柴里煤矿水害现状及防治技术

文/徐永和

山东能源枣矿集团柴里煤矿作为我国第一对厚含水冲积层下开采厚煤层的试验矿井，随着矿井服务年限的不断延长，采空区面积不断增加，受特殊地质构造的影响，老空区内的顶板砂岩水、防灭火注浆水无法自然流出，造成了老空区内积水。柴里煤矿克服采空区点多面广等重重困难，通过引进新技术、新工艺，拓展隐患排查治理途径，有效治理了老空区积水、井筒渗涌水等矿井隐患，保障了矿井的安全生产，为今后防治水工作顺利开展积累了宝贵的经验。

一、矿井水文自动监测系统强化水文数据监控

随着煤矿开采年限延长，矿井受老空区积水、断层水等水害威胁的程度逐渐加大，需要正常观测的水文项目也不断增多，如采用人工测量，测量精度低，实效性差，不能及时发现各项水文要素出现的异常，导致抢险应急救援滞后，不能有效防止灾害发生。为进一步完善矿井安全监测监控系统，全面做好矿井井上、下水文地质工作，柴里煤矿积极引入新技术、新设备，安设了先进的矿井水文自动监测系统，强化水文数据监控，确保了矿井生产安全。

该系统分为井下与地面两部分，井下部分实现了矿井涌水量、水仓水位、挡水墙水压的实时监测，通过监测能够及时发现局部采区涌水量及水仓水位变化情况，有效指导各级水仓泵房合理配置排水系统，确保涌水及时排出。挡水墙水压实时监测能实时掌握挡水墙内水压情况，为解除采区隔离工程安全实施提供强有力的数据保障。

地面部分包括降雨量实时自动监测、地面塌陷积水区水位无线遥测、水文长观孔水位遥测等。地面系统能实时收集降雨量数据监测地面塌陷区积水水位异常，以及各水文长观孔水位异常情况，对执行灾害性天气紧急撤人避险制度提供可靠的数据保障。

当井下发生水灾事故时，能够及时采用井下生产电话、KJ236入井人员定位系统（编码器）、井下手机短信群发系统（小灵通）、井下语音广播、KXH127水位报警仪等五种通讯方式实现井下全方位报警，确保所有井下工作人员及时收到报警信息并撤离。

二、壁后注浆治理井筒渗涌水

1.出水水源分析

井筒是井工煤矿的咽喉要道,在煤矿安全生产中起着举足轻重的作用。受第四系潜水、地表水位上升的影响，主井井壁位于井口平台下9.5m处的西侧出现一处出水点，由井壁接茬处260mm长的横向裂隙向外涌水，涌水量达6m3/h，超过了《煤矿安全规程》规定。同时，在北副井井壁深20m～72m范围内，有近20处不同程度的渗涌水点，水量较大的有5处，分别位于井口平台下 21.5m、23.4m、24.3m、37.5m、71.4m 的位置；4处位于井壁东侧和南侧，1处位于井壁西南侧；其中3处目测涌水量约1m3/h，合计总涌水量约5～6m3/h，有逐渐增大的趋势，经过分析出水水源为第四系砂层水。

2.治理方案及实施过程

井壁渗涌水的不断增加，将加速罐梁的损坏以及对井壁的破坏程度，使井底淤煤增加。同时，井筒内金属构件、提升钢丝绳在淋水的作用下会很快锈蚀，电缆的安全性能也会下降，直接威胁到主井和北副井的提升及矿井的安全生产。依据此情况，柴里煤矿及时召开主井、北副井井壁渗涌水治理专题工作会议，实地勘察和测量、分析现场渗涌水情况及井壁破裂地段生产地质条件，研究分析井壁破裂的原因和机理，通过多套井壁治理方案的比较，根据注浆工艺要求，确定采用地面对第四系砂砾松散层及风化基岩帷幕注浆的治理方案，增加井壁厚度以有效提高井壁的承载能力。

选用注浆材料为工期短、可注性强、浆液稳定性好、堵水效果好的单液水泥浆作为注浆堵水材料，其组成为水泥、水及速凝剂。每次注浆前均进行压水试验，持续时间不少于15分钟，依据压水试验资料，计算注浆层段单位吸水量和吸水率，并据此选择浆液初始配方。

根据GBJ213-90《矿山井巷施工及验收规范》，结合以往注浆施工经验，在确保井壁安全的前提下，确定本次注浆压力为1～3MPa，注浆期间，注浆压力可根据实际情况作适当调整，以确保井壁安全及注浆堵水效果。

按照治理方案，钻孔施工个数、注浆、封孔质量均达到设计要求，主井井口至下15m范围内85%以上已干燥无涌水现象，原涌水点得到了有效控制；北副井井壁20～72m范围内无涌水现象，渗水也大大减弱，有三处略有微渗，达到了预期的治理效果，通过3个多月的观察，治理效果良好。

三、反向压浆封闭工艺在井下封闭不具备启封条件的地面钻孔

在矿井建设初期，因供水、供浆、供电以及防灭火需要，自地面向井下施工了大量钻孔。虽然大部分钻孔在废弃时进行了启封，但仍有部分钻孔由于工厂范围扩张，被电厂主厂房、主办公楼、西注浆站等建筑物覆盖，导致这些钻孔从地面已不存在找孔封闭的可能。当钻孔管壁出现严重锈蚀，管壁穿孔、脱落等情况下，极易造成第四系含水层水通过钻孔向井下溃水，成为危及矿井安全的重大安全隐患。为此，柴里煤矿组织精干技术力量，积极开展了井下封闭不具备启封条件的地面钻孔的技术研究，确定采用反向压浆封闭工艺。

该工艺包括如下步骤：a.扫孔；b.安装深部注浆管；c.安装、固定浅部注浆管及孔口塞；d.浅注浆，利用浅部注浆管浅注封闭钻孔下部，高度为3m，凝固72小时；e.深注浆，利用深部注浆管注浆封闭钻孔，高度为70m。如-80孔位于柴里煤矿一水平东翼井底车场附近，钻孔治理前常年渗涌水，不但破坏了巷道的稳固性，且排水耗电较大。采用井下封闭技术治理后巷道干燥，防止了巷道被水侵蚀，切断了地表水及含水层与井下的水力联系。治理效果图如下：

此外，针对矿井老空区分布范围广，头多面广难于管理，老硐老巷众多，分层开采导致的空间关系复杂，极易造成巷道及采空区低洼积水等实际，矿井还通过认真分析各采区、工作面的地质构造、巷道连通关系等资料，将矿井按照采区进行划分，对存在发生溃水威胁的区域，制定防治水隔离方案和措施，在314材联、350溜联、332材联、西大巷1＃通道等地点施工挡水墙，在袁堂井九采区3煤层与小槽煤之间的轨道运输联络巷安装施工防水闸门，做到超前预防，对可能发生溃水的区域建立挡水门（墙）进行隔离。一旦该区域发生溃水，挡水门（墙）能有效阻断溃水的漫延，减少或杜绝对其他区域的影响，将事故危害程度降到最低。