王棟 徐國棟 魏本亮

（濟(jì)寧市能源綜合執(zhí)法支隊 山東濟(jì)寧 272000）

1 煤礦綜采工作簡述

綜采煤礦全稱煤礦綜合機(jī)械化采煤工作面。綜采過程包括破煤、裝煤、輸煤、采煤支護(hù)、廢渣處理5個環(huán)節(jié)。在這5個環(huán)節(jié)中，煤礦工作人員都是必須做的，同時，地下作業(yè)意味著非常高的風(fēng)險。如果煤礦突發(fā)事故，不僅會中斷正在進(jìn)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(jī)械化、自動化程度直接影響到煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和企業(yè)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(chǎn)過程中，不同水體進(jìn)入礦井表面的過程稱為礦泉水噴發(fā)。單位時間進(jìn)入開挖板的水量稱為進(jìn)水量，單位為“m3/h”或“m3/min”。可根據(jù)綜采立面的進(jìn)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(yè)面在抽取位于河流、湖泊、水池等地表水滲透區(qū)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(dāng)來自地下礫巖、一層流沙或一層石灰?guī)r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(dá)其深處。地表以下100～150m，但特別是因為積水的位置和規(guī)模不容易了解，突然涌入的水量非常大。當(dāng)?shù)V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(jīng)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(fā)了當(dāng)?shù)氐暮樗录?/p>

3 綜采工作面及突水特性分析

3.1 基本情況

出現(xiàn)突水的工作面位于研究對象煤礦中段。砂層的標(biāo)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(jī)械化厚崩落法和短壁后退法。工作面的地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(qū)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(rèn)識到含水層的富水性，還要考慮煤礦斷層構(gòu)造和力學(xué)性質(zhì)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(yù)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?cè)芙夤腆w（TDS）約為500mg/L，水質(zhì)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(lián)系。

（3）下層。TDS 的水質(zhì)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?guī)r巖溶裂隙含水層TDS為667mg/L，第10層石灰?guī)r巖溶裂隙含水層TDS 為3347mg/L，屬于HCO3－·Na+型水。水質(zhì)類型為Cl－·Ca2+·Na+·Mg2+。

3.2.3 奧陶紀(jì)形成的石灰石巖溶裂隙含水層

TDS 為1052～5366mg/L，水質(zhì)類型為Cl－·Ca2+·Na+·Mg2+。當(dāng)這一含水層發(fā)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(dān)心其他水層水量的輸送和補給，黃土和沉積物所在區(qū)域的水量是和鈣質(zhì)層相對應(yīng)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(yīng)下盤開采的斷層激活機(jī)制

所有地下開采都要注意斷層的分析問題。因為土質(zhì)不同，加上地殼的運動，斷層的形成十分復(fù)雜，構(gòu)造也呈現(xiàn)多樣性，并且受外在的溫度和物理化學(xué)壓力影響，容易產(chǎn)生斷裂，在煤礦開采中是格外重視的一塊區(qū)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(cè)的土層壓力。例如，圖2呈現(xiàn)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(fā)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(fā)生突水事故。

圖2 斷層和導(dǎo)水?dāng)嗔褞ЫY(jié)構(gòu)示意

4 煤礦綜合防治水技術(shù)分析

4.1 礦井水綜合探查

因為水害給礦采帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，所以我國相關(guān)技術(shù)人員通過長期探索和多年經(jīng)驗，逐漸認(rèn)識到防止水害要從勘探做起。對不同類型的水害進(jìn)行預(yù)防和治理提出更好的方法，首先就是必須明確發(fā)生水害的位置所在，對易發(fā)生災(zāi)害周邊進(jìn)行全面排查，找出出水口，尋找礦區(qū)含水層和導(dǎo)電地質(zhì)構(gòu)造的特征，尤其應(yīng)考慮如下方面的影響。

（1）建設(shè)礦山前，要讓專業(yè)人員先對礦山整體規(guī)模、地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及開發(fā)條件等進(jìn)行全方位的勘探，對地面土壤濕度、地下異常區(qū)域等做全面識別和規(guī)劃。鑒于地質(zhì)數(shù)據(jù)勘探的結(jié)果，水文學(xué)應(yīng)側(cè)重于闡明潛在的水危害。

（2）通過深部開采和技術(shù)探測，確定礦區(qū)水文地質(zhì)的特點和導(dǎo)水性，明確可能發(fā)生突水事故的因素。同時，還要檢測水域的導(dǎo)電區(qū)域，利用鉆孔法確定異常區(qū)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(jìn)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(shè)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(xué)合理，盡量在地勢相對低的地區(qū)調(diào)整井、工地。只要有可能，就應(yīng)該準(zhǔn)備好所有組件，以實現(xiàn)利潤最大化。

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

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

4.3 科學(xué)治水

在清水災(zāi)害的情況下，要根據(jù)實際情況采取合理的治水施工方案。治水施工應(yīng)按照《煤礦安全規(guī)程》中煤礦治水作業(yè)規(guī)則進(jìn)行，如有疑問，應(yīng)檢查是否有入侵發(fā)生，防止礦井進(jìn)水。當(dāng)在塌陷柱或斷層附近進(jìn)行開采時，首先通過探水鉆探確認(rèn)塌陷柱或斷層內(nèi)部的水狀態(tài)，然后決定采用疏水設(shè)計還是阻水方案。當(dāng)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(guān)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(gòu)造發(fā)育區(qū)注水沒有得到有效控制，整個注水過程是在有限的空間內(nèi)進(jìn)行的，如果實際的注漿量在構(gòu)造發(fā)育區(qū)進(jìn)行注漿時沒有進(jìn)行有效的控制，會導(dǎo)致成本出現(xiàn)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(xì)節(jié)，工作面注水時，主要判斷綜采活動與富水區(qū)的距離、集水區(qū)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(yè)過程中可能導(dǎo)致水災(zāi)及相關(guān)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的清晰性，一般對綜采的具體案例進(jìn)行分析研究；在判斷結(jié)果時，主要是在含水層［6］。在水侵入程度高于正?；蚋畹牡貐^(qū)。當(dāng)臨界進(jìn)水量較高時，后胎面容易出現(xiàn)進(jìn)水問題，并因水壓過大進(jìn)入，底部含水層降低了綜采煤礦表面的安全性。

5 結(jié)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(zāi)難，還是難以逾越的鴻溝。在礦山開采中，是不容忽視的內(nèi)容，一定要在整個開采過程中都非常重視?，F(xiàn)在，我國煤礦也更加關(guān)注對水害的分析和預(yù)防，更加注重采取強排積水、邊治理邊生產(chǎn)的方法，既注重水文地質(zhì)的條件勘測，又加大對防水害設(shè)施的投入，但整體力度還不夠保證安全和穩(wěn)定。在專業(yè)人員指導(dǎo)和理論知識普及以及勘探技術(shù)提升上，還有很大的進(jìn)步空間和探討空間。本文也主要從水害預(yù)防研究的原因和措施進(jìn)行探討，提出一定的見解。