煤礦水害事故與防治技術的研究

李志云

（同煤集團云崗礦，山西 大同 037017）

云崗礦隸屬于大同煤礦集團有限責任公司，礦山經(jīng)濟類型為國有企業(yè)。煤礦生產(chǎn)能力270萬t/a；井田面積58.3068km2；開采標高自1211.3m至837.14m。持有山西煤礦安全監(jiān)察局2017年頒發(fā)的安全生產(chǎn)許可證，批準開采煤層為侏羅系大同組8號、11-2號、12號煤層。通過由山西第三地質(zhì)工程勘察院2015年9月編制的《大同煤礦集團公司云崗礦礦井水文地質(zhì)類型劃分報告》以及生產(chǎn)實踐中的事故發(fā)生案例，井田內(nèi)水害類型較多，有地表水、老空水、基巖裂隙水、薄基巖厚松散層水等。因此，針對云崗礦的水害事故以及相應的水害特征，提出完善云崗礦的水災防治對策，非常具有現(xiàn)實意義。

1 礦井水文地質(zhì)概況與涌水量構成

1.1 礦井水文地質(zhì)概況

云崗礦井田位于十里河巖溶水子系統(tǒng)的徑流區(qū)，井田中部河流由西向東主要有十里河。根據(jù)地下水賦存空間的性質(zhì)，結合巖性組合特征，將云崗礦區(qū)內(nèi)含水層劃分為變質(zhì)巖類裂隙含水巖組、巖漿巖類裂隙含水巖組、碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組、碎屑巖類裂隙-孔隙含水巖組和松散巖類孔隙含水巖組。云崗組上段石窟段所含灰紫、紫紅色粉砂巖、泥巖具相對隔水性，但隔水性能較差。

1.2 礦井涌水量構成

根據(jù)觀測資料分析，一個水文年中，礦井涌水量的峰值一般出現(xiàn)在6、7、8、9月份，礦井涌水量的大小與大氣降水關系較密切，季節(jié)性變化較明顯，表明礦井涌水量有一部分是由大氣降水構成的。查閱2號頂板水水質(zhì)資料可以看出，開采2號煤層時，礦井涌水量主要還是以疏干含水層的水為主。后期又形成了古窯水、采空區(qū)積水，進行對比可以看出，此時2號煤層頂板水與采空區(qū)積水主要指標相近，表明此時礦井排水已有一部分是周邊匯集過來的采空區(qū)積水，1982年307盤區(qū)4#煤眼西，2號煤層頂板水主要指標與水文孔水質(zhì)指標仍然相差不大，表明礦井排水還有含水層的水，即此時疏干排水既有含水層的水，也有采空區(qū)積水。1989年3號煤層301盤區(qū)5121巷采的水樣為采空區(qū)積水，2012年中央泵房采的水樣也是采空區(qū)積水，表明此時礦井排水主要以周邊匯集的采空區(qū)積水為主。2008年施工的4個水文孔含水層的水與采空區(qū)積水相近，說明含水層中水也是由礦井排出的采空區(qū)積水補給的。以上礦井水與古窯水唯一不同的是pH值多呈弱堿性，是因為不屬于古窯水的采空區(qū)積水處于流動狀態(tài)。開采初期，礦井涌水量主要由含水層中的水構成，另有一部分是大氣降水；隨著采掘延伸，礦井涌水量既有含水層的水也有周邊匯集的采空區(qū)的積水；后期則除了有一部分大氣降水，礦井排放的主要是周邊匯集的采空區(qū)積水。

2 井下水災事故分析

本礦從1973年投產(chǎn)到2017年底，在44年的開采過程中，共發(fā)生7次較大規(guī)模的突水事故，詳見表1，從表中可以明顯看出，1980年以前突水發(fā)生在開采2號煤層時的頂板裂隙水，突水量相對比較小，產(chǎn)生的危害也小。1980年以后，隨著采掘向深部延伸，采空區(qū)積水是煤礦安全生產(chǎn)最大的隱患。

鑒于本礦以往曾經(jīng)發(fā)生的采空區(qū)積水透水事故，云崗礦十分重視煤礦防治水工作，依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，建立了云崗礦礦井防治水制度、組織機構，成立了云崗礦水害隱患治理領導小組，組建了專門的探放水作業(yè)隊伍，各部門領導有明確的防治水工作職責。依據(jù)本礦實際水文地質(zhì)條件，制定了水害防治技術管理制度綜合防治措施。

表1 云崗礦井下突水情況表

3 云崗礦水災防治措施的研究

3.1 地面防治水措施

（1）查清十里河及附近地面水流情況，建立疏水、防水和排水系統(tǒng)；

（2）防洪工作領導小組每年雨季前組織相關部門對井口、工業(yè)廣場附近的防洪措施、建筑物全面檢查；

（3）每年雨季前對井田范圍內(nèi)的小窯井口、地表裂縫、塌陷進行調(diào)查，并將其填繪在井上下對照圖上，并組織安排人員對可能向井下灌水的小窯井口、地面裂縫及時進行充填。

3.2 井下防治水措施

（1）與各相鄰礦井的分界處必須留設防水煤柱，嚴禁超出各種防隔水煤柱進行采掘活動；

（2）針對井田內(nèi)及周邊小煤窯多、越層越界開采嚴重、采空破壞范圍不清的情況，在采掘之前必須利用各種手段探明井田內(nèi)及周邊關停老窯、小窯和相鄰生產(chǎn)礦井的水文地質(zhì)情況；

（3）宣傳防水工作的重要性，增強職工水災防患意識，培訓職工掌握各種突水征兆；

（4）有積水的巷道必須配備足夠能力及足夠數(shù)量的排水設備，并作好維護工作，保持其完好，確保其隨時能正常運行。

3.3 頂板離層水害治理技術及效果

通過對云崗礦8818工作面煤層頂板上覆砂巖和泥巖特定的組合結構研究分析，在回采過程中煤層頂板產(chǎn)生離層空間并充水，隨著老頂垮落，出現(xiàn)周期性突水的特點，根據(jù)隔水層的厚度，判別離層水害發(fā)生位置，采取“超前打鉆、周期放水”的防治措施，起到“削峰平谷”作用，其離層水形成示意圖如圖1所示。

圖1 云崗礦8818工作面離層水形成示意圖

3.4 定向鉆探技術的應用

2015年開始先后將定向鉆應用于云崗礦8816、8818工作面的沖刷探測，81005工作面薄煤層煤厚探測，2621運輸巷超前探測，21011兩巷邊界煤柱的超前探測，8401、8402、8415工作面上覆采空區(qū)中部及房采區(qū)探放水等工程，為工作面合理布置、安全掘進提供了有利依據(jù)，特別是8401、8402、8415工作面上覆房采區(qū)探放水工程中施工的30個鉆孔均1次貫通，疏放水效果明顯。定向鉆進技術的應用，在云崗礦地質(zhì)、水害防治保安工作中發(fā)揮了較大的作用。

3.5 高效旋流技術的應用

云崗礦污水處理廠在2016年引進高效旋流技術，將直流混凝、臨界絮凝、離心分離、動態(tài)過濾、污泥濃縮工藝技術有機地集成為一體，在同一罐體內(nèi)快速完成對井下污水的多級凈化，占地面積小，處理效果好，操作簡便，自動化程度，每天可增加污水處理量10000m3。

4 總結

云崗礦作為年產(chǎn)270萬t/a的大型礦井，從全面分析云崗礦歷年發(fā)生的水害事故原因入手，分析了云崗礦水文地質(zhì)特征，確定了主要水害類型。利用循環(huán)經(jīng)濟理念，運用新技術、新工藝、新裝備等綜合水害防治手段，提高了礦井防水災事故的可靠性，其應用效果良好。