煤礦井下滲漏水原因及防治措施

王時友

（平塘縣工業(yè)和信息化局，貴州 黔南 558300）

貴州大部分地區(qū)處于喀斯特地貌，地表和地下水在經(jīng)過一定的地質(zhì)作用后，會形成溶洞、漏斗等地下溶洞，嚴重影響礦井的安全生產(chǎn)。近年來，煤礦井下滲漏水事故時有發(fā)生，尤其是喀斯特地貌的煤礦更是如此。目前，我國對喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治技術(shù)的研究還不夠深入，針對不同的巖溶地貌采取相應(yīng)的治理措施才能保證礦井的安全生產(chǎn)。本文通過分析喀斯特地貌煤礦井下滲漏水形成原因，探討了喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治技術(shù)，為同類地區(qū)喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治提供借鑒。

1 煤礦井下滲漏水原因

1.1 巖溶裂隙水

巖溶裂隙水是喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的重要原因之一，有規(guī)模大、水量大、水質(zhì)差等特點。巖溶裂隙水是指在碳酸鹽巖中由于可溶性巖層受到地下水侵蝕作用，從而形成裂隙，在地下水的侵蝕下，形成縫隙。當(dāng)煤礦井下出現(xiàn)滲水現(xiàn)象時，往往會產(chǎn)生較大水量。當(dāng)?shù)V井發(fā)生透水事故時，大量的巖溶裂隙水就會通過裂縫流入礦井中。這種情況下，不僅會導(dǎo)致礦井中的涌水增加，同時還會造成煤礦井下涌水量增加、巷道變形等問題，還可能導(dǎo)致礦井透水事故發(fā)生。我國喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問題較為嚴重，這與當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)條件復(fù)雜和開采技術(shù)水平有關(guān)。因此，相關(guān)人員應(yīng)加強對巖溶裂隙水進行深入研究和分析，在開采過程中加強對巖溶裂隙水的重視程度，合理規(guī)劃開采方案，并在開采過程中做好排水工作[1]。

1.2 地表水

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水現(xiàn)象中，地表水是導(dǎo)致水患的重要原因。地表水的形成是礦區(qū)巖層受到外力作用后，在重力作用下產(chǎn)生裂隙，而地下水從裂隙中滲透進入巖體中。此外，喀斯特地貌煤礦井下滲漏水現(xiàn)象也與礦區(qū)水文地質(zhì)條件有密切聯(lián)系，如在巖溶發(fā)育地區(qū)，地下水流動方向和流速會受到地表水的影響。因此，喀斯特地貌煤礦井下滲漏水現(xiàn)象發(fā)生的概率相對較高。此外，地表水對喀斯特地貌煤礦井下滲漏水導(dǎo)致礦區(qū)礦層受到一定破壞，這主要是因為地表水通過裂隙滲透進礦層后，在重力作用下會對礦層產(chǎn)生一定影響，最終導(dǎo)致礦層被破壞，進而引起礦區(qū)地質(zhì)災(zāi)害。因此，必須采取措施有效預(yù)防地表水對喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的影響。

1.3 地下水

地下水主要分為松散層中的潛水和承壓水兩種類型。對于松散層中的潛水，含水層厚度較大，同時在含水層的厚度中有較多的空隙，因此地下水對松散層不會產(chǎn)生明顯的影響。對于承壓水來說，主要是由巖溶水形成的。巖溶水對地下水有直接的影響，此時地下水將會沿著巖溶裂隙和溶洞等結(jié)構(gòu)線上升，由于其壓力較大，很容易形成滲流通道，因此地下水將會沿著溶洞、裂隙以及溶隙等結(jié)構(gòu)線流動，在此過程中可能會產(chǎn)生突水現(xiàn)象。在對巖溶地下水進行開采時，必須要采用合理的開采方法，避免開采過程中造成礦井滲漏水現(xiàn)象，礦井淹水、冒頂以及透水等問題的發(fā)生。

1.4 老空水突水

喀斯特地貌的煤礦，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，開采活動很容易造成老空區(qū)積水。在這些積水中，有煤層露頭的存在，容易使采空區(qū)形成積水。這些區(qū)域內(nèi)會有很多裂隙、空洞存在，這些空洞之間存在著很大的縫隙。當(dāng)?shù)V井開采活動開展之后，采空區(qū)內(nèi)的水就會通過這些縫隙滲流到礦井中，導(dǎo)致礦井出現(xiàn)嚴重的水患問題。除此之外，喀斯特地貌煤礦開采活動可能造成地表塌陷以及地表建筑物破壞等現(xiàn)象發(fā)生。這就需要在進行煤礦開采活動時，一定要做好地表保護工作。

1.5 地面沉降

地面沉降主要是由于地質(zhì)構(gòu)造運動產(chǎn)生的，導(dǎo)致礦區(qū)地面下沉。隨著近年來我國煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，礦區(qū)內(nèi)的煤炭產(chǎn)量不斷增加，與此同時，我國煤礦開采技術(shù)也在不斷完善，因此，導(dǎo)致礦區(qū)地面沉降現(xiàn)象頻繁發(fā)生。此外，由于開采技術(shù)以及水文地質(zhì)條件的影響，導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)形成了大量的溶洞以及導(dǎo)水通道，這些溶洞和導(dǎo)水通道在降雨時會導(dǎo)致礦區(qū)內(nèi)水位下降，對煤礦開采產(chǎn)生影響。與此同時，煤礦開采過程中的爆破活動也會導(dǎo)致礦區(qū)地面發(fā)生沉降現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計表明，我國喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問題嚴重的地區(qū)主要集中在貴州地區(qū)。因此，針對喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問題進行研究，必須制定科學(xué)合理的治理方案。同時，為了能夠更好地解決喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問題，需要根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w情況制定科學(xué)合理的治理方案，以提高喀斯特地貌煤礦井下滲漏水問題治理水平[2]。

1.6 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的影響

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的原因還與礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造有很大關(guān)系。礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，容易導(dǎo)致礦區(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，影響礦山的生產(chǎn)工作。主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象包括斷層、節(jié)理、裂隙等，其中節(jié)理是礦區(qū)常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象之一，它會導(dǎo)致礦床在開采過程中發(fā)生巖層破碎、煤巖層破碎等問題。此外，裂隙是導(dǎo)致礦區(qū)出現(xiàn)水害的主要原因之一。在礦區(qū)開采過程中，會出現(xiàn)斷層、節(jié)理等構(gòu)造，這些構(gòu)造會導(dǎo)致礦層裂隙的增多和發(fā)育，從而引起突水、煤巖流失、頂板冒落等問題。因此，在進行煤礦開采時，必須充分了解礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造情況，并制定針對性措施。喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的原因十分復(fù)雜，必須對其進行深入研究。在進行研究時，必須全面了解其影響因素以及主要原因。只有這樣才能為煤礦開采工作提供有效依據(jù)，減少煤礦開采過程中發(fā)生滲漏水情況。

1.7 采礦活動

采礦活動中，礦井滲水問題是比較常見的，其中主要包括以下幾種情況：（1）礦區(qū)開采過程中，由于對地質(zhì)水文條件的認知不足，導(dǎo)致一些區(qū)域出現(xiàn)了比較嚴重的“卡層”現(xiàn)象，一旦礦井的開采深度超過了卡層區(qū)域，就會導(dǎo)致局部區(qū)域發(fā)生突水問題。（2）在一些地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜的礦區(qū)進行采礦時，很容易出現(xiàn)突水問題。（3）礦區(qū)開采過程中，一些開采人員為了追求經(jīng)濟效益，大量開采無煙煤和瘦煤等資源，這就會導(dǎo)致礦區(qū)形成一個高水位的礦坑。在這種情況下，一旦出現(xiàn)強降雨天氣，就會導(dǎo)致礦坑出現(xiàn)大量積水問題。（4）在一些煤礦企業(yè)管理不規(guī)范的情況下，部分企業(yè)為了降低成本、減少支出就會使用一些劣質(zhì)煤和劣質(zhì)材料。

2 喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治措施

2.1 滲漏水防治技術(shù)

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治技術(shù)是針對不同的巖溶地貌采取相應(yīng)的防治措施，具體包括以下幾種：（1）充填法：充填法是治理巖溶礦井最常用的方法之一，它可以利用人工或機械方法把巖體破碎后，用水泥或其他膠凝材料進行充填。在充填時，可以采用分層、分段、分層壓實、灌漿等方法。（2）注漿法：注漿法是一種由人工或機械把漿液注入巖層裂縫、裂隙中，通過漿液的流動來封堵巖溶裂隙和裂隙中的溶洞的方法。注漿法一般用在巖溶發(fā)育不嚴重的情況下。（3）帷幕法：帷幕法是利用充填或注漿等方法把巖層裂隙或溶洞封閉起來，以減少巖溶水對礦井的影響。（4）注漿堵水法：注漿法是一種以注漿封堵為基礎(chǔ)，將注漿材料注入溶洞、裂縫中，使其成為整體，達到堵水目的的技術(shù)。這種方法在溶洞、裂縫發(fā)育較深、圍巖破碎時效果較好，但在巖溶發(fā)育較弱、裂隙不太發(fā)育時，效果欠佳。（5）鉆孔注漿法是利用鉆機將注漿管、水泥和化學(xué)材料等鉆孔設(shè)備放入孔內(nèi)，并在孔內(nèi)進行灌漿。這種方法多用于巖溶發(fā)育程度較高的情況，或者是在溶洞發(fā)育不太嚴重、圍巖破碎時效果較好。（6）注漿加固：注漿法是在巖體結(jié)構(gòu)面或裂隙中注入膠凝材料進行加固處理，達到一定強度后將其堵死，以防止巖溶水對礦井的影響。（7）地下帷幕法是以注漿或帷幕灌漿等方法，將一些含有水的巖層或溶洞堵塞起來，形成一種能阻止水滲透到下一層中去的帷幕。（8）地下堵水法是一種主要用于巖溶發(fā)育程度較低的情況下的防治技術(shù)。通過在巖溶發(fā)育不太嚴重、圍巖破碎時進行鉆孔注漿，或者用高壓泵將漿液壓入地層中，使其與熔巖顆粒發(fā)生反應(yīng)，形成一種不透水的泥狀膠凝體，達到堵水目的。

2.2 堵水治理工程措施

根據(jù)煤礦水文地質(zhì)資料，可以在工作面涌水治理中采用疏放、注漿和預(yù)注漿相結(jié)合的方式。通過疏放，可降低地下水的水壓，防止發(fā)生突水事故；在疏放過程中，通過鉆孔注入一定數(shù)量的水泥和漿液，漿液和水泥固化后可以封堵溶洞、裂隙等漏水通道，提高堵水效果。根據(jù)實際經(jīng)驗，在疏放時應(yīng)優(yōu)先考慮采用人工放水孔的方式對涌水進行疏放；在注漿過程中，應(yīng)選擇壓力較低、粘度較小、固結(jié)性好的漿液；當(dāng)注漿壓力較高時，應(yīng)適當(dāng)減小水泥用量或采用干式灌注工藝。根據(jù)喀斯特地貌煤礦井下涌水治理中采用的方式及應(yīng)用的材料不同，可以將其分為以下幾種類型：（1）井下超前預(yù)注漿治理。在水文地質(zhì)條件較好、不存在突水威脅的情況下，可以采用超前預(yù)注漿方式進行治理。采用超前預(yù)注漿技術(shù)可以在短時間內(nèi)封堵地下的漏水點。具體操作方法是在注漿過程中，將漿液注入地下，漿液硬化后可起到很好的堵水效果。在存在突水威脅時，可以在井下施工局部注漿孔對地面滲漏點進行封堵。具體操作方法是利用水泥、粘土和水按照一定比例混合后形成漿液，然后將該漿液注入井下進行充填。這種方法操作簡單、成本較低、效果明顯，但僅適用于礦井局部范圍內(nèi)的滲漏點治理。在巖溶地貌煤礦生產(chǎn)過程中，采空區(qū)是造成礦井漏水的主要原因之一。為了減少采空區(qū)涌水對礦井安全生產(chǎn)的影響，可以在井下設(shè)置一定數(shù)量的注漿孔進行注漿治理，將采空區(qū)內(nèi)的水抽走或填充到地下；還可以利用導(dǎo)水?dāng)鄬踊驅(qū)严蹲鳛樽{通道。此外，在采空區(qū)上覆巖層中打一些鉆孔也是一種有效的注漿方法。（2）充填法治理。充填法是指在巖溶地貌煤礦生產(chǎn)過程中，將采空的圍巖進行破碎、壓實、加固等處理后，在充填采空區(qū)。具體操作方法是在采空區(qū)中設(shè)置注漿鉆孔，將充填材料注入鉆孔內(nèi)；或者利用高壓將漿液注入采空區(qū)中進行充填；還可以利用人工方式將注漿材料填充到采空區(qū)內(nèi)。此外，還可以通過對地面塌陷區(qū)域進行回填等方式將采空區(qū)進行加固處理。通過這種方式可以有效地減少地表塌陷對礦井造成的影響，保證礦井安全生產(chǎn)[3-4]。

2.3 其他治理措施

（1）當(dāng)溶洞發(fā)育不連續(xù)時，可通過鉆孔從地表向地下預(yù)注漿，或通過鉆孔向溶洞內(nèi)注漿。（2）當(dāng)?shù)孛婊虻乇砀浇霈F(xiàn)溶洞時，可采取充填法治理，即先將地面或地表的裂隙用水泥漿充填，然后在地面或地表附近布設(shè)鉆孔進行注漿，注漿前要在注漿鉆孔內(nèi)放入金屬管，在金屬管外再安裝漿液封頭。（3）當(dāng)?shù)孛娉霈F(xiàn)大裂縫時，可采取局部充填法治理，即將裂縫附近的松散巖層用水泥漿進行充填后再進行注漿。需要注意的是：對于地下水滲流的裂隙必須先對裂隙進行注漿，待注漿效果達到要求后再進行裂縫充填。（4）當(dāng)溶洞與礦井之間存在較大裂隙時，可采用鉆孔或排水的方式將地下水排出礦井。注漿時要注意選擇合適的漿液類型及漿液濃度，注漿壓力要控制在0.6MPa～1.0MPa。喀斯特地貌地表和地下水都有可能在一定的地質(zhì)作用下形成地下溶洞，且地下溶洞的形成和發(fā)展受到地表及地下水的雙重影響。因此，針對喀斯特地貌煤礦井下滲漏水的防治，需要綜合考慮地表和地下溶洞的發(fā)育特征。煤礦井下滲漏水防治應(yīng)以“預(yù)測預(yù)報、超前治理”為原則。預(yù)測預(yù)報應(yīng)結(jié)合地面及地下地質(zhì)資料，對礦井周邊的水文地質(zhì)條件進行全面分析；超前治理應(yīng)根據(jù)不同巖溶地貌采取不同的治理措施。例如，對巖溶發(fā)育不均勻、地表有巖溶塌陷等地區(qū)，應(yīng)采取“以排為主、以堵為輔”的排水原則；對地表及地下有巖溶塌陷、塌陷坑等地區(qū)，應(yīng)采取“以堵為主、以排為輔”的排水原則；對地下溶洞發(fā)育的地區(qū)，應(yīng)采取“以排為主原則”的原則。在開采過程中，井下排水設(shè)施的布置應(yīng)盡可能布置在導(dǎo)水裂隙帶以下，若水文地質(zhì)條件較復(fù)雜時，可考慮布置在導(dǎo)水裂隙帶以上。另外，在井巷掘進時，應(yīng)盡量避免破壞已有的地下水通道。當(dāng)?shù)叵滤桓哂诰矘烁邥r，應(yīng)采取降低水位、疏干井筒的措施；當(dāng)?shù)叵滤坏陀诰讟烁邥r，應(yīng)采取注水、注漿等措施。對可能造成井巷突水的地段進行超前地質(zhì)探測，查明水害隱患，根據(jù)探測結(jié)果制定防排水措施。例如，在檢查井及其它可能造成突水的地段和地點前設(shè)置超前探放水孔，對揭露的導(dǎo)水裂縫帶進行超前疏放[5]。

3 總結(jié)

喀斯特地貌煤礦井下滲漏水防治應(yīng)在全面分析地質(zhì)構(gòu)造、地下水賦存條件等基礎(chǔ)上，結(jié)合礦井涌水量大小及突水可能性大小等因素綜合考慮，根據(jù)實際情況制定不同的治理措施，并進行優(yōu)化。對于巖溶地貌煤礦井下滲漏水防治工作仍需進一步完善和深入研究。