某煤礦礦井充水因素分析及防治水措施建議

[摘要]水是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一，特別是隨著煤炭資源的持續(xù)開采，開采深度及規(guī)模逐步加大，形成的水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，大大增加了煤礦對水害的控制難度。分析煤礦礦井充水因素、實施有效的防治水措施是煤礦減少水害發(fā)生的重要的手段，本文將在礦井水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上分析礦井充水因素，從而提出煤礦防治水措施建議，促進煤礦的安全、可持續(xù)開采。

[關(guān)鍵詞]煤礦；水文地質(zhì)條件；充水因素分析；防治水措施

水是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要危險因素之一[1]，一旦失控將嚴重威脅煤礦安全生產(chǎn)，給人民生命財產(chǎn)安全帶來重大損失。特別是隨著煤炭資源的持續(xù)開采，開采深度及規(guī)模加大，形成的水文地質(zhì)條件日趨復(fù)雜，大大增加了煤礦對水害的控制難度[2-3]?；诘V井水害的威脅性與普遍性，必須全面地認識水害的發(fā)生原因及類型，從而為煤礦防治水提供可靠的依據(jù)[4-5]。目前煤礦多按照當(dāng)前與長遠、井下與地面、防治與利用統(tǒng)籌的原則，結(jié)合地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的差異，分別采取防、疏、堵、截的方法予以防治[5]，而分析煤礦礦井充水因素、實施有效的防治水措施是煤礦減小水害發(fā)生的重要的手段[6]。本文將在礦井水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上分析礦井充水因素，從而提出煤礦防治水措施建議，促進煤礦的安全、可持續(xù)開采。

1.水文地質(zhì)條件

礦區(qū)屬構(gòu)造—剝蝕山地地貌，以中山為主，發(fā)育脊?fàn)钌??？傮w地勢北西高南東低，區(qū)內(nèi)出露地層從新到老有第四系、三疊系、二疊系地層，含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），煤礦主要開采C6、C33號煤層。

地下水的補給、徑流、排泄條件：大氣降水是含水層的主要補給來源，礦區(qū)東南部為碳酸鹽巖分布區(qū)，大氣降水通過巖溶管道、落水洞、溶蝕洼地、基巖裂隙等滲入補給，巖溶裂隙、管道形成徑流，在地形切割深處或斷裂構(gòu)造處以溶洞及裂隙巖溶泉形成排泄，小部分通過孔隙、裂隙及溶隙下滲補給地下水。礦區(qū)范圍內(nèi)地下水整體流向為北西，各層地下水最終排入?yún)^(qū)內(nèi)河流。

2.煤礦充水因素分析

2.1充水水源

直接充水水源：煤系地層龍?zhí)督M（P3l）中的碎屑巖類基巖裂隙水將成為未來礦井的直接充水源，該巖組為弱富水性。經(jīng)礦井開采發(fā)現(xiàn)深部存在小型斷層，在構(gòu)造斷裂、節(jié)理裂隙發(fā)育及應(yīng)力破壞的地段，地下水存儲通道較多，含水量相對較大，此區(qū)域礦井涌水量會比正常涌水量大。白布河在切過長興組（P3c）和龍?zhí)督M（P3l）含水層地層，該地段河谷將成為白布河向礦井充水的主要地段，地下采空引起河床地帶地面塌陷、裂縫、導(dǎo)致河水滲入礦井，白布河將成為礦井的直接充水水體。因此，當(dāng)煤礦開采低于河水位標(biāo)高又靠近河流地帶時，應(yīng)留設(shè)必要的防水煤柱。

間接充水水源：礦區(qū)總體為一單斜構(gòu)造，礦區(qū)各含水巖組中的地下水主要以垂直補給方式為主。大氣降水是礦區(qū)地下水的主要補給來源，由于礦區(qū)內(nèi)煤系地層在地表直接出露，大氣降水一方面補給充水含水層成為間接充水水源；同時又通過煤層露頭小煤窯窯采空區(qū)、導(dǎo)水裂隙帶、采空塌陷帶等充水通道直接進入礦井，進而成為礦井充水的直接水源，垮落斷裂帶最大高度估算[7]詳見表2。

計算結(jié)果，C6、C33同時都開采時導(dǎo)水裂隙帶高度46.30m，據(jù)此，可以認為，當(dāng)開采煤層在距第四系松散地層底板和基巖分布區(qū)地面小于46.30m的范圍內(nèi)進行開采時，大氣降水、地表水將會對礦井進行充水。

2.2充水途徑

此煤礦開采范圍內(nèi)地表水體豐富，具有白布河及小型水庫，但只有通過補給通道，才能對礦井進行充水形成突水涌水等水害事故，充水通道可以根據(jù)形成因素分為人工通道及自然通道。煤層采后頂板冒裂帶、底板破裂、采煤沉陷區(qū)、原小煤礦采空區(qū)及封閉不良鉆孔等屬于人工通道，溶裂隙管道、斷層、巖層節(jié)理裂隙、空隙帶、張性結(jié)構(gòu)面等屬于自然通道。

2.3充水方式

礦區(qū)內(nèi)龍?zhí)督M（P3l）煤系地層由碎屑巖組成，主要為基巖裂隙水含水層，富水性差，正常情況下，充水通道主要以巖層原始構(gòu)造裂隙以及采礦形成的裂隙帶為主，充水通道規(guī)模不大，因此未來礦井充水方式主要以淋水、滴水、滲水為主，呈線狀、面狀、局部股狀。但是采空積水區(qū)、導(dǎo)水?dāng)嗔褞Щ蛘邘r溶賦水區(qū)附近可能以集中突水方式對礦井充水。當(dāng)隱伏斷層使龍?zhí)督M煤系地層與茅口組灰?guī)r直接接觸時，造成斷層帶兩側(cè)未來礦井充水有可能以茅口組中巖溶裂隙、溶洞，巖溶管道方式對礦床充水，形成集中突水。

3.煤礦防治水措施

3.1開拓系統(tǒng)的布設(shè)

本礦井采用平硐開拓，有利于排水和水害的防治。大巷及下煤組采區(qū)下山布置在玄武巖隔水層中。

3.2留設(shè)防水煤柱

按《煤礦安全規(guī)程》[8]規(guī)定留設(shè)防水煤柱。一個井田或一個水文地質(zhì)單元的防水煤（巖）柱應(yīng)該在它的總體開采設(shè)計中確定，開采方式和井巷布局必須與各種煤柱的留設(shè)相適應(yīng)。對于斷層，留設(shè)足夠的斷層防水煤柱，同時在有突水威脅但又不宜疏放或注漿堵水的地區(qū)采掘時，必須留設(shè)足夠的防水煤（巖）柱，如茅口灰?guī)r（底板）防水煤（巖）柱、地表水體煤柱。留設(shè)防水煤（巖）柱參照地質(zhì)勘探及初步設(shè)計等資料，必須與礦井的水文地質(zhì)條件、煤層賦存條件、圍巖的物理力學(xué)特性，地質(zhì)災(zāi)害危險性等自然因素密切結(jié)合，也要與采煤方法、采面布設(shè)、開采規(guī)劃、頂?shù)装骞芾矸绞健⒅ёo方式等人為因素相適應(yīng)。

白布河從井田內(nèi)通過，河流保護煤柱留設(shè)原則同懸崖煤柱，設(shè)計按河流每側(cè)留設(shè)圍護帶15m，按新生界地層移動角45°，煤系地層走向方向移動角65°、傾向下山方向移動角β=55°，傾向上山方向移動角65°，以此確定河流保護煤柱邊界。

3.3井下水害探測

加強井下防探水的管理工作，在礦井開采作業(yè)的過程中，必須嚴格遵守有疑必探的勘探原則，從而降低礦井突水的可能性，針對煤礦中含水量比較高的區(qū)域，礦方可使用鉆探物探相結(jié)合的方式進行探測，更好的煤礦開展防治水工作，保障煤礦安全、可持續(xù)開采。在情況不明的井巷、采空區(qū)、導(dǎo)水?dāng)鄬?、涌水點時，必須確定探水線進行探水。對于長壁工作面防探頂板水和構(gòu)造導(dǎo)水，必須準確掌握各鉆孔的位置、深度、走向與采掘工作面的關(guān)系，必須堅持“預(yù)測預(yù)報、先探后掘”的原則，采掘工作面距鉆孔30m之前，必須打探放水鉆。探放水設(shè)備必須防爆及獲得煤安標(biāo)志，操作人員需具備特種作業(yè)上崗證，接受安全技術(shù)交底及繼續(xù)教育。

3.4注漿堵水措施

注漿堵水可減輕礦井排水負擔(dān)，加固井巷或工作面的薄弱地段，減少突水概率。巷道需穿過的軟弱巖層、導(dǎo)水?dāng)嗔褞靶柽M行超前注漿加固，防止突水事故發(fā)生，同時避免發(fā)生水體軟化巖層，出現(xiàn)冒頂事故。對于采動影響帶、頂板垮落后可能造成突水點、采空區(qū)導(dǎo)水帶燈影響采煤、掘進安全區(qū)域，進行預(yù)注漿。

3.5老窯、采空區(qū)水防治措施

進一步核實采空區(qū)范圍及積水情況，包括開采過程中的涌水情況和停采后的充水情況。必要時采用地面瞬變電磁法探測、井下鉆探超前探測等，查明采空區(qū)、積水區(qū)的范圍和積水情況，將調(diào)查成果反映到相關(guān)圖紙上。根據(jù)采空范圍、積水情況具體情況采取針對性的措施，如可采取留設(shè)防水煤柱、鉆孔疏放等措施。采取鉆孔疏放措施需確定積水放凈后，才可進行掘進或采掘。

3.6井上井下排水措施

在場區(qū)靠山側(cè)修筑截洪溝，并在場地內(nèi)設(shè)置排水涵洞，將山洪引到附近的河溝下游，以滿足防洪要求。同時需滿足雨水能順利通過排水溝盡快地排出區(qū)外，防止匯集而增大下滲量。礦井采用平硐開拓，開采下一采區(qū)時，直接利用大巷開采，工作面涌水排至大巷后，直接自流至地面。但在二采區(qū)需布設(shè)井下排水設(shè)施，根據(jù)地質(zhì)資料，礦井正常涌水量Q正常=209m3/h；最大涌水量Q最大=542m3/h。礦井在+1030m水平設(shè)采區(qū)水倉及泵房，工作面涌水經(jīng)煤層順槽自流或采用污水泵排至區(qū)段石門，經(jīng)軌道下山流至+1030m水平采區(qū)水倉，采用排水泵集中排至+1195m水平大巷，然后自流出地面。主要水倉設(shè)計有主倉和副倉，當(dāng)一個水倉清理時，另一個水倉能夠正常使用。水倉的有效容量能容納8h的正常涌水量（209m3/h），即不小于1672m3。

5.結(jié)論與認識

（1）在礦井水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上分析礦井充水因素，對煤礦防治水措施具有重要意義。

（2）煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，實施有效的防治水措施是煤礦減小水害發(fā)生的重要的手段，對促進煤礦的安全、可持續(xù)開采具有重要意義。

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