煤礦井下滲漏水原因及防治措施

王時(shí)友

（平塘縣工業(yè)和信息化局，貴州 黔南 558300）

貴州大部分地區(qū)處于喀斯特地貌，地表和地下水在經(jīng)過(guò)一定的地質(zhì)作用后，會(huì)形成溶洞、漏斗等地下溶洞，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。近年來(lái)，煤礦井下滲漏水事故時(shí)有發(fā)生，尤其是喀斯特地貌的煤礦更是如此。目前，我國(guó)對(duì)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治技術(shù)的研究還不夠深入，針對(duì)不同的巖溶地貌采取相應(yīng)的治理措施才能保證礦井的安全生產(chǎn)。本文通過(guò)分析喀斯特地貌煤礦井下滲漏水形成原因，探討了喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治技術(shù)，為同類(lèi)地區(qū)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治提供借鑒。

1 煤礦井下滲漏水原因

1.1 巖溶裂隙水

巖溶裂隙水是喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的重要原因之一，有規(guī)模大、水量大、水質(zhì)差等特點(diǎn)。巖溶裂隙水是指在碳酸鹽巖中由于可溶性巖層受到地下水侵蝕作用，從而形成裂隙，在地下水的侵蝕下，形成縫隙。當(dāng)煤礦井下出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生較大水量。當(dāng)?shù)V井發(fā)生透水事故時(shí)，大量的巖溶裂隙水就會(huì)通過(guò)裂縫流入礦井中。這種情況下，不僅會(huì)導(dǎo)致礦井中的涌水增加，同時(shí)還會(huì)造成煤礦井下涌水量增加、巷道變形等問(wèn)題，還可能導(dǎo)致礦井透水事故發(fā)生。我國(guó)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問(wèn)題較為嚴(yán)重，這與當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件復(fù)雜和開(kāi)采技術(shù)水平有關(guān)。因此，相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)巖溶裂隙水進(jìn)行深入研究和分析，在開(kāi)采過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)巖溶裂隙水的重視程度，合理規(guī)劃開(kāi)采方案，并在開(kāi)采過(guò)程中做好排水工作[1]。

1.2 地表水

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水現(xiàn)象中，地表水是導(dǎo)致水患的重要原因。地表水的形成是礦區(qū)巖層受到外力作用后，在重力作用下產(chǎn)生裂隙，而地下水從裂隙中滲透進(jìn)入巖體中。此外，喀斯特地貌煤礦井下滲漏水現(xiàn)象也與礦區(qū)水文地質(zhì)條件有密切聯(lián)系，如在巖溶發(fā)育地區(qū)，地下水流動(dòng)方向和流速會(huì)受到地表水的影響。因此，喀斯特地貌煤礦井下滲漏水現(xiàn)象發(fā)生的概率相對(duì)較高。此外，地表水對(duì)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水導(dǎo)致礦區(qū)礦層受到一定破壞，這主要是因?yàn)榈乇硭ㄟ^(guò)裂隙滲透進(jìn)礦層后，在重力作用下會(huì)對(duì)礦層產(chǎn)生一定影響，最終導(dǎo)致礦層被破壞，進(jìn)而引起礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害。因此，必須采取措施有效預(yù)防地表水對(duì)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的影響。

1.3 地下水

地下水主要分為松散層中的潛水和承壓水兩種類(lèi)型。對(duì)于松散層中的潛水，含水層厚度較大，同時(shí)在含水層的厚度中有較多的空隙，因此地下水對(duì)松散層不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。對(duì)于承壓水來(lái)說(shuō)，主要是由巖溶水形成的。巖溶水對(duì)地下水有直接的影響，此時(shí)地下水將會(huì)沿著巖溶裂隙和溶洞等結(jié)構(gòu)線上升，由于其壓力較大，很容易形成滲流通道，因此地下水將會(huì)沿著溶洞、裂隙以及溶隙等結(jié)構(gòu)線流動(dòng)，在此過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生突水現(xiàn)象。在對(duì)巖溶地下水進(jìn)行開(kāi)采時(shí)，必須要采用合理的開(kāi)采方法，避免開(kāi)采過(guò)程中造成礦井滲漏水現(xiàn)象，礦井淹水、冒頂以及透水等問(wèn)題的發(fā)生。

1.4 老空水突水

喀斯特地貌的煤礦，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，開(kāi)采活動(dòng)很容易造成老空區(qū)積水。在這些積水中，有煤層露頭的存在，容易使采空區(qū)形成積水。這些區(qū)域內(nèi)會(huì)有很多裂隙、空洞存在，這些空洞之間存在著很大的縫隙。當(dāng)?shù)V井開(kāi)采活動(dòng)開(kāi)展之后，采空區(qū)內(nèi)的水就會(huì)通過(guò)這些縫隙滲流到礦井中，導(dǎo)致礦井出現(xiàn)嚴(yán)重的水患問(wèn)題。除此之外，喀斯特地貌煤礦開(kāi)采活動(dòng)可能造成地表塌陷以及地表建筑物破壞等現(xiàn)象發(fā)生。這就需要在進(jìn)行煤礦開(kāi)采活動(dòng)時(shí)，一定要做好地表保護(hù)工作。

1.5 地面沉降

地面沉降主要是由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，導(dǎo)致礦區(qū)地面下沉。隨著近年來(lái)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，礦區(qū)內(nèi)的煤炭產(chǎn)量不斷增加，與此同時(shí)，我國(guó)煤礦開(kāi)采技術(shù)也在不斷完善，因此，導(dǎo)致礦區(qū)地面沉降現(xiàn)象頻繁發(fā)生。此外，由于開(kāi)采技術(shù)以及水文地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)形成了大量的溶洞以及導(dǎo)水通道，這些溶洞和導(dǎo)水通道在降雨時(shí)會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)水位下降，對(duì)煤礦開(kāi)采產(chǎn)生影響。與此同時(shí)，煤礦開(kāi)采過(guò)程中的爆破活動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)地面發(fā)生沉降現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問(wèn)題嚴(yán)重的地區(qū)主要集中在貴州地區(qū)。因此，針對(duì)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問(wèn)題進(jìn)行研究，必須制定科學(xué)合理的治理方案。同時(shí)，為了能夠更好地解決喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問(wèn)題，需要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況制定科學(xué)合理的治理方案，以提高喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問(wèn)題治理水平[2]。

1.6 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的影響

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的原因還與礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造有很大關(guān)系。礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，容易導(dǎo)致礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，影響礦山的生產(chǎn)工作。主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象包括斷層、節(jié)理、裂隙等，其中節(jié)理是礦區(qū)常見(jiàn)的不良地質(zhì)現(xiàn)象之一，它會(huì)導(dǎo)致礦床在開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生巖層破碎、煤巖層破碎等問(wèn)題。此外，裂隙是導(dǎo)致礦區(qū)出現(xiàn)水害的主要原因之一。在礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)斷層、節(jié)理等構(gòu)造，這些構(gòu)造會(huì)導(dǎo)致礦層裂隙的增多和發(fā)育，從而引起突水、煤巖流失、頂板冒落等問(wèn)題。因此，在進(jìn)行煤礦開(kāi)采時(shí)，必須充分了解礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況，并制定針對(duì)性措施?？λ固氐孛裁旱V井下滲漏水的原因十分復(fù)雜，必須對(duì)其進(jìn)行深入研究。在進(jìn)行研究時(shí)，必須全面了解其影響因素以及主要原因。只有這樣才能為煤礦開(kāi)采工作提供有效依據(jù)，減少煤礦開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生滲漏水情況。

1.7 采礦活動(dòng)

采礦活動(dòng)中，礦井滲水問(wèn)題是比較常見(jiàn)的，其中主要包括以下幾種情況：（1）礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中，由于對(duì)地質(zhì)水文條件的認(rèn)知不足，導(dǎo)致一些區(qū)域出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的“卡層”現(xiàn)象，一旦礦井的開(kāi)采深度超過(guò)了卡層區(qū)域，就會(huì)導(dǎo)致局部區(qū)域發(fā)生突水問(wèn)題。（2）在一些地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜的礦區(qū)進(jìn)行采礦時(shí)，很容易出現(xiàn)突水問(wèn)題。（3）礦區(qū)開(kāi)采過(guò)程中，一些開(kāi)采人員為了追求經(jīng)濟(jì)效益，大量開(kāi)采無(wú)煙煤和瘦煤等資源，這就會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)形成一個(gè)高水位的礦坑。在這種情況下，一旦出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣，就會(huì)導(dǎo)致礦坑出現(xiàn)大量積水問(wèn)題。（4）在一些煤礦企業(yè)管理不規(guī)范的情況下，部分企業(yè)為了降低成本、減少支出就會(huì)使用一些劣質(zhì)煤和劣質(zhì)材料。

2 喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治措施

2.1 滲漏水防治技術(shù)

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治技術(shù)是針對(duì)不同的巖溶地貌采取相應(yīng)的防治措施，具體包括以下幾種：（1）充填法：充填法是治理巖溶礦井最常用的方法之一，它可以利用人工或機(jī)械方法把巖體破碎后，用水泥或其他膠凝材料進(jìn)行充填。在充填時(shí)，可以采用分層、分段、分層壓實(shí)、灌漿等方法。（2）注漿法：注漿法是一種由人工或機(jī)械把漿液注入巖層裂縫、裂隙中，通過(guò)漿液的流動(dòng)來(lái)封堵巖溶裂隙和裂隙中的溶洞的方法。注漿法一般用在巖溶發(fā)育不嚴(yán)重的情況下。（3）帷幕法：帷幕法是利用充填或注漿等方法把巖層裂隙或溶洞封閉起來(lái)，以減少巖溶水對(duì)礦井的影響。（4）注漿堵水法：注漿法是一種以注漿封堵為基礎(chǔ)，將注漿材料注入溶洞、裂縫中，使其成為整體，達(dá)到堵水目的的技術(shù)。這種方法在溶洞、裂縫發(fā)育較深、圍巖破碎時(shí)效果較好，但在巖溶發(fā)育較弱、裂隙不太發(fā)育時(shí)，效果欠佳。（5）鉆孔注漿法是利用鉆機(jī)將注漿管、水泥和化學(xué)材料等鉆孔設(shè)備放入孔內(nèi)，并在孔內(nèi)進(jìn)行灌漿。這種方法多用于巖溶發(fā)育程度較高的情況，或者是在溶洞發(fā)育不太嚴(yán)重、圍巖破碎時(shí)效果較好。（6）注漿加固：注漿法是在巖體結(jié)構(gòu)面或裂隙中注入膠凝材料進(jìn)行加固處理，達(dá)到一定強(qiáng)度后將其堵死，以防止巖溶水對(duì)礦井的影響。（7）地下帷幕法是以注漿或帷幕灌漿等方法，將一些含有水的巖層或溶洞堵塞起來(lái)，形成一種能阻止水滲透到下一層中去的帷幕。（8）地下堵水法是一種主要用于巖溶發(fā)育程度較低的情況下的防治技術(shù)。通過(guò)在巖溶發(fā)育不太嚴(yán)重、圍巖破碎時(shí)進(jìn)行鉆孔注漿，或者用高壓泵將漿液壓入地層中，使其與熔巖顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成一種不透水的泥狀膠凝體，達(dá)到堵水目的。

2.2 堵水治理工程措施

根據(jù)煤礦水文地質(zhì)資料，可以在工作面涌水治理中采用疏放、注漿和預(yù)注漿相結(jié)合的方式。通過(guò)疏放，可降低地下水的水壓，防止發(fā)生突水事故；在疏放過(guò)程中，通過(guò)鉆孔注入一定數(shù)量的水泥和漿液，漿液和水泥固化后可以封堵溶洞、裂隙等漏水通道，提高堵水效果。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在疏放時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮采用人工放水孔的方式對(duì)涌水進(jìn)行疏放；在注漿過(guò)程中，應(yīng)選擇壓力較低、粘度較小、固結(jié)性好的漿液；當(dāng)注漿壓力較高時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小水泥用量或采用干式灌注工藝。根據(jù)喀斯特地貌煤礦井下涌水治理中采用的方式及應(yīng)用的材料不同，可以將其分為以下幾種類(lèi)型：（1）井下超前預(yù)注漿治理。在水文地質(zhì)條件較好、不存在突水威脅的情況下，可以采用超前預(yù)注漿方式進(jìn)行治理。采用超前預(yù)注漿技術(shù)可以在短時(shí)間內(nèi)封堵地下的漏水點(diǎn)。具體操作方法是在注漿過(guò)程中，將漿液注入地下，漿液硬化后可起到很好的堵水效果。在存在突水威脅時(shí)，可以在井下施工局部注漿孔對(duì)地面滲漏點(diǎn)進(jìn)行封堵。具體操作方法是利用水泥、粘土和水按照一定比例混合后形成漿液，然后將該漿液注入井下進(jìn)行充填。這種方法操作簡(jiǎn)單、成本較低、效果明顯，但僅適用于礦井局部范圍內(nèi)的滲漏點(diǎn)治理。在巖溶地貌煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，采空區(qū)是造成礦井漏水的主要原因之一。為了減少采空區(qū)涌水對(duì)礦井安全生產(chǎn)的影響，可以在井下設(shè)置一定數(shù)量的注漿孔進(jìn)行注漿治理，將采空區(qū)內(nèi)的水抽走或填充到地下；還可以利用導(dǎo)水?dāng)鄬踊驅(qū)严蹲鳛樽{通道。此外，在采空區(qū)上覆巖層中打一些鉆孔也是一種有效的注漿方法。（2）充填法治理。充填法是指在巖溶地貌煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，將采空的圍巖進(jìn)行破碎、壓實(shí)、加固等處理后，在充填采空區(qū)。具體操作方法是在采空區(qū)中設(shè)置注漿鉆孔，將充填材料注入鉆孔內(nèi)；或者利用高壓將漿液注入采空區(qū)中進(jìn)行充填；還可以利用人工方式將注漿材料填充到采空區(qū)內(nèi)。此外，還可以通過(guò)對(duì)地面塌陷區(qū)域進(jìn)行回填等方式將采空區(qū)進(jìn)行加固處理。通過(guò)這種方式可以有效地減少地表塌陷對(duì)礦井造成的影響，保證礦井安全生產(chǎn)[3-4]。

2.3 其他治理措施

（1）當(dāng)溶洞發(fā)育不連續(xù)時(shí)，可通過(guò)鉆孔從地表向地下預(yù)注漿，或通過(guò)鉆孔向溶洞內(nèi)注漿。（2）當(dāng)?shù)孛婊虻乇砀浇霈F(xiàn)溶洞時(shí)，可采取充填法治理，即先將地面或地表的裂隙用水泥漿充填，然后在地面或地表附近布設(shè)鉆孔進(jìn)行注漿，注漿前要在注漿鉆孔內(nèi)放入金屬管，在金屬管外再安裝漿液封頭。（3）當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)大裂縫時(shí)，可采取局部充填法治理，即將裂縫附近的松散巖層用水泥漿進(jìn)行充填后再進(jìn)行注漿。需要注意的是：對(duì)于地下水滲流的裂隙必須先對(duì)裂隙進(jìn)行注漿，待注漿效果達(dá)到要求后再進(jìn)行裂縫充填。（4）當(dāng)溶洞與礦井之間存在較大裂隙時(shí)，可采用鉆孔或排水的方式將地下水排出礦井。注漿時(shí)要注意選擇合適的漿液類(lèi)型及漿液濃度，注漿壓力要控制在0.6MPa～1.0MPa?？λ固氐孛驳乇砗偷叵滤加锌赡茉谝欢ǖ牡刭|(zhì)作用下形成地下溶洞，且地下溶洞的形成和發(fā)展受到地表及地下水的雙重影響。因此，針對(duì)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的防治，需要綜合考慮地表和地下溶洞的發(fā)育特征。煤礦井下滲漏水防治應(yīng)以“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、超前治理”為原則。預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)應(yīng)結(jié)合地面及地下地質(zhì)資料，對(duì)礦井周邊的水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面分析；超前治理應(yīng)根據(jù)不同巖溶地貌采取不同的治理措施。例如，對(duì)巖溶發(fā)育不均勻、地表有巖溶塌陷等地區(qū)，應(yīng)采取“以排為主、以堵為輔”的排水原則；對(duì)地表及地下有巖溶塌陷、塌陷坑等地區(qū)，應(yīng)采取“以堵為主、以排為輔”的排水原則；對(duì)地下溶洞發(fā)育的地區(qū)，應(yīng)采取“以排為主原則”的原則。在開(kāi)采過(guò)程中，井下排水設(shè)施的布置應(yīng)盡可能布置在導(dǎo)水裂隙帶以下，若水文地質(zhì)條件較復(fù)雜時(shí)，可考慮布置在導(dǎo)水裂隙帶以上。另外，在井巷掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)盡量避免破壞已有的地下水通道。當(dāng)?shù)叵滤桓哂诰矘?biāo)高時(shí)，應(yīng)采取降低水位、疏干井筒的措施；當(dāng)?shù)叵滤坏陀诰讟?biāo)高時(shí)，應(yīng)采取注水、注漿等措施。對(duì)可能造成井巷突水的地段進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)，查明水害隱患，根據(jù)探測(cè)結(jié)果制定防排水措施。例如，在檢查井及其它可能造成突水的地段和地點(diǎn)前設(shè)置超前探放水孔，對(duì)揭露的導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)行超前疏放[5]。

3 總結(jié)

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治應(yīng)在全面分析地質(zhì)構(gòu)造、地下水賦存條件等基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井涌水量大小及突水可能性大小等因素綜合考慮，根據(jù)實(shí)際情況制定不同的治理措施，并進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于巖溶地貌煤礦井下滲漏水防治工作仍需進(jìn)一步完善和深入研究。