煤矿防治水技术应用研究

李学鑫

（冀中能源股份有限责任公司东庞矿，河北 邢台 054201）

0 引言

在煤矿生产过程中，充水问题是一种比较常见的问题。一旦煤矿充水得不到良好的治理，那么在实际进行煤矿开采生产时，很容易面临严重的涌水事故，不仅会造成较大的煤矿生产损失，还会危及煤矿工作人员的生命安全。因此有必要加强对煤矿矿井充水因素的探讨分析，并积极落实各种防治水措施，从而及时消除充水因素带来的负面影响，降低涌水安全事故的发生概率，更好地保障煤矿矿井生产安全。

1 煤矿矿井水害原因分析

常见的煤矿矿井充水原因如下：

1）大气降水。在煤矿矿区中，大气降水是一项不容忽视的充水因素，尤其是在降雨量较大的矿区，每年雨季大量降水会通过煤矿露天坑补给风化裂隙含水层；或者沿着煤矿开采的地表裂隙深入矿井内部，导致煤矿矿井面临严重充水问题。

2）地表水。在煤矿矿区分布有一些河流，这些地表水会通过透水岩层渗透进矿井内部，造成煤矿矿井充水。

3）老窖积水。在煤矿采空区或者废弃的巷道，很容易出现大量的积水。如果顶板、底板岩层裂隙较为发育，那么老窖积水很容易对矿井带来充水影响。

4）地下水。地下水也是一种比较重要的充水因素，尤其是当地下水与煤层距离比较近时，很容易成为矿井的重要充水因素，不利于矿井安全。

2 煤矿矿井充水通道

矿井充水通道是造成矿井水害的关键内容。所谓煤矿矿井充水通道，一般是指连接矿水水源与矿井工作面之间的导水通道[1]。矿井充水通道的形成主要受两种因素的影响。一种是自然因素导致。即矿井通道自然形成，没有受人为干预。还有一种是人为因素导致。即因为受人为矿井生产活动影响，意外打通了矿水水源与矿井工作面之间的导水通道。其中前者是后者的基础，而后者的出现，则会进一步加强前者的导水性。比如矿区地质岩石存在风化裂隙，这种裂隙本身便是一种天然的充水通道，如果此时伴随着采掘施工，当风化裂隙与采掘工作面相遇，那么充水水源就会顺着这些风化裂隙进入井下，形成用水事故。除此之外，伴随着煤矿开采工作的开展，必然会对岩层带来一定的扰动，此时岩层很容易出现冒落、破裂、下沉等问题，再加上受岩石体积膨胀特性影响，很容易形成垮落带、裂隙带等，这些都是典型的充水通道[2]。

3 煤矿矿井水害防治技术研究

3.1 井下常用防水技术探析

在煤矿矿井中，面对井下充水危害，还可以采用以下几种井下防水技术：

1）探放水。在实际进行煤矿开采时，如果采掘工作面接触或接近充水小窑老空区域，或者距离充水断层比较近，或者提前检测到较大的含水层水体时，一般会面临较高的矿井突水安全事故风险。为了避免这一安全事故出现，在实际进行放水治理时，需要结合实际情况，严格遵循“有疑必探，先探后掘”的原则，开展以下一系列防治水措施：首先，应探明这些水体的具体位置；随后，做好水体位置的综合评估，在此基础上，采取相应的措施，顺利将水放出。上述整个过程便是探放水防治技术，可以有效预防矿井出现充水事故。

2）留设防隔水煤（岩）柱。在矿井开采过程中，一些地段非常容易受到充水的威胁。因此为了减少这种威胁，需要结合开采实际情况，在威胁较大的地段附近留设一定宽度的煤（岩）柱。然后借助煤柱，完成矿井水的防隔。这种煤（岩）柱也称为防隔水煤（岩）柱。在实际留设防隔水煤（岩）柱的过程中，需要考虑诸多影响因素，比如被隔水源的水压大小，含水量的高低。与此同时，还应考虑到实际煤层的厚度，准确掌握巷道的尺寸，了解围岩被破坏程度。除此之外，为了保证隔水煤（岩）柱留设的合理性，还应考虑采空后顶板的冒落情况，综合上述因素，可以更好发挥隔水煤（岩）柱防水效果。

3）设置水闸门和水闸墙。在实际开展煤矿采掘过程中，为了避免发生充水事故。一般情况下，还会在井下适当地点，科学合理地设置水闸门或水闸墙。从而当发现突水安全事故时，在水闸强的格挡下，可以成功隔离巷道或封闭采区，防止充水蔓延至整个矿井。在实际设置水闸门的过程中，需要结合实际情况，考虑诸多因素。一般情况下，可以设置在涌水需要堵截的巷道内。比如可以选择将水闸墙设置在井底车场、水泵房和变电所的出入口处，还可以考虑存在突水危险地区或者相邻地区的巷道内，此外在实际进行水闸墙设置时，还需要考虑设置的位置的用途。用途不同，采用的挡水材料也会有一定的差异性，如果是临时性挡水用途，可以选择木料或者砖进行砌筑；如果是永久性挡水建筑，则需要采用钢筋混凝土材料，如此才能更好地发挥出矿井防水的效果[3]。

3.2 封闭不良钻孔防治水

在矿井之中，如果面对井下揭露的封闭不良钻孔较多的情况，一般很容易发现充水事故。因此在实际进行防治水的过程中，还需要针对不同封闭不良钻孔的出水量、水压不同，分别选择不同的防治水技术。例如当不良钻孔的出水量在50 m3/h 以内，在应用防水技术时，可以选择采用分段泄压注浆技术措施。该技术措施在实际实施过程中，需要先进行孔底注浆操作，此时浅孔会进行返水泄压，一直到浅孔返浆，再停止注浆，由此可以形成注浆填体A。待A 浆液凝固后，然后继续沿着不利钻孔区域，选择另一个不良钻孔进行注浆，同理，需要待孔返水泄压，一直到钻孔返浆。然后停止注浆，最终可以成注浆填体B。最后，以此类推，按照上步骤依次进行向上泄压注浆，直到钻孔的水压低于4 MPa 后，再直接进行钻孔注浆，可以起到良好的钻孔封闭效果。如果不良钻孔不仅水压高、涌水量也大，采用分段泄压注浆技术，浆液很容易被冲走。为解决这一问题，可以采用截水墙注浆方法。这种治水技术方法如下：在矿房外，建设2 m 厚的截水墙。要求截水墙底部及两侧嵌入基岩0.5 m。墙体的上部分，在施工时需要采用锚杆进行加固。在进行墙体施工时，要求按照30 cm×30 cm 间距绑扎Φ28 螺纹钢，完成对墙体的加固。在墙体中，还应留有9 个临时放水孔，起到临时泄压作用。待截水墙凝固达到设计抗压强度后，再进行注浆，注浆凝固后关闭临时泄水孔，可其良好的治水效果。

3.3 过水通道封堵技术

在煤矿中，如果发生突水事故导致矿井被淹。应及时对过水巷道进行封堵，推动复矿工作落实。然后，对突水通道进行封堵，从根本上完成对水害的治理。在具体实践中，如何快速完成巷道阻水墙的建立，已经是过水通道封堵技术遇到的问题。为解决这一问题，在煤矿突水治理方面，一些专家成功研制了一种保浆袋，这种保浆袋内藏组合钻具，适用于不同规格的过水通道；并以此为依据，开发出了一些新型柔性保浆袋控制性注浆工艺，可以有效治理煤矿突水水害问题。该项水害治理工艺流程如图1 所示。通过采用这种水害治理技术，能够灵活选择注浆位置，控制注浆范围，更好地保证丰富质量。保浆袋的浆液在凝结后，可以多组相互叠置，形成一个完整的阻水墙，从而对过水通道进行快速的封堵，有效提升过水通道治理水平[4]。

图1 新型柔性保浆袋控制性注浆工艺流程

4 结语

在煤矿矿井中，包含着很多的充水因素，比如自然气候降雨充水因素、以河流为代表的地表水充水因素以及采空区中的老窖水充水因素等，这些都会为煤矿开采带来一定的涌水安全隐患。因此在实际进行煤矿生产的过程中，必须要加强对充水通道的认知与了解，然后结合实际充水通道情况，采取各种充水防治措施，比如合理预测具体的涌水量，提前做好准备，还可以采取各种钻孔疏水的方式，降低充水因素带来的影响，从而避免在煤矿生产过程中发生严重的涌水事故，更好地保证煤矿开采安全。