煤矿水文地质特征与矿井水害防治技术质量分析_董志胜.pdf

煤矿水文地质特征与矿井水害防治技术质量分析董志胜(内蒙古裕兴矿业有限公司，内蒙古鄂尔多斯017000)摘要:我国社会经济发展水平不断提高，煤炭生产行业运用了越来越多的先进管理理念及生产技术。水害是诱发矿井安全事故的主要根源，复杂的煤矿水文地质条件也使水害问题成因复杂多样。笔者结合工作经验，就煤矿水文地质特征及矿井水害防治技术提出见解和建议。关键词:煤矿;水文地质特征;矿井水害;防治技术;质量中图分类号:F4063;TD745文献标识码:B文章编号:10080155(2023)02017503煤炭是当前最主要的能源之一，保障供需稳定具有社会经济效益。我国具有十分丰富的煤炭资源，社会的需求总量也十分可观，使我国的煤矿开采行业蓬勃发展。与此同时，煤矿开采又是一项高危工作，如果安全管理工作不到位，会经常诱发安全事故。矿井水害是诱发煤矿坍塌及人员伤亡的重要根源之一，而水害问题则是地质水文勘查工作及水害防治工作不到位导致的1。近年来，我国煤炭产业迎来了全新的发展机遇，做好煤矿水文地质的勘查研究及矿井水害的防治成为推动该产业长远稳定发展的必要前提。1 煤矿水文地质特征某煤矿总体地势南高北低，内有河沟，井田地表的水系较为发达，河沟的年净流量达 200 万300 万 m3。11 水文地质单元该煤矿东、北、南三侧均以地表分水岭为界，西侧以河为界，在水文地质条件上形成了较为完整的单元。具体而言，矿区东部界线以干沟东侧最高点形成的地表水分水岭为主，东部界线以内地表地下水主要向河流排放，界外地表地下水则向东侧区域河流排放;西侧以河流作为天然分界线，区域内地表地下水向河流进行排放;北部以地表最高点形成的地表水分水岭为界;南部以山一侧地表最高点形成的地表水分水岭为界。综上可以看出，该煤矿位于区域水文地质单元的补给径流带上，水文地质条件必然给煤矿开采带来深远影响2。12 主要含水岩组及其特征煤矿在生产建设前，通过文献调查及勘查实验结果，结合岩性组合、岩层富水性等特征，对井田内含水层进行了划分。121 孔隙潜水含水层孔隙潜水含水层范围为河沟的河床与两岸，地下水赋存形式为孔隙潜水，富水性较强。从规模上来看，该含水层相对较小，整体的储水量不大。122 中侏罗统 X 组上段含水层含水层位于 X 组上段底部，含水层较厚，钻孔揭露厚度为 6288732m，中、粗砂岩厚度为 6288278m，平均厚度为 3922m，占地层总厚度的 4523%100%。该含水层整体的透水性较好，井田东北部和西南部的揭露厚度较大，并向中部逐渐减少。123 中侏罗统 X 组下段含水层含水层位于 X 组下端泥岩底板至煤层底板砂岩，此含水层的倾向、走向变化较大，含水层钻孔揭露的最大厚度为 16668m，最小厚度为 42 57m，平均厚度10894m。124 烧变岩裂隙潜水含水层该含水层的形成原因包括两方面:其一为煤层地表与浅埋段发生了火烧，导致岩石变形及裂隙发育。其二为河流与大气降水形成水源补给，进而形成了烧变岩裂隙潜水含水层3。13 矿井充水条件矿井煤炭资源开采中，充水水源来自多方面，给生产过程造成了严重的安全隐患，需要对矿井条件进行客观全面分析，给防治工作提供参考。对含水层的赋存条件及循环补给条件等进行科学合理的分析，得到了以下几种主要的矿井充水水源。131 大气降水大气降水是矿井主要的充水水源之一，该煤矿地势条件较为独特，十分有利于大气降水的累积，进而对571DOI:10.13487/ki.imce.023208河床含水层造成影响。132 地表水该矿井区域有河流经过，存在基岩裸露区域及烧变岩区，导致了基岩层含水层地下水量较大。133 老窑水勘查数据表明，老窑区水源会对未来矿床的开拓过程产生影响，并成为主要的充水水源之一，这也是矿井水文地质特征研究分析的重要内容。134 砂岩裂隙水砂岩裂隙水是井田煤层生产过程中面临的主要含水层，以静储量为主，经过一段时间的防水处理后，整体水量开始变小。砂岩裂隙水是矿坑最主要的充水水源，但整体处于可控范围。135 烧变岩裂隙水火烧区主要处于矿井南部，岩石孔隙呈裂隙发育，受到大气降水及河水补给的影响，存储了较可观的积水。在井田煤层的生产过程中，该区域矿井用水量较大，成为矿井的主要充水水源4。2 矿井水害防治工作重要意义21 保障生命安全众所周知，煤矿生产是一项高危工作，这是由复杂危险的井下作业环境导致的。对生产人员来说，施工环境的危险性是多方因素共同造成的，而矿井水害则是其中最重要的因素之一。具体而言，矿井内涌水情况严重，一方面会导致巷道及开采区被淹，进而给施工人员的生命安全带来严重危害。另一方面，矿井内环境受到水的影响，会造成煤层顶板淋雨，使巷道内空气湿度增加，而长期在潮湿的环境下工作，也会给人的身体带来危害。由此可见，做好矿井水害防治工作，是保障生命安全的重要举措，也是安全生产的基本要求5。22 保障煤矿开采稳定高效从生产角度来看，矿井水害对煤矿开采有着诸多负面影响。一方面，矿井排水工作不到位，致使矿井内汇集大量的水，会对矿井的支撑结构、开采设备及钢轨等技术设施产生腐蚀，缩短相关设备的使用年限，增加相关故障问题概率的同时影响煤矿生产工作的稳定性。另一方面，矿井内排水工作不到位或涌水量超出矿井的排水能力，会导致巷道及采煤区出现水淹现象，进而导致停产。由此可见，做好矿井水害防治工作有利于保障煤矿开采稳定性，确保生产目标的实现。23 保障经济效益在煤矿开采的过程中，做好矿井水害的防治工作具有可观的经济价值。众所周知，煤矿开采过程中不可避免地会遇到水害问题，相关防治工作落实不到位会带来以下几方面的经济损失:其一，矿井水害会对煤矿生产的机械设备及基础设施造成腐蚀，维修维护工作会给煤矿造成额外的经济损失。其二，如果矿井涌水量大，还需要企业安装更大排量的排水设备，这会导致用电成本的增加。其三，矿井在遭受井水威胁时需要留设保安防水煤柱，这会在增加煤矿开采难度的同时影响煤炭资源的利用，在一定程度上影响经济效益。由此可见，做好煤矿矿井水害的防治工作，能够有效减少给煤矿造成的经济损失或影响，进而获取更高的经济效益6。3 煤矿生产采用的矿井水害防治技术及其要点31 注浆堵水矿井较为独特的水文地质条件造就了煤矿开采区域地下水含水层较多，给煤矿开采带来了水害问题。在煤矿矿井水害的防治工作中，在工程施工前注浆堵水是十分重要的，也能有效降低后续开采中损坏岩石的风险。具体而言，煤矿在开发作业前对矿区主要含水岩组及含水量丰富区域的分布情况进行科学全面的勘查，根据岩层特征对地下水含水量及运移状况进行科学分析。在此基础上，施工单位在水流位置及水害危害较大的含水层进行泥浆堵塞，通过钻头注浆对地下水通道进行封堵，实现对地下含水层水流的截水和静态处理。32 超前探测技术应用在煤矿勘查作业阶段，经常会遇到勘查异常区域，如果不能对该区域进行科学的探查，便会给煤矿开采造成严重的影响和危害。在煤矿矿井水害防治工作中，做好异常区勘查具有重要意义，而超前探测技术能够解决异常问题。具体而言，超前探测技术包含钻探法和物探法，前者主要通过钻探设备获取岩芯分析煤矿水文地质特征，而后者则包含地震类方法、直流电法、瞬变电磁法等，能够通过观察地质变化引发的物理场分布及相关规律分析水文地质条件。超前探测相关设备能够对常规技术无法探查的区域进行准确全面的分析，发现异常区域的水文特征，并为矿井水害的防治提供参考7。33 立体探放技术在矿井工作面的回采作业中，当采空区存在大量的积水、积水赋存层位较复杂时，会出现多层采空区重叠问题，导致探放难度大幅提升。在遇到此类问题时，可采用井下联合探放与地面综合探放的方式进行处理。具体而言，地面采用大口径探放水钻孔，并将其打入开采的巷道，如果遇到上覆采空区，则需安装临时的止水装置，在终孔后于井下安装阀门，如此才能开启临时的止水装置。当采空区出现大量的积水时，需要在具体施工前利用井下的排水系统将其排出，对积水情671况进行探放，之后才能封闭钻孔井口。从安全防治角度来看，立体探放技术有利于井下救援，也可以有效排出采空区积水，从而提高钻孔的使用效率。34 老窑水防治老窑水是煤矿开采完成后遗留采空区内汇集的积水，在降雨量较大的季节，采空区积水问题会更加凸显，并给煤矿造成极大的危害。在老窑水的矿井水害问题上，一般采取预防为主、防治结合的基本原则，首先，要严格按照矿井防水相关规范进行矿井水害的预防工作，例如做好井内排水系统管理工作，一方面设置水位警戒线，方便对老窑水问题的观测与管理;另一方面设置应急水仓和排水装置，使相关问题出现后能够得到及时有效的处理。其次，工作人员要严格根据矿井水害防治的相关规定做好找水和排水工作，定期检测遗留采空区积水问题，同时查找和封堵潜在的水源，有效减少老窑水问题8。35 顶、底板水防治一般情况下，顶板水以静态形式出现，随着煤炭资源开采逐步推进，顶板水会从工作区裂缝流出。为了规避顶板水给煤矿矿井生产带来的影响和危害，需要在具体的开采作业前进行有效排水。目前，顶板水排水主要采用钻孔排水方式，即确定顶板水位置后通过钻孔使水流出。此外，排水巷道是处理顶板水问题的常用方法，当钻孔排水无法达到最佳效果时，可采用排水巷道相配合的方式优化排水效果。而在应用具体的排水巷道方式时，需要结合矿井的实际情况选择巷道位置，确保排水沟的流向与顶板水流向相同。底板水防治工作相对简单，一方面要注意在具体的煤矿开采作业中避免对底板隔水层造成破坏，另一方面则采用物探、钻探等方式确定富水位置并进行疏水降压，避免底板水对矿井造成影响和危害。值得注意的是，部分底板水所在区域的地质结构十分复杂，极易出现涌水问题，需要采用疏水降压和底板注浆加固的方式进行预防处理。36 断层水防治断层水是矿井水害常见形式之一，面对此类问题时，要先采用物探方式判断内部是否存在异常现象，特别在井巷工程掘进作业中，如果出现地质异常问题，则可能带来严重的涌水现象并影响生产。基于此，煤矿开采生产作业前必须对地质情况进行准确的勘查，在具体的掘进作业中，还要充分控制好超前距离，保证其不低于 30m。此外，在探明断层的情况下，作业人员还要结合断层落差及水压情况判断是否需要采用注浆加固作业，并保留防水煤柱，确保掘进作业安全性。在封闭不良钻孔附近的煤矿开采作业中时，要做好超前探查作业，并做好矿井水害防治工作，在需要时要对已钻的钻孔进行透孔处理，对其进行重新封孔。4 结束语综上所述，矿井水害防治工作对煤矿开采的安全稳定性有决定性影响，为保障生命安全、最大程度地提高煤矿开采经济效益，需要煤矿切实做好矿区水文地质条件勘查，并在此基础上保证各含水层水源能够科学排出，有效规避各类矿井水害。参考文献:1 孙豫陇水文地质特征与矿井水害防治对策J 中国金属通报，2022(03):121123 2 王木胜探析煤矿水文地质特征与矿井水害防治技术 J 内蒙古煤炭经济，2021(12):187188 3 霍亚军矿井水害防治技术研究进展分析J 能源与节能，2020(02):111112 4李文忠，刘福锁，杨挺，等矿井水害多维防治技术 J 内蒙古煤炭经济，2021(04):2829 5 王志亮矿井开采后水文地质特征及水害防治技术研究 J 矿业装备，2021(01):102103 6 琚晋伟矿井开采后水文地质特征及水害防治技术研究 J 能源技术与管理，2021，46(06):8788 7 高建峰矿井水文地质特征及水害防治技术研究 J 西部探矿工程，2021，33(09):179181 8 胡良矿井水文地质特征及水害防治技术研究J 中国化工贸易，2021(05):6566作者简介:董志胜(1971)，男，山东泰安人，本科，工程师，研究方向:煤矿防治水。771