煤礦防治水技術應用研究

李學鑫

（冀中能源股份有限責任公司東龐礦，河北 邢臺 054201）

0 引言

在煤礦生產過程中，充水問題是一種比較常見的問題。一旦煤礦充水得不到良好的治理，那么在實際進行煤礦開采生產時，很容易面臨嚴重的涌水事故，不僅會造成較大的煤礦生產損失，還會危及煤礦工作人員的生命安全。因此有必要加強對煤礦礦井充水因素的探討分析，并積極落實各種防治水措施，從而及時消除充水因素帶來的負面影響，降低涌水安全事故的發生概率，更好地保障煤礦礦井生產安全。

1 煤礦礦井水害原因分析

常見的煤礦礦井充水原因如下：

1）大氣降水。在煤礦礦區中，大氣降水是一項不容忽視的充水因素，尤其是在降雨量較大的礦區，每年雨季大量降水會通過煤礦露天坑補給風化裂隙含水層；或者沿著煤礦開采的地表裂隙深入礦井內部，導致煤礦礦井面臨嚴重充水問題。

2）地表水。在煤礦礦區分布有一些河流，這些地表水會通過透水巖層滲透進礦井內部，造成煤礦礦井充水。

3）老窖積水。在煤礦采空區或者廢棄的巷道，很容易出現大量的積水。如果頂板、底板巖層裂隙較為發育，那么老窖積水很容易對礦井帶來充水影響。

4）地下水。地下水也是一種比較重要的充水因素，尤其是當地下水與煤層距離比較近時，很容易成為礦井的重要充水因素，不利于礦井安全。

2 煤礦礦井充水通道

礦井充水通道是造成礦井水害的關鍵內容。所謂煤礦礦井充水通道，一般是指連接礦水水源與礦井工作面之間的導水通道[1]。礦井充水通道的形成主要受兩種因素的影響。一種是自然因素導致。即礦井通道自然形成，沒有受人為干預。還有一種是人為因素導致。即因為受人為礦井生產活動影響，意外打通了礦水水源與礦井工作面之間的導水通道。其中前者是后者的基礎，而后者的出現，則會進一步加強前者的導水性。比如礦區地質巖石存在風化裂隙，這種裂隙本身便是一種天然的充水通道，如果此時伴隨著采掘施工，當風化裂隙與采掘工作面相遇，那么充水水源就會順著這些風化裂隙進入井下，形成用水事故。除此之外，伴隨著煤礦開采工作的開展，必然會對巖層帶來一定的擾動，此時巖層很容易出現冒落、破裂、下沉等問題，再加上受巖石體積膨脹特性影響，很容易形成垮落帶、裂隙帶等，這些都是典型的充水通道[2]。

3 煤礦礦井水害防治技術研究

3.1 井下常用防水技術探析

在煤礦礦井中，面對井下充水危害，還可以采用以下幾種井下防水技術：

1）探放水。在實際進行煤礦開采時，如果采掘工作面接觸或接近充水小窯老空區域，或者距離充水斷層比較近，或者提前檢測到較大的含水層水體時，一般會面臨較高的礦井突水安全事故風險。為了避免這一安全事故出現，在實際進行放水治理時，需要結合實際情況，嚴格遵循“有疑必探，先探后掘”的原則，開展以下一系列防治水措施：首先，應探明這些水體的具體位置；隨后，做好水體位置的綜合評估，在此基礎上，采取相應的措施，順利將水放出。上述整個過程便是探放水防治技術，可以有效預防礦井出現充水事故。

2）留設防隔水煤（巖）柱。在礦井開采過程中，一些地段非常容易受到充水的威脅。因此為了減少這種威脅，需要結合開采實際情況，在威脅較大的地段附近留設一定寬度的煤（巖）柱。然后借助煤柱，完成礦井水的防隔。這種煤（巖）柱也稱為防隔水煤（巖）柱。在實際留設防隔水煤（巖）柱的過程中，需要考慮諸多影響因素，比如被隔水源的水壓大小，含水量的高低。與此同時，還應考慮到實際煤層的厚度，準確掌握巷道的尺寸，了解圍巖被破壞程度。除此之外，為了保證隔水煤（巖）柱留設的合理性，還應考慮采空后頂板的冒落情況，綜合上述因素，可以更好發揮隔水煤（巖）柱防水效果。

3）設置水閘門和水閘墻。在實際開展煤礦采掘過程中，為了避免發生充水事故。一般情況下，還會在井下適當地點，科學合理地設置水閘門或水閘墻。從而當發現突水安全事故時，在水閘強的格擋下，可以成功隔離巷道或封閉采區，防止充水蔓延至整個礦井。在實際設置水閘門的過程中，需要結合實際情況，考慮諸多因素。一般情況下，可以設置在涌水需要堵截的巷道內。比如可以選擇將水閘墻設置在井底車場、水泵房和變電所的出入口處，還可以考慮存在突水危險地區或者相鄰地區的巷道內，此外在實際進行水閘墻設置時，還需要考慮設置的位置的用途。用途不同，采用的擋水材料也會有一定的差異性，如果是臨時性擋水用途，可以選擇木料或者磚進行砌筑；如果是永久性擋水建筑，則需要采用鋼筋混凝土材料，如此才能更好地發揮出礦井防水的效果[3]。

3.2 封閉不良鉆孔防治水

在礦井之中，如果面對井下揭露的封閉不良鉆孔較多的情況，一般很容易發現充水事故。因此在實際進行防治水的過程中，還需要針對不同封閉不良鉆孔的出水量、水壓不同，分別選擇不同的防治水技術。例如當不良鉆孔的出水量在50 m3/h 以內，在應用防水技術時，可以選擇采用分段泄壓注漿技術措施。該技術措施在實際實施過程中，需要先進行孔底注漿操作，此時淺孔會進行返水泄壓，一直到淺孔返漿，再停止注漿，由此可以形成注漿填體A。待A 漿液凝固后，然后繼續沿著不利鉆孔區域，選擇另一個不良鉆孔進行注漿，同理，需要待孔返水泄壓，一直到鉆孔返漿。然后停止注漿，最終可以成注漿填體B。最后，以此類推，按照上步驟依次進行向上泄壓注漿，直到鉆孔的水壓低于4 MPa 后，再直接進行鉆孔注漿，可以起到良好的鉆孔封閉效果。如果不良鉆孔不僅水壓高、涌水量也大，采用分段泄壓注漿技術，漿液很容易被沖走。為解決這一問題，可以采用截水墻注漿方法。這種治水技術方法如下：在礦房外，建設2 m 厚的截水墻。要求截水墻底部及兩側嵌入基巖0.5 m。墻體的上部分，在施工時需要采用錨桿進行加固。在進行墻體施工時，要求按照30 cm×30 cm 間距綁扎Φ28 螺紋鋼，完成對墻體的加固。在墻體中，還應留有9 個臨時放水孔，起到臨時泄壓作用。待截水墻凝固達到設計抗壓強度后，再進行注漿，注漿凝固后關閉臨時泄水孔，可其良好的治水效果。

3.3 過水通道封堵技術

在煤礦中，如果發生突水事故導致礦井被淹。應及時對過水巷道進行封堵，推動復礦工作落實。然后，對突水通道進行封堵，從根本上完成對水害的治理。在具體實踐中，如何快速完成巷道阻水墻的建立，已經是過水通道封堵技術遇到的問題。為解決這一問題，在煤礦突水治理方面，一些專家成功研制了一種保漿袋，這種保漿袋內藏組合鉆具，適用于不同規格的過水通道；并以此為依據，開發出了一些新型柔性保漿袋控制性注漿工藝，可以有效治理煤礦突水水害問題。該項水害治理工藝流程如圖1 所示。通過采用這種水害治理技術，能夠靈活選擇注漿位置，控制注漿范圍，更好地保證豐富質量。保漿袋的漿液在凝結后，可以多組相互疊置，形成一個完整的阻水墻，從而對過水通道進行快速的封堵，有效提升過水通道治理水平[4]。

圖1 新型柔性保漿袋控制性注漿工藝流程

4 結語

在煤礦礦井中，包含著很多的充水因素，比如自然氣候降雨充水因素、以河流為代表的地表水充水因素以及采空區中的老窖水充水因素等，這些都會為煤礦開采帶來一定的涌水安全隱患。因此在實際進行煤礦生產的過程中，必須要加強對充水通道的認知與了解，然后結合實際充水通道情況，采取各種充水防治措施，比如合理預測具體的涌水量，提前做好準備，還可以采取各種鉆孔疏水的方式，降低充水因素帶來的影響，從而避免在煤礦生產過程中發生嚴重的涌水事故，更好地保證煤礦開采安全。