（山西潞安集團(tuán)司馬煤業(yè)公司 山西 046000）

防治水，一直是煤礦生產(chǎn)中的重要工作，直接影響著生產(chǎn)的安全和效率。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，近20年來(lái)，我國(guó)共發(fā)生42起較大以上水害事故，死亡200余人，造成的人身傷亡、財(cái)產(chǎn)損失、社會(huì)影響都比較巨大。在綜合防治水方面，還缺乏技術(shù)體系和管理模式。為此，近年來(lái)，國(guó)家鼓勵(lì)借助高新技術(shù)勘察水害分布與治理狀況。河北南部的邯邢礦區(qū)在區(qū)域超前綜合防治水方面取得了較好效果，值得推廣應(yīng)用。

1.大采深和下組煤開采礦井的常見水害

大采深礦井，通常深度可達(dá)上千米，承受奧灰水壓達(dá)10MPa左右，個(gè)別較高區(qū)域可達(dá)12MPa，因此，奧灰高承壓水威脅是常見水害的源頭。此外，在礦井深部通常隱伏著一些導(dǎo)水或含水的裂隙帶、陷落柱、小斷層等構(gòu)造，這些構(gòu)造通常直徑小、發(fā)育層位較低，以垂向點(diǎn)狀的形態(tài)存在，提前探明的難度較大。一旦揭開，往往會(huì)導(dǎo)致突水災(zāi)害的發(fā)生，并直接影響周邊地下水環(huán)境。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在河北某礦區(qū)近10年來(lái)發(fā)生的8起奧灰水突水事故當(dāng)中，含水陷落柱突水造成3起，裂隙帶出水造成2起。

在下組煤開采生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的同時(shí)，采深也要增加，突水系數(shù)逐步接近防治水規(guī)定的上限，直接影響著安全生產(chǎn)。特別是在高承壓水頭條件下的下組煤開采，裂隙帶等小型的地質(zhì)構(gòu)造，往往也能形成垂直的導(dǎo)水通道，進(jìn)而產(chǎn)生水害。在過去的防治水工作中，通常側(cè)重于煤層底板的隔水層，并沒有深入到奧灰含水層，因此難以滿足規(guī)模化下組煤的開采工作需要。

在水害隱患較大的大采深和下組煤開采礦井中，實(shí)施井下鉆探是非常重要的環(huán)節(jié)，特別是在大采深的高承壓水條件下，還涉及到固定鉆機(jī)、卡緊鉆桿、暢通施工后等安全問題，以及鉆孔周邊的固結(jié)性問題，都需要提前控制，避免突水事故產(chǎn)生后的危害。

2.礦山防治水未來(lái)發(fā)展方向及存在問題

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源，同樣也是戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，是維持社會(huì)正常發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和保障生態(tài)平衡的基礎(chǔ)性資源。因此礦山想要提升自身的治水技術(shù)和治水能力，一方面需要徹底解決礦山水害問題，同時(shí)保障礦山發(fā)展和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，走一條節(jié)能減排可持續(xù)發(fā)展的治水新路子。這要求礦山革新原有的治水技術(shù)，將治水過程中存在的局限性問題一一解除并轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的單維度研究水害安全的問題解決方式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐员Ｕ习踩珵榛A(chǔ)，追求治水合理性和協(xié)調(diào)性的多維研究新方向，將礦坑內(nèi)的地下水作為一種可利用的自然資源，推動(dòng)礦山發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境友好型和綠色保護(hù)型發(fā)展目標(biāo)。然而基于現(xiàn)有的研究過程，可發(fā)現(xiàn)仍存在部分尚未完全解決的問題，集中表現(xiàn)在：

（1）基于災(zāi)害鏈的礦山水害研究結(jié)果并不非常明確，引發(fā)礦山水害的災(zāi)害鏈之間的能量傳遞規(guī)律以及水流的動(dòng)力流動(dòng)過程尚未明確，解決礦山水害最關(guān)鍵同樣也是最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)，仍然沒有徹底解決；其次，科技發(fā)展的紅利在多個(gè)領(lǐng)域都進(jìn)行了深刻的改革和應(yīng)用，并取得了非常好的效果，然而這些科技發(fā)展的結(jié)果與礦山開采與治理過程的結(jié)合性并不強(qiáng)，尤其是在礦山水害防治方面還存在大量的問題。

（2）采動(dòng)與地下水滲流場(chǎng)的耦合效應(yīng)研究是在一定的基本假設(shè)前提下進(jìn)行的，難以適應(yīng)復(fù)雜的水文地質(zhì)邊界條件、準(zhǔn)確描述巖石介質(zhì)的力學(xué)行為和逼真地反映滲透系數(shù)在巖石破裂過程的行跡特征等，因此還存在大量問題亟待解決與科學(xué)試驗(yàn)。

3.區(qū)域超前防治水技術(shù)路線

(1)指導(dǎo)原則

針對(duì)大采深和下組煤開采面臨的高承壓奧灰水問題，急需轉(zhuǎn)變水害防治工作思路，從安全生產(chǎn)和區(qū)域連接的方面考慮，實(shí)施區(qū)域超前綜合防治水的指導(dǎo)原則。

區(qū)域超前治理，將過去局部性的一面一治理，擴(kuò)展為以采區(qū)及采區(qū)以上區(qū)域?yàn)閱卧闹卫?，或者按照地質(zhì)構(gòu)造中水文地質(zhì)條件相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)來(lái)劃分區(qū)域；將其他煤礦的帷幕注漿，修改為煤層底板巖層；其注漿治理環(huán)節(jié)超前進(jìn)行，在工作面掘進(jìn)和回采前落實(shí)，以促進(jìn)“不掘突水頭、不采突水面”目標(biāo)的落實(shí)。

(2)治理工序

在大采深高承壓的奧灰水地質(zhì)條件下，為完成區(qū)域超前綜合防治水工作，將相關(guān)作業(yè)項(xiàng)目的防治水工序進(jìn)行調(diào)整修改，如表1所示。

表1 區(qū)域超前治理防治水工序

在工作面回采前治理工序中，采前評(píng)價(jià)，是指在全面治理回采工作面后，使用物探方法對(duì)治理前后的效果進(jìn)行勘探對(duì)比，經(jīng)專家綜合性安全評(píng)價(jià)通過后，方可進(jìn)行回采。

(3)治理模式

依據(jù)上述水害治理原則，按照突水系數(shù)的高低可建立起3種模式，分別是：

當(dāng)突水系數(shù)小于0.06MPa/m時(shí)，查找封堵垂直出水通道為主；當(dāng)突水系數(shù)介于0.06-0.09MPa/m時(shí)，需要將煤層底板進(jìn)行全面注漿改造；當(dāng)突水系數(shù)介于0.09-0.10MPa/m時(shí)，需要采取區(qū)域超前綜合防治水技術(shù)，將奧灰?guī)r層改造為相對(duì)獨(dú)立的隔水層。

(4)治理目標(biāo)

治理過程中，要建立起礦井“水害治理達(dá)標(biāo)煤量”的概念，原則上不能小于回采煤量。當(dāng)?shù)V井開采上組煤時(shí)，需要全面改造煤層底板，開采下組煤時(shí)，需要對(duì)奧灰?guī)r層全面注漿，全面封堵底板范圍內(nèi)的所有裂隙等導(dǎo)水構(gòu)造，以提升礦井抗水害能力。

4.井下區(qū)域超前綜合防治水方式

(1)定向鉆進(jìn)以采區(qū)為單元進(jìn)行區(qū)域超前治理

由于大采深礦井在開采煤層時(shí)，會(huì)遇到煤層底板受到較高水壓、隱含裂隙帶等導(dǎo)水構(gòu)造的情況，需要采取井上與井下相結(jié)合的方式，以采區(qū)為單位，通過定向鉆進(jìn)的技術(shù)，實(shí)施區(qū)域超前綜合防治。

定向鉆進(jìn)技術(shù)，是在礦井底部實(shí)施鉆探的一項(xiàng)新型技術(shù)，將水平鉆孔、分支鉆孔、隨鉆同步測(cè)量等技術(shù)于一體，確定方向后水平推進(jìn)鉆孔。在鉆孔時(shí)，采用帶彎接頭的螺桿鉆具技術(shù)，鉆桿不回轉(zhuǎn)，通過高壓水驅(qū)動(dòng)的螺桿馬達(dá)來(lái)帶動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)，使用有線隨鉆同步測(cè)量技術(shù)對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)行實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)，并可通過調(diào)節(jié)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔軌跡的控制，使鉆孔直達(dá)巖層核心。定向鉆進(jìn)技術(shù)，不僅具有實(shí)時(shí)同步調(diào)控鉆孔軌跡的優(yōu)勢(shì)，沿既定方向直達(dá)巖層內(nèi)部；又可通過分支鉆孔的方式增加有效進(jìn)尺，以增加有效注漿孔段；還具有擴(kuò)大底板注漿面實(shí)現(xiàn)加固底板的特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)煤層安全開采。

煤礦井下定向水平鉆進(jìn)技術(shù)，通常是在井下巷道底板實(shí)施傾斜開孔，隨后鉆孔進(jìn)入需要注漿改造的含水層后，以水平狀態(tài)作延伸鉆孔，使原先在水平層面沒有聯(lián)系的斷層、裂隙等垂直導(dǎo)水構(gòu)造通道連通起來(lái)，擴(kuò)大了鉆孔控制范圍，提高了注漿改造效果，創(chuàng)造了防治水工作的有利條件。

在實(shí)施水平定向鉆孔技術(shù)時(shí)，需要遵循以下幾個(gè)原則：

一是要將底板全部注漿改造，不留盲區(qū)，避免漏探的現(xiàn)象；二是要盡量?jī)?yōu)化工程方案，盡量降低工作量；三是結(jié)合勘探得到的數(shù)據(jù)資料，合理設(shè)計(jì)定向軌道，以便精確控制；四是鉆孔時(shí)要均勻布設(shè)孔位，避免出現(xiàn)加固底板的盲區(qū)；五是依據(jù)單孔注漿的擴(kuò)散范圍來(lái)確定各個(gè)鉆孔之間的距離，達(dá)到兼顧鉆孔數(shù)量和效果的目的。

(2)利用已掘工作面對(duì)上下工作面區(qū)域超前治理

在掘進(jìn)開始前，將鉆孔區(qū)域確定為條帶狀，進(jìn)行超前治理。特別是在大采深、高承壓的條件下，對(duì)下組煤底板進(jìn)行定向鉆探的目的是為了探測(cè)到巷道前方的裂隙帶等含水構(gòu)造，同時(shí)實(shí)施注漿治理鉆孔。通常來(lái)講，需要實(shí)施多組鉆孔，每組布置3個(gè)鉆孔，掘進(jìn)正前方1個(gè)鉆孔、側(cè)前方2個(gè)鉆孔。在實(shí)施鉆孔時(shí)，需要超前掩護(hù)煤層安全掘進(jìn)，并設(shè)置20m-30m的注漿范圍，同時(shí)確定合理的鉆孔距離和底板加固深度，將所有潛在的出水通道封堵起來(lái)，最終達(dá)到“不掘突水頭”的目的。

超前注漿的防治水模式：依據(jù)注漿加固的范圍確定超前鉆孔的間距，確定煤層底板的加固深度。在采掘前，對(duì)煤層底板進(jìn)行鉆孔注漿加固，可以掩護(hù)煤層巷道，同時(shí)對(duì)巷道前方、側(cè)前方一定范圍內(nèi)的煤層底板進(jìn)行注漿加固，最終實(shí)現(xiàn)“不掘突水頭、不采突水面”的效果。

利用已掘工作面對(duì)上下工作面區(qū)域超前治理的評(píng)價(jià)：煤層底板超前加鉆探、注漿加固鉆孔、異常區(qū)域驗(yàn)證性鉆孔的出水量，均須小于10m3/h，否則需要補(bǔ)充檢查鉆孔后再繼續(xù)進(jìn)行注漿加固。

5.結(jié)語(yǔ)

當(dāng)煤礦開采進(jìn)入大井深的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境后，水害防治工作的難度不斷增加，使用常規(guī)的防治水措施已經(jīng)難以滿足要求。因此，使用區(qū)域超前綜合防治水技術(shù)，可以有效避免事故發(fā)生，同時(shí)提高采煤工作效率。區(qū)域超前防治水技術(shù)，在掘進(jìn)開采前進(jìn)行，可以提前探明煤層底板中含水通道的構(gòu)造。一次施工，可以解決大范圍內(nèi)多個(gè)工作面的突水隱患問題，綜合效益較為明顯。