矿井防治水技术应用

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煤炭资源在中国的能源框架中处于战略性位置，在推动中国经济发展及提升人民生活水平等方面发挥着不可替代的作用。但长期以来，煤矿生产过程中一直存在着安全问题。随着近地面的煤炭资源逐渐开采殆尽，生产作业向地下较深的位置推进，但由于井下水文地质条件的不可控性，开采过程中时常会出现各类水害，严重影响着开采过程的安全性与开采进度。针对此问题，对防治水技术进行深入研究，尽可能降低水害事故的发生概率，这对煤矿生产安全性及生产效率的提升有着重要意义[1]。

1复杂水文地质条件下矿井防治水的必要性

煤炭开采过程会受到各类灾害的影响，其中水害是较为常见的一种。水害的存在对煤矿开采进度有着重要影响，威胁生产安全，因此防治水工作的实施有着重要意义。对于中国大多数煤矿企业来说，水文地质对开采效果的影响较为明显，特别是开采规模也受到了极大限制，要想进一步提升煤炭开采效率和质量，水害防治相关研究必不可少。通过有效的防治水技术能尽可能降低水害对煤矿开采带来的危害，推进开采工作的顺利进行，使煤矿开采能适应更多的水文地质条件。就目前大多数煤矿的开采状况而言，井下水文地质条件具有较强的隐蔽性[2]，因此需要加大重视程度，充分关注井下的水害防治工作，进而提升煤矿开采水平。

2复杂水文地质条件分析

2.1充水水源

工作面顶板砂岩缝隙内的水为工作面顶板的直接充水来源，这一部分含水层水随着煤层开采过程通过导水裂隙带进行疏导。由于煤层顶板含水层的含水量较少，造成的影响较小，一般不会发生严重的水害事故，但可能出现工作面顶板漏水的状况[3]。工作面底板的直接充水来源为石炭系太原组上段灰岩岩溶裂隙水，该部分水体主要分布于灰岩的含水层内，该含水层厚度最大可达24.43m。灰岩本身具有较高的致密性，并且不会产生裂隙，但在防治水过程中也不应忽视。通常在井田的浅部和构造带位置可发现部分裂隙带，并且发现会有水冲刷的痕迹。同时，石炭系太原组下段灰岩岩溶裂隙水也是充水水源之一，与上段含水层之间由砂质泥岩岩段隔开，该岩层厚度达40m，因此通常生产过程中不会直接发生工作面底板涌水的状况。但该含水层与上段含水层存在某种水力作用，导致工作面中涌水量增加。因此在后期的工作面采掘及防治水过程中应当重点关注。

2.2充水通道

在井下，岩层的断层、裂隙和封闭不良钻孔等均构成了充水通道[4]。其中，断层通道所产生的威胁最大。井下断层本身透水性较强，随着开采过程的推进，断层极有可能受到破坏，进而导致透水性增加。同时，裂隙所造成的危害也不可忽视，井下裂隙通常是由工作面顶板或底板遭到破坏而产生，容易导致顶板涌水等事故的发生。除此之外，如果施工人员操作不合规范，则极有可能产生封闭不良的钻孔，这些钻孔使各含水层直接连通，进而导致采掘过程发生突水。

3矿井水害类型及其突水方式分析

煤矿开采作业所处环境变得越来越复杂，尤其是水文地质条件的未知性，对煤炭开采工作带来了更大的挑战。水害对生产安全所造成的影响不可忽视。下面对较为常见的两类水害类型[5]进行详细阐述。a)老空水。老空水通常形成于井下采空区内。随着开采工作不断推进，会出现越来越多的采空区，而这些采空区内会由于地下河或周围含水岩层而产生大量积水。当采掘工作面靠近老空水区域时，为防止透水，需要将老空水的积水范围、标高、积水量等标注在采掘图上，划分出积水线、探水线和警戒线（见图1）。若无法及时排放采空区中的积水，则会带来一系列的水害事故，严重威胁工作面采掘过程的安全。目前工作面采掘过程中老空水的形成现象较为普遍，由于水文地质条件的复杂性，这些老空水大大增加了后续开采过程的风险概率，因此应当予以关注。b)承压水。除老空水外，在水文地质条件复杂的井下生产中，承压水也较为常见。顾名思义，承压水指的是充满2个稳定隔水层之间的含水层的重力水，其形成如图2所示。该水害严重威胁着井下生产的安全进行，同时也会对巷道结构造成不利影响。若不能提前做好对承压水相关的预防工作，则极有可能导致不可逆转的安全事故。图2承压水形成示意图

4矿井防治水技术在复杂水文地质条件下的应用

矿井水害问题危害极大，除了对井下正常的生产进度产生影响之外，对开采过程中人员的生命安全也有着极大的威胁，因此，采取相应技术对水害问题进行治理迫在眉睫[6]。但当前情况下，井下水文地质条件的复杂性为水害防治相关工作带来了一系列困难，应当从以下几方面入手开展水害防治工作。

4.1水文地质条件的勘探

井下水文地质条件勘探对工作人员了解井下条件有很好的帮助，特别是在井下较为复杂的水文地质条件下，进行水文地质勘探有很大的必要性。相关工作人员应当采取多种勘探技术对井下状况进行综合了解，掌握地下岩层的含水状况及突水方式，采取相应的措施进行预防，以降低水害所造成的影响。在具体的水文地质条件勘探工作中，采用传统单一的勘探手段具有一定的限制性，因此通常结合物探技术与钻探技术，利用目前最先进的电磁检测技术，对井下不同位置的含水层进行探测。通过钻探手段对井下具体富水区域的面积和位置等相关的信息进行收集，并整理为具体的地下含水层分布图和涌水关系图等，对各水体之间的连通关系及井下水分的特性等进行了解，制定对应的解决方案进行水害预防，防止突水涌水，为后续生产工作提供数据支撑[7]。煤矿水文地质勘探一般分阶段循序进行，如图3所示。矿井水文地质勘探为矿井建设、采掘、开拓延深、改扩建提供了所需的水文地质资料，是矿井防治水工作的主要水文地质理论依据，它是在煤田水文地质勘探的基础上进行的。矿井水文地质勘探贯穿于煤矿的整个建设生产过程，它可以验证和深化煤田水文地质勘探对矿井水文地质条件的认识，同时，又可根据矿井建设生产过程中遇到的水文地质问题，充分利用矿井的有利条件，进行针对性的矿井水文地质勘探，为矿井建设生产和矿井防治水工作提供依据。

4.2注浆堵水技术

注浆堵水技术是井下防治水害的一项重要技术，它主要是通过注浆对水体位置进行封堵，以降低水害所产生的危害。在注浆堵水工作之前，应进行充分的水文地质勘探工作，结合所探测到的富水性基本信息与井下岩层的受力分析，对工作面采掘过程中可能产生的突水进行预判。若岩层含水量较高，则不能在短期内对水进行疏通，应采取注浆堵水技术进行治理，有效预防突水的发生。在对井下水文地质情况进行了解之后，确定突水风险较高的位置，从工作面和地面同时施工进行封堵作业，将积水控制在确定区域内，以免对开采过程造成突水影响。

4.3疏导排放技术

采取注浆堵水技术尽管能起到一定的预防水害的作用，但仍存在一定的突水威胁。因此，在很多时候也会采取疏导排放技术对岩层含水量进行控制，防止水害发生。a)首先是对地表的全部积水进行排放，防止它在重力作用下发生渗漏，从根源切断井下水源的补充。b)对井下含水量较多的岩层可采用钻孔方式，通过一定的水流通道将水引出，起到降低岩层内水压的作用，有效防止作业过程中突水的发生，保证施工过程的安全性。疏导排放技术能有效降低井下岩层的含水量，但它仍存在一定的局限性，若含水量巨大且有着足够的补充水源，则疏导排放技术并不能达到理想的效果。并且，水体疏放过程与时间有着较强的联系，应与具体情况相结合，进而采取合理的疏放水方案，达到相应的排水效果[8]。针对面积较大的富水区域可采取分区排水的方式，同时，可进行管道的连通来达到定点排水的目的，预防水体对工作面产生影响。

4.4预防与应对技术

水文地质勘探工作能为下一步的疏导排放提供一定的支持，还能够有效地预判出井下所存在的突水风险，以采取相应措施。从本质上来说，井下水害防治工作的目的是为生产提供安全保障，然而即使采取相对完善的防治措施，也不能保证绝对安全，因此还需要对各项综合条件进行考虑，不断完善水害防治措施，并对工作面采掘方案进行合理优化。若处于复杂的水文地质条件下，无法完全了解井下具体水文情况，则应进行暂时规避，防止安全事故的发生，待相关技术方案完善后再开展回采作业。

4.5放水孔与观测孔的设置

在工作面回采期间进行放水孔与观测孔的布置时，应对孔的具体作用和结构进行设计，应着重关注钻孔后对孔口的固定工作[9]。特别是在放水孔设计中应充分应用压力表，通过压力表对水体的水压变化状况进行观测，充分掌握水体变化状况。在工作面回采完成后，及时封堵放水孔，以保障工作面的结构稳定性。此外，在保障工作面稳定性的前提下，留下1～2个空位便于观测并进行相关调整，避免水害发生。

5结语

水害防治是保障井下生产安全的一项重要工作。为确保开采工作的顺利开展，务必采取合理的水害防治措施。但实际生产所面临的水文地质条件较为复杂，应充分做好水文地质勘探工作，在此基础上结合具体生产情况采取相应的注浆堵水技术与疏导排放技术，以实现对水害的科学治理，确保矿井生产过程的安全。

参考文献：

［1］张耀辉，熊祖强，李西凡，等.复杂水文地质条件下矿井水害综合防治技术研究［J］.煤炭科学技术，2021，49(3)：167-174.

［2］赵亚斌.复杂水文地质条件下综合防治水技术探究［J］.西部探矿工程，2021，33(4)：125-126.

［3］尹尚先，连会青，刘德民，等.华北型煤田岩溶陷落柱研究70年：成因·机理·防治［J］.煤炭科学技术，2019，47(11)：1-29.

［4］毛维林.水文地质条件复杂区域回采工作面综合防治水技术应用［J］.山东煤炭科技，2019，37(6)：173-174.

［5］弓美疆.复杂水文地质工作面开采综合防治水技术［J］.能源与节能，2019(5)：127-128.

作者:秦泰山 单位:山西三元煤业股份有限公司