帶壓開采防治水技術(shù)研究

（山西煤炭運銷集團陽泉有限公司 山西 045000）

引言

我國地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤礦中各種災(zāi)害事故頻發(fā)，其中水害是危害最大的災(zāi)害之一。據(jù)統(tǒng)計，我國已探明儲量中，約有27%的煤層會受到水害的影響，其中僅華北地區(qū)就有160億噸煤存在水害災(zāi)害。同時，隨著開采深度的增加、開采規(guī)模的增大，除了正常水害之外，高承壓水的危害也越來越嚴重。為了減少水害事故的發(fā)生，加強防治水工作，該礦對3#煤層開采過程中所采取的水害防治技術(shù)進行了總結(jié)，積累了水害防治的寶貴經(jīng)驗。

1.井田及水文地質(zhì)條件

該礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，3#煤層煤質(zhì)松軟，煤層中存在不同類型的斷層，且夾矸比較嚴重，有比較明顯的礦壓現(xiàn)象。煤系基底為奧陶系灰?guī)r，含水量差異很大，涌水量區(qū)間為0.0045～18.4L/（s·m），含水層屬于弱富水性和強富水性之間，隔水層平均厚度為130m，煤層底板帶壓1～4.8MPa，底板突水的可能性較大。

3#煤層存在的水文地質(zhì)問題主要有兩個，其一是該煤層頂板存在含水層，但是這并不會嚴重威脅到該煤層的開采，只不過開采過后，可能會由于采動影響使得頂板出現(xiàn)裂隙進而出現(xiàn)涌水；其二是3#煤層底板奧陶系灰?guī)r中含水量較大，從而使得整個煤層開采過程都處于高水壓狀態(tài)，但是一般情況下突水事故并不會出現(xiàn)。由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，因此在這些部位突水現(xiàn)象較為頻繁。

2.前期物探及抽放水試驗

(1)陷落柱（斷層）的探查

鑒于3#煤層復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造，因此為了做好防治水工作，首先要對斷層（見圖1）、陷落柱（見圖2）等進行探測，探測方法有物探、鉆探和化探。探測過程中，首先根據(jù)井田的構(gòu)造情況，對斷層、陷落柱的重點分布區(qū)域進行預(yù)測。然后，在地面使用三維地震方法對大于20m的陷落柱進行探測，在井下通過坑透方法進行探測，這兩種方法的探測效果分別可達50%和80%以上。確定陷落柱分布區(qū)域后，分別在地面上使用瞬變電磁法和井下采用、音頻電穿透法和直流電對含水情況進行探測。當(dāng)確定陷落柱確實具有富水狀況時，需要通過鉆探技術(shù)對其進行驗證，一經(jīng)確認，必須對其進行注漿處理。如若鉆探結(jié)果表明不富含水，為了減少采動對其的影響，必須進行相關(guān)檢測，預(yù)報突水情況。

圖1 斷層示意圖

圖2 陷落柱示意圖

(2)抽放水試驗

通過對各盤區(qū)打鉆來進行抽防水試驗，其目的是在于探測含水層的富水性。試驗過程中布置了A1～A7共7個鉆孔來進行地下水的動態(tài)觀察。A1鉆孔位于工業(yè)廣場，A2、A3鉆孔分別位于六、八盤區(qū)，A4、A5鉆孔位于一、二盤區(qū)，A6、A7鉆孔位于四、五盤區(qū)。鉆孔鉆進方式為變口徑鉆進，鉆孔抽防水過程中，要求所有鉆孔終孔都位于奧陶系上段下部。對于有條件的鉆孔，應(yīng)該通過一個主鉆孔來抽水，多個鉆孔配合水位監(jiān)測。鉆孔完成后，要進行放水試驗，試驗要求水流量為最大放水流量。

3.防治水措施

傳統(tǒng)的地下水防治一般都是簡單排水和堵漏，而現(xiàn)階段逐漸發(fā)展為預(yù)先疏干和帷幕注漿。經(jīng)過多年的研究和應(yīng)用，一套綜合的防治水系統(tǒng)得到的完善，包括疏、堵、躲、防四個板塊，防治水系統(tǒng)的存在有效地減少了礦井水害的發(fā)生，保證了煤礦的安全開采。

(1)注漿加固

注漿加固的目的是防止底板突水，分為堵水注漿和加固注漿兩大類。堵水注漿在于提高介質(zhì)的整體抗?jié)B透能力，而加固注漿是為了提高底板強度和穩(wěn)定性。注漿材料的選擇一般依據(jù)地層的滲透性，而地層的滲透性能與裂隙寬度、滲透系數(shù)以及顆粒粒徑等參數(shù)有關(guān)。注漿層為峰峰組灰?guī)r，注漿完畢后隔水層厚度從其頂面開始計算。

①巷道過斷層注漿方案

通過地質(zhì)分析、物探技術(shù)以及超前探水技術(shù)分析得出，當(dāng)掘進工作面附近有富水區(qū)域時，采掘過程中會有嚴重的突水危險，從而對安全生產(chǎn)造成威脅。該煤層采用注漿方案中，所用的注漿材料為水泥-水玻璃，加固范圍為斷層帶前后距離均為35m的范圍內(nèi)。注漿時布設(shè)8個鉆孔，鉆孔夾角為45°，注漿深度為8m，預(yù)注漿地方為掘進面迎頭位置。當(dāng)施工過程中出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象時，應(yīng)當(dāng)及時采用水泥-水玻璃雙液漿進行加固，加固位置為斷層帶前后分別為25m的范圍。如若部分區(qū)域沒達到封堵效果時，對于出水點位置可以采用局部注漿這些區(qū)域的頂板、底板以及幫部來進行加固，從而消除水涌出，達到封堵目的。

②工作面過斷層注漿方案

有些突水地段對采煤工作面的回采會造成嚴重威脅，對于這些區(qū)域，應(yīng)該選擇如下注漿方案：通過在斷層帶附近鉆取鉆孔，進而用水泥-水玻璃來進行注漿，進而達到封堵目的。如果施工過程發(fā)生跑漿時，應(yīng)當(dāng)及時用水泥-水玻璃雙液漿進行封堵加固，加固范圍為斷層帶前后方25m的范圍內(nèi)。為了減少采動對鉆孔的影響，對工作面或者巷道中的陷落柱進行封堵加固時，應(yīng)當(dāng)在3#煤層底板下面20m處進行施工。封堵完成后，應(yīng)該對鉆孔質(zhì)量進行檢查，認定合格后，方可進行采掘工作。其中，以上封堵所用的施工工藝、施工設(shè)備、以及其他參數(shù)等均應(yīng)該按照設(shè)計要求進行。

(2)斷層防水煤柱留設(shè)

斷層既是地質(zhì)構(gòu)造中較為復(fù)雜的構(gòu)造，同時也是含水層導(dǎo)水的重要通道。通過探測技術(shù)，對斷層進行探測分析，對于有良好導(dǎo)水性但是不能有效加固的斷層，應(yīng)當(dāng)通過預(yù)留防水煤柱的方式來進行防水。防水煤柱的寬度對底板的突水性有較大影響，底板臨界水壓力隨著寬度的增大而增大，煤柱留設(shè)的越寬，底板隔水層承壓能力越強，因而底板越不易發(fā)生突水事故。

4.結(jié)語

突水事故作為煤礦生產(chǎn)的主要事故之一，因此水害防治是煤礦開采的主要技術(shù)問題。本文對3#煤層的防治水進行了系統(tǒng)的分析總結(jié)，所用防治水技術(shù)有對陷落柱的探測、抽放水措施注漿加固等。同時也對3#煤層所用的陷落柱、斷層等特殊地質(zhì)構(gòu)造的防水技術(shù)進行了介紹。此外，對于注漿等技術(shù)不能滿足安全要求的斷層，進行了預(yù)留防水煤柱的措施。除了以上技術(shù)措施外，水害防治還應(yīng)當(dāng)注重管理的因素，各級領(lǐng)導(dǎo)以及員工都應(yīng)該樹立安全第一的生產(chǎn)理念，保障礦井的安全生產(chǎn)。