煤柱寬度，可以將水源隔離在采煤空間之外。避免了煤炭資源的浪費(fèi)。

結(jié)語(yǔ)

（1）分析了區(qū)域超前防治水適用條件，對(duì)礦井不同的突水系數(shù)采用不同的區(qū)域超前防治水的技術(shù)措施，并分析了礦井區(qū)域超前防治水的技術(shù)工序，設(shè)定其防治目標(biāo)，保證礦井回采超前注漿量應(yīng)當(dāng)大于總工量的百分之七十。（2）介紹了音頻率電透視技術(shù)、無(wú)線(xiàn)電波坑透技術(shù)、鉆進(jìn)注漿加固技術(shù)對(duì)礦井區(qū)域超前防治水的技術(shù)措施，并分析了鉆孔參數(shù)技術(shù)條件，注漿參數(shù)等，并對(duì)防治效果進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明，通過(guò)防治措施有效的調(diào)高了底板的抗突水能力。

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（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)新屯礦）