煤矿断层采区承压水防治技术研究

2022-09-22祁建伟

山西化工 2022年5期

关键词：突水导水水害

祁建伟

（晋能控股煤业集团晋圣矿业投资有限公司，山西晋城 048000）

引言

目前我国所面临的煤炭开采内最关键的问题就是水防治与断层的开采。本文主要是关于某个断层的水文地质的有关特征，并把对应特征的承压水的开采计划提出来。

1 顶板砂岩水控制技术的概述

在对晋能控股煤业集团某矿3#煤进行开采时，会被断层所影响，而且自然冒落中就包含着每层的顶板，会自然疏放顶板水。因为顶板水在其是比较差的富水性，所以通常不会影响回采。可因为在该矿井不断加深的煤层，所以，在矿井作业时就会使存储顶板静水的量也不断增多，在进行挖掘时，若有富水块段被暴露出来，就会导致水害的发生，对矿井的安全产生威胁。所以，一定要对顶板水的管理和控制进行强化。

1.1 探测顶板水富水性

因为岩石不同所以地质体的构成也不同，其内的含水性会影响相应的电阻率，较低的电阻率是含水地层所拥有的物理特征，而且由于含水水平的不同对应着地层电阻率所改变的程度也不相同，因此，对电性在地面以下的地质内的分散法则进行测量的技术是电磁探测技术，继而使矿区的含水要求和其地质体的分散情况得到满足。其技术可以取得地层详细的电性参数，并且比其他的弹性探测技术要强很多[1]。

当产生采煤工作面以后，会到下巷内实施直流电法，可是音频电穿透不但要在下巷与上巷内同时实施。音频电穿透法与直流电法在地质异常体的区别是前者是能够准确分析与辨别其位置，后者是能够准确分析与辨别其垂向上，所以，如果想要获得不错的效果就要把二者相结合。

1.2 采动“三带”探测

在进行钻探时，可以使用消耗成本的总量来全面分析与判断导水裂缝带与垮落带岩层属性的手段，此钻探成本主要由下面几项构成，包含钻头更换成本、钻孔水位、消耗冲洗液的量。并和地质条件、风量与水位向结合，就能够有利于对岩层被破损的性质进行分析。通常在关闭第4 系下的套管之后就可以对钻孔进行观测了，并且以下几项就是钻孔所具有的特征：冲洗液在钻孔中的其中的一个钻孔的最深处以下变大了其消耗量，钻孔中的水位以肉眼所见的速度下降，而且此种改变走向即使是把钻孔加深可其消耗量没有发生变化，一直到把冲洗液都冲洗干净；冲洗液在钻孔中的其中一个钻孔的深度忽然不见了；冲洗钻孔的液体在顶界岩层的导水裂缝带中忽然不见。因为断层的浅层区靠近地表，所以一般使用观察方便的钻孔类型是第1 种和第2 种。因为钻孔冲洗的措施可以极易对导水量发生改变的状况进行观察，而且采取的注水法成本非常低，此方法的准确性比较高，因此，此方法是对导水裂隙带与冒落带进行探测的最根本的方法。

1.3 对顶板水进行预疏放

因为聚集的顶板砂岩水会给开采带来危险，所在未开采时，就要预疏放其顶板砂岩水，以此来把工作面回采所受的影响降低。

1）把预疏放孔钻孔至顶板中。在顶板进行钻孔，用来把预疏放顶板水，酮室的挖掘，其位置是3#煤下巷（运巷）与顶板相同的方向施工的，相邻酮室的间距是200 m，主要用作放水，并且1 个酮室会有2 个用于放水的钻孔，放水钻孔具体深度的确定依据的是顶板中富水砂岩所处的位置。疏放钻孔的布置图，如图1 所示。

图1 工作面顶板水疏放钻孔布置

2）疏水巷的实施，用于预疏放。在疏放顶板含水层时，若钻孔的成效不佳，那么就需要把疏水巷道进行修建，而且要修建在合适的位置，经过疏水巷可以把顶板的砂岩疏放，就促进了降落漏斗的产生，其漏斗是把疏水巷道作为了中点，使工作面出现的涌水量下降。本巷道垂直于与顶板含水层形成的径流相同的方向，最大程度的把顶板岩层裂隙切穿，使放水的成效最好。

按照该矿井顶板砂岩水存在富水的实际状况，若想预疏放顶板砂岩水就需要选取的方法是顶板疏放钻孔。

2 分析煤层底板高压灰岩水的带压开采技术

2.1 分析带水压开采技术

带水压开采技术流程，如图2 所示。

图2 带压开采技术流程

由于要保证带水压开采技术能够实施，以下几项工作是一定要做好的：要确定水害的最主要地区，若想要把所有岩层所具有的富水性查清楚，就需要使用以下手段，如钻探、化探、物探等。把工作面中的排水系统进行维护，检修其设备的工作做好，把预测底板的灰岩水可能发生的突水事故的工作做好，完成适时与可视地预报和预测突水事故。对应急预案进行制定，维持通讯联系与避灾线路的通畅，保证井下的所有工作人员都能接收被传递过来的关于工作面发生的事故的状况，如突水事故，而且把井下的所有工作人员从突水区域撤离出来。对管理矿井防治水日常工作台账的力度加大，关于防治水，要设立专门的部门、并把专业的探水人员及钻机配置齐全。疏干降压的概述。其实施主要是在充水含水层（不厚的灰岩含水层）。其内容主要有封口安装方法、计算疏干降压、疏干降压工程安设等。

2.2 介绍掘进巷道水文地质工作

2.2.1 介绍超前物探

当进行高水压采掘时，就要超前探查水文地质情况，其位置的后面就是工作面，这一工作情况就是超前物探，一般使用的物探措施有两种，分别是瞬变电磁技术与直流电法。当对断层进行开采时，断层被揭露的地方也许会不符合有关的数据资料，在此时要实行的工作就是超前探查，而且使用的一定是掘进头。超前物探在使用掘进头时为了对其前面的水文地质的状况不正常地方进行探查，阻止了以下因素而导致发生的突水事故，如含水结构的隐伏被揭露或被遇到。

2.2.2 介绍超前钻探

当进行带水压掘进时，就应超前钻探水文地质不正常区域，比方说老空水、向斜轴部富水区、断裂富水带，有利于防治水方法的实施。在进行探放时，要分析从地下涌出来的水的水质、测试环境的同位素，来明确来水的实际水源。若涌水量不小于200 m3，并和其水文地质进行的观测相结合，更深层次的掌握水文地质的全部参数，使共同实行观测水文地质、分析同位素和水质、物探得以实现[2]。

2.3 探明陷落柱性质和注浆封堵导水陷落柱

按照奥灰被该矿井钻探的所有资料揭示出的状况发现，段岩溶裂隙发育在峰峰组，其从上段到下段是从弱慢慢变强的。陷落柱的数量已经被该矿井中所有的工程所探明与揭示出共有112 个，尽管陷落柱突水事故在该煤田之前的开采里发生的次数不多，可是并不是不会有此事故发生。

针对地表下所存在的岩溶陷落柱，若探勘煤炭资源的水文地质所选取的措施是之前的钻探措施，就会有不小的难度，所以在未开采时，要想取得岩溶陷落柱的结构就可以选取勘探措施而且必须是新的。探查导水陷落柱的最重要的措施就是综合物探，其综合物探钻探措施是经过多层次之后形成的，而且要和水文地质所做的实验相结合，最后取得许多数据，并作为对水文地质进行全面分析的依据，进而使导都有什么构成了水陷落柱的问题得到明确。导水陷落柱综合探查技术图，如图3 所示。

图3 导水陷落柱综合探查技术

3 管理与确保水文地质

3.1 对水害监测预警系统的研究

以之前的筹备工作为基础，并和该矿井的性质相结合，为了监测煤矿的突水事故而使监测预警系统得以创建。以CAN 总线被煤矿所控制为基础，使其通信网络的框架构建起来，分布式网络系统是由地面监控中心、数据采集节点网络、传感器网络构成的。对原始数据进行采集的是井下的传感器，在采集完成之后水文数据会被数据采集站解析，然后地面监测中心接收被解析之后的信息，实现信息在地面监测中心与数据采集站之间的互换。而且地面的数据中心的主要作用是分析被采集的数据，还有历史数据的形成，并且其历史数据是可以查询和存储的，而且还有网络发布与大屏幕显示的功能也供给给中心站。对数据的实时采集，可以用于构成水文水情与突水灾害的最根本信息，对信息的维护与管理的是数据库服务器，而且经过多参数的计算、模拟、与分析，就促进了数据库服务器主要内容的产生，局域网会对其进行发布。

3.2 对矿区水文地质信息管理系统的研究

水文地质管理系统的创建由地测数据构成，而且其地测数据是非常具体的，经过对管理进行分类，就能够统计、分析与查询数据。该系统是数据分析系统，并且是智能化的，要把水文地质的突水灾害进行预测可以选取最新的更深学习算法与神经网络。其子系统会给每一级的用户提供一套工具，用于图形化；维护数据是系统所拥有的功能，能够约束子系统与子系统之间的数据；文档管理系统是被系统所供给的，文档管理系统的扩充与添加必须按照本单位的实际状况来实施。

3.3 矿井创建水源迅速判别系统和水化学实验室

经过研究与分析每个含水层的水样，有利于判别模型的创建，其创建的依据是对各个含水层的水质进行分析的成果。比方说在生产时有突水发生，就可以对其水样进行采取，以分析水质的成果为基础，来并明确突水的水源，给选取相应方法供给指导与依据；在持续改进与积累水质资料后，就会慢慢完善水质判别模式，使生产得到满足。

当建设该井田时，会有很多资料从之前与将来的生产里得到积累，所以，水源判别模型与水化学实验室的创建，对水化学信息系统的完善与研发有非常重要的意义。

3.4 水情水害、水位遥测监测监控系统

在本矿井田中，观测水文地质的孔就有6 个，并广泛分布着，若水文观测法选取之前的，就会使其工作人员的工作量提高，所以就要把自动观测系统创建起来。创建的系统与井下的水害预警系统相同，都可以归到以太网中，自动观测控制中心。水文、计算机、通信与遥感等技术可以用于水情水害、水位遥测监测系统，可以自动实现传递、采集地下水位，实时监控地下水位。遥测中心与遥测终端站构成了该系统，在观测井点上设置着终端站，并且是井上下的各个观测井点。创建的该系统能够实时了解矿区区域内以下情况的动态改变状况，包括含水层不同地下水位和矿井的不同涌水量，可以对矿井不同涌水量与水位有影响的因素进行分析，并预测两者的改变走向，可以对两者的信息更及时、精准与直观的提供出来，作为其做出准确决定的根据。