納林河二號(hào)礦井防治水規(guī)劃

劉毅濤 李海深 黃 浩 梁向陽 方 剛，4

（1．烏審旗蒙大礦業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017307；2．中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；3．陜西省煤礦水害防治技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710077；4．西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安710054）

納林河二號(hào)礦井位于東勝煤田納林河勘查區(qū)的西部，井田面積約180.67 km2，礦井煤炭可采儲(chǔ)量為796.38 Mt，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8.0 Mt/a，服務(wù)年限71.1 a，采用立井式開拓，綜合機(jī)械化開采。井田內(nèi)含可采煤層5 層，礦井首采3-1煤層，開采深度約580 m，煤層上覆有第四系松散含水層、白堊系洛河組含水層、侏羅系直羅組含水層和延安組含水層，根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件分析，礦井的充水通道主要為煤層開采后上覆頂板導(dǎo)水裂隙帶，其次為封閉不良鉆孔、地質(zhì)構(gòu)造等。直接充水水源為煤層上覆的侏羅系直羅組和延安組砂巖孔隙裂隙含水層水。各頂板含水層富水性極不均一，其內(nèi)部含水層水力聯(lián)系較強(qiáng)，各個(gè)富水區(qū)之間含水層水力聯(lián)系較弱，直羅組底部含水層富水性總體上強(qiáng)于延安組底部含水層，富水區(qū)水壓力和涌水量均大于延安組含水層[1-2]。

根據(jù)井田水文地質(zhì)條件及礦井在后期采掘過程中可能會(huì)面臨的水害問題，提出具有針對(duì)性的防治水工作內(nèi)容，指導(dǎo)礦井防治水工作有序進(jìn)行，有助于礦井水文地質(zhì)及防治水工作的高效開展，確保礦井安全生產(chǎn)[3-4]。

1 礦井防治水總體思路

本次防治水規(guī)劃主要針對(duì)礦井存在的水害威脅和現(xiàn)有的水文地質(zhì)問題，結(jié)合礦井目前的防治水研究現(xiàn)狀、采掘以及生產(chǎn)計(jì)劃，依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》[5]、《煤礦防治水細(xì)則》[6]及煤礦企業(yè)相關(guān)規(guī)定等，提出近年來礦井的防治水總體思路。

礦井防治水工作分為2 類，即巷道掘進(jìn)階段和工作面回采階段的防治水工作。巷道掘進(jìn)階段，堅(jiān)持“有掘必探”的原則，開展超前探放水工作。工作面回采階段，堅(jiān)持“可控疏放，消峰平谷”的原則，開展工作面采前預(yù)疏放工作。

巷道掘進(jìn)階段和工作面回采階段水文地質(zhì)條件探查相結(jié)合，采用物探和鉆探相結(jié)合，監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)相結(jié)合，井上下立體探查等方式，探查煤層及其頂板含水層富水異常區(qū)，重點(diǎn)探查2-1 煤頂板含水層以及直羅組底部含水層的水文地質(zhì)條件，3-1 煤回采的頂板破壞程度，以及首采區(qū)內(nèi)斷層和地質(zhì)異常體的含導(dǎo)水性和富水情況，進(jìn)而不斷優(yōu)化防治水技術(shù)措施。探查研究頂板“兩帶”發(fā)育規(guī)律，堅(jiān)持以“防”為主，“防治”結(jié)合，在保證礦井安全的前提下，實(shí)現(xiàn)防治水工作、工程與礦井生產(chǎn)接續(xù)和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

在日常防治水工作中，采掘工作面應(yīng)堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)”“有疑必探”“先探后掘”“先治后采”的防治水工作原則，根據(jù)礦井接續(xù)計(jì)劃，對(duì)巷道掘進(jìn)和工作面回采安排合理的防治水工程措施（圖1），具體措施解釋如下。1）以預(yù)防為主，杜絕惡性災(zāi)害發(fā)生。對(duì)突然涌水事因此首先是要避免，其次健全排水系統(tǒng)，最后要有可靠的避災(zāi)措施。2）結(jié)合水文地質(zhì)條件，重點(diǎn)富水探查異常區(qū)分布情況，堅(jiān)持先可控疏放，后漸進(jìn)回采的原則，實(shí)現(xiàn)“消峰平谷”，使頂板水平穩(wěn)泄出。3）依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》要求，有計(jì)劃、有針對(duì)性地進(jìn)行采區(qū)水文地質(zhì)條件探查和觀測(cè)工作，分析研究地下水的賦存和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為防治水工作提供技術(shù)依據(jù)。

綜上所述，根據(jù)納林河二號(hào)礦井的水文地質(zhì)條件及生產(chǎn)規(guī)劃，礦井的防治水工作應(yīng)本著近期與遠(yuǎn)期相結(jié)合，以井下為主，井上下相結(jié)合的原則。在礦井水文地質(zhì)條件補(bǔ)充勘探、煤層頂板工程地質(zhì)探測(cè)與評(píng)價(jià)、礦井涌水量評(píng)價(jià)等各項(xiàng)水文地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的特點(diǎn)，進(jìn)行針對(duì)性的開發(fā)研究。

2 礦井防治水具體措施

2.1 頂板水的防治

礦井近年來的主采煤層為3-1 煤，頂板賦存3 層含水層，尤其是直羅組底部含水層，此含水層富水性分布極為不均，富水性較強(qiáng)，是礦井開采過程中的主要水害因素之一，其他含水層富水性相對(duì)較弱，但富水性同樣存在不均一性，局部地段可能存在裂隙發(fā)育帶，富水異常區(qū)。隨著采掘活動(dòng)的進(jìn)行并破壞上覆巖層，砂巖水突入礦井，造成涌水量增加，影響安全生產(chǎn)。

對(duì)于頂板砂巖水的防治，一般采取“先探后放”的方法。先探是指利用直流電法和音頻電透視方法探測(cè)頂板砂巖含水層的富水區(qū)域和富水特征；后放是指利用疏放水鉆孔對(duì)富水區(qū)進(jìn)行砂巖水的疏放，降低水位，排除對(duì)工作面的威脅[7-8]。

2.2 斷層水和地質(zhì)體水的防治

圖1 礦井防治水規(guī)劃技術(shù)路線圖

根據(jù)“井田首采區(qū)補(bǔ)勘報(bào)告”可知，首采區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，以褶曲和斷層發(fā)育為主。首采區(qū)地震勘探三維區(qū)共發(fā)現(xiàn)斷層2 條，按斷層落差劃分：落差10 m ＞H≥5 m的斷層1 條3DF2；落差H＜5 m 的斷層1 條3DF1。另外，在首采區(qū)中部，發(fā)現(xiàn)2 個(gè)呈不規(guī)則橢圓形態(tài)的地質(zhì)異常體，通過采掘揭露及實(shí)際探查，初步分析認(rèn)為該地質(zhì)體均不導(dǎo)水。

盡管納林河二號(hào)礦井首采區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，但仍應(yīng)重視斷層和地質(zhì)體的水害防治工作，防治斷層和地質(zhì)體水的基礎(chǔ)是對(duì)斷層進(jìn)行精細(xì)探查。當(dāng)巷道掘進(jìn)至斷層和地質(zhì)體附近時(shí)，首先采用直流電法超前探測(cè)技術(shù)對(duì)斷層和地質(zhì)體進(jìn)行探測(cè)，初步確定斷層或地質(zhì)體位置，再采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，精確探查其落差、傾角和水文地質(zhì)性質(zhì)，在對(duì)斷層或地質(zhì)體探查的基礎(chǔ)上再確定巷道過斷層或地質(zhì)體方案。在對(duì)斷層和地質(zhì)體含（導(dǎo)）水性探查之前，需要根據(jù)相關(guān)規(guī)定編制斷層和地質(zhì)體含（導(dǎo)）水性探查設(shè)計(jì)，由礦總工程師組織審定后組織實(shí)施。

2.3 離層水的防治

通過礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件分析，結(jié)合條件類似的礦井以往的生產(chǎn)工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為納林河二號(hào)礦井有存在離層水害的可能，分析認(rèn)為工作面離層水在距離切眼30 m～40 m 產(chǎn)生的可能性較大，因此工作面離層水的形成位置初步預(yù)計(jì)在距離機(jī)巷15 m～60 m，距離切眼30 m～40 m 的區(qū)域，具體離層水探放方案要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況編制探放水設(shè)計(jì)，由礦總工程師審定、通過后實(shí)施。

2.4 老（采）空水的防治

納林河二號(hào)煤礦屬整裝井田，周圍沒有其他生產(chǎn)礦井或基建礦建，也沒有小煤窯的存在。礦井未來采空區(qū)積水主要來自于礦井自身回采形成的采空區(qū)，對(duì)于自身采空區(qū)的防治主要包括聯(lián)巷密閉墻的施工和采空區(qū)水量水壓監(jiān)測(cè)這2項(xiàng)工作。

2.5 巷道掘進(jìn)工作面防治水工程

由于納林河二號(hào)礦井3-1 煤層埋藏較深，煤層相對(duì)較厚，目前巷道掘進(jìn)期間主要的充水水源為3-1 煤頂板砂巖裂隙含水層。礦井在未來巷道掘進(jìn)過程中必須嚴(yán)格按照《礦井防治水細(xì)則》要求，堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘”的原則，采取“物探先行、鉆探驗(yàn)證”的技術(shù)措施，做好超前探查工作。

2.6 回采工作面防治水工程

為了減少或消除回采工作面在開采過程中大量的水短時(shí)間涌入礦井給礦井正常生產(chǎn)與建設(shè)帶來影響或超過礦井設(shè)計(jì)的排水能力而造成淹井事故，需要在人工可控條件下預(yù)先對(duì)含水層水進(jìn)行疏放[9-10]。

2.6.1 地質(zhì)分析與物探先行原則

在對(duì)頂板含水層空間展布規(guī)律進(jìn)行沉積相地質(zhì)分析的基礎(chǔ)上，在工作面巷道開展針對(duì)頂板富水性的井下直流電法、瞬變電磁探測(cè)和音頻電透探測(cè)等，尋找富水異常區(qū)，作為探放水重點(diǎn)區(qū)段。

2.6.2 全面覆蓋原則

現(xiàn)階段以均勻布孔的方式力求探放水鉆孔全面覆蓋工作面，考慮頂板周期性來壓在60 m 左右，探放水鉆場(chǎng)回風(fēng)巷以120 m 為步距，鉆孔為扇形布置。探放水鉆場(chǎng)運(yùn)輸巷以50 m為步距，鉆孔為直角扇形布置。預(yù)計(jì)頂板冒落導(dǎo)水裂縫帶高度為120 m，探放水鉆孔終孔位置為3-1 煤頂板以上120 m。

2.6.3 探放結(jié)合、一孔多用原則

工作面探放水孔除了可用于判斷含水層富水性以外，還可以用作分段探放期間的放水孔（或觀測(cè)孔）以及含水層預(yù)探放孔。

2.6.4 分層觀測(cè)原則

在井田范圍內(nèi)，對(duì)侏羅系直羅組含水層和延安組含水層分別進(jìn)行觀測(cè)。在穿透延安組含水層后，先對(duì)其含水層水壓、水量、水溫進(jìn)行觀測(cè)，并采取水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)；在穿透直羅組含水層后，對(duì)混合水進(jìn)行上述4 項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試[11]。

2.7 防治水安全保證裝備

在落實(shí)上述各具體防治水措施的同時(shí)，礦井應(yīng)配備相應(yīng)的硬件裝備，以確保防治水工作的切實(shí)完成，具體內(nèi)容如下。

2.7.1 水文地質(zhì)長(zhǎng)觀孔自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)

礦井施工共有4 個(gè)地面水文觀測(cè)孔（3 個(gè)延安組、1 個(gè)洛河組，均布置在首采區(qū)），并設(shè)計(jì)安裝地下水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸，使礦井能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握地下水位的相關(guān)水文信息。

2.7.2 水化學(xué)快速判別系統(tǒng)

礦井巷道掘進(jìn)和3-1 煤層生產(chǎn)過程中，有多個(gè)含水層會(huì)威脅礦井安全，如果礦井發(fā)生突水時(shí)，必須快速判斷出突水水源，因此，在未來幾年規(guī)劃期內(nèi)建立合適的水源判別模型、快速準(zhǔn)確地區(qū)分井下出水水源，對(duì)快速有效制定防治水方案具有重要意義[12]。

2.7.3 礦井水害預(yù)警系統(tǒng)

礦井需根據(jù)自身實(shí)際情況，建立礦井水害預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)礦井各種水害情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警、實(shí)時(shí)提醒。

2.7.4 礦井三維地質(zhì)模型

根據(jù)煤炭行業(yè)現(xiàn)狀，盡快建立礦井高精度三維地質(zhì)模型、數(shù)字礦山信息系統(tǒng)，掌握礦井構(gòu)造發(fā)育情況，為礦井水害防治提供依據(jù)。

3 礦井防治水配套措施

3.1 日常防治水工作

礦井日常水文地質(zhì)工作是保證煤礦正常安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要技術(shù)基礎(chǔ)工作。其基本任務(wù)包括3 項(xiàng)。1） 開展礦井水文地質(zhì)補(bǔ)充調(diào)查、補(bǔ)充勘探和水文地質(zhì)觀測(cè)。2）為礦井采掘、開拓延伸提供水文地質(zhì)資料或報(bào)告。3）在采掘工程中進(jìn)行水害分析、預(yù)測(cè)和防探水。

3.2 防治水應(yīng)急救援預(yù)案

為保證煤礦的安全生產(chǎn)、保證礦山應(yīng)急救援工作的及時(shí)有效，必須建立一套完整的災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)，提高礦井抗災(zāi)救災(zāi)的能力，這也是處理礦井特別重大事故的關(guān)鍵。建立礦井災(zāi)害應(yīng)急救援系統(tǒng)，其主要作用歸納為5 點(diǎn)。1）控制危險(xiǎn)源。2）搶救受害人員。3）指導(dǎo)井下工人防護(hù)，組織工人撤離。4）幫助現(xiàn)場(chǎng)清查，消除危害后果。5）輔助事故調(diào)查，估算危害程度。

3.3 防治水制度建立、機(jī)構(gòu)設(shè)置及人員配置

3.3.1 防治水制度建立

將各項(xiàng)工作的程序、方法、要求等，擬訂成書面的規(guī)章文件。這樣，實(shí)施防治水規(guī)劃時(shí)，就能做到有據(jù)可依。

3.3.2 機(jī)構(gòu)設(shè)置

權(quán)威的防治水機(jī)構(gòu)和過硬的防治水隊(duì)伍是有效防治水的基本保證，在建立防治水機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步明確防治水責(zé)任制。

3.3.3 人員配置

該礦井水文地質(zhì)類型為“復(fù)雜型”，必須設(shè)立專門的防治水機(jī)構(gòu)，專業(yè)技術(shù)人員擔(dān)任防治水機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)人，主要職責(zé)是保證各項(xiàng)防治水工作順利開展。

3.4 防治水規(guī)劃實(shí)施的保證機(jī)制

實(shí)施礦井防治水規(guī)劃，涉及面廣、時(shí)間跨度大、要求很高，要加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，采取切實(shí)有效措施，確保各項(xiàng)任務(wù)的落實(shí)。主要包括3 個(gè)方面。1）加強(qiáng)規(guī)劃與礦井生產(chǎn)規(guī)劃的銜接，增強(qiáng)規(guī)劃的可操作性。2）落實(shí)防治水配套政策。3）建立規(guī)劃實(shí)施的動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，加強(qiáng)對(duì)規(guī)劃實(shí)施的組織領(lǐng)導(dǎo)。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)納林河二號(hào)礦井水文地質(zhì)條件分析，結(jié)合未來開采3-1 煤層所面臨的水害問題研究，提出相應(yīng)具體的水害防治措施，在加強(qiáng)硬件裝備配套的同時(shí)，提高礦井防治水技術(shù)的軟件實(shí)力，精準(zhǔn)落實(shí)礦井防治水規(guī)劃，有效做好礦井水文地質(zhì)及防治水工作。在此期間，真正構(gòu)建礦井自身防治水技術(shù)力量和團(tuán)隊(duì)，打造水文地質(zhì)結(jié)合煤礦開采全方面人才培養(yǎng)平臺(tái)，為礦井長(zhǎng)期安全高效生產(chǎn)打好基礎(chǔ)。