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1、 煤矿矿井防治水技术研究张颖 淮北矿业杨庄煤矿修护区安徽淮北235000摘要：煤矿容易出现的灾害分别是水害、煤尘、瓦斯、顶板灾害等，这些灾害对于煤矿开采工作会造成严重的制约。中国社会经济发展离不开煤炭资源的开采和使用，导致煤矿开采较为频繁，加大了煤矿水害的发生几率，一旦煤矿企业的防治水技术不过关，会导致水灾害面积逐渐增大，一旦在开采中发生安全事故会给煤矿企业带来巨大的人员和财产损伤，所以必须要加强煤矿防治水工作，加强煤矿防治水技术的开发研究。关键词：煤矿矿井；防治水；技术1矿井水害分类1.1老空水引发水害矿井的开采尤其是较大的矿区，开采完成后直接废弃。经过长时间的积水后，一旦相邻的矿井开采接近
2、或者直接破坏了积水水体的承重岩壁，就会使大量的水迅速涌入，这就是所谓的透水现象，且这种水体和地表水的流动形态一致。还有一些废弃不用的老窑长时间积水，也会引发类似的老空水水害，被认为是危害最大的水害。1.2岩溶水引发水害岩溶水是仅次于老空水的水害，对矿井开采的危害较为严重。大气降水中一般都含有CO2等酸性气体，在水中会形成相应的酸，煤矿的采煤层中存在大量的可溶性岩石，能够被渗透雨水中的酸性气体成分反应，可溶性的岩石被大量溶解后会在煤层下层形成空洞和暗河，在煤层上层可溶性岩石区形成岩溶陷落柱。在开采过程中连通了形成的溶洞及地下暗河或者遭遇了岩溶陷落柱，水害就会发生，这种突水事故产生的危害十分严重。
3、1.3地表水引发水害大气降水以及河流或者湖泊等地表水体，一般会通过矿井的井口直接流入，还有通过雨水冲刷溶解形成的岩溶陷落柱形成的水通道灌入，矿洞顶上地面的塌陷坑以及矿井开采形成的断层破碎带，都为地表水的灌入提供了通道。在地表水源充足的地方更易发生矿井水害事故。1.4断层水引发水害由于地质变动形成的断层破碎带，不规则的地质结构可以储存一定量的水体，也可以充当水体流动的通道。一旦和地表水、老空水连通，或者与煤层板含水层有较强的水力作用，没有保护措施的情况下开采断层破碎带时水害事故容易发生。1.5钻孔水引发水害矿井在开采过程中预留有很多钻孔，勘察时一些废弃的钻孔密封不良，有些钻孔可能会穿过含水的地质
4、层，就会与其中的水体连接在一起，密封不良的钻孔会充当水体的通道，使水灌入矿井中，形成水害。1.6孔隙或者裂隙水引发水害第三系砂砾含水层、第四系松散的岩类孔隙含水层或者流沙含水层等，在地表水不足时，作为补给源。但是如果紧邻着矿井采空的冒落地带或者断层碎落带时，水体就会沿着孔隙流入矿井引发水害事故。裂隙水体不会直接引起水害，然而煤层的顶板一般都存在导水的裂隙带，当这些裂隙连通相邻地质层的强含水时，就会通过裂隙带的导水作用将强含水层中大量的水体引流至采掘面上，发生淹没开采矿井地面的水害事故。1.7煤层承压底板强含水层引发水害随着矿井煤炭的开采，在采掘面基底上沉积相当厚的一层岩土，主要成分是碳酸盐。随
5、着开采深度的不断增加，煤层底板与含水层之间的隔水层厚度逐渐减薄，阻水岩层的厚度和抗压强度也逐渐减小。在采掘面上施加的矿压对煤层底板抗压强度的影响逐渐增大，开采致使煤层底板阻水岩层的强度不足以抗击含水层的水体压力时就会冲破隔水层，引发突水水害事故。2矿井水害的危害2.1造成生产环境恶化矿井发生水害后，巷道易出现大量积水，煤矿矿床顶板也会发生淋水现象，这样会使矿井巷道与工作面弥漫大量潮湿空气，让巷道及工作面空气难流通，对矿井安全生产十分不利，同时也会在某种程度上对矿井设备的正常运行造成影响，恶化矿井生产环境，严重危害矿工身心健康。特别是当矿井发生突水后，矿井水量严重超出自身排水能力时，这时易淹没矿
6、井部分巷道，损坏机械设备，造成矿井停产，甚至造成人员伤亡。2.2缩短设备使用年限矿井发生水灾后，会严重损坏机械设备，腐蚀井内金属设施，影响机械设备正常运行，缩短设备使用寿命，这样不但会增加机械设备的维修成本，同时也会影响设备生产效率。2.3增大矿井生产费用当矿井发生水害，尤其是矿井水害较严重时，要想保障安全生产，矿井应多应用一些排水设施，这样必然会增大矿井综合排水成本，使煤矿生产费用增大，不利于提高企业经济效益。3煤矿矿井防治水技术3.1地面防治水技术地面防水是综合防水治理技术的一种，其目的是为了将地表水、大气降水等隔绝在矿井外，以免地面水渗透到井下，造成水灾事故，它是矿井生产中非常重要的一项
7、防水措施。在矿井地表面修建相应的排水设施，并利用相应的科学技术构成一道牢固的矿井防水工作安全线。对于地面防治工作来说，先需分析和调查地表水的变化规律，结合实际情况制定相应的防水措施，如排除积水、修建水库、填塞通道及河流改道等。总的来说，可将其概括为“疏、防、排、蓄”这几大方面。“疏”指的是矿井地表水在不能及时排出时，可利用修建泄洪洞等方式来完成矿井表面积水的排除；“防”指的是在日常开采生产中，做好对潜在水灾隐患的及时分析和防治，对于将矿井范围内的容易导致滑坡等情况的地域做好加固措施，将矿井表面那些坑洞、裂缝等容易出现积水的地方进行填充压实，以免矿井地面出现严重的积水问题；“排”指的是矿区在雨水
8、高发季节，因为降雨量比较大，所以矿区内有可能出现洪水倒灌情况，进而造成严重的水灾事故，所以必须根据具体情况构建相应的排洪站及总闸，以有效应对雨水来临时倒灌情况的出现，确保井下作作业的安全和稳定；“蓄”则指的是矿区可对矿区实际情况进行有效的分析和研究，选择相应位置建立水库，这样在雨水来临时可提高蓄洪围垦，以免矿井水灾事故的发生。3.2井下防治积水技术矿井井下防水工作的作用是为了避免矿坑发生突水问题，将矿坑内水量降至最低。在实际的井下防水中首先需做的就是地质勘测和水文监测工作，并做好对水层周围积水情况及含水层距离的勘察，只有这样才能确保井下防水工作的顺利进行。且在开始进行矿井内部工作前，需先进行内
9、部探查工作，一般都是通过钻孔的探查方式，这样就可完成对地质构造的全面调查。在实际工作中，常用的井下防治水方式有下述几种。3.2.1钻孔布置在矿井实际施工之前，需对矿井内部区域地质条件进行全面勘察，对可能存在的水源做好查明与掌握，以全面充分探寻保证施工安全，同时在进行钻孔前，施工人员要做好钻孔的设计，并严格按照设计图纸进行施工，在施工过程中不能随意更改设计图纸。钻孔实施过程要进行探测的钻孔需选择一个较为稳定的位置，钻孔位置尽可能布置在巷道下面，这样可使钻孔和采空地区之间的煤壁宽度变厚。钻孔前要保证巷道和排水设备的正常运行，有效防止煤矿水灾的发生。3.2.2隔水底板的利用充分利用煤层底板与奥灰之间
10、隔水岩层所能承受的奥灰水压进行采掘活动，优化工作面布置与开采工艺，减小底板采动破坏深度。井田隔水岩层的岩性组合，既能隔水，又能阻抗强大的水压，下部的铝质泥岩和砂质泥岩等软岩具良好的隔水性能，位于中上部的石英砂岩具有较高的抗压强度，为带压开采提供了有利条件。按规程规定，在地层较完整块段突水系数可取到0.10MPa/m以下，受构造破坏区段，突水系数控制在0.06MPa/m以下。同时，对采掘活动中的局部出水，进行封闭堵塞。对已探明的有突水危险的构造带、导水断层进行注浆堵水，对有突水危险的底板，带压开采前进行底板注浆加固。3.2.3注浆堵水该项工作指的是将由黏土、砂石及水泥等材料按相应的配比拌合成混合
11、浆液，在发生水害之后，通过专门制备的浆液堵水材料经过钻孔压入到地层的裂隙和溶洞或断层破碎带之中。这种堵水方法相对简便，也能起到良好的效果。注浆堵水主要应用于成井后的壁后注浆、井筒掘凿前的预注浆、截源堵水减少矿井涌水、堵大突水点恢复被淹矿井、井巷堵水过含水层或导水断层等六种情况。注浆堵水技术主要分为出水点位置不明的注浆堵水技术和出水点位置明确的注浆堵水技术两种类型，不同类型的需采用相对应的方法与技术。在当前情况下，防治水技术已发展得较为完善，在防治水材料的选择、设备工艺的确定及相关的检测方面，都已达到了相对完善的程度。4防治煤矿井下发生水害的措施4.1完善井下水害防治基础1）矿井防治水工作要强化
12、“三专”。过去发生过的水害事故中，存在的共同问题是缺乏防治水专业技术人员，通过对国内水害事故的分析，发现防治水技术人员充足和比较充足的煤矿，井下出现防治水问题的时候，往往能给出专业、科学的解决方案，使得水害事故能得到控制和消除。煤矿防治水规定的第5条规定：煤矿必须配备防治水专业技术人员，配齐专用的探放水设备，建立专业探放水队伍。因此，各个煤矿企业要按照规定要求完善专业的防治水人员、设备以及机构，在水文地质条件极复杂的煤矿，防治水机构应该专门设立。2）建立并落实防治水各项制度。煤矿应当制定有完善的防治水各项规章、制度，防治水规章制度应当结合工作的问题随时更改完善，并落实到实际工作中，只有这样才能
13、总结和避免他人犯过的错误，保证矿井免于水害。3）要完善防治水基础工作，首先必须调查清楚矿井水文地质条件类型，由有资质单位编制相关水文地质报告，同时煤矿应及时建立水文观测系统，重点观测存在突水隐患的地段和主要含水层，观测记录这些地方各个时间、阶段的水位、水温等水文资料，一旦发现的异常变化情况，要及时组织专业技术人员进行分析和处理。4.2密切做好地下水的水情调查1）要加强隐蔽性致灾因素的调查工作。隐蔽性致灾因素是指那些在煤矿生产活动区域不能直观发现的、会给生产带来安全影响的灾害，例如井下地质构造、老窑积水、采空区含水情况、其它含水体、导水体含水状况以及瓦斯及其他有毒有害气体情况等。隐蔽性致灾因素是
14、造成煤矿井下水害事故重要因素，这其中危害最大的就是老窑积水、采空区含水，所以煤矿应加强以老窑积水、采空区含水，为重点的隐蔽性致灾因素的调查工作，在全面搜集整理、分析以往调查成果的基础上，完善相关图纸及台账，对过去各时期形成的老窑或采空积水区严格实现“三线”管理，明确标注出积水线、警戒线和探水线。2）对重点区域要重点防治。以往发生的水害事故具有一些较为明显的规律，一是含水丰富的掘进工作面，在掘进过程中极易发生水害事故；二是水害事故多发生在厚煤层中。所以煤矿防治水工作要重视这些区域的含水状况，以及水文地质情况不清楚的区域、地表塌陷严重的区域和带压开采区域等。3）要提高钻探、物探精度。在我国煤矿防治
15、水工作中，常用的技术手段主要是物探和钻探，其在防治水工作中起到了至关重要的作用。物探和钻探的精度越高，其防治水探测结果就越可靠。对于钻探来说，应尽量按照设计参数施工，有条件的矿井应采用井下探放水钻孔测井分析仪器，该仪器能够解决井下钻孔定向定位问题，同时还能观测到孔内的一些信息。对于物探来说，应严格按照操作要求作业，最大程度地减小或剔除假异常影响因素，同时应采用两种或两种以上的物探手段相互验证。对于能够确定为异常区的区域，一定要进行钻探验证。4.2做好地下水害事故的总结1）建立防治水专家人才库。在长期的防治水工作当中，有些老的技术人员积攒了丰富的宝贵经验，这些经验具有口头无法描述的特点，为了发挥
16、这些专业人才的作用，煤矿企业应该建立一个专家数据库。煤矿做防治水规划时也应该听取他们的意见，遇到事故时，这些人才也能够在应急救援以及事故调查中发挥其技术特长。2）加大水害事故处罚力度。近些年来，虽然企业对防治水工作越来越重视，制定了一套防治水管理办法，但在利益的驱使下为了不影响生产，更多更快地出煤，有时也出现以牺牲安全为代价而冒险生产的情况，为了消除这种现象必须加大对水害事故的处罚力度，一旦发现没有在确保安全的前提下冒险作业，无论是否发生水害事故都应该严惩，发生水害事故的更要加大惩罚力度，只有用重典，才能确保安全。3）要举一反三地学习典型案例。近些年来，我国煤矿的防治水技术人员的培养上出现过断层，使得煤矿的防治水技术人员中有经验的很少，造成对自己矿井防治水工作的薄弱之处也不甚了
