薛一生

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤鑫泰建井公司，山西 大同 037003）

0 引言

煤礦開(kāi)采過(guò)程中受到地質(zhì)災(zāi)害的影響，對(duì)煤礦的安全造成嚴(yán)重的威脅，我國(guó)具有廣泛的厚煤層分布，在開(kāi)采過(guò)程中，礦井受到地質(zhì)壓力作用等多種因素的影響造成的礦井水害是厚煤層開(kāi)采面臨的重要問(wèn)題[1]。在我國(guó)厚煤層的開(kāi)采中，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，礦井的充水因素具有不確定性，且厚煤層的頂?shù)装迕媾R的承壓較大[2]，增加了突水發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。厚煤層的防治水成為開(kāi)采過(guò)程中必須解決的問(wèn)題，針對(duì)我國(guó)某厚煤層開(kāi)采的煤礦為例，對(duì)水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，制定相應(yīng)的防治水方案[3]，保證煤礦的安全開(kāi)采并為深部煤層的開(kāi)采防治水提供參考，提高煤礦的安全性。

1 深部煤層開(kāi)采水文地質(zhì)條件分析

以我國(guó)北部地區(qū)的某深部開(kāi)采的S 煤礦為例進(jìn)行分析，礦井南北方向長(zhǎng)度約為8 km，東西方向?qū)挾燃s為2.5 km，采用長(zhǎng)臂綜采的方式進(jìn)行采煤[4]，含煤地層的平均厚度為195 m，煤層的平均厚度為15m，共含煤層為15～18 層，可采煤層的含煤系數(shù)為7.9%。

S 煤礦所處地區(qū)主要依靠大氣降水及局部的溝谷河床滲漏形成地下水的補(bǔ)給，地下水的徑流主要受到地層的構(gòu)造及地形因素的影響[5]，局部范圍受水動(dòng)力條件的制約，區(qū)域內(nèi)的奧灰水整體的流向?yàn)樽晕飨驏|流動(dòng)。地下水的水位變化主要受到補(bǔ)給、徑流及排泄條件的影響，依據(jù)對(duì)礦區(qū)水位的觀察，礦區(qū)內(nèi)的水位呈雨季上升趨勢(shì)旱季下降的趨勢(shì)，在降雨后的一天內(nèi)水位即呈現(xiàn)上升變化[6]，最大水位一般滯后于降雨期20～30 d，礦區(qū)內(nèi)徑流的年變化幅值一般為5～10 m。

S 煤礦屬于隱伏狀煤礦，共包含9 個(gè)含水層，在含水層之間分布有不同厚度的隔水層，各層之間的巖性及厚度均不相同，其中粉砂巖及泥巖的穩(wěn)定性較高，具有較好的隔水性能，各隔水層之間的主要特征如圖1 所示[7]。在隔水層的作用下，各含水層之間在正常條件下沒(méi)有相互的水力聯(lián)系，在遇到落差較大的斷層或存在裂隙及陷落柱等垂直導(dǎo)水通道時(shí)，則會(huì)造成各含水層之間的水力聯(lián)系，奧灰成為主要的水源，容易引發(fā)煤礦的透水事故。

圖1 礦井隔水層組合示意

在礦井開(kāi)采過(guò)程中，區(qū)內(nèi)的小斷層發(fā)育，成為充水的主要通道，發(fā)生多次小斷層的突水，最大突水量為120 m3/h，在進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘中揭露封閉不良的鉆孔10 個(gè)，可能引發(fā)奧灰突水，不良鉆孔成為礦井的充水通道[8]，引發(fā)安全事故。由于礦井煤層的開(kāi)采深度達(dá)，底板承受的壓力作用大，在礦壓及水壓的作用下，煤礦底板的破壞深度影響大，煤層底板的阻水能力低，容易引發(fā)底板的突水。對(duì)礦井的涌水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在礦井開(kāi)采中涌水量逐年增加，這說(shuō)明工作面的掘進(jìn)開(kāi)采增加了礦井的涌水量，需對(duì)其進(jìn)行一定的防治水方案，避免造成煤礦的水害事故。

2 深部煤礦開(kāi)采防治水方案分析

在S 煤礦開(kāi)采中由于開(kāi)采深度較大，煤層底板的承壓高，且地下水的補(bǔ)給量大，存在著發(fā)生突水的危險(xiǎn)，為降低風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)礦井的地質(zhì)水文條件進(jìn)行防治水分析，采取相應(yīng)的措施保證煤礦的開(kāi)采安全。

2.1 掘進(jìn)階段防治水分析

為避免S 礦揭露導(dǎo)水結(jié)構(gòu)造成的突水災(zāi)害，在巷道掘進(jìn)前應(yīng)對(duì)掘進(jìn)前方的導(dǎo)水結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的探查，采用物探及鉆探結(jié)合的方式[9]，對(duì)掘進(jìn)巷道進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)，探測(cè)工作的主要操作流程如圖2 所示。

圖2 巷道掘進(jìn)探測(cè)作業(yè)流程

在進(jìn)行巷道掘進(jìn)作業(yè)前，采用綜合物探的方式對(duì)前方的導(dǎo)水結(jié)構(gòu)進(jìn)行超前探測(cè)，對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的異常體進(jìn)行標(biāo)記，在進(jìn)行超前探時(shí)，可采用電磁法、音頻電穿透法等多種方式進(jìn)行探測(cè)，并相互比對(duì)驗(yàn)證，從而保證探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

對(duì)于標(biāo)記的異常區(qū)域進(jìn)一步采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，在一定的區(qū)域布置相應(yīng)的鉆孔，探查孔的數(shù)量應(yīng)不少于2 個(gè)，鉆孔的布置如圖3 所示[10]，鉆孔傾角在-10°～-20°，鉆孔之間的相互距離應(yīng)大于30 cm。

圖3 鉆孔驗(yàn)證布置示意圖

2.2 工作面回采前防治水分析

隨著工作面的開(kāi)采，煤礦的頂?shù)装宄袎弘S之發(fā)生變化，在工作面進(jìn)行回采前，應(yīng)采用直流電法、瞬變電磁法等綜合的物探手段，對(duì)工作面開(kāi)采過(guò)程中隱伏的構(gòu)造及底板的薄弱地帶進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)導(dǎo)水構(gòu)造區(qū)及富水的異常區(qū)域進(jìn)行鉆探探測(cè)。對(duì)于經(jīng)過(guò)鉆探驗(yàn)證的導(dǎo)水構(gòu)造及富水異常區(qū)采用注漿的形式進(jìn)行加固，依照煤礦的防治水規(guī)定進(jìn)行加固操作，注漿完成后，必須進(jìn)行檢驗(yàn)，直至滿足加固的要求后[11]，才能進(jìn)行進(jìn)一步的煤礦工作面的回采作業(yè)。工作面回采前的防治水方案，如圖4 所示。

圖4 工作面回采前防治水方案示意

2.3 工作面回采過(guò)程防治水分析

回采過(guò)程中奧灰水對(duì)礦井的安全具有嚴(yán)重的威脅，在回采過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)層地下水的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)及分析，在奧灰含水層及開(kāi)采煤層之間選擇2 個(gè)監(jiān)測(cè)層，對(duì)監(jiān)測(cè)層布置相應(yīng)的測(cè)孔水位，對(duì)水位的變化及水質(zhì)、水文的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)突水事故的提前預(yù)知，減少突水事故造成的危害。

進(jìn)行監(jiān)測(cè)層的選擇時(shí)要保證監(jiān)測(cè)層的采區(qū)及工作面分不穩(wěn)定，且與奧灰水的水質(zhì)具有一定的差異性，從而便于快速的對(duì)水樣變化進(jìn)行測(cè)定及分析；監(jiān)測(cè)層要具有良好的滲透性，從而保證能夠及時(shí)的反映水位的變化，同時(shí)監(jiān)測(cè)層應(yīng)盡量的遠(yuǎn)離煤層底板[12]，從而可以對(duì)水位的變化進(jìn)行預(yù)報(bào)，增加工作面開(kāi)采作業(yè)及時(shí)響應(yīng)的時(shí)間。

3 結(jié)語(yǔ)

S 煤礦作為深部開(kāi)采的煤礦，主要的水害威脅來(lái)自?shī)W灰水，地下水的補(bǔ)給量大，且礦井的開(kāi)采深度大，底板的承壓較大，對(duì)煤礦的防治水應(yīng)主要以防為主。針對(duì)煤層的開(kāi)采條件，煤礦開(kāi)采掘進(jìn)過(guò)程中存在著底板奧灰水突水的風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)巷道掘進(jìn)前、工作面回采前及回采過(guò)程中，采用綜合物探、鉆探驗(yàn)證及底板加固、監(jiān)測(cè)層實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的形式對(duì)煤礦制定相應(yīng)的防治水方案。在巷道掘進(jìn)中采用綜合物探的形式標(biāo)記異常區(qū)域，采用鉆孔探測(cè)的方式進(jìn)行驗(yàn)證，保證探測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在工作面回采前，采用綜合物探及鉆孔探測(cè)的方式對(duì)富水異常區(qū)進(jìn)行探測(cè)，并采取相應(yīng)的加固措施，進(jìn)行回采過(guò)程中，對(duì)監(jiān)測(cè)層的水質(zhì)及水位變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。通過(guò)綜合的防治水方案，對(duì)煤礦深部煤層的開(kāi)采提供安全保障，減小水質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的危險(xiǎn)，保證煤礦的安全開(kāi)采。