急傾斜煤層群開采水害防治技術(shù)探討

蔡正華 徐學(xué)文 駱黃艷

（樂礦集團(tuán)，江西 景德鎮(zhèn) 333300）

1 概述

樂礦集團(tuán)沿溝煤礦位于萍樂坳陷帶的東北端，于涌山橋砂區(qū)中部為一不完整的向斜構(gòu)造，向斜軸呈北東走向，自西向東逐漸向北偏轉(zhuǎn)，略呈弧形。本區(qū)出露的含煤地層有上二迭統(tǒng)龍?zhí)督M和上三迭統(tǒng)安源組，為急傾斜煤層群組，煤層傾角50～75°，主要開采煤層為一、二、三、五、六、七、八煤。

2 礦井水文地質(zhì)情況

沿溝煤礦屬低山丘陵區(qū)，本區(qū)對(duì)各時(shí)代地層難以絕對(duì)劃分含水層，特別是煤系地層和基底灰?guī)r的富集水區(qū)在淺部（-100m以上），而深部則為零星裂隙水地段，難以區(qū)別含（隔）水層的空間位置。以地層為單位可將本區(qū)地層分為第四系孔隙水含水層、安源組煤系弱含水層、大冶組灰?guī)r含水層、長(zhǎng)興組灰?guī)r含水層、龍?zhí)督M弱含水層、茅口組灰?guī)r含水層、棲霞組灰?guī)r含水層七個(gè)含水層（組）。

礦區(qū)范圍內(nèi)僅有一條發(fā)源于大游山的小河橫于本區(qū)北端，垂直地層走向流入礦區(qū)。在流入本區(qū)7線和15線之間，河寬10～20m，深2～3m，河床標(biāo)高+41m左右，枯季流量很小，一般為90～60m3/h（65.1)，雨季時(shí)為35.28萬m3/h（65.6.28）。河床途經(jīng)煤系地層與淺部老窯貫通，穿煤系向南切割局部大冶、長(zhǎng)興及陽新統(tǒng)、壺天群等灰?guī)r，促使淺部巖溶發(fā)育強(qiáng)烈。

礦井內(nèi)老窯采空區(qū)較多，塌陷范圍廣，地面破壞嚴(yán)重，老窯積水豐富。礦井開采過程中，易受到老窯突水威脅。而且由于采空塌陷地面受到嚴(yán)重破壞形成洼地，給降水補(bǔ)給創(chuàng)造了良好的條件，井下水量大小直接受大氣降水和老窯蓄水所控制。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，礦井范圍內(nèi)匯水面積有5825600m2，歷史上最大日降雨量203.3mm，最大匯水量40051m3/h，各山塢最大匯水量8010m3/h。由于煤層露頭與地表水直接相通，大氣降雨對(duì)礦井充水有直接影響，降雨集中期與井下涌水量關(guān)系密切，雨季期間井下涌水量明顯增大，見表1。

表1 礦井涌水量

3 礦井開拓方式、采區(qū)布置及開采方法

采用立井開拓方式，開采煤層B4～15煤，計(jì)18層煤層。井田面積4.8km2。礦井分為三個(gè)水平開采，一、二水平已經(jīng)開采結(jié)束，三水平自東向西分為36采區(qū)、32采區(qū)、30采區(qū)和31采區(qū)。每個(gè)采區(qū)走向長(zhǎng)度約600m，以采區(qū)石門分東西兩翼按區(qū)段布置采掘工作面。采用偽俯斜柔性掩護(hù)支架采煤法，自然垮落法管理頂板。

4 小窯調(diào)查情況

礦區(qū)內(nèi)老窯密布，開采年代久遠(yuǎn)。據(jù)1993年統(tǒng)計(jì)，沿溝煤礦礦區(qū)內(nèi)生產(chǎn)小井?dāng)?shù)量達(dá)215座，各煤層均有分布。由于小井開采造成河床塌陷，致使河水灌入小井巷道，潰入國有礦井，造成礦井被淹。

2002 年，江西省政府組織對(duì)涌山橋礦區(qū)進(jìn)行水患調(diào)查，確認(rèn)沿溝井田范圍內(nèi)有小井120座，最大采深-240m。其中有13座小井開采涌山河床保護(hù)煤柱，有40座小井開采國企礦礦井主要井巷保護(hù)煤柱和采區(qū)邊界煤柱，有42座小井超深越界開采，有8座小井上、下煤組同時(shí)開采，溝通上下煤組水力聯(lián)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)估算，沿溝井田小窯采動(dòng)面積約427萬m2，充水空間141.4萬m2。根據(jù)小窯分布情況，在本礦范圍內(nèi)將小窯采空區(qū)劃分為7個(gè)積水區(qū)。

5 防治水技術(shù)及管理措施

（1）實(shí)施全面的地面環(huán)境治理工程，從源頭減少源水補(bǔ)給。

① 對(duì)煤礦（主要是地方小窯）開采破壞的地表實(shí)施環(huán)境治理工程。幾年來，在地面井田范圍內(nèi)自東向西沿五煤頂板構(gòu)筑了一條2300余米主排水溝（規(guī)格2.0×2.0m），并在主排水溝兩側(cè)構(gòu)筑了多條支水溝，總長(zhǎng)度約10000m，將山地低洼處積水排入主水溝；同時(shí)充填了100余個(gè)廢棄小窯井筒及開采沉陷區(qū)，并對(duì)地面進(jìn)行了綠化，有效減少滲透入井下的雨水。江西省政府組織對(duì)涌山橋礦區(qū)進(jìn)行水患調(diào)查所列的7個(gè)積水區(qū)已經(jīng)全部消除。2010年地面治理前后集中降雨期降雨量與最大涌水量對(duì)比見表2。

表2 地面治理前后降雨量與最大涌水量對(duì)比

② 根據(jù)涌山河床保護(hù)煤柱破壞程度分析，1～5煤層破壞嚴(yán)重。為防止汛期河水滲漏入井，對(duì)涌山河保護(hù)煤柱實(shí)施圍幕注漿，使各孔中注漿體相互搭接以形成一道類似帷幕的混凝土防滲墻，以此截?cái)嗨?。共施工注漿孔31個(gè)，注漿1500m3，并對(duì)河道穿過煤層段實(shí)施人工鋼網(wǎng)混凝土河床，有效攔截了地面降雨通過空洞滲入井下。

③ 常態(tài)巡查，與地方政府聯(lián)手打擊盜挖盜采（打非治違），避免形成新的積水區(qū)。

（2）繪制詳細(xì)的礦井水文地質(zhì)圖，將所有影響開采安全的積水區(qū)全部標(biāo)注上圖，分別顏色標(biāo)注小窯積水區(qū)與礦井下的水力聯(lián)系，實(shí)行紅綠線管理，并在采掘工程圖上詳細(xì)標(biāo)注，以指導(dǎo)生產(chǎn)。

（3）根據(jù)礦井采掘方案，優(yōu)先安排探放水工程（方案、設(shè)計(jì)、批復(fù)、驗(yàn)收），消除全部有關(guān)聯(lián)的積水區(qū)。在擬劃定的采掘區(qū)域，先行施工覆蓋全部采掘范圍的探放水系統(tǒng)工程（為了一巷多用，充分與后期瓦斯抽采工程結(jié)合布置），井巷工程主要為施工煤層頂?shù)装逄椒潘槍訋r巷和邊界放水上山，在巖巷中每隔50m布置探水小石門（探水鉆場(chǎng)），在距煤層10m處施工煤層探放水鉆孔，查清并放干水后再揭開煤層。按“三專兩探一報(bào)告”（三專：專業(yè)防治水技術(shù)人員、專用探水鉆機(jī)、專業(yè)探水隊(duì)伍；兩探：物探先行，鉆探驗(yàn)證；一報(bào)告：探放水結(jié)論報(bào)告）要求，徹底消除水患，在有水患區(qū)域開展采掘活動(dòng)必須嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原則（有靜水壓頭的要采取措施控制放水）。探清放干不等于消除了隱患，有動(dòng)態(tài)補(bǔ)給水源的，必須采取穩(wěn)定可靠的截引排水措施，不能認(rèn)為水量小，流入采空區(qū)不會(huì)形成安全隱患。將紅線區(qū)變成綠線區(qū)后，再安排采掘工程，實(shí)施探放水工作時(shí)，所有影響區(qū)域必須撤人。

（4）對(duì)已探通、掘通、放凈水的老巷，如有常態(tài)補(bǔ)給水源的必須施工巷道工程，進(jìn)行源頭攔截引水。通常在采區(qū)的邊界預(yù)留放水上山，在補(bǔ)給源頭攔截，消除動(dòng)態(tài)流水遇上不可預(yù)測(cè)的因素，形成新的危險(xiǎn)源。

（5）完善采煤工作面的防治水措施。

完成探放水工程的采煤工作面，雖然不受承壓水的威脅，但其上區(qū)段采空區(qū)及上覆層頂板的淋水，對(duì)采面安全生產(chǎn)仍有較大影響，導(dǎo)致作業(yè)條件變差，嚴(yán)重影響煤質(zhì)，管理不善時(shí)可能形成工作面煤泥流，威脅安全。因此，采煤工作面治水也是十分重要的環(huán)節(jié)。

① 對(duì)采煤工作面涌水量實(shí)行分級(jí)管理。當(dāng)涌水量達(dá)到3m3/h時(shí)，工作面必須采取措施，只安排一個(gè)點(diǎn)作業(yè)；當(dāng)工作面涌水量達(dá)到5m3/h時(shí)，停止作業(yè)。

② 工作面回采過程中不準(zhǔn)設(shè)檔，且工作面不得留余煤交班，杜絕產(chǎn)生煤泥流。

③ 采取攔、引、接等多種方式手段，最大限度地減少滲入工作面的水量。

④ 建立完善的脫水系統(tǒng)，減少含水煤量，如機(jī)巷脫水、高低位排沉淀池設(shè)置，對(duì)脫水系統(tǒng)實(shí)施專業(yè)隊(duì)伍管理等。

6 結(jié)語

沿溝煤礦經(jīng)歷多年開采，接受幾次水害事故血的教訓(xùn)，進(jìn)一步規(guī)范和強(qiáng)化了礦井水患治理工作，更新了水患治理理念，水患治理技術(shù)逐步提高，管理措施不斷完善，礦井防治水工作取得全面突破。實(shí)踐證明，只要從思想上高度重視，并針對(duì)性地從技術(shù)和管理上認(rèn)真做好防治水的每一項(xiàng)工作，如水文地質(zhì)資料收集、水患潛在致災(zāi)因素普查、地面源頭治理、井下疏排、涌水點(diǎn)的日常觀測(cè)管理等措施到位，就能有效防范礦井水害事故。