建庄煤矿防治水管理技术体系及其应用

王 毅，张 文

(陕西煤业集团黄陵建庄矿业有限公司，陕西 延安 727300)

0 引言

煤矿水害是影响安全生产的重要威胁之一，有研究表明因管理不到位造成的矿井水害事故比例大于50%，故加强矿井防治水管理工作是安全工作的重要部分[1-2]。

随着防治水管理的受重视程度提升，煤矿防治水体系的相关研究已经从最初的“普适性”指导逐渐改变为建立具有矿井特色的防治水管理技术体系。通过查阅文献，李冲[3]提出深部矿井奧灰水害“七位一体”防治体系研究；岳修德[4]研究制定适合山西某煤炭集团老空水防治的“五分法”煤矿防治水技术体系；雷才国等[5]提出“四位一体”防治水技术措施，在四川某矿应用效果良好；任占昌[6]针对保德煤矿奥灰水防治提出的“体制建设、勘查研究、预测预报、超前防探、应急管理”防治水体系，有效控制矿井水害事故发生；冯涛[7]提出煤矿井下综合防治水体系的构建；任辰锋[8]提出构建煤矿水害“十位一体”防治技术体系理论与实践。建庄煤矿致力于矿井防治水工作实践，在探索中逐渐摸索出适合建庄煤矿的“23231”防治水管理技术体系，促进矿井防治水工作科学化发展，为相似地质条件矿井防治水工作提供借鉴。

1 矿井水害分析

1.1 建庄煤矿水文地质概况

建庄煤矿位于黄陇侏罗纪煤田黄陵矿区南部，主要开采侏罗系延安组4-2煤层，平均煤厚6.07 m，矿井核定生产能力5.00 Mt/a。井田地表为山岳地形，树枝状河流发育，沟谷处有基岩出露，大气降雨集中在7～9月。区域主要含水层为白垩系洛河组巨厚砂岩含水层，厚度大且富水性相对好，含水层在基岩出露区域接受大气降水补给，径流和排泄方向与地形倾向相近，自南向北在沟川区域排泄。

1.2 矿井水害分析

井田地表以季节性河流居多，煤层埋深较大，对矿井涌水影响很小。煤层顶板直罗组、延安组含水层厚度小，补给来源有限，富水性弱；顶板洛河组砂岩含水层一般厚度200～300 m，富水性强且接受大气降水及地表水补给，导水裂隙带波及洛河组含水层后充水强度较大，是矿井主要充水水源。

建庄煤矿为一独立聚煤凹陷，井田周边未见以往开采老窑；矿井已采区内褶皱轴部存在局部采空区积水，是威胁邻近工作面回采安全的因素之一。

综上，建庄矿井回采过程中主要受顶板洛河组砂岩含水层水及采空区积水影响，防治水工作主要围绕顶板水及采空区水开展。

2 防治水技术管理体系提出

建庄矿井生产初期设备设施配套不足，布设工作面宽度小，矿井受水害影响程度较弱，防治水技术管理相对简单且陈旧。随着矿井向新盘区采掘，已采区面积增大和新盘区的水文地质条件相对复杂，使得矿井回采受水害威胁日益严重。如不及时总结经验，调整管理手段应对各种水害威胁，必然会增加水害事故风险。

在分析相似地质条件水害类型、吸取国内水害事故经验教训的基础上，必须结合建庄矿井水害特点，建立科学、规范、程序化的防治水技术管理体系，有效降低水害事故风险。

近年来，建庄煤矿一直在防治水工作中总结探索，致力于水害防治下重资、重研究，不断探索、实践水害防治的新工艺、新技术，从技术、装备、研究等方面完善矿井防治水管理工作，力求防治水方针明确、思路清楚、技术路线科学合理、方案措施可执行性强。基于建庄矿井水文地质条件，结合大量矿井防治水经验，最终摸索总结出了一套适合建庄矿井的“23231”防治水技术管理体系。

3 防治水技术管理体系建立与实施

矿井防治水管理体系的关键在于理念与实践的紧密结合，将防治水工作条理化、程序化，易于矿井防治水管理工作开展。建庄煤矿“23231”防治水管理技术体系从区域条件探查、技术设备配备、掘进采前探查、回采监测预报等多个角度对日常防治水工作进行了细化,如图1所示。

图1 建庄煤矿“23231”防治水管理体系示意Fig.1 Schematic diagram of the “23231” water prevention and control management system in Jianzhuang Coal Mine

3.1 “两个查明”

查明矿井(盘区)水文地质条件：在以往勘探基础上，定期地质调查，更新地表河流、泉水、基岩出露、地表裂缝等地质资料；以地表区域性钻探和物探相结合的手段探查含水层水文地质条件，明确主要充水因素，分盘区开展水文补勘及“两带”探查工作，并进行含水层水文地质条件评价及富水性研究等指向性工作。

查明矿井隐蔽致灾地质因素：调查井田内外废弃老窑及井筒，明确采空区边界及积水情况；对封闭不良钻孔、褶皱及断层构造建立专门地质台账，并保持其采掘揭露情况更新；查明区域性导水构造及富水异常区，回采前进行专门探查或治理；查明其他不良地质体、煤体裂隙发育带，进行专项防隔水煤柱安全性评价。

3.2 “三个保障”

在查明矿井水害威胁情况后，从技术、装备、系统3个方面着手做好整个矿井防治水安全保障，三方面紧密结合、互相促进。

技术保障：技术人员设立以总工程师为技术负责的专门防治水机构，配备足够技术力量落实日常防治水管理工作；技术指导出现水害异常或进行专项水害探查时，邀请具备资质的单位到矿指导分析，科学优化技术措施；技术培训定期开展管理及施工人员防治水安全培训，提升水害防治意识，健全防治水管理制度。

装备保障：除配备日常排水所需设备以外，矿井还配备瞬变电磁仪、CMSI-6500全方位履带式钻机、ZDY1200S坑道钻机、ZQJC气动架柱式钻机、钻孔轨迹仪器、流速仪、注浆设备等设备及仪器，满足矿井采掘过程中水害探查、治理及水文观测的需求。

系统保障：注重软件系统建设，配合装备实现涌水量、水质、含水层水位自动监测及异常预报，为技术人员提供指导。系统保障主要包括井下涌水量监测预警系统、井上下水位监测系统、水质分析管理系统，将数据实时传输到地面供技术人员分析水情。

3.3 “掘进两个探查”

以《煤矿防治水细则》的“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”为准则，严格落实“逢掘必探”相关措施，重点对邻近老空区域、构造发育区域进行掘进超前探查，采用瞬变电磁法探查掘进超前段富水情况，结合钻探验证富水区域并进行疏放，排除异常后方可掘进，有效降低了大突水通道或裂隙涌水对掘进安全的威胁。

3.4 “回采三步走”

采前探查：分析明确矿井主要水害威胁后，采前必须开展相应探查工作，必要时进行治理。采用直流电法勘探查明顶板导水裂隙带可波及的含水层及相邻采空区富水区域，针对物探异常区施工钻孔进行探查疏放；钻孔涌水量相对较大区域需加密布设钻孔进行探查疏放，顶板探查钻孔在兼顾含水层疏放的同时，可取芯判断岩层岩性及裂隙发育情况，预防“突水溃砂”及类似灾害的发生。

采前评价：完成采前水害隐患探查后，邀请专业防治水单位分析工作面充水因素、预测工作面涌水量、评价采前防治水工作的全面性，根据面临的水害隐患，提出针对性的水害防治措施，落实“一面一策”。

回采监测：回采中做好涌水量、水位、矿压监测并进行相关性分析，做到“一班三观测”，同时进行涌水水质监测，定期取水样送检，为防治水技术人员提供更详细准确的基础数据，技术人员在分析数据的基础上，及时调整防治水措施，以及时、有效、准确地进行信息交流，保障回采防治水工作开展。

3.5 “坚持一个以疏为主的核心”

根据矿井主要水害类型确定防治水工作核心思想，指导防治水工作开展。建庄矿井主要面临采空区积水及顶板水砂岩含水层水害，“疏”是最有效且经济的水害防治措施，坚持“以疏为主”的核心开展采前顶板含水层及老空水钻探疏放、回采中工作涌水有效疏排、回采后工作面闭墙持续疏放采空区积水，达到隐患治理、安全开采的目的。

4 应用效果

建庄矿井的“23231”防治水管理技术体系初步确定于2017年，在2020年正式提出，在多年的防治水管理工作中不断实践和完善，大大促进了建庄矿井防治水管理工作发展，在细分防治水任务的基础上，防治水工作不断系统化、程序化、规范化，近4 a未发生一起水害事故，防治水管理技术体系在矿井防治水工作中应用效果良好，具体见表1。

表1 “23231”防治水管理技术体系应用效果评价Table 1 Evaluation table of application effect of “23231” water prevention and control management system

5 结语

矿井防治水技术及理论终将应用到生产实践中，防治水管路技术体系则是理论与实践的桥梁，建庄煤矿“23231”防治水管理技术体系结合矿井水害特征，将防治水工作精细划分、科学管理、规范执行，在水害隐患排查治理方面效果显著。由此可见，根据矿井水文地质条件制定适合自身的防治水管理技术体系，可以有效降低水害隐患威胁，保障矿井防治水安全。