封閉井筒大深度水位測量

【摘 要】 本文以鐵法能源公司大明煤礦為實例，研究如何較為準確的掌握停產封閉后斜井礦井涌水水位變化情況，對相鄰礦井安全開采，制定切實有效的防治水措施有重要意義。

【關鍵詞】 停產封閉 水位觀測 安全開采

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2017.10.008

大明煤礦斜井礦井停產封閉后，礦井涌水在井下采空區和巷道自然匯聚，逐漸形成封閉水體。不斷匯聚的礦井水體將對與之相鄰的曉明礦、小青礦之間隔水煤柱產生影響，對礦井安全生產造成威脅。因此，較為準確的掌握封閉后的大明礦斜井礦井涌水水位變化情況，對于相鄰礦井安全開采，制定切實有效的防治水措施，保障相鄰礦井的安全開采具有十分重要意義。

1 大明煤礦斜井涌水量組成

大明煤礦斜井停產封閉前為三個水平管理 （-35m、-120m、-410m），一個水平生產（-410m）。礦井平均涌水量210m3/h。礦井涌水主要集中在-35m水平，涌水量在160～185m3/h之間，主要為第四系含水層通過巖石孔隙、采動裂隙補給。-120m水平、-410m水平由于埋藏深，涌水量小，涌水量分別為28m3/h、10m3/h左右，主要為白堊系含水層通過巖石孔隙、采動裂隙補給。

2 觀測位置與觀測時存在的難題

2.1 觀測位置選擇

大明煤礦斜井共有井筒6個，其中回風立井2個（其余為斜井），分別為南風井和西風井。西風井井筒深度僅34m，主要為-35m水平回風。南風井井底標高為-405.8m，主要為-410m水平回風，與-410m水平井底車場連通，是礦井涌水回灌后進行水位觀測的最佳地點。

2.2 存在的難題

南風井井筒深度達477.3m，井筒內大深度測量是擺在面前首要解決的技術難題；再則南風井此時已處于封閉狀態，井內存在大量瓦斯、二氧化碳等有害氣體，出于對瓦斯資源利用的考慮，井口用井混凝土澆注封閉，井內抽放管路和折梯并未拆除，如何避開井內障礙，實現在高瓦斯環境下的安全測量是需要解決的又一技術難題。

2.3 測量方案的對比與選擇

南風井為混凝土澆注井蓋方式封閉，需要一種對井口蓋破壞不大，小巧、便捷的測量方法來滿足相對苛刻的測量條件。本著“安全、經濟、快速、準確”的測量目的，經過實地勘察，為避免井內抽放管路、折梯等障礙，決定在南風井井蓋中心施工一觀測孔，孔內下5m直徑DN100套管，套管管口焊接法蘭盤，設置擋板（封堵瓦斯），管口附近焊接一細管，細管管口連接橡膠軟管，以便瓦斯觀測。在此基礎上共設計了兩套測量方案。

2.3.1 導線電阻測量方案

該方案是利用串聯電路原理，在井筒內設置兩根電線，井口設置萬用表，當水流與電線接觸，形成閉合回路，利用水流的導電性，測其電阻。井筒深度減去電線長度即為水位高度。雖然該方案測量精度、靈敏度較高，但需要解決的難點也較多。其難點主要有：（1）雖然萬用表所用電流為弱電流，但在高瓦斯環境下能否實現安全使用。（2）南風井井筒深度達477.3m，所需電線較長，需要較大的卷線輪。（3）電線自重如何解決。

2.3.2 木砣懸垂測量方案

該方案原理為通過觀測管下放承重細線做深井通尺，利用木砣懸垂和與水面接觸時承重細線的拉力變化判斷水面位置。該方案測量精度、靈敏度較低，但貴在安全系數較高。

通過對兩種測量方案的對比，經探討研究，認為方案一不確定因素太多，無法達到安全、快速、準確測量的目的。因此，放棄了導線電阻測量方案的設計思路，選擇木砣懸垂測量方案。

3 木砣懸垂測量

通過反復試驗，設計形成了以改造法蘭、魚線、木砣、皮尺為主的水位觀測裝置。

3.1 法蘭盤改造

改造法蘭是在法蘭盤上焊接一小型定滑輪，用于固定懸吊承重細線與浮漂，通過滑輪的轉動，達到省時省力的目的。改造法蘭上呈三角形選擇3個螺絲孔焊接螺絲，便于與觀測管法蘭對接，用以固定改造法蘭，改造法蘭如圖1所示。

圖1 改造法蘭示意圖

3.2 水位觀測

（1）卸開擋板，安裝改造法蘭，將已經連接承重細線的木砣放入觀測管內。

（2）在井口地面沿改造法蘭小滑輪轉動方向10m、30m、50m位置各設置一測點標記。

（3）將承重細線置于改造法蘭小滑輪卡槽內，利用木砣自重逐漸下放魚線，每隔30m用膠帶粘貼一標記，用于計算下放長度。

（4）使木砣與水面接觸，此時承重細線的拉力將發生明顯的變化，停止下放魚線。

（5）測量觀測管外魚線長度，可計算出井內實時水位標高。

[H=L總-L1-H1]，式中，[H]為水位標高，[L總]魚線總長度，[L1]觀測管外魚線長度，[H1]為觀測管管口標高。

4 木砣懸垂測量的不足

在井筒封閉后對井下水位14次觀測過程中發現該方法存在一些問題。（1）魚線的拉伸長度。魚線主要由彈性較大的尼龍線和碳素線制成，在木砣重力的作用下，魚線的拉伸長度僅憑經驗估計。（2）易斷。由于井內抽放管路、折梯等障礙以及水面漂浮雜物的纏繞等原因，魚線在從井筒內拉出的過程中易斷。（3）放線過程中的安全問題。魚線較細，放線過程中，由于滑輪和浮漂重力等原因，放線速度較快，容易拉傷手指。

綜上所述，木砣懸垂測量解決了井筒內大深度測量的難題，實現了在高瓦斯環境下安全測量的目的，及時為相鄰礦井提供了大明斜井涌水水位變化情況，對相鄰礦井的安全生產具有重要意義，對集團公司以后封閉筒井水位觀測具有極大的參考與借鑒作用。

作者簡介

潘旭，大學本科學歷，地質工程師，現任鐵煤集團礦建公司地測科科長，從事礦井地質、設計工作。

張新成，大學本科學歷，地質工程師，現任鐵煤集團礦建公司地測科科員，從事礦井地質工作。

劉敬陶，大學本科學歷，測量工程師，現任鐵煤集團礦建公司地測科副科長，從事礦井地質、測量工作。