深部礦井區域超前防治水技術研究

劉海哲

【摘 要】在當前礦井安全生產的過程中，劃分礦井水文地質類型是非常關鍵和重要的保障工作。針對深埋礦井水文地質條件復雜、防治水任務重的問題，結合實際生產礦井，對礦井含水層、隔水層、充水通道等水文地質條件進行分析，并提出了可行的防治水措施。

【關鍵詞】深埋礦井；水文地質；防治水

引言

礦井水文地質類型是礦井防治水方案制訂、中長期發展規劃、礦井改擴建和技術改造的基礎依據。礦井的開采環境會在開采過程中發生明顯變化，地質、水文地質條件更趨復雜化，礦井受水害威脅加大，防治水形勢嚴峻。原來的礦井水文地質類型結果可能難以滿足礦井防治水工作的需要。隨著中國礦業水文地質研究的逐漸深入，施工單位及研究人員對該部分研究越來越重視，本文就該部分內容進行了闡述。

1區域超前防治水技術路線

1.1區域超前防治水工序

對于礦井區域防治水的工序一般都是采用先在地面進行區域物探，并通過鉆探驗證物探異常區，對于異常區采區注漿的方式來加強巷道頂底板的強度，并進行相應的效果檢驗，來驗證注漿效果是否有效。在礦井掘進和回采過程中，應當按照物探—鉆探—注漿—檢驗的工序，保證安全后，再進行掘進和回采，避免發生突水事故。

1.2區域防治水技術目標

對于區域超前防治水的技術目標主要有以下幾點：對于礦井生產中的斷層、導水裂隙帶進行嚴格注漿封孔，提高礦井的防水強度；煤層底板進行注漿加固后其突水系數Ts<0.1MPa/m；采掘過程中遇到突水工作面應當禁止采掘；對于礦井回采中超前注漿量應當大于總工量的百分之七十。

2生產情況及受水害威脅概況

2.1礦井受水害威脅程度

在相對封閉的水文地質區域之中，地下徑流較為緩慢，各含水層富水性相對較強，同時補給條件也相對較好，這是導致發生涌水問題的重要原因。由于受到采動的影響，在開采過程中，在礦壓、導水構造以及水壓等因素共同作用下，下伏高壓奧灰水對開采安全會構成相對大的威脅。礦井自身的排水能力完全可以達到排水要求。不過，因為煤礦所處的環境較為復雜，而且在開采深度逐步增加的情況下，底板隔水層會承受越來越大的水壓，會導致煤礦面臨的突水危害也進一步加大，防治水工作也面臨更大的困難。

2.2礦井水害特征

礦井各含水層擁有的富水性相對較強，補給條件也相對較好，這是發生涌水的重要原因。由于奧灰層擁有相對較強的富水性，而且該層靜儲水數量相對較多，導致了底板要承受較大的水壓，這是煤礦開采過程中所存在的重要水害隱患。

3巷道掘進過程中防治水技術及對策

為有效防止直接揭露導水構造以及其他水體，避免出現較為嚴重的突水問題，進行掘進作業之前，需要全面開展探查工作，以了解具體的導水構造情況，這樣才能在掘進過程中確保做好防治水工作。在探查時期，應當堅持“逢掘必探”和“先探后掘”的探查原則。在探查過程中，首先使用物探進行初步勘察工作，然后利用鉆探對物探結果加以驗證。這樣綜合性的探查模式，能夠確保探查結果更為準確。

3.1超前探測

進行掘進作業之前，應先通過綜合物探設備對掘進方向前方含有導水構造以及其他水體全面開展探查工作，明確存在地質異常的部位。由于開展物探作業過程中所得到的探測結果具有多解性，所以在開展超前探測的過程中，要采取直流電探測方法、瞬變電磁探測法以及音頻電穿透視探測法等不同的物探手段，以便對物探結果有效印證，這樣便能夠確保探測結果更為準確。結合以往多次物探經驗來看，這樣相互印證的探測方法適合該煤礦地質物探工作，能得到準確的探測結果。

3.2鉆探驗證

若是物探之后得到異常位置，則需要通過施工鉆孔進行進一步驗證。在對物探結果進行驗證時，鉆取的鉆孔數量最少2個，通常鉆孔的角度和水平方向保持在10～20°之間，鉆孔探查的距離值應當超過30m，最后依照物探結果和掘進巷道具體位置情況合理地設置鉆孔位置。

3.3無線電波坑透技術

無線電波坑透技術是依據電磁波在含煤地層中的傳播分為水平和垂直層理兩個方向，水平層理方向屬于均勻介質，垂直層理方向屬于非均勻介質。由于巷道基本都處于同一煤層中，因此，可以在巷道中采用無線電波坑透技術來判定突水危險區。探測方法一般采用定點法，主要過程為將發射機固定在巷道一側，而接收機在巷道另一側不同點接收場強值的方法。

3.4音頻率電透視技術

根據礦井頂、底板巖層巖性不同，導致人工電場所形成的規律也各不相同。而音頻率電透技術正是利用了巖層性質不同所形成電廠規律不同的這一現象，來探測地質異常。

3.5鉆進注漿加固技術

井下鉆孔注漿加固技術是區域超前防治水最主要的方式，其依據鉆孔對巷道底板進行疏水降壓，并進行注漿加固。一般對巷道底板可能出現的涌水通道進行注漿加固，根據注漿擴散半徑來判定區域超鉆孔的距離和注漿的深度。對于巷道出現斷層等構造或者由于底板破碎等出現導水裂隙帶應當進行注漿加固，避免受采動影響導致工作面涌水。

3.5.1鉆孔參數

工作面鉆孔采用螺桿馬達定向鉆進，鉆進時螺桿馬達利用傳動軸動帶動鉆頭底部向巖層底板鉆進，可實時調整轉動的方向角，從而保證對鉆孔的方向進行準確的控制。通過調整轉孔的參數來反映鉆孔的狀態與異常情況，而參數主要由泵壓、泵量、給進壓力、起拔壓力構成，根據參數調整來確定最佳的鉆孔效果。

3.6構建防排水工程

煤開采過程中，會受到不同類型的承壓水威脅，而不同類型的承壓水防治措施存在一定差異，需按照危險性分區結果采取不同的防治水措施。因此，為確保礦井整體防治水工作順利推進，應對礦井防排水系統進行科學、合理設計。一方面，礦井排水能力應足夠滿足排水的需要；另一方面，礦井防治水方案中的分區隔離、排水方式等內容應與開拓方案相適宜，在開拓方案基礎上，設計相應的防排水工程。

3.7采掘面超前探測

超前探測對于掌握開采區域水文地質條件有重要意義。礦井地質勘探中對于潛在的突水通道勘測不全面，因此，采掘面施工通過綜合的超前探測手段以掌握更加詳細的水文地質資料。通過超前探測措施，獲取導水構造、砂巖富水性、上覆隔水層厚度等資料，并根據實際情況制訂合理的開采和防治水方案。

3.8留設防隔水煤柱

留設保護煤柱是一種最有效的防范措施。根據礦井實際條件，確定合理的保護煤柱寬度，可以將水源隔離在采煤空間之外。避免了煤炭資源的浪費。

結語

（1）分析了區域超前防治水適用條件，對礦井不同的突水系數采用不同的區域超前防治水的技術措施，并分析了礦井區域超前防治水的技術工序，設定其防治目標，保證礦井回采超前注漿量應當大于總工量的百分之七十。（2）介紹了音頻率電透視技術、無線電波坑透技術、鉆進注漿加固技術對礦井區域超前防治水的技術措施，并分析了鉆孔參數技術條件，注漿參數等，并對防治效果進行檢驗，結果表明，通過防治措施有效的調高了底板的抗突水能力。

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（作者單位：冀中能源峰峰集團新屯礦）