柴里煤礦水害現狀及防治技術

文/徐永和

山東能源棗礦集團柴里煤礦作為我國第一對厚含水沖積層下開采厚煤層的試驗礦井，隨著礦井服務年限的不斷延長，采空區面積不斷增加，受特殊地質構造的影響，老空區內的頂板砂巖水、防滅火注漿水無法自然流出，造成了老空區內積水。柴里煤礦克服采空區點多面廣等重重困難，通過引進新技術、新工藝，拓展隱患排查治理途徑，有效治理了老空區積水、井筒滲涌水等礦井隱患，保障了礦井的安全生產，為今后防治水工作順利開展積累了寶貴的經驗。

一、礦井水文自動監測系統強化水文數據監控

隨著煤礦開采年限延長，礦井受老空區積水、斷層水等水害威脅的程度逐漸加大，需要正常觀測的水文項目也不斷增多，如采用人工測量，測量精度低，實效性差，不能及時發現各項水文要素出現的異常，導致搶險應急救援滯后，不能有效防止災害發生。為進一步完善礦井安全監測監控系統，全面做好礦井井上、下水文地質工作，柴里煤礦積極引入新技術、新設備，安設了先進的礦井水文自動監測系統，強化水文數據監控，確保了礦井生產安全。

該系統分為井下與地面兩部分，井下部分實現了礦井涌水量、水倉水位、擋水墻水壓的實時監測，通過監測能夠及時發現局部采區涌水量及水倉水位變化情況，有效指導各級水倉泵房合理配置排水系統，確保涌水及時排出。擋水墻水壓實時監測能實時掌握擋水墻內水壓情況，為解除采區隔離工程安全實施提供強有力的數據保障。

地面部分包括降雨量實時自動監測、地面塌陷積水區水位無線遙測、水文長觀孔水位遙測等。地面系統能實時收集降雨量數據監測地面塌陷區積水水位異常，以及各水文長觀孔水位異常情況，對執行災害性天氣緊急撤人避險制度提供可靠的數據保障。

當井下發生水災事故時，能夠及時采用井下生產電話、KJ236入井人員定位系統（編碼器）、井下手機短信群發系統（小靈通）、井下語音廣播、KXH127水位報警儀等五種通訊方式實現井下全方位報警，確保所有井下工作人員及時收到報警信息并撤離。

二、壁后注漿治理井筒滲涌水

1.出水水源分析

井筒是井工煤礦的咽喉要道,在煤礦安全生產中起著舉足輕重的作用。受第四系潛水、地表水位上升的影響，主井井壁位于井口平臺下9.5m處的西側出現一處出水點，由井壁接茬處260mm長的橫向裂隙向外涌水，涌水量達6m3/h，超過了《煤礦安全規程》規定。同時，在北副井井壁深20m～72m范圍內，有近20處不同程度的滲涌水點，水量較大的有5處，分別位于井口平臺下 21.5m、23.4m、24.3m、37.5m、71.4m 的位置；4處位于井壁東側和南側，1處位于井壁西南側；其中3處目測涌水量約1m3/h，合計總涌水量約5～6m3/h，有逐漸增大的趨勢，經過分析出水水源為第四系砂層水。

2.治理方案及實施過程

井壁滲涌水的不斷增加，將加速罐梁的損壞以及對井壁的破壞程度，使井底淤煤增加。同時，井筒內金屬構件、提升鋼絲繩在淋水的作用下會很快銹蝕，電纜的安全性能也會下降，直接威脅到主井和北副井的提升及礦井的安全生產。依據此情況，柴里煤礦及時召開主井、北副井井壁滲涌水治理專題工作會議，實地勘察和測量、分析現場滲涌水情況及井壁破裂地段生產地質條件，研究分析井壁破裂的原因和機理，通過多套井壁治理方案的比較，根據注漿工藝要求，確定采用地面對第四系砂礫松散層及風化基巖帷幕注漿的治理方案，增加井壁厚度以有效提高井壁的承載能力。

選用注漿材料為工期短、可注性強、漿液穩定性好、堵水效果好的單液水泥漿作為注漿堵水材料，其組成為水泥、水及速凝劑。每次注漿前均進行壓水試驗，持續時間不少于15分鐘，依據壓水試驗資料，計算注漿層段單位吸水量和吸水率，并據此選擇漿液初始配方。

根據GBJ213-90《礦山井巷施工及驗收規范》，結合以往注漿施工經驗，在確保井壁安全的前提下，確定本次注漿壓力為1～3MPa，注漿期間，注漿壓力可根據實際情況作適當調整，以確保井壁安全及注漿堵水效果。

按照治理方案，鉆孔施工個數、注漿、封孔質量均達到設計要求，主井井口至下15m范圍內85%以上已干燥無涌水現象，原涌水點得到了有效控制；北副井井壁20～72m范圍內無涌水現象，滲水也大大減弱，有三處略有微滲，達到了預期的治理效果，通過3個多月的觀察，治理效果良好。

三、反向壓漿封閉工藝在井下封閉不具備啟封條件的地面鉆孔

在礦井建設初期，因供水、供漿、供電以及防滅火需要，自地面向井下施工了大量鉆孔。雖然大部分鉆孔在廢棄時進行了啟封，但仍有部分鉆孔由于工廠范圍擴張，被電廠主廠房、主辦公樓、西注漿站等建筑物覆蓋，導致這些鉆孔從地面已不存在找孔封閉的可能。當鉆孔管壁出現嚴重銹蝕，管壁穿孔、脫落等情況下，極易造成第四系含水層水通過鉆孔向井下潰水，成為危及礦井安全的重大安全隱患。為此，柴里煤礦組織精干技術力量，積極開展了井下封閉不具備啟封條件的地面鉆孔的技術研究，確定采用反向壓漿封閉工藝。

該工藝包括如下步驟：a.掃孔；b.安裝深部注漿管；c.安裝、固定淺部注漿管及孔口塞；d.淺注漿，利用淺部注漿管淺注封閉鉆孔下部，高度為3m，凝固72小時；e.深注漿，利用深部注漿管注漿封閉鉆孔，高度為70m。如-80孔位于柴里煤礦一水平東翼井底車場附近，鉆孔治理前常年滲涌水，不但破壞了巷道的穩固性，且排水耗電較大。采用井下封閉技術治理后巷道干燥，防止了巷道被水侵蝕，切斷了地表水及含水層與井下的水力聯系。治理效果圖如下：

此外，針對礦井老空區分布范圍廣，頭多面廣難于管理，老硐老巷眾多，分層開采導致的空間關系復雜，極易造成巷道及采空區低洼積水等實際，礦井還通過認真分析各采區、工作面的地質構造、巷道連通關系等資料，將礦井按照采區進行劃分，對存在發生潰水威脅的區域，制定防治水隔離方案和措施，在314材聯、350溜聯、332材聯、西大巷1＃通道等地點施工擋水墻，在袁堂井九采區3煤層與小槽煤之間的軌道運輸聯絡巷安裝施工防水閘門，做到超前預防，對可能發生潰水的區域建立擋水門（墻）進行隔離。一旦該區域發生潰水，擋水門（墻）能有效阻斷潰水的漫延，減少或杜絕對其他區域的影響，將事故危害程度降到最低。