煤矿井下防治水措施

2011-08-15张和平张海峰

科技传播 2011年12期

张和平，张海峰

河南省煤层气平顶山裕隆能源有限公司，河南平顶山 467000

1 概述

煤矿水害是矿井生产过程中常见的一种灾害，其中以井下水患发生最为频繁、影响最为严重，轻则降低矿井生产效率，重则造成影响生命安全的恶性事故。随着我国经济的发展，煤矿开采量日益提高，安全事故也频频发生，其中不乏因煤矿水害而引起的事故。煤矿水害已经严重阻碍了煤矿的发展，因此防治井下水害已经成了煤矿安全工作的当务之急。

煤矿井下防治水工作主要包括两个方面，一方面是预防，未雨绸缪，防患于未然；另外一方面是治理，亡羊补牢，对已经发生的水患进行综合性的治理和疏导。水患预防技术可分为探测、预测、检测3个环节，探测环节主要是利用各种物理、化学等手段对矿井的地理环境、水质状况等参数进行测定并对数据进行处理；预测环节则是利用已有的理论知识和探测数据分析水害发生的可能性；监测则是实时的预测，对矿井进行监控，及时对水害发出预警信号。而水患治理技术则包括疏放水、截水、注浆堵水三种方法，通过矿井和水害情况的分析，选择恰当的治理技术。由于含水层的层次结构比较复杂，展布范围较广，富水性很不均一，尤其对于巨厚的灰岩含水层和多层薄层灰岩含水层其含水介质差异性非常明显，查明强径流带则是做好防治水工作的前提条件。同时，合理、有效的方法又是指导安全工作的有力武器，因此，只有不断探索和开发煤矿防治水实用、有效的技术方法，研制高精度的探测仪器才能有效防范煤矿水害的发生

2 矿井防治水主要技术措施

矿井防治水技术措施可以分为预防和治理两个方面。预防又可以分为勘察、观测、探水三个部分，利用探测、预测、监测等技术手段，预防井下水害发生。而治理可以分为疏放水、截水、注浆堵水这三个技术措施，主要是在水害发生后对水灾进行治理。两者都是防治水不可或缺的手段，矿井防治水技术的关键，在于查清矿井、采区及工作面的充水水源和导水通道。目前，通过应用水化学探测技术（包括放水试验、氧化还原电位、环境同位素、氡气测定、水化学组分及微量元素测定等技术）和井下物探技术（主要包括瞬变电磁技术、直流电法技术、音频电透技术、无线电波坑透技术、瑞利波技术、地质雷达技术等）来探测充水水源和充水通道，取得了较好的效果。

1）勘察。为了预防水害的发生，有必要查明充水水源和通道。一般说来，要勘查的主要有以下几个方面：

（1）含水层、隔水层和冲击层的位置、数量、厚度，各分层的含水性、涌水性及透水性；

（2）裂隙和断层的调查数据，包括断层和裂隙的位置、错动距离、延伸长度、破碎带范围、含水情况和导水性能；

（3）调查老窑和现采小窑的开采范围、采空区的积水及分布状况，观测因回采而造成的塌陷带、裂隙带、沉降带的高度及采动对涌水量的影响；

（4）查明地表水体的分布、水量和补给、排泄条件；

（5）开采过程中，围岩破坏及地表塌陷情况。观测岩层垮落带、断裂带、沉降弯曲带的高度及其对涌水的影响。

2）观测。主要指水文观测，通过对井下水防治关键因素的分析，得出水文观测的主要信息源，收集和处理各项水文监控数据。

（1）收集矿井所在地的气象数据和河流水文地质资料，并查明地表水体的分布、水量的补给、排泄条件；

（2）通过探水钻孔和水文观测孔，观测各种地下水源的水位、水压和水量变化，分析水质，查明矿井水的来源及其补给关系；

（3）对矿井的涌水量和其季节变化规律进行观测，建立图表分析机制和数据处理模型。

3）探水。在井下安全工作中，在接近工作面采空积水区或接近未封闭又可能突水的钻孔时，必须探放水。由于井下生产面临着错综复杂的地质和水文地质条件，由于勘探手段和客观认识能力的限制使得无法对井下情况做到了如指掌，因此必然会存在着很多无法判断会否发生水害的区域，存在着不确定性和未知性。因此在采掘施工的过程中，遇到了疑问区要采取相应的探水措施，使用超前钻探技术，提前探明水源位置、水压、水量及其与开采煤层的距离，以了解清楚地质和水患的情况，方便采取相应的措施，防患于未然，防治水害。

4）疏放水。对水害的源头进行详细的检测和探查之后，可以根据不同的水源采取对应的疏放水解决办法，对于影响煤井安全生产的水源进行疏放是防治井下水害的最积极、最有效的措施，能够直接消除水害的根源，治标又治本。

5）截水。在对水害源头有一个较为系统、清晰的调查结果之后，假如不适合采取疏放水措施，比如现场的条件不允许疏放水或者虽能放水但不合理时，可以适当利用阻隔水源的技术手段来解决水患。防水墙、防水闸门、防水煤（岩）柱等设施能够有效地永久或临时性地截住水源，使得工作面与涌水区隔离开来，避免使局部地区涌水影响到采煤工作的正常进行。设立防水隔离煤柱就是其中非常重要的一个防治水措施。在煤层与含水层或含水带的接触地段，预留一定宽度的煤层不采，使工作面与地下水源保持一定距离，这种预留不采的煤层，称为防水隔离煤柱，井下留设防水隔离煤柱，可以阻止地下水涌入矿井，同时还可以防止瓦斯与火灾事故漫延。

6）注浆堵水。通过钻孔把堵水材料压入地层的裂隙、溶洞或断层破碎带，利用浆液本身的材料特性，填补空隙和坑洞，以堵住涌水道防治水源与工作面接触。注浆堵水直接封锁了水源涌水的渠道，因而能达到较好的效果，是防止矿井涌水行之有效的措施。因此，注浆堵水技术受到煤矿安全工作者的欢迎，这项技术应用于矿山已有上百年历史。自从传入中国以来，得到了较快的发展，注浆技术日新月异，呈现出多元化发展的情景。国内的注浆防水技术已经逐步达到了世界先进水平。