煤礦綜采工作面防治水技術研究

王棟 徐國棟 魏本亮

（濟寧市能源綜合執法支隊 山東濟寧 272000）

1 煤礦綜采工作簡述

綜采煤礦全稱煤礦綜合機械化采煤工作面。綜采過程包括破煤、裝煤、輸煤、采煤支護、廢渣處理5個環節。在這5個環節中，煤礦工作人員都是必須做的，同時，地下作業意味著非常高的風險。如果煤礦突發事故，不僅會中斷正在進行的煤炭開采工程，而且特別容易給工人帶來生命危險的威脅。因此，在綜采中，綜采的機械化、自動化程度直接影響到煤礦企業的經濟效益和企業形象。

2 綜采工作面水的來源

2.1 涌水與涌水量

在煤礦生產過程中，不同水體進入礦井表面的過程稱為礦泉水噴發。單位時間進入開挖板的水量稱為進水量，單位為“m3/h”或“m3/min”。可根據綜采立面的進水口和排水高度選擇排水泵。

2.2 綜采工作面水的來源

2.2.1 地面水

綜采作業面在抽取位于河流、湖泊、水池等地表水滲透區的煤層時，地表水可以通過層狀裂縫流向礦井表面。

2.2.2 地下水

當來自地下礫巖、一層流沙或一層石灰巖的孔隙水、裂隙水或溶洞水通過裂隙與工作面相通時，流入工作面。

2.2.3 斷水層

斷層、非碳柱和相鄰的巖石相對破碎，很容易與地表水和地下水含水層相通并傳播到工作表面。

2.2.4 老空積水

廢棄的老空水多屬于過去的礦井或長期不能排干的井、水道，就像一個地下水庫，收集了大量的地下水并到達其深處。地表以下100～150m，但特別是因為積水的位置和規模不容易了解，突然涌入的水量非常大。當礦井的沖擊突然撞擊工作面時，會冒出積水，壓力很高，作用力很大，而且經常夾有有害的沙子或紗布，具有腐蝕性，對工作人員造成很大的傷害［2］。該礦甚至引發了當地的洪水事件。

3 綜采工作面及突水特性分析

3.1 基本情況

出現突水的工作面位于研究對象煤礦中段。砂層的標高為-367～-243m，平均深度為331m。工作面煤層傾角約為20°，煤層平均厚度為6.9m。采煤方法是綜合機械化厚崩落法和短壁后退法。工作面的地質結構相對簡單，有4條斷層，位移范圍在3～25m。綜采工作面是位于第二層理斷層下盤的中部礦區第1個工作面，如表1所示。

表1 礦井開采工作面綜合柱狀

3.2 突水因素及特征分析

煤層底部突水是水害最突出的一個方面，要正確認識到含水層的富水性，還要考慮煤礦斷層構造和力學性質對水源的路徑影響，只有全面、清晰地了解了突水的具體情況，才能做出預防措施，保證開采的安全。含水層主要有以下5個方面。

3.2.1 第四系砂礫含水層

（1）上組。第四系砂礫含水層總溶解固體（TDS）約為500mg/L，水質類型為HCO3－·SO42－·Ca2+·Na+。

（2）中間組。砂孔含水層與水含水層沒有水力聯系。

（3）下層。TDS 的水質類型以HCO3－·SO42－·Ca2+·Mg2+·Na+為主［3］。

3.2.2 頂部和底部的砂巖含水層

TDS 為400～741mg/L，屬于HCO3－·Na+型水。第三個石灰巖巖溶裂隙含水層TDS為667mg/L，第10層石灰巖巖溶裂隙含水層TDS 為3347mg/L，屬于HCO3－·Na+型水。水質類型為Cl－·Ca2+·Na+·Mg2+。

3.2.3 奧陶紀形成的石灰石巖溶裂隙含水層

TDS 為1052～5366mg/L，水質類型為Cl－·Ca2+·Na+·Mg2+。當這一含水層發生突水事故后，要立刻看是否有裂隙形成的水位上升或下降，避免地表水從空隙回灌。如果水位和之前保持一致，那么，不用擔心其他水層水量的輸送和補給，黃土和沉積物所在區域的水量是和鈣質層相對應的，如圖1所示。

圖1 礫石層泥巖電鏡掃描圖

3.3 低角度正斷層響應下盤開采的斷層激活機制

所有地下開采都要注意斷層的分析問題。因為土質不同，加上地殼的運動，斷層的形成十分復雜，構造也呈現多樣性，并且受外在的溫度和物理化學壓力影響，容易產生斷裂，在煤礦開采中是格外重視的一塊區域。具體開采時，一定要先研究清楚斷層的具體走向，看是否與巖層走向一致，從而快速判斷受斷層影響的斷裂帶具體范圍和位置，還要考慮兩側的土層壓力。例如，圖2呈現了斷層與巖層斜交走向，中間形成了煤層和斷裂帶，這樣在具體采礦時，容易觸發斷層的二次活動，與地下水層交換位置，讓煤層和水層在同一平面，開采極其容易發生突水事故。

圖2 斷層和導水斷裂帶結構示意

4 煤礦綜合防治水技術分析

4.1 礦井水綜合探查

因為水害給礦采帶來巨大的經濟損失和人員傷亡，所以我國相關技術人員通過長期探索和多年經驗，逐漸認識到防止水害要從勘探做起。對不同類型的水害進行預防和治理提出更好的方法，首先就是必須明確發生水害的位置所在，對易發生災害周邊進行全面排查，找出出水口，尋找礦區含水層和導電地質構造的特征，尤其應考慮如下方面的影響。

（1）建設礦山前，要讓專業人員先對礦山整體規模、地質結構以及開發條件等進行全方位的勘探，對地面土壤濕度、地下異常區域等做全面識別和規劃。鑒于地質數據勘探的結果，水文學應側重于闡明潛在的水危害。

（2）通過深部開采和技術探測，確定礦區水文地質的特點和導水性，明確可能發生突水事故的因素。同時，還要檢測水域的導電區域，利用鉆孔法確定異常區域的水情，為治水措施提供具體參考。

4.2 地面放水法

煤礦開采是必須在地下進行的，在這種情況下，地面部分的防水是非常重要的。在采煤過程中，使用土壤保濕保溫需要注意4個方面。

第一，在土壤保溫和排水工程建設上要花更多的時間和精力，確保在雨季第一時間排除雨水，防止泄漏等。

第二，采掘井、工地的選擇要科學合理，盡量在地勢相對低的地區調整井、工地。只要有可能，就應該準備好所有組件，以實現利潤最大化。

第三，如果煤礦位于河道內，則必須在煤礦內部標出泄漏點并進行填充，通常采用粘土、水泥等材料進行填充；同時，可以利用排水將河水引流到其他地區，以減少水量過剩的問題。

第四，對于煤礦現場容易出現的積水問題，如果管理不善，很容易導致泄漏，從而引發大洪水。在這種情況下，可以挖排水通道進行排水，在沒有實際條件的情況下，可以打開隧道進行排水。

4.3 科學治水

在清水災害的情況下，要根據實際情況采取合理的治水施工方案。治水施工應按照《煤礦安全規程》中煤礦治水作業規則進行，如有疑問，應檢查是否有入侵發生，防止礦井進水。當在塌陷柱或斷層附近進行開采時，首先通過探水鉆探確認塌陷柱或斷層內部的水狀態，然后決定采用疏水設計還是阻水方案。當工作臺底板裝有加壓水時，底板通常采用注水加固，以防止水侵入。注水控制的關鍵在于，在含水層注水時，由于含水層有上下含水層邊界，如果在構造發育區注水沒有得到有效控制，整個注水過程是在有限的空間內進行的，如果實際的注漿量在構造發育區進行注漿時沒有進行有效的控制，會導致成本出現浪費的情況［5］。

4.4 回采面注漿加固處理

綜采近地表地層及煤礦上覆層含水量綜合細節，工作面注水時，主要判斷綜采活動與富水區的距離、集水區的水入滲程度、底板阻水層、層水壓力極限分析等，分析雷場作業過程中可能導致水災及相關數據的臨界值，有助于煤礦綜采面水情防治。在實際工作中，由于上述信息和數據的清晰性，一般對綜采的具體案例進行分析研究；在判斷結果時，主要是在含水層［6］。在水侵入程度高于正常或更差的地區。當臨界進水量較高時，后胎面容易出現進水問題，并因水壓過大進入，底部含水層降低了綜采煤礦表面的安全性。

5 結語

通過上述分析，可以更加明確水害對煤礦帶來的危害之深，它不僅是一場大的災難，還是難以逾越的鴻溝。在礦山開采中，是不容忽視的內容，一定要在整個開采過程中都非常重視。現在，我國煤礦也更加關注對水害的分析和預防，更加注重采取強排積水、邊治理邊生產的方法，既注重水文地質的條件勘測，又加大對防水害設施的投入，但整體力度還不夠保證安全和穩定。在專業人員指導和理論知識普及以及勘探技術提升上，還有很大的進步空間和探討空間。本文也主要從水害預防研究的原因和措施進行探討，提出一定的見解。