水層下采煤的防水問題探討

王雙銀

摘 要：采煤防水是每個煤礦面臨的共性問題。做好采煤防水是搞好采煤安全的重要問題之一，同時有利于保護水資源，把采煤對水資源的影響降到最低程度。只有了解水層下采煤防水的特性，才能根據本礦情況，做好相應采煤防水的措施，達到知彼知己，預防為主的相應策略。

關鍵詞：采煤；防水；措施

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）23-0174-01

所謂水層下采煤，指的是在開采煤層上方的地表水層下采煤，煤礦采煤防水問題是一個常見性的問題。由于地下開采引起的巖層移動與變形可能改變水層和開采空間之間水力聯系的程度，弱的水力聯系增加了礦井的排水費用，強的水力聯系有可能使開采影響范圍的地表水和地下水及泥砂突然潰入井下，給礦井安全生產帶來威脅。

1 水層下采煤防水的基本方法

目前，世界各國為了減少采煤對地質環境造成嚴重的破壞，大多數采用保水采煤作業以控制因采煤帶來水利資源破壞，把采煤帶來環境影響減少到最低程度。保水采煤要求導水裂縫帶高度不波及地表及淺部含水層，使水體不向礦井泄漏。目前，大多數煤礦依舊采用條帶法、房柱法和充填法采煤，通過保留部分煤柱或充填采空區，降低導水裂縫帶高度，從而保護上面的含水層（體）。也可以采取疏降轉移開采區域的水體，等地層移動變形穩定、采動裂縫閉合后，再允許水體流回的方法。煤礦管理中在防水要求預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采。

水層下采煤必須采取適當的措施，保證開采過程中不發生災害性的透水、潰砂事故，避免因礦井用水量突然增大而嚴重惡化井下作業環境。水層下開采需要清楚地了解水層的類型、煤巖的隔水性能和開采空間與水層之間可能的水力聯系。

2 水層下的采煤方式

①頂水采煤：對水層基本不處理，直接在水層下方采煤，水層與煤層之間保留一定厚度或垂高的安全煤巖柱。適用于水量大、補給充足、水層距開采煤層較遠的條件。

②疏水采煤：利用排水系統，開掘疏水巷道或鉆孔，疏降上部水層，再在水層下方采煤。

③頂疏結合采煤：在受多種水層或多層含水層水層威脅的條件下采煤時，對于遠離煤層，其間距大于導水斷裂帶高度的水層，采用頂水采煤；對于位于煤層直接頂之上或離煤層距離較近，其間距在垮落帶和導水斷裂帶范圍內的水層，采用疏水采煤。綜上可知，頂水和疏水取決于水層與煤層的間距和水層的類型。

④堵截水源與疏水采煤：采用粘結性材料注入含水層的孔洞中，形成地下擋水帷幕，切斷水的補給通道，然后疏水采煤。適用條件為：含水層厚度較小、補給通道集中、水文地質條件清楚，具備可靠隔水邊界的砂巖或石灰巖巖溶含水層中。

3 采煤防水安全措施

3.1 雨季期間的大氣降水及地表水

大氣降水對地面建筑、機電設備及供電系統的影響；以大氣降水形式使地表水過高造成井口進水，為雨季“三防”工作的重點。

防治措施：及時查清礦區及其附近地面水流系統的匯水、滲漏情況，疏水能力和有關水利工程等情況；了解當地水庫、水電站大壩、江河大堤、河道、河道中障礙物等情況；掌握當地歷年降水量和最高洪水位資料，建立疏水、防水和排水系統。礦井井口和工業場地內建筑物的標高應當高于當地歷年最高洪水位。當礦井井口附近或者塌陷區內外的地表水體可能潰入井下時，應當采取安全防范措施。在地表容易積水的地點，應當修筑溝渠，排泄積水。特別是低洼地點不能修筑溝渠排水的，應當填平壓實。如果低洼地帶范圍太大無法填平時，應當采取水泵或者建排洪站專門排水，防止低洼地帶積水滲入井下。當礦井受到河流、山洪威脅時，應當修筑堤壩和泄洪渠，防止洪水侵入。對于排到地面的礦井水，應當妥善處理，避免再滲入井下。漏水的溝渠和河床應當及時堵漏或者改道。地面裂縫和塌陷地點應當及時填塞，并制定相應的安全措施。嚴禁將矸石、爐灰、垃圾等雜物堆放在山洪、河流可能沖刷到的地段，以免沖到工業場地和建筑物附近或者淤塞河道、溝渠。對于正在使用的鉆孔，應當按照規定安裝孔口蓋。對于報廢的鉆孔，應當及時封孔，防止地表水或含水層的水流入井下。觀測孔、注漿孔、電纜孔、與井下或者含水層相通的鉆孔，其孔口管應當高出當地最高洪水位。

3.2 含水層水

施工的巷道大多面臨著砂巖含水層水的影響，在巷道掘進時，可能出現滴水、淋水、涌水現象。其具體安全技術措施有：①首先試探開采，可簡單總結為：先遠后近（水層），先厚后薄（隔水層），先簡單后復雜（地質條件），先較深后較淺（煤層）的原則。

②分區隔離開采，如在采區四周均設防水隔離煤柱、在繞道和石門內設永久性的防水閘門。

③全部充填法開采、部分開采和分層間歇開采，降低覆巖破壞高度。

④堅持有疑必探，先探后采的原則，如掘進工作面遇到以下四種情形：一是接近溶洞、含水豐富的含水層時，二是接近可能與河流、湖泊、蓄水池等相通的含水層時，三是接近被淹井巷、老空區時、打開隔離煤柱放水時等情況必須探水前進，四是在巷道掘進前采用物探探測頂、底板砂巖水，并針對性地采取鉆探疏放，大巷的排水溝及時跟進至迎頭，完善掘進工作面排水系統，保證排水能力滿足要求，并加強日常維護。對于井底主水倉的外水倉可能受基巖風化帶及松散層水的威脅，在該區域施工前，應進行超前探測，采用疏、堵、排等措施，在確保排除水害威脅后方可繼續施工。

⑤正確設計防水隔離煤柱，水層下采煤時，除了要合理確定與開采上限有關的防水、防砂和防塌安全煤巖柱外，還要合理確定礦井之間和采區間的防隔水煤柱以及斷層和陷落柱防隔水煤柱。

3.3 斷裂構造和陷落柱導水

①斷裂構造的影響影響區域，還可能受其他伴生走向小斷層及裂隙的發育與其他含水層發生水力聯系而出現涌水、突水，影響井巷的正常施工，是本區施工中主要水害隱患，也是本年度礦井防治水工作的重點。

②陷落柱的影響。斷裂構造及其破碎帶和陷落柱一般是地下水的良好通道，甚至是地下水源的富集區，是礦井水害的主要類型。

主要治理措施：嚴格堅持“有掘必探、先探后掘”原則進行超前探放水，采取物探先行，鉆探驗證的方法進行探測，以查明斷列構造或隱伏巖溶陷落柱的發育情況、空間分布形態，及其富水性、導水性。在接近以上斷層發育區域施工前，制定專門的過斷層超前探放水或注漿堵水等設計與安全措施。加強巷道支護及頂板管理，根據需要采取注漿加固等措施，排水系統及時跟進，并加強日常維護。

當井下巷道穿過與河流、湖泊、溶洞、含水層等存在水力聯系的導水斷層、裂隙（帶）、陷落柱等構造時，應當探水前進。如果前方有水，應當超前預注漿封堵加固，必要時可預先構筑防水閘門或者采取其他防治水措施。否則不準施工。穿過含水層段的井巷，應當按照防水的要求進行壁后注漿處理。

3.4 太灰、奧灰巖溶承壓水害防治措施

當在受承壓水威脅區域進行采掘活動時，必須進行承壓采掘安全評價，制定相應的安全防治措施。例如，在遭遇底板太灰、奧灰巖溶承壓水的威脅時，進行采掘進活動前應當遵守下列規定：

①采取疏水降壓的方法，把承壓含水層的水頭值降到隔水層能允許的安全水頭值以下，并制定安全措施。總結適合礦區（井）的安全水頭值，指導安全生產。礦井排水考慮與礦區供水、生態環境保護相結合，推廣應用礦井排水、供水、生態環保三位一體優化結合的管理模式和方法。

②承壓含水層的集中補給邊界已經基本查清情況下，可以預先進行帷幕注漿，截斷水源，然后疏水降壓采掘。

③當承壓含水層的補給水源充沛，不具備疏水降壓和帷幕注漿的條件時，可以酌情采用局部注漿加固底板隔水層和改造含水層為弱含水層的方法，但應當制定專門的設計及專門防止淹井的措施。

參考文獻：

[1] 徐波，張曉華，馮磊.千米井筒綜合治水研究與應用[J].煤礦現代化，2013，（S1）.

[2] 王鵬龍，李輝.煤礦井下水災事故的預防及控制[J].山東煤炭科技，2010，（6）.