煤礦防治水技術(shù)應(yīng)用研究

李學(xué)鑫

（冀中能源股份有限責(zé)任公司東龐礦，河北 邢臺 054201）

0 引言

在煤礦生產(chǎn)過程中，充水問題是一種比較常見的問題。一旦煤礦充水得不到良好的治理，那么在實(shí)際進(jìn)行煤礦開采生產(chǎn)時(shí)，很容易面臨嚴(yán)重的涌水事故，不僅會(huì)造成較大的煤礦生產(chǎn)損失，還會(huì)危及煤礦工作人員的生命安全。因此有必要加強(qiáng)對煤礦礦井充水因素的探討分析，并積極落實(shí)各種防治水措施，從而及時(shí)消除充水因素帶來的負(fù)面影響，降低涌水安全事故的發(fā)生概率，更好地保障煤礦礦井生產(chǎn)安全。

1 煤礦礦井水害原因分析

常見的煤礦礦井充水原因如下：

1）大氣降水。在煤礦礦區(qū)中，大氣降水是一項(xiàng)不容忽視的充水因素，尤其是在降雨量較大的礦區(qū)，每年雨季大量降水會(huì)通過煤礦露天坑補(bǔ)給風(fēng)化裂隙含水層；或者沿著煤礦開采的地表裂隙深入礦井內(nèi)部，導(dǎo)致煤礦礦井面臨嚴(yán)重充水問題。

2）地表水。在煤礦礦區(qū)分布有一些河流，這些地表水會(huì)通過透水巖層滲透進(jìn)礦井內(nèi)部，造成煤礦礦井充水。

3）老窖積水。在煤礦采空區(qū)或者廢棄的巷道，很容易出現(xiàn)大量的積水。如果頂板、底板巖層裂隙較為發(fā)育，那么老窖積水很容易對礦井帶來充水影響。

4）地下水。地下水也是一種比較重要的充水因素，尤其是當(dāng)?shù)叵滤c煤層距離比較近時(shí)，很容易成為礦井的重要充水因素，不利于礦井安全。

2 煤礦礦井充水通道

礦井充水通道是造成礦井水害的關(guān)鍵內(nèi)容。所謂煤礦礦井充水通道，一般是指連接礦水水源與礦井工作面之間的導(dǎo)水通道[1]。礦井充水通道的形成主要受兩種因素的影響。一種是自然因素導(dǎo)致。即礦井通道自然形成，沒有受人為干預(yù)。還有一種是人為因素導(dǎo)致。即因?yàn)槭苋藶榈V井生產(chǎn)活動(dòng)影響，意外打通了礦水水源與礦井工作面之間的導(dǎo)水通道。其中前者是后者的基礎(chǔ)，而后者的出現(xiàn)，則會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)前者的導(dǎo)水性。比如礦區(qū)地質(zhì)巖石存在風(fēng)化裂隙，這種裂隙本身便是一種天然的充水通道，如果此時(shí)伴隨著采掘施工，當(dāng)風(fēng)化裂隙與采掘工作面相遇，那么充水水源就會(huì)順著這些風(fēng)化裂隙進(jìn)入井下，形成用水事故。除此之外，伴隨著煤礦開采工作的開展，必然會(huì)對巖層帶來一定的擾動(dòng)，此時(shí)巖層很容易出現(xiàn)冒落、破裂、下沉等問題，再加上受巖石體積膨脹特性影響，很容易形成垮落帶、裂隙帶等，這些都是典型的充水通道[2]。

3 煤礦礦井水害防治技術(shù)研究

3.1 井下常用防水技術(shù)探析

在煤礦礦井中，面對井下充水危害，還可以采用以下幾種井下防水技術(shù)：

1）探放水。在實(shí)際進(jìn)行煤礦開采時(shí)，如果采掘工作面接觸或接近充水小窯老空區(qū)域，或者距離充水?dāng)鄬颖容^近，或者提前檢測到較大的含水層水體時(shí)，一般會(huì)面臨較高的礦井突水安全事故風(fēng)險(xiǎn)。為了避免這一安全事故出現(xiàn)，在實(shí)際進(jìn)行放水治理時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況，嚴(yán)格遵循“有疑必探，先探后掘”的原則，開展以下一系列防治水措施：首先，應(yīng)探明這些水體的具體位置；隨后，做好水體位置的綜合評估，在此基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的措施，順利將水放出。上述整個(gè)過程便是探放水防治技術(shù)，可以有效預(yù)防礦井出現(xiàn)充水事故。

2）留設(shè)防隔水煤（巖）柱。在礦井開采過程中，一些地段非常容易受到充水的威脅。因此為了減少這種威脅，需要結(jié)合開采實(shí)際情況，在威脅較大的地段附近留設(shè)一定寬度的煤（巖）柱。然后借助煤柱，完成礦井水的防隔。這種煤（巖）柱也稱為防隔水煤（巖）柱。在實(shí)際留設(shè)防隔水煤（巖）柱的過程中，需要考慮諸多影響因素，比如被隔水源的水壓大小，含水量的高低。與此同時(shí)，還應(yīng)考慮到實(shí)際煤層的厚度，準(zhǔn)確掌握巷道的尺寸，了解圍巖被破壞程度。除此之外，為了保證隔水煤（巖）柱留設(shè)的合理性，還應(yīng)考慮采空后頂板的冒落情況，綜合上述因素，可以更好發(fā)揮隔水煤（巖）柱防水效果。

3）設(shè)置水閘門和水閘墻。在實(shí)際開展煤礦采掘過程中，為了避免發(fā)生充水事故。一般情況下，還會(huì)在井下適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)，科學(xué)合理地設(shè)置水閘門或水閘墻。從而當(dāng)發(fā)現(xiàn)突水安全事故時(shí)，在水閘強(qiáng)的格擋下，可以成功隔離巷道或封閉采區(qū)，防止充水蔓延至整個(gè)礦井。在實(shí)際設(shè)置水閘門的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情況，考慮諸多因素。一般情況下，可以設(shè)置在涌水需要堵截的巷道內(nèi)。比如可以選擇將水閘墻設(shè)置在井底車場、水泵房和變電所的出入口處，還可以考慮存在突水危險(xiǎn)地區(qū)或者相鄰地區(qū)的巷道內(nèi)，此外在實(shí)際進(jìn)行水閘墻設(shè)置時(shí)，還需要考慮設(shè)置的位置的用途。用途不同，采用的擋水材料也會(huì)有一定的差異性，如果是臨時(shí)性擋水用途，可以選擇木料或者磚進(jìn)行砌筑；如果是永久性擋水建筑，則需要采用鋼筋混凝土材料，如此才能更好地發(fā)揮出礦井防水的效果[3]。

3.2 封閉不良鉆孔防治水

在礦井之中，如果面對井下揭露的封閉不良鉆孔較多的情況，一般很容易發(fā)現(xiàn)充水事故。因此在實(shí)際進(jìn)行防治水的過程中，還需要針對不同封閉不良鉆孔的出水量、水壓不同，分別選擇不同的防治水技術(shù)。例如當(dāng)不良鉆孔的出水量在50 m3/h 以內(nèi)，在應(yīng)用防水技術(shù)時(shí)，可以選擇采用分段泄壓注漿技術(shù)措施。該技術(shù)措施在實(shí)際實(shí)施過程中，需要先進(jìn)行孔底注漿操作，此時(shí)淺孔會(huì)進(jìn)行返水泄壓，一直到淺孔返漿，再停止注漿，由此可以形成注漿填體A。待A 漿液凝固后，然后繼續(xù)沿著不利鉆孔區(qū)域，選擇另一個(gè)不良鉆孔進(jìn)行注漿，同理，需要待孔返水泄壓，一直到鉆孔返漿。然后停止注漿，最終可以成注漿填體B。最后，以此類推，按照上步驟依次進(jìn)行向上泄壓注漿，直到鉆孔的水壓低于4 MPa 后，再直接進(jìn)行鉆孔注漿，可以起到良好的鉆孔封閉效果。如果不良鉆孔不僅水壓高、涌水量也大，采用分段泄壓注漿技術(shù)，漿液很容易被沖走。為解決這一問題，可以采用截水墻注漿方法。這種治水技術(shù)方法如下：在礦房外，建設(shè)2 m 厚的截水墻。要求截水墻底部及兩側(cè)嵌入基巖0.5 m。墻體的上部分，在施工時(shí)需要采用錨桿進(jìn)行加固。在進(jìn)行墻體施工時(shí)，要求按照30 cm×30 cm 間距綁扎Φ28 螺紋鋼，完成對墻體的加固。在墻體中，還應(yīng)留有9 個(gè)臨時(shí)放水孔，起到臨時(shí)泄壓作用。待截水墻凝固達(dá)到設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度后，再進(jìn)行注漿，注漿凝固后關(guān)閉臨時(shí)泄水孔，可其良好的治水效果。

3.3 過水通道封堵技術(shù)

在煤礦中，如果發(fā)生突水事故導(dǎo)致礦井被淹。應(yīng)及時(shí)對過水巷道進(jìn)行封堵，推動(dòng)復(fù)礦工作落實(shí)。然后，對突水通道進(jìn)行封堵，從根本上完成對水害的治理。在具體實(shí)踐中，如何快速完成巷道阻水墻的建立，已經(jīng)是過水通道封堵技術(shù)遇到的問題。為解決這一問題，在煤礦突水治理方面，一些專家成功研制了一種保漿袋，這種保漿袋內(nèi)藏組合鉆具，適用于不同規(guī)格的過水通道；并以此為依據(jù)，開發(fā)出了一些新型柔性保漿袋控制性注漿工藝，可以有效治理煤礦突水水害問題。該項(xiàng)水害治理工藝流程如圖1 所示。通過采用這種水害治理技術(shù)，能夠靈活選擇注漿位置，控制注漿范圍，更好地保證豐富質(zhì)量。保漿袋的漿液在凝結(jié)后，可以多組相互疊置，形成一個(gè)完整的阻水墻，從而對過水通道進(jìn)行快速的封堵，有效提升過水通道治理水平[4]。

圖1 新型柔性保漿袋控制性注漿工藝流程

4 結(jié)語

在煤礦礦井中，包含著很多的充水因素，比如自然氣候降雨充水因素、以河流為代表的地表水充水因素以及采空區(qū)中的老窖水充水因素等，這些都會(huì)為煤礦開采帶來一定的涌水安全隱患。因此在實(shí)際進(jìn)行煤礦生產(chǎn)的過程中，必須要加強(qiáng)對充水通道的認(rèn)知與了解，然后結(jié)合實(shí)際充水通道情況，采取各種充水防治措施，比如合理預(yù)測具體的涌水量，提前做好準(zhǔn)備，還可以采取各種鉆孔疏水的方式，降低充水因素帶來的影響，從而避免在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)生嚴(yán)重的涌水事故，更好地保證煤礦開采安全。