礦井充水及防治水

類 磊

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原 030006)

0 引言

礦井建設(shè)與生產(chǎn)可改變地下水的儲存和循環(huán)狀態(tài)，破壞地下水資源的平衡，不僅導(dǎo)致水資源流失，還容易引起礦井充水，給礦井建設(shè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的危害。因此，有必要對礦井充水進行深入研究，加強礦井水的防治工作，提高礦井安全生產(chǎn)。

1 礦井充水條件

煤炭在開采中，揭露破壞了含水層、隔水層和導(dǎo)水?dāng)鄬?，引起圍巖巖層移動和地表塌陷，從而產(chǎn)生地下水或地表水向井筒或巷道涌水的現(xiàn)象，稱為礦井充水。礦井充水補給的來源，稱為充水水源。水流入礦井的通路，稱為充水通道。充水水源和充水通道構(gòu)成了礦井的充水條件。

1．1 回采對礦井充水條件的影響

井巷工程系統(tǒng)形成和回采工作面布置后，采煤方法和頂板管理方法，對礦井充水影響很大。

1)采動引起的圍巖破壞特征。

采掘活動會造成圍巖變形、破壞，并導(dǎo)致一系列礦山壓力現(xiàn)象的發(fā)生。

2)回采引起的礦井水文地質(zhì)條件的變化。

a．開采情況下，圍巖產(chǎn)生冒落、裂隙和彎曲下沉。冒落帶和裂隙帶內(nèi)巖層強度低，阻隔水性能大大減弱，透水性強。一旦連通周圍水體，將會造成礦井水害。巖層因彎曲下沉而形成塌陷盆地，發(fā)育于盆地邊緣的一系列裂隙，大氣降水和地表水與礦井充水動態(tài)的關(guān)系更為密切;b．開采引起的圍巖變形與破壞，必然造成井田水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)和條件的變化，增強了巖層的透水性，引進了新水源。因而，開采活動會使礦井充水水源和充水通道增多增強;c．采動引起的底板破壞，而造成的底板含水層向礦井充水，稱為底板涌水，大者稱為“底板突水”。隨開拓采掘的延深，礦井底板突水的威脅日趨嚴(yán)重;d．采掘引起的礦井涌水規(guī)律，通常是初期涌水量由小變大，經(jīng)過一定時間后，涌水量由大變小。若涌水主要來源于靜儲量，補給水源不足時，涌水便逐漸消失;若涌水主要來源于補給量，補給水源充足時，則逐漸趨于一個穩(wěn)定涌水量。

1．2 充水水源及其影響因素

1)大氣降水。對于地下開采的礦井，大氣降水是通過補給充水含水層，構(gòu)成礦井的間接充水水源。而對于露天煤礦，大氣降水則是直接充水水源。大氣降水對礦井的充水強度取決于年降水量、降水性質(zhì)和礦區(qū)地形、煤層埋藏深度及上覆巖層的透水性等因素。

2)地表水。地表水對礦井充水強度和涌水量的影響，決定于地表水的性質(zhì)、地表水體與礦井間的水力聯(lián)系、地表水與礦井開采深度、相對位置及煤層間巖石的透水性等因素。

3)含水層(帶)水。采場圍巖中含水層(帶)水，通常是礦井最重要的充水水源。

4)老窯水。老窯積水區(qū)通常是煤礦下部開采的重要充水水源。老窯水突水時，瞬時涌水量很大，來勢兇猛，具有很大的破壞性。老窯水若與其他水源無聯(lián)系，則易于疏干;若與地表水有水力聯(lián)系，則會造成礦井穩(wěn)定的充水水源，危害較大。

5)襲奪水源。開采過程中，礦井因長期疏降排水，水位不斷下降，降落漏斗逐漸向外擴張，將有可能襲奪地下水逕流帶下游的排泄量。

1．3 充水通道分析

1)斷裂構(gòu)造帶。煤礦生產(chǎn)中遇到的各種斷裂構(gòu)造，根據(jù)它們與礦井充水水源的關(guān)系，以及斷裂構(gòu)造對采礦的影響，可將斷裂構(gòu)造分為含水的、導(dǎo)水的、隔水的等三類［1］。

2)頂板采動裂隙。開采煤層時，在回采工作面推進到一定距離后頂板急劇下沉，老頂及上覆巖層折斷，因此第一次來壓叫老頂初次來壓。

3)底板采動裂隙。采掘活動同樣破壞了巖層底板的天然受力狀態(tài)，造成煤層底板破壞，從而造成煤層與下伏含水層之間有效隔水層厚度減小。一定條件下底板水在水壓和礦山壓力作用下突破底板進入礦井，通常稱之為礦井底板突水。

2 礦井水防治

煤礦防治水的原則是，以防為主，防、排、疏、堵相結(jié)合，在確保安全的前提下，要做到經(jīng)濟合理，技術(shù)可行，效果最佳，資源效益最好。實際工作中，煤礦防治水工作還應(yīng)堅持先易后難、先近后遠，先地面后井下、先重點后一般、地面與井下相結(jié)合、重點與一般相兼顧。目前常用的礦井水防治方法有地面防水、井下防水、疏干降壓、礦坑(井)排水和堵水防滲等。

2．1 地面防水

地面防排水工程包括:挖溝排洪、河流改道、整鋪河床、堵塞通道等措施。

2．2 井下防水

若地面防水是保證煤礦安全生產(chǎn)、免受水害威脅的第一道防線的話，那么，井下防水則是重要的第二道防線。井下防水措施包括:探放水、留設(shè)防水煤(巖)柱、設(shè)置水閘門和水閘墻等。

1)探放水。當(dāng)采掘工作面接觸或接近充水的小窯老空、充水?dāng)鄬蛹皬姾畬拥人w時，就有發(fā)生突水的可能。為了消除隱患，需要遵循“有疑必探，先探后掘”的原則，首先探明這些水體的具體位置，而后采取相應(yīng)的措施將水放出，這項工作稱為探放水或超前探放水。

2)留設(shè)防隔水煤(巖)柱。在礦井可能受到水威脅的地段，留設(shè)一定寬度(或高度)的煤(巖)柱，進行防隔水。這種煤(巖)柱，稱為防隔水煤(巖)柱。防隔水煤(巖)柱的留設(shè)需要考慮被隔水源的水壓和水量、煤層厚度、巷道尺寸、圍巖被破壞的程度，以及采空后頂板的冒落情況等因素［2］。

3)水閘門和水閘墻。為了預(yù)防采掘過程中發(fā)生事故，常需要在井下適當(dāng)?shù)攸c設(shè)置水閘門或水閘墻，以便在突水時隔離巷道或封閉采區(qū)，避免波及全礦井。水閘門一般設(shè)置在可能發(fā)生涌水需要堵截的巷道內(nèi)，例如井底車場、水泵房和變電所的出入口處，以及有突水危險地區(qū)與相鄰地區(qū)的巷道內(nèi)。一般水閘墻是設(shè)置在需要永久或者長期阻擋水的地方。它分為臨時性的和永久性的兩類。前者，一般用木料和磚砌筑;后者用混凝土或鋼筋混凝土制成［1］。

2．3 疏干降壓

疏干降壓是借助于專門的工程(如疏干巷道、抽水鉆孔、放水鉆孔、吸水鉆孔等)及相應(yīng)的排水設(shè)備，并積極地、有計劃有步驟地使影響采掘安全的含水層降低水位(水壓)或造成不同規(guī)模的降落漏斗，使之局部疏干的一種礦井防治水手段。

2．4 礦井及露天礦排水

礦井排水是利用排水設(shè)備，將流入水倉的水直接排至地表的防治水方法，是煤礦生產(chǎn)中的基本環(huán)節(jié)。一些山區(qū)用平硐開采當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面以上的煤層，可借助平硐內(nèi)的排水溝或?qū)ｉT開掘的泄水平硐自流排水。

排水方式包括:1)直接排水。由各水平的水倉直接將水排至地表;2)分段排水。由下部水平依次排至上一水平，最后由最上部水平集中排至地表。如果上部水平的涌水量很小或下部水平的排水能力負荷不足，也可將上水平水排至下水平，再集中排至地表;3)混合排水。當(dāng)某一水平為具腐蝕性的酸性水時，可將該水平的水直接排至地表，而其他水平的水仍可以分段接力方式排至地表。此外，排水系統(tǒng)主要由排水溝、水倉、泵房和排水管路構(gòu)成。

2．5 堵水防滲

堵水防滲是包括注漿堵水和構(gòu)筑防滲墻。前者，指將各種材料(粘土、水泥、水玻璃及化學(xué)材料等)制成的漿液壓入地下預(yù)定地點(如突水點、含水層儲水空間等)，使之?dāng)U散、凝固和硬化，從而起到堵塞水源，增大巖石強度或隔水性能的作用;后者，是利用專門的施工機具在含水層中開挖溝槽，將防水材料澆灌到溝槽中，形成一道連續(xù)墻，以達到截流防滲的目的。實際中最常用的有:井筒注漿堵水、巷道注漿堵水、注漿恢復(fù)被淹沒礦井或采區(qū)、注漿帷幕截流和防滲墻堵水。

3 結(jié)語

礦井水的防治貫穿于煤礦的整個建設(shè)與生產(chǎn)周期。因此是一項很不容易的工作。在實際礦井水防治中，由于各礦井的水文地質(zhì)條件相差很大，所采用的措施也不盡相同。選擇合適的措施，既可以起到防治水的作用，又可節(jié)約不少費用。

［1］翁啟德．淺談我縣煤礦水害防治措施［J］．山東工業(yè)技術(shù)，2013(8):67-68．

［2］常 崗．淺談我國煤礦存在的主要水害問題及防治方法［J］．科技致富向?qū)В?012(11):97-98．