煤礦水害影響因素及合理化防治技術(shù)研究

韓久方 丁榮飛

摘 要：煤礦水害是制約煤礦發(fā)展的一項重要因素，人們在開采煤礦時經(jīng)常遇到，為更好的解決煤礦水害問題，提升煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，本文以趙固二礦11030工作面為例，分析了煤礦水害影響因素，研究了煤礦水害的合理化防治技術(shù)，以為后期煤礦水害的防治提供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦水害；影響因素；防治技術(shù)；研究

1 工作面概況

11030工作面位于I盤區(qū)東部，北鄰I盤區(qū)輔運大巷（東段），東為已回采結(jié)束的11050工作面采空區(qū)，西為已回采結(jié)束的11011工作面采空區(qū)，南為F18斷層保護煤柱。工作面開采標高為-635.1m～-570m，走向長平均2054m，傾向平均寬160m，工作面面積328640m2。

2 地質(zhì)情況

1）煤層賦存情況。工作面煤層賦存條件中等，伴有向背斜交替出現(xiàn)。該工作面從通尺0m至445m為一個寬緩型背斜，通尺445m至1006m處為寬緩型向斜，由于煤層賦存條件變化，導(dǎo)致煤層傾角發(fā)生變化，并使該區(qū)域煤層及頂?shù)装迤扑椤?/p>

2）煤層頂?shù)装?。?煤層偽頂主要為0.5～3.43m的泥巖、炭質(zhì)泥巖，一般隨采隨落。直接頂板厚度一般13.17～13.98m，以砂質(zhì)泥巖、細粒砂巖頂板為主，穩(wěn)定性較好；老頂多為厚度平均0.87～2.32m的粗、中、細粒砂巖（大占砂巖），巖石堅硬，穩(wěn)定性較好。二1煤層底板主要為砂質(zhì)泥巖，厚度11.27～13.98m。泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖均呈深灰色，含植物化石，菱鐵質(zhì)結(jié)核及少量黃鐵礦體。

3 水文情況

3.1 主要含水層

1）L2灰?guī)r含水層，厚度14.31m，巖溶裂隙發(fā)育，上距二1煤層98.12m。在斷層或裂隙破碎帶附近，L2灰?guī)r水會向L8灰?guī)r補給。2）太原組上部灰?guī)r含水層主要由L9、L8和L7灰?guī)r組成，其中L8灰?guī)r發(fā)育最好，L8含水層厚度8.22～8.61m，上距二1煤層27.33～29.27m，灰?guī)r中巖溶裂隙發(fā)育。

3.2 工作面充水因素分析

在巷道掘進和回采中預(yù)計會出現(xiàn)以下幾種水害：1）頂板淋水。二1煤層頂板砂巖含水層是弱富水含水層，但在斷裂及破碎帶附近，其頂板淋水會增大而影響生產(chǎn)。2）底板涌水。受采掘擾動影響，底板巖層會發(fā)生形變底鼓，產(chǎn)生微小裂隙，在底板灰?guī)r水高水壓和礦壓共同作用下，會向巷道內(nèi)出現(xiàn)少量涌水。3）底板突水。由于巖層破壞，在遇到斷層、破碎帶或其它構(gòu)造薄弱帶時，極易引發(fā)突水。4）鉆孔失控突水。由于鉆孔封孔不合格，導(dǎo)致含水層水從鉆孔中涌出。5）回采引發(fā)突水。受回采擾動和初期來壓及周期來壓影響，已經(jīng)改造好的底板含水層會重新遭到破壞，產(chǎn)生細小裂隙，形成導(dǎo)水通道，使得底板含水層水重新涌入采面內(nèi)；同時采動形成的垮落裂隙帶也會導(dǎo)通頂板含水層甚至第三系含水層。

4 底板注漿改造方案

4.1 底板破壞深度的確定

塑性力學(xué)理論計算：設(shè)煤層塑性區(qū)的寬度為L，底板最大破壞深度為Dmax，則L和Dmax可根據(jù)下式求得：

4.2 鉆場設(shè)計

1）鉆場及開關(guān)硐室布置在工作面的下順槽上幫和上順槽的下幫，原則上每隔100m施工一個硐室，特殊情況下可以經(jīng)地測科同意后改變鉆場設(shè)計位置。

2）面向鉆場上巷道右?guī)蜑椴牧享鲜遥嫦蜚@場下巷道左幫為材料硐室，材料硐室高度與巷道平齊。

3）鉆場規(guī)格為：長5m×深4.5m，鉆場高度須低于巷道底板300mm（打過地坪后深度）。

4.3 設(shè)計終孔壓力

根據(jù)要求，鉆孔注漿終孔注漿壓力應(yīng)達到水壓的1.5～2.0倍，即：（1.5～2.0）×6.32MPa=9.48～12.64MPa。本工作面注漿孔設(shè)計終孔壓力規(guī)定為15MPa，構(gòu)造破碎帶附近可定位終孔壓力13MPa。改變15MPa的終孔壓力必須經(jīng)地測科同意。

4.4 注漿孔布置

本次設(shè)計底板注漿改造注漿孔376個，其中底板改造鉆孔250個，檢驗鉆孔126個，所有設(shè)計鉆孔總進尺67680m。根據(jù)注漿加固過程中鉆孔揭露的地質(zhì)及水文地質(zhì)情況酌情增、減底板注漿孔布置數(shù)量，根據(jù)地測科下發(fā)單孔參數(shù)工程聯(lián)系單為準。若相鄰鉆場不是同時施工的，則必須根據(jù)正施工鉆孔來確定新鉆場開孔孔號，避免兩鉆孔出現(xiàn)對打或近對打，從而導(dǎo)致互相竄漿、漿液擠壓致使?？住U孔的現(xiàn)象發(fā)生。每個鉆場包括正在注漿鉆孔在內(nèi)的允許同時施工鉆孔個數(shù)最多為3個，同時注漿鉆孔最多為2個。

4.5 注漿孔施工工藝

1）注漿系統(tǒng)。趙固二礦建有兩座地面注漿站，并有3個合計9趟輸漿孔將地面漿液送至井下輸漿管巷，從輸漿管巷通過D60注漿管將漿液送至各個注漿鉆孔，再利用注漿鉆孔向含水層進行注漿。

2）注漿方式。采用井上下注漿相結(jié)合的方式，以地面注漿為主，以井下注漿為輔，下行分段連續(xù)式注漿，盡量填實各含水層巖溶裂隙。

3）漿液參數(shù)。注漿參數(shù)的選擇視單孔涌水量及巖溶發(fā)育程度而定。粘土漿比重1.10～1.18，含砂率小于5%；粘土水泥漿的粘度為25～40Pa.s，比重1.12～1.18，一般是先稀后稠再稀。透一級、二級套管均要進行耐壓試驗，一級套管試驗壓力不小于9MPa，泵量19L/min，二級套管試驗壓力不小于15MPa，泵量19L/min，注漿固管添加玻璃水與水泥的比為1∶4；終孔后單孔注漿結(jié)束標準：當(dāng)泵量58L/min，工作面注漿孔孔口壓力達到終孔壓力15MPa，持續(xù)時間不低于30分鐘，即可結(jié)束。

5 結(jié)語

總之，水害是影響煤礦開采的一項重要因素，它不但會影響到煤礦企業(yè)正常生產(chǎn)，而且會嚴重威脅到煤礦開采人員的生命安全，而要想科學(xué)、合理的防治水害，我們必須從本礦井的實際情況出發(fā)，找出水害原因，并進行相應(yīng)改造，只有這樣才能更好的防治煤礦水害，才能促進煤礦企業(yè)的長期健康可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1] 景劍峰，馮寧.長治經(jīng)坊煤礦礦井水源水害影響因素及防治技術(shù)[J].中國煤炭工業(yè)，2014（4）：70 -71.

作者簡介：韓久方（1988-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)人，本科，煤礦防治水、地質(zhì)勘探。