纳林河二号矿井防治水规划

刘毅涛 李海深 黄 浩 梁向阳 方 刚，4

（1．乌审旗蒙大矿业有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017307；2．中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710054；3．陕西省煤矿水害防治技术重点实验室，陕西 西安 710077；4．西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安710054）

纳林河二号矿井位于东胜煤田纳林河勘查区的西部，井田面积约180.67 km2，矿井煤炭可采储量为796.38 Mt，设计生产能力8.0 Mt/a，服务年限71.1 a，采用立井式开拓，综合机械化开采。井田内含可采煤层5 层，矿井首采3-1煤层，开采深度约580 m，煤层上覆有第四系松散含水层、白垩系洛河组含水层、侏罗系直罗组含水层和延安组含水层，根据矿井水文地质条件分析，矿井的充水通道主要为煤层开采后上覆顶板导水裂隙带，其次为封闭不良钻孔、地质构造等。直接充水水源为煤层上覆的侏罗系直罗组和延安组砂岩孔隙裂隙含水层水。各顶板含水层富水性极不均一，其内部含水层水力联系较强，各个富水区之间含水层水力联系较弱，直罗组底部含水层富水性总体上强于延安组底部含水层，富水区水压力和涌水量均大于延安组含水层[1-2]。

根据井田水文地质条件及矿井在后期采掘过程中可能会面临的水害问题，提出具有针对性的防治水工作内容，指导矿井防治水工作有序进行，有助于矿井水文地质及防治水工作的高效开展，确保矿井安全生产[3-4]。

1 矿井防治水总体思路

本次防治水规划主要针对矿井存在的水害威胁和现有的水文地质问题，结合矿井目前的防治水研究现状、采掘以及生产计划，依据《煤矿安全规程》[5]、《煤矿防治水细则》[6]及煤矿企业相关规定等，提出近年来矿井的防治水总体思路。

矿井防治水工作分为2 类，即巷道掘进阶段和工作面回采阶段的防治水工作。巷道掘进阶段，坚持“有掘必探”的原则，开展超前探放水工作。工作面回采阶段，坚持“可控疏放，消峰平谷”的原则，开展工作面采前预疏放工作。

巷道掘进阶段和工作面回采阶段水文地质条件探查相结合，采用物探和钻探相结合，监测与试验相结合，井上下立体探查等方式，探查煤层及其顶板含水层富水异常区，重点探查2-1 煤顶板含水层以及直罗组底部含水层的水文地质条件，3-1 煤回采的顶板破坏程度，以及首采区内断层和地质异常体的含导水性和富水情况，进而不断优化防治水技术措施。探查研究顶板“两带”发育规律，坚持以“防”为主，“防治”结合，在保证矿井安全的前提下，实现防治水工作、工程与矿井生产接续和经济效益的统一。

在日常防治水工作中，采掘工作面应坚持“预测预报”“有疑必探”“先探后掘”“先治后采”的防治水工作原则，根据矿井接续计划，对巷道掘进和工作面回采安排合理的防治水工程措施（图1），具体措施解释如下。1）以预防为主，杜绝恶性灾害发生。对突然涌水事因此首先是要避免，其次健全排水系统，最后要有可靠的避灾措施。2）结合水文地质条件，重点富水探查异常区分布情况，坚持先可控疏放，后渐进回采的原则，实现“消峰平谷”，使顶板水平稳泄出。3）依据《煤矿防治水细则》要求，有计划、有针对性地进行采区水文地质条件探查和观测工作，分析研究地下水的赋存和运动规律，为防治水工作提供技术依据。

综上所述，根据纳林河二号矿井的水文地质条件及生产规划，矿井的防治水工作应本着近期与远期相结合，以井下为主，井上下相结合的原则。在矿井水文地质条件补充勘探、煤层顶板工程地质探测与评价、矿井涌水量评价等各项水文地质工作的基础上，结合矿井地质、水文地质条件的特点，进行针对性的开发研究。

2 矿井防治水具体措施

2.1 顶板水的防治

矿井近年来的主采煤层为3-1 煤，顶板赋存3 层含水层，尤其是直罗组底部含水层，此含水层富水性分布极为不均，富水性较强，是矿井开采过程中的主要水害因素之一，其他含水层富水性相对较弱，但富水性同样存在不均一性，局部地段可能存在裂隙发育带，富水异常区。随着采掘活动的进行并破坏上覆岩层，砂岩水突入矿井，造成涌水量增加，影响安全生产。

对于顶板砂岩水的防治，一般采取“先探后放”的方法。先探是指利用直流电法和音频电透视方法探测顶板砂岩含水层的富水区域和富水特征；后放是指利用疏放水钻孔对富水区进行砂岩水的疏放，降低水位，排除对工作面的威胁[7-8]。

2.2 断层水和地质体水的防治

图1 矿井防治水规划技术路线图

根据“井田首采区补勘报告”可知，首采区内构造较简单，以褶曲和断层发育为主。首采区地震勘探三维区共发现断层2 条，按断层落差划分：落差10 m ＞H≥5 m的断层1 条3DF2；落差H＜5 m 的断层1 条3DF1。另外，在首采区中部，发现2 个呈不规则椭圆形态的地质异常体，通过采掘揭露及实际探查，初步分析认为该地质体均不导水。

尽管纳林河二号矿井首采区内构造较简单，但仍应重视断层和地质体的水害防治工作，防治断层和地质体水的基础是对断层进行精细探查。当巷道掘进至断层和地质体附近时，首先采用直流电法超前探测技术对断层和地质体进行探测，初步确定断层或地质体位置，再采用钻探进行验证，精确探查其落差、倾角和水文地质性质，在对断层或地质体探查的基础上再确定巷道过断层或地质体方案。在对断层和地质体含（导）水性探查之前，需要根据相关规定编制断层和地质体含（导）水性探查设计，由矿总工程师组织审定后组织实施。

2.3 离层水的防治

通过矿井地质、水文地质条件分析，结合条件类似的矿井以往的生产工作经验，认为纳林河二号矿井有存在离层水害的可能，分析认为工作面离层水在距离切眼30 m～40 m 产生的可能性较大，因此工作面离层水的形成位置初步预计在距离机巷15 m～60 m，距离切眼30 m～40 m 的区域，具体离层水探放方案要根据现场实际情况编制探放水设计，由矿总工程师审定、通过后实施。

2.4 老（采）空水的防治

纳林河二号煤矿属整装井田，周围没有其他生产矿井或基建矿建，也没有小煤窑的存在。矿井未来采空区积水主要来自于矿井自身回采形成的采空区，对于自身采空区的防治主要包括联巷密闭墙的施工和采空区水量水压监测这2项工作。

2.5 巷道掘进工作面防治水工程

由于纳林河二号矿井3-1 煤层埋藏较深，煤层相对较厚，目前巷道掘进期间主要的充水水源为3-1 煤顶板砂岩裂隙含水层。矿井在未来巷道掘进过程中必须严格按照《矿井防治水细则》要求，坚持“有疑必探、先探后掘”的原则，采取“物探先行、钻探验证”的技术措施，做好超前探查工作。

2.6 回采工作面防治水工程

为了减少或消除回采工作面在开采过程中大量的水短时间涌入矿井给矿井正常生产与建设带来影响或超过矿井设计的排水能力而造成淹井事故，需要在人工可控条件下预先对含水层水进行疏放[9-10]。

2.6.1 地质分析与物探先行原则

在对顶板含水层空间展布规律进行沉积相地质分析的基础上，在工作面巷道开展针对顶板富水性的井下直流电法、瞬变电磁探测和音频电透探测等，寻找富水异常区，作为探放水重点区段。

2.6.2 全面覆盖原则

现阶段以均匀布孔的方式力求探放水钻孔全面覆盖工作面，考虑顶板周期性来压在60 m 左右，探放水钻场回风巷以120 m 为步距，钻孔为扇形布置。探放水钻场运输巷以50 m为步距，钻孔为直角扇形布置。预计顶板冒落导水裂缝带高度为120 m，探放水钻孔终孔位置为3-1 煤顶板以上120 m。

2.6.3 探放结合、一孔多用原则

工作面探放水孔除了可用于判断含水层富水性以外，还可以用作分段探放期间的放水孔（或观测孔）以及含水层预探放孔。

2.6.4 分层观测原则

在井田范围内，对侏罗系直罗组含水层和延安组含水层分别进行观测。在穿透延安组含水层后，先对其含水层水压、水量、水温进行观测，并采取水样进行水质化验；在穿透直罗组含水层后，对混合水进行上述4 项指标测试[11]。

2.7 防治水安全保证装备

在落实上述各具体防治水措施的同时，矿井应配备相应的硬件装备，以确保防治水工作的切实完成，具体内容如下。

2.7.1 水文地质长观孔自动观测系统

矿井施工共有4 个地面水文观测孔（3 个延安组、1 个洛河组，均布置在首采区），并设计安装地下水位自动监测系统，实现了数据的自动传输，使矿井能够及时、准确地掌握地下水位的相关水文信息。

2.7.2 水化学快速判别系统

矿井巷道掘进和3-1 煤层生产过程中，有多个含水层会威胁矿井安全，如果矿井发生突水时，必须快速判断出突水水源，因此，在未来几年规划期内建立合适的水源判别模型、快速准确地区分井下出水水源，对快速有效制定防治水方案具有重要意义[12]。

2.7.3 矿井水害预警系统

矿井需根据自身实际情况，建立矿井水害预警系统，对矿井各种水害情况进行实时监控和预警，实现自动报警、实时提醒。

2.7.4 矿井三维地质模型

根据煤炭行业现状，尽快建立矿井高精度三维地质模型、数字矿山信息系统，掌握矿井构造发育情况，为矿井水害防治提供依据。

3 矿井防治水配套措施

3.1 日常防治水工作

矿井日常水文地质工作是保证煤矿正常安全生产的一项重要技术基础工作。其基本任务包括3 项。1） 开展矿井水文地质补充调查、补充勘探和水文地质观测。2）为矿井采掘、开拓延伸提供水文地质资料或报告。3）在采掘工程中进行水害分析、预测和防探水。

3.2 防治水应急救援预案

为保证煤矿的安全生产、保证矿山应急救援工作的及时有效，必须建立一套完整的灾害应急救援系统，提高矿井抗灾救灾的能力，这也是处理矿井特别重大事故的关键。建立矿井灾害应急救援系统，其主要作用归纳为5 点。1）控制危险源。2）抢救受害人员。3）指导井下工人防护，组织工人撤离。4）帮助现场清查，消除危害后果。5）辅助事故调查，估算危害程度。

3.3 防治水制度建立、机构设置及人员配置

3.3.1 防治水制度建立

将各项工作的程序、方法、要求等，拟订成书面的规章文件。这样，实施防治水规划时，就能做到有据可依。

3.3.2 机构设置

权威的防治水机构和过硬的防治水队伍是有效防治水的基本保证，在建立防治水机构的基础上，进一步明确防治水责任制。

3.3.3 人员配置

该矿井水文地质类型为“复杂型”，必须设立专门的防治水机构，专业技术人员担任防治水机构负责人，主要职责是保证各项防治水工作顺利开展。

3.4 防治水规划实施的保证机制

实施矿井防治水规划，涉及面广、时间跨度大、要求很高，要加强组织领导和统筹协调，采取切实有效措施，确保各项任务的落实。主要包括3 个方面。1）加强规划与矿井生产规划的衔接，增强规划的可操作性。2）落实防治水配套政策。3）建立规划实施的动态调整机制，加强对规划实施的组织领导。

4 结语

综上所述，通过对纳林河二号矿井水文地质条件分析，结合未来开采3-1 煤层所面临的水害问题研究，提出相应具体的水害防治措施，在加强硬件装备配套的同时，提高矿井防治水技术的软件实力，精准落实矿井防治水规划，有效做好矿井水文地质及防治水工作。在此期间，真正构建矿井自身防治水技术力量和团队，打造水文地质结合煤矿开采全方面人才培养平台，为矿井长期安全高效生产打好基础。