帶壓開采防治水技術研究

（山西煤炭運銷集團陽泉有限公司 山西 045000）

引言

我國地質構造復雜，煤礦中各種災害事故頻發，其中水害是危害最大的災害之一。據統計，我國已探明儲量中，約有27%的煤層會受到水害的影響，其中僅華北地區就有160億噸煤存在水害災害。同時，隨著開采深度的增加、開采規模的增大，除了正常水害之外，高承壓水的危害也越來越嚴重。為了減少水害事故的發生，加強防治水工作，該礦對3#煤層開采過程中所采取的水害防治技術進行了總結，積累了水害防治的寶貴經驗。

1.井田及水文地質條件

該礦地質結構復雜，3#煤層煤質松軟，煤層中存在不同類型的斷層，且夾矸比較嚴重，有比較明顯的礦壓現象。煤系基底為奧陶系灰巖，含水量差異很大，涌水量區間為0.0045～18.4L/（s·m），含水層屬于弱富水性和強富水性之間，隔水層平均厚度為130m，煤層底板帶壓1～4.8MPa，底板突水的可能性較大。

3#煤層存在的水文地質問題主要有兩個，其一是該煤層頂板存在含水層，但是這并不會嚴重威脅到該煤層的開采，只不過開采過后，可能會由于采動影響使得頂板出現裂隙進而出現涌水；其二是3#煤層底板奧陶系灰巖中含水量較大，從而使得整個煤層開采過程都處于高水壓狀態，但是一般情況下突水事故并不會出現。由于地質結構復雜，存在斷層、陷落柱等地質構造，因此在這些部位突水現象較為頻繁。

2.前期物探及抽放水試驗

(1)陷落柱（斷層）的探查

鑒于3#煤層復雜的地質構造，因此為了做好防治水工作，首先要對斷層（見圖1）、陷落柱（見圖2）等進行探測，探測方法有物探、鉆探和化探。探測過程中，首先根據井田的構造情況，對斷層、陷落柱的重點分布區域進行預測。然后，在地面使用三維地震方法對大于20m的陷落柱進行探測，在井下通過坑透方法進行探測，這兩種方法的探測效果分別可達50%和80%以上。確定陷落柱分布區域后，分別在地面上使用瞬變電磁法和井下采用、音頻電穿透法和直流電對含水情況進行探測。當確定陷落柱確實具有富水狀況時，需要通過鉆探技術對其進行驗證，一經確認，必須對其進行注漿處理。如若鉆探結果表明不富含水，為了減少采動對其的影響，必須進行相關檢測，預報突水情況。

圖1 斷層示意圖

圖2 陷落柱示意圖

(2)抽放水試驗

通過對各盤區打鉆來進行抽防水試驗，其目的是在于探測含水層的富水性。試驗過程中布置了A1～A7共7個鉆孔來進行地下水的動態觀察。A1鉆孔位于工業廣場，A2、A3鉆孔分別位于六、八盤區，A4、A5鉆孔位于一、二盤區，A6、A7鉆孔位于四、五盤區。鉆孔鉆進方式為變口徑鉆進，鉆孔抽防水過程中，要求所有鉆孔終孔都位于奧陶系上段下部。對于有條件的鉆孔，應該通過一個主鉆孔來抽水，多個鉆孔配合水位監測。鉆孔完成后，要進行放水試驗，試驗要求水流量為最大放水流量。

3.防治水措施

傳統的地下水防治一般都是簡單排水和堵漏，而現階段逐漸發展為預先疏干和帷幕注漿。經過多年的研究和應用，一套綜合的防治水系統得到的完善，包括疏、堵、躲、防四個板塊，防治水系統的存在有效地減少了礦井水害的發生，保證了煤礦的安全開采。

(1)注漿加固

注漿加固的目的是防止底板突水，分為堵水注漿和加固注漿兩大類。堵水注漿在于提高介質的整體抗滲透能力，而加固注漿是為了提高底板強度和穩定性。注漿材料的選擇一般依據地層的滲透性，而地層的滲透性能與裂隙寬度、滲透系數以及顆粒粒徑等參數有關。注漿層為峰峰組灰巖，注漿完畢后隔水層厚度從其頂面開始計算。

①巷道過斷層注漿方案

通過地質分析、物探技術以及超前探水技術分析得出，當掘進工作面附近有富水區域時，采掘過程中會有嚴重的突水危險，從而對安全生產造成威脅。該煤層采用注漿方案中，所用的注漿材料為水泥-水玻璃，加固范圍為斷層帶前后距離均為35m的范圍內。注漿時布設8個鉆孔，鉆孔夾角為45°，注漿深度為8m，預注漿地方為掘進面迎頭位置。當施工過程中出現跑漿現象時，應當及時采用水泥-水玻璃雙液漿進行加固，加固位置為斷層帶前后分別為25m的范圍。如若部分區域沒達到封堵效果時，對于出水點位置可以采用局部注漿這些區域的頂板、底板以及幫部來進行加固，從而消除水涌出，達到封堵目的。

②工作面過斷層注漿方案

有些突水地段對采煤工作面的回采會造成嚴重威脅，對于這些區域，應該選擇如下注漿方案：通過在斷層帶附近鉆取鉆孔，進而用水泥-水玻璃來進行注漿，進而達到封堵目的。如果施工過程發生跑漿時，應當及時用水泥-水玻璃雙液漿進行封堵加固，加固范圍為斷層帶前后方25m的范圍內。為了減少采動對鉆孔的影響，對工作面或者巷道中的陷落柱進行封堵加固時，應當在3#煤層底板下面20m處進行施工。封堵完成后，應該對鉆孔質量進行檢查，認定合格后，方可進行采掘工作。其中，以上封堵所用的施工工藝、施工設備、以及其他參數等均應該按照設計要求進行。

(2)斷層防水煤柱留設

斷層既是地質構造中較為復雜的構造，同時也是含水層導水的重要通道。通過探測技術，對斷層進行探測分析，對于有良好導水性但是不能有效加固的斷層，應當通過預留防水煤柱的方式來進行防水。防水煤柱的寬度對底板的突水性有較大影響，底板臨界水壓力隨著寬度的增大而增大，煤柱留設的越寬，底板隔水層承壓能力越強，因而底板越不易發生突水事故。

4.結語

突水事故作為煤礦生產的主要事故之一，因此水害防治是煤礦開采的主要技術問題。本文對3#煤層的防治水進行了系統的分析總結，所用防治水技術有對陷落柱的探測、抽放水措施注漿加固等。同時也對3#煤層所用的陷落柱、斷層等特殊地質構造的防水技術進行了介紹。此外，對于注漿等技術不能滿足安全要求的斷層，進行了預留防水煤柱的措施。除了以上技術措施外，水害防治還應當注重管理的因素，各級領導以及員工都應該樹立安全第一的生產理念，保障礦井的安全生產。