復雜水文地質條件下的工作面防治水措施研究

胡 強

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

復雜水文地質條件下的工作面防治水措施研究

胡 強

(山西省煤炭地質水文勘查研究院，山西 太原 030006)

結合工程實例，分析了礦井工作面的充水來源和充水通道形式，探討了井下防水方案的設計要點，從組建防治水管理部門、編制突水應急方案、完善水文地質監測體系等方面提出了具體措施，為礦井水災害的防治提供參考。

礦井，工作面，防水措施，水文地質

0 引言

章村煤礦地處河南安陽地區，井田總面積約10 km2，礦井主采煤層為2號煤，煤層下部廣泛存在寒武系灰巖與石炭系灰巖，均為富含水層。其中石炭系灰巖為工作面直接充水層，寒武系灰巖為工作面間接充水層。鑒于章村礦內地質構造發育較為完善且對含水地層形成切割，使得井下工作面同下部含水層存在緊密的水力聯系，雖鄰近礦井長期以來降水措施具備一定積極影響，但煤層底板寒灰水位持續居高，屬于易突水煤層。整個寒灰水地層在礦區內呈現西高東低的分布態勢，使得礦區水文地質條件極為復雜，其中尤以位于高水位區域的1102工作面的防治水任務最為艱巨，因此展開針對性的防治水措施研究極為必要。

1 工作面水文地質概述

章村礦1102工作面地處2號煤首采區西翼，緊鄰采區軌道上山與井田邊界，工作面埋深500 m，走向全長1 300 m，傾斜寬度110 m，整個工作面煤炭可采量近63萬t。

1.1 工作面充水來源分析

工作面充水來源主要有5個：1)頂板砂巖裂隙水。2號煤層上部砂巖裂隙含水為回采工作面的頂板直接充水層，整個含水層裂隙多為風化裂隙，發育較不完善，單位涌水量為0.01 L/(s·m)～0.025 L/(s·m)，滲透系數為0.013～0.045，含水多為靜儲量水。該層的充水方式主要為早期巷道掘進時的頂板淋水與回采時的頂板垮落淋水，補給量不足；2)底板灰巖裂隙水與寒灰水。灰巖裂隙水為2號煤回采時的底板直接充水層，不過受限于自身巖層厚度，含水空間有限且地表露頭僅呈條狀出露，使得其補水來源相對較少，整體呈現中等富含水性。其單位涌水量0.621 L/(s·m)，滲透系數為0.32。寒灰水為2號煤的間接充水層，層厚可達40 m，具有富水性高、厚度大、滲透性強等特點，是1102工作面回采的主要威脅；3)小煤窯老空水。章村煤礦作為傳統煤炭產區，過去周邊存有數量眾多的小煤窯，這些小煤窯的肆意開采使得井田老空積水現象嚴重，對工作面的正常回采造成了嚴重威脅；4)地質鉆孔水。1102工作面回采范圍內存有多個地質鉆孔，其中多個地質鉆孔存在封孔質量不清的現象，可能對回采作業造成影響；5)斷裂構造水。根據地質勘測顯示平行相距工作面回風巷70 m處存在大型正斷層，斷層落差為15 m，鑒于落差較大有可能同上下部地層含水層存在水力聯系，從而威脅回采作業。

1.2 充水通道分析

1102工作面主要的充水通道形式有三種：1)地質構造。1102工作面周邊地層中存有斷裂構造，在回采作業的影響下存在誘發構造突水的可能性；2)采動裂隙。煤層回采后，上部巖層在自重及圍巖應力的作用下必然會出現斷裂、垮落，從而形成采動裂隙，為上部砂巖裂隙水的滲入提供了便利；3)地質鉆孔。由于1102工作面回采范圍內存在多個鉆孔且鉆孔封孔質量不清，若質量欠佳則其可能成為底板承壓水的涌出通道造成突水。

2 防水設計與工作面防水措施分析

2.1 井下防治水設計

充分考慮到1102工作面水文地質條件的復雜性，為保障整個回采過程的安全、有效，盡可能規避突水事故的出現，通過總結以往經驗提出綜合性的防治水設計。一是采用多種物探方法相結合的方法對工作面高水位區域及底板富水區進行提前勘探，查明其結構，以便為后續作業提供指導；二是根據物探結果對富水區域進行注漿截流與圍巖加固，將含水層轉變為隔水層，從而降低工作面發生突水事故的概率；三是進一步完善原有排水系統，增強工作面排水能力，實現對頂板淋水與底板涌水的有效控制。

物探作業：1)坑探。坑探亦被稱之為無線電波透視技術，其結合相應的軟件一起使用，能夠實現對地質結構的高效、精準測量，同時其設備還具備操作便捷、維護簡單等諸多優點；2)音頻穿透。這種方法多用于工作面下部富水區位置及注漿作業效果的檢測。借助音頻穿透技術，能夠有效探明工作面下部100 m范圍內的區域；3)高分辨電磁法。這種方法多用來對采煤中的陷落柱、破碎帶以及隱伏斷層進行探測，通過對其探測數據及音頻穿透數據的對比，可為最佳注漿方案的制定提供有效指導。

注漿：對底板含水層進行注漿截流與加固。充分結合物探獲得的數據對工作面底板的隔水層厚度進行詳實計算，對底板中受構造影響而破壞嚴重的區域取其突水臨界值為0.6 kg/(cm2·m)，安全隔水層厚60 m。鑒于2號煤下部寒武系灰巖層與其相隔45 m，因此確定其注漿厚度必須在15 m以上。最終經過反復商討，確定采用整體普遍改造，局部重點加固的注漿設計方案，方案中注漿深度分為兩層，整個采面共布設30個鉆孔，鉆探施工量總計4 500 m。

2.2 工作面防治水措施

1)組建專門的防治水管理部門。

鑒于章村礦1102工作面水文地質條件的復雜性，礦井管理層專門成立了1102工作面防治水領導小組，由礦井總工擔任組長，生產安全礦長擔任副組長，從全礦抽調技術骨干擔任組員，并對小組內各人的職責進行了明確的劃分，最大力度的消除突水隱患，確保工作面作業的順利開展。

2)編制針對性的突水應急方案。

結合1102工作面實際地質狀況，在制定回采作業流程的同時制定具有針對性的突水事故應急救援方案并組織工作面作業人員開展避災演練。以便保證所有人員能夠在災害發生時以最快的速度選擇正確的避災路線，最大程度保護人們的生命安全。

3)合理設計過鉆孔措施。

鑒于1102工作面回采范圍內存有多個地質鉆孔，為確保回采作業的安全，應在距地質鉆孔20 m處開始布設鉆孔，對地質鉆孔的具體位置及水文特性進行探明，在確定不存在任何水害威脅時方可繼續回采推進。

4)完善工作面水文地質監測體系。

在1102工作面回采作業的同時水文地質技術員應當定期深入回采作業現場對工作面的水文地質資料收集并增強對及時獲得的數據進行分析匯總，以便為水害防治提供參考。除此之外，回采隊伍的帶班技術人員應當時刻關注工作面的水情變化，尤其是在工作面初采初放或周期來壓時，一旦發現存在水情異常現象應當立即上報有關負責部門，謹防因漏報、慢報而釀成悲劇。

3 結語

通過對礦井水災害的產生原因和危害進行分析，以礦井水來源分為地表水和地下水為起點對礦區水文地質進行探測，然后采用相應技術和措施對礦井水涌入量控制。礦井工作面水害不僅影響企業生產效益，而且對國家煤炭資源造成浪費和破壞，加強礦井水治理，是礦井必須關注也必須執行的工序環節。結合礦區水文地質條件，針對性的分析復雜水文地質條件下工作面突水的原因，并通過總結以往經驗教訓對礦井工作突水的防治提出綜合性治理措施，對于改善工作面環境，保障煤礦日常生產的安全高效開展意義重大。

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[3] 牛建華,王江偉.復雜水文地質條件下采面防治水技術研究[J].陜西煤炭,2014(6):26-28.

[4] 張建中,李張鵬.復雜水文地質條件下工作面防治水工程及采前安全性評價[J].知識經濟,2012(23):129.

[5] 牛建華.水文地質條件復雜礦井防治水技術研究[J].陜西煤炭,2013(6):89-91.

Study on working face water-proofing measures under complicated hydrogeological conditions

Hu Qiang

(ShanxiAcademyofCoalHydrogeologySurvey,Taiyuan030006,China)

Combining with engineering examples,the paper analyzes water filling sources and water filling channel forms of mine working face,explores mine water-proofing scheme design points,and puts forward specific measures including organizing water-preventing administration department,compiling water inrush emergency scheme and improving hydrogeological monitoring system,so as to provide some guidance for preventing mine hydrology disasters.

mine,working face,water-proofing measures,hydrogeology

2015-10-12

胡 強(1984- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)36-0066-02

TU761.11 < class="emphasis_bold">文獻標識碼：A

A