霍臨礦井水害綜合防治技術(shù)

摘要：該文以霍臨礦井為例，闡述了水文地質(zhì)條件復(fù)雜礦井，如何采取科學(xué)、合理的措施，有效地防治礦井水患，保證礦井的安全建設(shè)和安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：礦井 防治水 措施

中圖分類號： TD52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-02

霍臨煤礦系深部帶壓開采、水文地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)實踐中，通過對井田地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)、礦井水害、帶壓采掘活動進(jìn)行綜合分析，針對不同水害，科學(xué)、合理地制定并實施了防治水措施，保證了礦井的安全建設(shè)和安全生產(chǎn)，為同類條件下礦井防治水提供了寶貴經(jīng)驗。

1 礦井概況

霍臨井田的北部以天南正斷層為界，東北部、南部、東部、西部與相鄰礦井為界，面積60 km2。霍臨井田儲量豐富，煤層賦存穩(wěn)定，傾角平緩，開采條件優(yōu)越，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為6.00 mt/a，礦井服務(wù)年限60年。其中主采煤層為3#煤層，為特低硫、低磷、高發(fā)熱量、中灰、不粘結(jié)的貧煤，埋深平均為500 m左右。

2 區(qū)域地形地貌和地質(zhì)構(gòu)造

井田內(nèi)南部為丘陵地貌，發(fā)育有2、30 m的沖溝，大部分為黃土覆蓋。中北部地勢較為平坦，但也有少量沖溝，南部為丘陵地帶，西部屬盆地，由黃土丘陵和低山組成。

本區(qū)大地構(gòu)造位置處在我國華北地區(qū)東部新華夏構(gòu)造體系第三隆起帶。霍臨井田北部東西走向的邊界斷層為逆斷層，是本區(qū)塊的一級構(gòu)造；在井田內(nèi)分別發(fā)育著南北走向的11條斷層，是井田內(nèi)的次級構(gòu)造，多為逆斷層。三維地震精查中井田內(nèi)目前共發(fā)現(xiàn)陷落柱21個，直徑大于和等于15 m的陷落柱有6個。

3 區(qū)域水文地質(zhì)條件分析

3.1 地表水及水害分析

區(qū)內(nèi)主要河流是章清河，屬海河水系，年逕流量8.35×102 m3。章清河、大氣降水、溝渠、坑塘等水源可通過井口、采動冒落帶、巖溶地面塌陷或熔洞、斷層帶及煤層頂?shù)装宸忾]不良的舊鉆孔充水和導(dǎo)水進(jìn)入礦井。

3.2 礦井主要含水層及水害分析

（1）奧灰峰峰組含水層k1、水位678 m，水質(zhì)為硫酸鉀鈉型，本井田分布不均、發(fā)育情況視構(gòu)造而定。全井田為帶壓開采，從計算分析知道，含水層距3#煤較遠(yuǎn)（奧灰約130 m、太灰約90 m），在完整地層的條件下，含水層水不可能鼓破底板而發(fā)生突水，但不排除其通過構(gòu)造體、陷落柱或封閉不良鉆孔等垂向?qū)ǖ烙咳氲V坑而造成水害。（2）上石炭統(tǒng)太原組含水層。（3）二疊系下統(tǒng)山西組 k6—k7、k8砂巖含水層，以中、細(xì)粒砂巖為主，距煤層為60 m，其富水性較弱，水量有限，其中k7、k8為3煤直接充水含水層，3#煤回采過程中可以對其采取疏降，對安全生產(chǎn)不會造成威脅。（4）二疊系下統(tǒng)上、下石盒子組含水層k9—k10，巖性為中、細(xì)砂巖含水層，厚4～10.43/7.22 m，富水性弱，水質(zhì)為碳酸鉀鈉型，在導(dǎo)水裂隙發(fā)育在范圍內(nèi)，開采時可能成為3煤的充水含層。（5）基巖風(fēng)化帶、第四系含水層，由于上部隔水層的存在，使基巖風(fēng)化帶含水層（Ⅳ）、第四系孔隙含水層組（X）與二疊系下統(tǒng)上下石盒子組含水層組（Ⅷ）無補給關(guān)系，一般情況下對3#煤回采不會造成影響。

3.3 礦井的涌水量

采用地下水動學(xué)法計算3#煤的直接充水含水層和間接含水層的涌水量，礦井的正常涌水量為460 m3/h，最大涌水量為600 m3/h，礦井設(shè)計的排水量按該數(shù)設(shè)計，但沒有考慮到奧灰突水的情況。

4 礦井水害防治與處理

4.1 水害防治管理措施

（1）建立了防治水管理體系，健全了相應(yīng)的機構(gòu)、制度，充實了專業(yè)技術(shù)人員。（2）做好了礦井水文地質(zhì)工作，編制了中長期防治水規(guī)劃和年度防治水計劃并嚴(yán)格組織實施。（3）做好了采區(qū)工作面的水文地質(zhì)勘探工作，查明了霍臨礦井涌水水源為奧陶系灰?guī)r水、3號煤層頂板砂巖水、采空區(qū)積水、鉆孔水、地表水，經(jīng)調(diào)查和勘察井田內(nèi)沒有老窯和老窯積水；礦井充水通道為構(gòu)造斷裂帶、冒落裂隙帶、含水層露頭區(qū)、3號煤層底板巖層采動破壞帶、封閉不良的鉆孔、導(dǎo)水陷落柱和地表塌陷。（4）對出水地點和地段進(jìn)行水溫、水量、水質(zhì)監(jiān)測，特別是強降雨后要求對井下涌水進(jìn)行觀測，加強地質(zhì)、水文地質(zhì)觀測及資料收集、編錄工作，并進(jìn)行全面分析研究，及時提供地質(zhì)及水文地質(zhì)預(yù)報，做到超前預(yù)測，防患于未然。（5）每年雨季前對防治水工作進(jìn)行全面檢查，每月進(jìn)行一次防治水隱患排查。定期對礦井排系統(tǒng)進(jìn)行檢修，每年要組織一次聯(lián)合試運轉(zhuǎn)測試，檢查各排水設(shè)備的效率和運轉(zhuǎn)情況，保證礦井排水系統(tǒng)、排水能力、主排水設(shè)備運轉(zhuǎn)符合安全規(guī)程要求。（6）建立了水災(zāi)事故應(yīng)急救援預(yù)案，按規(guī)定進(jìn)行演練。要求井下所有生產(chǎn)人員一旦發(fā)現(xiàn)水害征兆要及時向礦調(diào)度室匯報，礦調(diào)度室接到匯報后要迅速按《霍臨煤礦災(zāi)害預(yù)防與處理計劃》中的要求啟動《霍臨煤礦水災(zāi)救災(zāi)應(yīng)急預(yù)案》，根據(jù)預(yù)案要求通知相關(guān)機構(gòu)進(jìn)行水災(zāi)救援。要求井下作業(yè)人員熟悉自己的避災(zāi)路線，一旦發(fā)生突水事故，要有組織地沿安全的避災(zāi)路線進(jìn)行撤離。（7）為預(yù)防和有效指導(dǎo)霍臨礦建設(shè)和生產(chǎn)期間的防治水工作，減少突水引起的重大災(zāi)難事故，針對不同的水害采取了不同方式的防治技術(shù)措施。

4.2 地表水防治技術(shù)措施

地面防治水是礦井防治水中的第一道防線，主要是“雨季三防”，采取的主要措施有：（1）井口和工業(yè)場地內(nèi)建筑物的高程高于歷年最高洪水位。（2）在沖溝間修建防洪壩，壩內(nèi)開挖沉淀池，對匯流而下的洪水進(jìn)行攔截并沉淀。（3）對陶新河河床進(jìn)行清淤，修筑防洪堤壩。（4）雨季到來前，組織相關(guān)部門對水泵、水管、閘閥、排水用的配電設(shè)備和輸電線路，全面檢修一次，聯(lián)合排水試驗一次，并對水倉、沉淀池和水溝進(jìn)行清理，場地內(nèi)排水溝進(jìn)行清理，疏通排水渠道。（5）每年雨季成立防水辦公室，作好防水工程計劃的落實、注意七項預(yù)報信息、加強值班。（6）大的降雨后對地面各項工業(yè)、民用建筑進(jìn)行檢查；負(fù)責(zé)進(jìn)行地面塌陷區(qū)調(diào)查，對可能向井下滲水的塌陷區(qū)要進(jìn)行填平夯實或圍堤設(shè)水泵排水。（7）每次降雨時和降雨后，派專人檢查井田范圍內(nèi)及附近地表有無裂縫和采空陷落等現(xiàn)象，對地面一些低洼不平處進(jìn)行填平或挖設(shè)排水溝，保證地面積水能及時排出。

4.3 井下水害防治技術(shù)措施

4.3.1 奧灰水防治

（1）奧灰水防治的重點放在構(gòu)造的探測上，采區(qū)設(shè)計前要進(jìn)行三維地震勘探，查明5 m以上的斷層和直徑大于20 m的陷落柱；工作面回采前要進(jìn)行無線電波透視工作，查明3 m以上的斷層和直徑大于10 m的陷落柱，同時對查明的地質(zhì)構(gòu)造要用鉆探或物探方法進(jìn)行含水性評價，確認(rèn)無突水危險后方可進(jìn)行生產(chǎn)，盡量避免采掘工程直接揭露導(dǎo)水構(gòu)造而引發(fā)惡性突水事故的發(fā)生。（2）對于含水構(gòu)造（大型斷層、陷落柱）或無法確定是否導(dǎo)水的構(gòu)造，要留設(shè)防隔水煤柱，防隔水煤柱不得小于20 m。（3）對于采區(qū)應(yīng)留設(shè)采區(qū)間的防隔水煤柱，防隔水煤柱不得小于40 m，防止一個采區(qū)發(fā)生突水事故而波及到另一個采區(qū)。（4）采區(qū)排水系統(tǒng)、礦井主排水系統(tǒng)必須定期檢修、維護(hù)，始終處于完好狀態(tài)，以應(yīng)付突水事故發(fā)生，保障安全；同時應(yīng)根據(jù)礦井涌水量的變化情況調(diào)節(jié)排水系統(tǒng)。

4.3.2 號煤層頂板砂巖水防治

工作面回采前，地測科根據(jù)工作面的水文地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，預(yù)測工作面正常涌水量及最大涌水量，生產(chǎn)隊組需根據(jù)預(yù)測的最大涌水量配置排水設(shè)施，保證頂板來水能及時排出；另外對易積水地段，如向斜軸部、下山掘進(jìn)巷道，要提前組織探放水工作，以降低采掘過程中的來水量。

4.3.3 采空區(qū)積水防治

（1）地測科對已形成的采空區(qū)以及廢棄的巷道進(jìn)行嚴(yán)格排查，將可能形成的積水區(qū)域標(biāo)于充水性圖上，同時還應(yīng)標(biāo)注積水量及積水水位標(biāo)高，在實際施工中根據(jù)不同的積水情況采取相應(yīng)的措施進(jìn)行治理。（2）下分層巷道掘進(jìn)時，當(dāng)掘至距上分層采空區(qū)積水區(qū)邊界30 m時，即安排打鉆探放水，采取邊探邊掘的措施，以保證巷道施工的順利進(jìn)行。（3）當(dāng)其他采掘工程需穿越廢棄的空巷和采空區(qū)時，均要先進(jìn)行探放水后方可穿越空巷和采空區(qū)。

4.3.4 鉆孔水防治

摸清楚全井田范圍內(nèi)的鉆孔分布情況，對封閉不良的鉆孔建立專門的臺帳。當(dāng)采掘工程接近鉆孔時，地測科下通知單，相關(guān)隊組密切關(guān)注有無突水征兆；當(dāng)采掘工程接近封閉不量鉆孔時，地測科安排探放水，確認(rèn)無突水危險后方可繼續(xù)施工。

4.3.5 構(gòu)造導(dǎo)水防治

對礦井奧灰承壓區(qū)進(jìn)行三維地震勘探，查明隱伏的陷落柱和斷層，對三維地震勘探已查明的斷層、陷落柱用地面瞬變電磁法查明其含水性。并制定巷道過斷層、陷落柱的專項安全技術(shù)防水措施；對落差大于30 m有可能溝通深部水的斷層或?qū)萋渲仨毎匆?guī)程留設(shè)防水煤柱，嚴(yán)禁采掘巷道進(jìn)入防水煤柱。

4.3.6 立井井筒施工防治水技術(shù)

霍臨煤礦主、副、風(fēng)井均為立井，采用凍結(jié)法通過表土段和風(fēng)化基巖帶含水層；井筒設(shè)計雙層混凝土井壁結(jié)構(gòu)，壁間設(shè)計有防水薄膜，套完內(nèi)壁后采取壁間注漿；通過二疊系下統(tǒng)山西組k6—k7、k8砂巖含水層時，涌水量較大，采用工作面預(yù)注漿；井筒施工完畢后進(jìn)行了壁后注漿，封堵集中出水點，使井筒漏水量降到1 m3/h以下。

4.3.7 采掘過程防治水技術(shù)

霍臨礦為帶壓開采，巷道掘進(jìn)也為帶壓作業(yè)，堅持“預(yù)測預(yù)報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的防治水原則，采掘工作面遇到出水征照必須采取各種措施探水。將電法、瞬變電磁技術(shù)應(yīng)用于超前物探，作為日常防治水的重要內(nèi)容，在水文地質(zhì)異常地段，如斷裂富水帶，實施超前鉆探。E1301首采工作面頂板二疊系下統(tǒng)山西組k7、k8砂巖含水層，進(jìn)行了探放水施工，有效降低了開采過程中的頂板涌水量，為煤層開采創(chuàng)造了安全條件。

5 加強霍臨礦井防治水工作的主要對策

全面分析霍臨礦井防治水工作現(xiàn)狀，為有效防治水害，提出如下對策。

（1）對于采掘過程中異常出水情況，決不能疏忽大意，要分析出水源及出水通道；當(dāng)無法分辨出突水水源時，取水樣送水質(zhì)化驗單位進(jìn)行化驗，采取相應(yīng)的防治水措施。（2）建立奧灰水觀測系統(tǒng)，在線監(jiān)測奧灰水水位、水壓，對防突水起到預(yù)警作用。（3）堅持生產(chǎn)和科研相結(jié)合，與科研院所合作深入開展帶壓開采的課題研究，制定出更為安全、合理的帶壓開采方案，以確保礦井安全生產(chǎn)的正常進(jìn)行。（4）積極探索本礦井的水害預(yù)防、治理、救援技術(shù)及防治理論。（5）全面規(guī)劃、統(tǒng)籌考慮防治水和礦井的采掘安排及長遠(yuǎn)發(fā)展，實行規(guī)范化、科學(xué)化管理。

礦井水災(zāi)作為煤礦開采的五大災(zāi)害之一，給煤礦的安全生產(chǎn)帶來了極大的危害，消除礦井水害，實現(xiàn)安全生產(chǎn)，是煤礦安全管理人員面臨的艱巨任務(wù)。安全管理人員要掌握礦井防治水理論知識，認(rèn)真貫徹、執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》、《煤礦防治水規(guī)定》，理論結(jié)合實踐，切實創(chuàng)新、提高礦井水害防治技術(shù)，有效防治礦井水患。

參考文獻(xiàn)

[1]煤礦安全規(guī)程.

[2]煤礦防治水規(guī)定.

[3]霍臨礦井精查地質(zhì)報告.

[4]霍臨礦井水文地質(zhì)類型劃分報告.