超前模擬預(yù)測技術(shù)在礦井水害防治中的應(yīng)用

侯艷平

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 兗州 273516）

超前模擬預(yù)測技術(shù)在礦井水害防治中的應(yīng)用

侯艷平

（兗州煤業(yè)股份有限公司南屯煤礦，山東 兗州 273516）

把物探技術(shù)與傳統(tǒng)的礦井水害防治中的鉆探工程有機(jī)的結(jié)合起來，同時把全球定位系統(tǒng)與電子數(shù)字一體化應(yīng)用于水害治理工作中。長探與短探相結(jié)合、超前預(yù)防與有效治理相統(tǒng)一、全球定位與模擬推斷相結(jié)合，繪制礦井水害預(yù)測綜合圖指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，有效的避免了水害事故的發(fā)生。

水害；超前防治；模擬預(yù)測

礦井水害防治工作，一直是困擾煤礦安全生產(chǎn)工作中的難點(diǎn)。我國礦井水文地質(zhì)條件是世界上最復(fù)雜的國家之一。礦井的水害形式也是多種多樣，水害的存在范圍也是非常廣泛，從地面到井下都客觀存在著水害發(fā)生防治的問題。目前，我省還有大量的煤炭資源存在潛在的水害而不能及時開發(fā)，長期形成呆滯儲量。礦井水害的防治十分重要。

1 礦井概況

秀華煤礦位于貴州省西南部，礦區(qū)面積1.1683平方公里，設(shè)計能力30萬噸/年，礦區(qū)形呈不規(guī)則多邊形，礦區(qū)走向長0～0.97km，傾斜寬0.85～1.25km，礦井充水主要以砂巖裂隙水、孔隙水和老空水為主。

2 礦井涌水量的預(yù)算

根據(jù)水文地質(zhì)條件及充水因素分析，由于今后煤層開采，故P3l是礦井直接充水含水層，故本次預(yù)算采用P3l含水層參數(shù)。由于礦床開采后，地下水由承壓轉(zhuǎn)無壓，故本次預(yù)測礦井涌水量方法采用承壓一潛水完整式水平巷道計算公式：

Q——預(yù)計礦井涌水量（m3/d）

B——水平巷道長度（m）

S——水位降低值（m）

M——承壓含水層厚度（m）

K——含水層滲透系數(shù)（m/d）

R——水平巷道的影響半徑（m）

滲透系數(shù)選用P3l抽水試驗資料；水位標(biāo)高選用P3l抽水試驗靜止水位標(biāo)高；含水層厚度P3l采用巖層飽水厚度，式中：計算水平+1560m，B=1500m，水位標(biāo)高H=2092.09m，S=532.09m，K=0.0001362m/d，M=271.60m，R=62.10m。因此，礦區(qū)內(nèi)+1560m水平以上礦井正常涌水量

3 礦井水害超前防治的模擬預(yù)測技術(shù)

3.1 基本原理

3.1.1 防治結(jié)合

依靠科技，利用電磁物探、鉆探、等科學(xué)的手段、先進(jìn)的設(shè)備，超前探測、有效治理并及時檢查治理效果。

3.1.2 模擬定位

利用GPS全球定位系統(tǒng)及全站儀數(shù)字一體化技術(shù)，對地面積水區(qū)、動態(tài)盜挖的小窯及井下采掘工程的空間相對位置進(jìn)行再定位，根據(jù)鉆探、物探的資料，對分析可能存在的充水、積水情況的空間位置進(jìn)行合理推斷、模擬定位，并繪制1/2000礦井水害綜合預(yù)測平面、剖面圖。

3.1.3 合理預(yù)測

通過超前探查、有效治理并檢查可靠，對礦井水害情況及時做出合理的預(yù)測。根據(jù)預(yù)測預(yù)報情況和《煤礦防治水規(guī)定》采取防、堵、疏、排、截的綜合防治水措施，確保安全生產(chǎn)。

3.2 實施方案的技術(shù)設(shè)計

3.2.1 治水方案

1）主體方案。數(shù)字化定位，立體交叉布置電磁波物探發(fā)射孔，探查裂隙發(fā)育情況，對于可能導(dǎo)水的裂隙帶、斷裂帶、陷落柱等構(gòu)造，進(jìn)一步細(xì)化分析，繪制礦井物探構(gòu)造帶分布圖。嚴(yán)格按照防治水規(guī)定，下足止水套管，打鉆探查，最終形成礦井水害綜合預(yù)測平面、剖面圖。

2）輔助方案。地面水害防治：堵塞通道、挖溝排洪；井下水害防治：合理留設(shè)防水煤柱、根據(jù)探防水情況及時設(shè)計并修建水閘墻；老空或強(qiáng)含水層局部疏干：礦床疏干、地表疏干、地下疏干、聯(lián)合疏干。

3.2.2 探放水原則

礦井必須作好水害分析預(yù)報，堅持“預(yù)測預(yù)報、有掘必探，先探后掘、先治后采”，還必須做到“有疑必?！钡奶椒潘瓌t。

探水前，必須編制探放水設(shè)計，確定探水警戒線，并采取防止瓦斯和其他有毒有害氣體危害等安全措施。

3.2.3 探放水方法的確定

根據(jù)探放水對象的不同，探放水前應(yīng)進(jìn)行以下內(nèi)容的調(diào)查

1）老窯、老空區(qū)積水，即老窯名稱、編號、標(biāo)高、開采時間、范圍等。

2）老采空區(qū)積水，即積水巷道名稱、標(biāo)高、積水量、水頭等。

3）未封閉或封閉不良的導(dǎo)水鉆孔，即孔號、孔深、孔徑經(jīng)緯距及標(biāo)高與各煤層新舊采空區(qū)的關(guān)系。

4）已知含水?dāng)鄬樱磳嶋H巷道所見的斷層走向、傾向、傾角、落差、破碎帶寬度及其膠結(jié)情況、歷史出水特征、涌水量、水壓或水位標(biāo)高等。

探水眼的布置和超前距離，應(yīng)根據(jù)水頭高低、煤（巖）層厚度和硬度以及安全措施等在探放水設(shè)計中具體規(guī)定。

3.3 探放水設(shè)計

3.3.1 探水起點(diǎn)的確定

探水鉆的超前距、幫距孔間距、允許掘進(jìn)距離示意圖

為保證采掘工作和作業(yè)人員的安全，防止誤穿積水區(qū)，將水淹區(qū)的積水范圍、水位標(biāo)高、積水量等資料填繪在采掘工程平面圖上，經(jīng)過分析劃出三條界線：積水線、探水線、警戒線。探水線距積水線距離為60m，警戒線沿探水線外推50～150m。

探水起點(diǎn)：由于積水范圍不可能掌握得很準(zhǔn)，因此必須在離可疑水源75～150m以外開始打鉆探水。

3.3.2 探放水鉆孔布置

1）超前距。

式中：a——巷道迎頭或側(cè)幫至含水層、含水構(gòu)造之間的安全隔水巖柱(或煤層)寬度，m；

A——安全系數(shù)(2～5)，本設(shè)計取2；

L——巷道的跨度(寬或高取其大者)，3.5m；

P——煤、巖層承受的靜水壓力， P＝100kgf/cm2；

Kp——隔水巖層(或煤層)的抗拉強(qiáng)度， KP取8kgf/cm2。

2）允許掘進(jìn)距離。

設(shè)計探放水鉆孔深度45m，允許掘進(jìn)距離為20m，每次探水鉆孔施工完畢后，以最短鉆孔距離減去超前距之后的距離。

3）鉆孔密度(孔間距)。

豎直扇形面內(nèi)鉆孔間的終孔垂距不得超過1.5m；水平扇形面內(nèi)各組鉆孔間的終孔水平距離不得大于3m。

4）鉆孔孔徑。

配備KHYD 95-ZJ探水鉆，最大鉆進(jìn)深度90m，開孔直徑90mm，終孔直徑55mm。

5）鉆孔數(shù)目及布置。

Ⅰ煤層平巷鉆孔布置：主要是探巷道上幫和巷道前方小窯老空水，鉆孔呈扇形布置在巷道上幫和巷道前方。薄煤層一般布置3組，每組1～2個孔；厚煤層一般布置3組，每組不少于3個孔。鉆孔之間的夾角為7～15°為大夾角，1～3°為小夾角，視小窯老空的規(guī)模而定，規(guī)模大者取大夾角，規(guī)模小者取小夾角。

Ⅱ煤層上山巷道鉆孔布置：鉆孔呈扇形布置在巷道前方，薄煤層一般布置5組，每組1～2個孔；厚煤層一般布置5組，每組不少于3個孔，且每組鉆孔至少有一孔見頂或底。鉆孔水平及傾斜之間的夾角要求與平巷鉆孔相同。

3 結(jié)語

把物探技術(shù)與傳統(tǒng)的礦井水害防治中的鉆探工程有機(jī)的結(jié)合起來，同時把全球定位系統(tǒng)與電子數(shù)字一體化應(yīng)用于水害治理工作中。長探與短探相結(jié)合、超前預(yù)防與有效治理相統(tǒng)一、全球定位與模擬推斷相結(jié)合，繪制礦井水害預(yù)測綜合圖指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，有效的避免了水害事故的發(fā)生，同時解放了區(qū)域性受水威脅局部呆滯儲量。

侯艷平（1973-），女，畢業(yè)于山東科技大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)從事地質(zhì)管理專業(yè)。