复杂水文地质条件下矿井防治水技术

【摘 要】本文主要从矿井防治水重点、我国矿井防治水研究现状、老空水的防治技术、复杂矿井综合防治等方面进行了全面的研究.

【关 键 词】复杂水文地质矿井防治水技术老空井

一、前言

随着我国建筑行业的不断发展,复杂水文地质条件下矿井防治水技术越来越受到企业及施工单位的重视,本文就该部分内容进行了探讨.

二、矿井防治水重点

1.防治水难度大,责任大,必须坚持预测预报、有疑必探,先探后掘,先治后采的原则.要全员重视,尤其领导重视,矿井负责人必须是防治水的第一责任人.

2.老空水的防治需要在物探探测技术方面取得进一步的发展,现在物探结果暂不能作为掘进和回采过程中的直接依据.物探技术目前为定性解释富水异常区,如果能做到定量准确地进行解释,在判读方面取得阶段性突破,这样能更准确地为下一步的防治水工作提供技术支撑.

3.承压水,老空水防治工作完成一个阶段,进行下一步工作前,必须有安全评价机制.对上一阶段的防治水工作进行总结,评价防治水工作是否到位,是否能进行下一步防治水工作.

4.矿井必须有专门的防治水队伍,负责本矿井的防治水工作,保证防治水工作的顺利实施完成.

近几年,随着矿井开采行业的发展,土地层的地质状况以及水文条件越来越差,矿井事故发生频率越来越高,突水淹井事故尤为频繁.突水事故不仅影响了矿井开采的正常运作,对施工人员的生命安全也产生了巨大的威胁.矿井水害的种类较多,较为突出的有地表水、老窖水、孔隙水、裂隙水以及岩溶水五种水害,提高防治水技术是矿井开采行业管理者的当务之急.

三、我国矿井防治水研究现状

几十年来,我国研究人员经过大量观测、试验、研究和总结,提出多种底板突水机理理论,一致认为底板突水是含水层富水性、隔水层厚度、承压水压、采动应力等因素相互作用的结果.在突水理论的指导下,通过现场调查、测试模拟、现场试验等,形成了一套水害防治方法与技术,目前,我国水害防治方法主要有疏水降压、带压开采、帷幕截流、留设防水煤岩柱、注浆改造等.

1.疏水降压是矿井水害防治的主要技术措施之一,在国内普遍采用,20世纪80年代,淮南矿区曾开展太原组灰岩水的疏干问题的研究.

2.带压开采,指采用专门的技术和安全措施在含水层安全水头范围内开采

其上煤层的方法,带压开采适用于构造简单,隔水层完整的矿井.

3.注浆改造底板含水层,指对煤层底板含水层进行注装加固,从而降低含水层的富水性,将其改造为相对隔水层,提高煤层底板隔水层整体强度,该方法与疏水降压、带压开采等方法并用,可以大大节约水害防治的成本、缩短疏水降压的周期.如具备疏水降压与带压开采条件,通过对煤层底板注架加固,从而实现了安全开采的目的.

4.帷幕截流,指在矿区注浆帷幕,截断水流.从20世纪60年代起,在亭庄、徐州、新纹等煤矿在灰岩含水层中成功营造了大型堵水截流帷幕,取得了良好的堵水效果.平顶山矿区受太原组灰岩与寒武系灰岩岩溶水威胁,根据矿井地质条件,取了深部疏干、浅部截流相结合的岩溶水害防治方案,既避免了大量疏干水引起的地面沉降等环境问题,同时带来了可观的经济效益.

5.留设防水煤岩柱,在有突水危险的区块,留设一定的防水煤岩柱,防止构造薄弱带发生突水.

四、老空水的防治技术

笔者以某矿井开采为例,对当地矿井的防水技术进行了简单介绍.最高点位于井田西北边界山梁上,标高1517.4m.最低点位于东南边界沟谷内,标高1290m,相对高差227.4m.矿井周围没有较大的河流,区内冲沟发育,均属季节性间歇性地表径流.由于地区以前主要是私人开采,老空水的防治就变成了防治水的重中之重.受矿井水文地质特点的影响,井田各煤层均处于奥灰水位之上,不存在奥灰带压开采威胁.

该矿井以前属于私人开采,老空水的防治工作是矿井管理人员应该高度关注的重点.老空水分布范围广泛,老空积水的具体位置、范围大小以及积水含量一直以来困扰着技术人员.矿井开采过程中一旦发生老空水突水事故,不仅会影响正常开采,还会造成大量的人员伤亡和经济损失.提高老空水的防治技术需要满足以下要求老空水的探查.矿井开挖前,管理者必须对老空水进行严格的探查,做好探查记录,老空水的检测工作还要与开采工作保持一致.另外,矿井开采单位还应该利用科学技术手段,对井内以及矿井附近的老积水区域进行勘探.很多煤矿由于规模较小,对老空水的范围、深度以及区域勘测不到位,导致突水事故的发生.矿井单位应该委派技术人员对老空水进行科学合理的勘测,积极采用物探手段,对地下和地上和老空水进行有效地勘测,保障矿井开采工作的安全实施.

老空水的防治.除了对老空水的位置、含水量进行探查外,还应该做好老空水危害的防治工作.结合矿井开采位置的土层情况,对积水进行探放,明确积水线、探水线和警戒线,按照要求做好老空水的防治工作.

五、复杂矿井综合防治

1.查

坚持“预防为主,科学查疑”的方针,查明矿井充水条件,为矿井防治水工作提供科学依据.

（一）数理统计制图法,绘制地下水动态等水位线图、大气降水量--矿井涌水量关系图,分析研究大气降水、地表水对地下水的补给关系.

（二）连通实验对比法,在有可能使矿井水与地表水之间水力联系的主要过水通道处投放食盐为示剂,在井下各出水点取样化验分析Cl-,Na+浓度及接收时间,确定地表水对井下是否补给,补给量及补给通道.

（三）综合物理探测技术,采用直流电法和瞬变电磁技术,探测划定地下水富水区、溶隙裂隙发育带和导水通道.

2.堵

建立并完善以岩体无缆通讯定位技术、大直径快速救援孔施工技术、机动高效注浆堵水系统为主体的“堵”水技术体系.

（一）突水危险性预测.根据“查”找到的富水区和导水通道的位置,结合隔水顶、底板岩石厚度的空间变化规律分析,岩石的物理力学性能测试、应力场计算分析,突水系数和隔水层的理论安全厚度计算等.

（2）实施“堵”水.在水灾来临之前对堵水段实施“堵”水技术.既从地面源头区堵,又在井下非开采区堵.

3.疏

在矿井防治水中,“疏”的技术主要包括两方面的工作.

（一）对地表积水区的水进行疏排,减少地表积水区面积和水量,使地表水下渗至矿井的水量减少.

（二）对于高承压水头的富水区,在井下承压开采区施工疏水钻孔或泻水巷道,进行疏水,以降低承压水头,达到安全开采要求.此项技术适于水源补给不充分的条件,以群孔或泻水巷道与较长时间的疏水,才能显出效果,但效果具有稳定性和持久性.

4.排

矿井正常生产排水,必须按照《煤矿安全生产规程》布置排水设施.这里关键是准确预测开采水平、采区和全矿井的正常涌水量和最大涌水量.对于老矿井,经过较长时期开采和生产排水,含水层的水文地质参数发生了很大变化,甚至完全不能用于矿井涌水量的预算.为此,采用了非常规的矿井涌水量计算方法,较准确预算出矿井涌水量.

六、结束语

加强对复杂水文地质条件下矿井防治水技术的研究,可以更好的使工程整体的质量得到保障,也是我国以人为本基本国策的体现.