煤矿防治水技术研究实践

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摘要：对某煤矿3号煤层顶板岩层的含水情况、带压开采情况进行了分析。对该煤层存在的水害问题，综合运用顶板水疏放措施、物探钻探技术以及水害预警监测系统等措施进行治理和预防，为该煤矿3号煤层的顺利开采提供了保证。

关键词：顶板水预疏放；带压开采；研究；实践

某煤矿是山西某矿业集团下属的大型矿井，设计生产能力为500万t/a，批准开采煤层为3号煤层。该矿井东、南、北3个方向均有矿区在生产，西部暂时没有矿井。该煤矿水害防治重点有2个，其一是3号煤层中陷落柱和断层较为发达，煤炭开采为带压开采。其二为3号煤层上部存在丰富的含水层，严重影响着工作面的开采工作。因此，为了减少顶板含水层的影响以及矿井承压水突水事故的发生，该煤矿进行了一系列的水害防治工作，从而保证了3号煤层的安全开采[1]。

1顶板水防治

1.13号煤层顶板水情况简介

该煤矿3号煤层上部30.30~46.07m，平均38.86m处有K8砂岩，下部5.63~11.81m，平均距离8.97m处有K7砂岩。整个3号煤层在山西组下部，煤层赋藏稳定，全部可以开采。煤层中存在夹矸0~2层，夹矸类型为泥岩和炭质泥岩，煤层厚度为4.60~6.35m，均厚为5.86m。煤层顶板岩层整体较为稳定，局部部位会有破碎现象，但是整体裂隙反应较为良好。直接顶和老顶的岩层分别为砂质泥岩和细粒砂岩，老底也为细粒砂岩。3号煤层上面的岩层为K8、K10岩层，分别位于3号煤层46m和93m处，含水量较大，属于碎屑岩裂隙含水层，是3号煤层中的主要涌水突水来源。上面岩层岩性为砂岩，粒径多数为中粒、细粒。工作面开采时，老顶会随着工作面推进而逐渐垮落，上覆K8、K10含水层中的水会顺着垮落裂隙流到工作面，从而使得工作面涌水量瞬间增大，给工作面的正常排水造成了巨大困难。在开采该煤矿1盘区1306、1307、1308工作面时，涌水量甚至高达120m3/h。因此，为了减少涌水的安全隐患，该矿在顺槽预先进行了钻场和水仓的施工，将上覆含水岩层中的水通过钻孔和水仓进行了预先排放，大大减少了老顶垮落后工作面的涌水量。

1.2Ⅲ4303工作面防治水措施

采煤工作面的防水措施以Ⅲ4303大采高工作面为例，该工作面倾向长度为225m，开采方式为上山式开采。根据该矿已经开采完成的工作面的涌水情况进行推测分析，认为随着老顶跨落，工作面的涌水量会突然增大，在工作面推进一段距离后，涌水量又趋于稳定状况。经过计算分析，认为Ⅲ4303工作面回采过程中可能涌水量和最大涌水量分别为80m3/h和120m3/h。通过对工作面两顺槽进行钻孔实施，钻孔长度须穿过K10含水层10m处。钻孔施工位置为顺槽Ⅲ4205段230m处，钻孔仰角设置为40°，数量为3个，钻孔布置形状为扇形状，单孔进尺为132m。开切眼出布置2个钻孔，仰角亦是40°，单孔进尺为140m。钻场刚投入施用时，这两处钻场每个钻孔的涌水量约为15m3/h，在钻孔排水1个月后，涌水量低至7m3/h。在工作面开采之前，2个钻场累计排水量高达8万m3。在顺槽Ⅲ4206巷中间部位和开切眼附近均布置钻场，每个钻场布置3个钻孔，仰角为+40°，单孔进尺为235m。钻场投入使用后，每个钻孔的涌出量为20m3/h，钻孔排水2个月后，水量降低至5m3/h，累计排水量为12万m3。回采之前，顺槽Ⅲ4205和Ⅲ4206累计排水量高达20万m3。工作面涌水量随着工作面的推进情况不断发生变化，且随着工作面的推进，涌水量逐渐增大，当工作推进到30m、45m、50m、70m时，工作面涌水量分别为10m3/h、15m3/h、20m3/h、25m3/h左右，此后，尽管工作面继续推进，但是涌水量基本趋于稳定，约为20m3/h。通过对顶板含水层进行疏水，使得水害防治从被动变为主动、从防水到防治结合的跃进，是煤矿防治水技术的一次重大革新和实践，能够对其他矿区的同类水害的治理提供良好的典范。

2带压开采区防治水

2.1带压开采情况简介

该煤矿3号煤层东南到西北倾向，开采大部分均为带压开采，带压开采主要在今天西北部，面积约占整个井田面积的86%。承压水的主要来源是奥陶系灰岩汇中的溶隙水，岩性比较复杂，以石灰岩为主，还夹杂有部分的白云岩、泥灰岩、白云质灰岩等，而且岩层中裂隙和溶洞较多。通过对井田内奥灰水水位进行观测，得出水位标高为625~627m，而3号煤层的底板标高为325~690m，可见奥灰水几乎在整个煤层之上。煤层底板能够承受的最大水压水头是300m，因此大部分煤层开采为带压开采。在煤层和奥灰岩层之间有多层隔水层，这些隔水层一般不会对3号煤层的安全开采造成威胁，但是在存在断层和陷落柱的区域，由于这些构造的存在会使得岩层的导水性大大增加，因此，奥灰水会通过断层和陷落柱等构造流入矿井，是煤层底板发生突水的重要原因之一。

2.2地面物探探查手段

煤层中的断层、陷落柱等地质构造以及塌陷情况的探测主要是在地面进行探测，探测方法为三维地震勘探技术，探测目的在于准确掌握煤层的地质构造。而矿区岩层的含水情况、富水区域则通过在地面电法进行勘探得出。

2.3施工水文地质孔

在矿井中布置水文观测孔来对奥灰水进行动态监测，水文观测孔在井田西部由南至北共布置3个，分为在安家村、海则村以及泮沟村各一个。同时，在井田中部位置大巷直接布置4个钻孔，用来实施监测含水层动态变化，了解采掘区地下水的动态，提高矿井水害防治的能力。

3综合防治水措施

（1）首先对矿井的安全管理制度进行完善，明确各级领导的安全责任，加强安全管理，有专业的矿井水害防治队伍。（2）应当建立水质检验实验室，对含水层水质进行化验分析，并通过水质特征数据库进行对比，提供准确的水质化验结果，从而能够容易对不同水质进行辨别。（3）建立并完善水害预警系统，加强监测监控。以物探技术、水质分析技术以及其他监测技术为基础，建立水害预警监测系统，以便能够及时准备地对矿井突水情况进行预测、报警，从而便于矿井管理机构作出正确的决策，减少事故损失。（4）成立专业应急救援队伍，有防治水技术相关的设备应急库，从而能够保证事故发生后及时救援。（5）对管理人员和基层从业人员进行培训，使其掌握专业技能的同时，加强安全意识，从而提高员工的防水意识和抵抗水害的能力。

4效果分析

该煤矿通过综合运用顶板疏放水、物探钻探技术，建立了一套完善的水害预警监测系统，对矿井水的防治起到了很好的效果，并为其他煤矿提供了借鉴经验。该煤矿所采用的一系列的水害防治技术能够被广泛应用于我国的其他地方的同类型矿井，对该类型矿井的水害防治有重要的参考价值。

参考文献

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作者：李永顺 单位：山西煤炭运销集团阳泉有限公司