煤矿综采工作面防治水技术研究

王栋 徐国栋 魏本亮

（济宁市能源综合执法支队 山东济宁 272000）

1 煤矿综采工作简述

综采煤矿全称煤矿综合机械化采煤工作面。综采过程包括破煤、装煤、输煤、采煤支护、废渣处理5个环节。在这5个环节中，煤矿工作人员都是必须做的，同时，地下作业意味着非常高的风险。如果煤矿突发事故，不仅会中断正在进行的煤炭开采工程，而且特别容易给工人带来生命危险的威胁。因此，在综采中，综采的机械化、自动化程度直接影响到煤矿企业的经济效益和企业形象。

2 综采工作面水的来源

2.1 涌水与涌水量

在煤矿生产过程中，不同水体进入矿井表面的过程称为矿泉水喷发。单位时间进入开挖板的水量称为进水量，单位为“m3/h”或“m3/min”。可根据综采立面的进水口和排水高度选择排水泵。

2.2 综采工作面水的来源

2.2.1 地面水

综采作业面在抽取位于河流、湖泊、水池等地表水渗透区的煤层时，地表水可以通过层状裂缝流向矿井表面。

2.2.2 地下水

当来自地下砾岩、一层流沙或一层石灰岩的孔隙水、裂隙水或溶洞水通过裂隙与工作面相通时，流入工作面。

2.2.3 断水层

断层、非碳柱和相邻的岩石相对破碎，很容易与地表水和地下水含水层相通并传播到工作表面。

2.2.4 老空积水

废弃的老空水多属于过去的矿井或长期不能排干的井、水道，就像一个地下水库，收集了大量的地下水并到达其深处。地表以下100～150m，但特别是因为积水的位置和规模不容易了解，突然涌入的水量非常大。当矿井的冲击突然撞击工作面时，会冒出积水，压力很高，作用力很大，而且经常夹有有害的沙子或纱布，具有腐蚀性，对工作人员造成很大的伤害［2］。该矿甚至引发了当地的洪水事件。

3 综采工作面及突水特性分析

3.1 基本情况

出现突水的工作面位于研究对象煤矿中段。砂层的标高为-367～-243m，平均深度为331m。工作面煤层倾角约为20°，煤层平均厚度为6.9m。采煤方法是综合机械化厚崩落法和短壁后退法。工作面的地质结构相对简单，有4条断层，位移范围在3～25m。综采工作面是位于第二层理断层下盘的中部矿区第1个工作面，如表1所示。

表1 矿井开采工作面综合柱状

3.2 突水因素及特征分析

煤层底部突水是水害最突出的一个方面，要正确认识到含水层的富水性，还要考虑煤矿断层构造和力学性质对水源的路径影响，只有全面、清晰地了解了突水的具体情况，才能做出预防措施，保证开采的安全。含水层主要有以下5个方面。

3.2.1 第四系砂砾含水层

（1）上组。第四系砂砾含水层总溶解固体（TDS）约为500mg/L，水质类型为HCO3－·SO42－·Ca2+·Na+。

（2）中间组。砂孔含水层与水含水层没有水力联系。

（3）下层。TDS 的水质类型以HCO3－·SO42－·Ca2+·Mg2+·Na+为主［3］。

3.2.2 顶部和底部的砂岩含水层

TDS 为400～741mg/L，属于HCO3－·Na+型水。第三个石灰岩岩溶裂隙含水层TDS为667mg/L，第10层石灰岩岩溶裂隙含水层TDS 为3347mg/L，属于HCO3－·Na+型水。水质类型为Cl－·Ca2+·Na+·Mg2+。

3.2.3 奥陶纪形成的石灰石岩溶裂隙含水层

TDS 为1052～5366mg/L，水质类型为Cl－·Ca2+·Na+·Mg2+。当这一含水层发生突水事故后，要立刻看是否有裂隙形成的水位上升或下降，避免地表水从空隙回灌。如果水位和之前保持一致，那么，不用担心其他水层水量的输送和补给，黄土和沉积物所在区域的水量是和钙质层相对应的，如图1所示。

图1 砾石层泥岩电镜扫描图

3.3 低角度正断层响应下盘开采的断层激活机制

所有地下开采都要注意断层的分析问题。因为土质不同，加上地壳的运动，断层的形成十分复杂，构造也呈现多样性，并且受外在的温度和物理化学压力影响，容易产生断裂，在煤矿开采中是格外重视的一块区域。具体开采时，一定要先研究清楚断层的具体走向，看是否与岩层走向一致，从而快速判断受断层影响的断裂带具体范围和位置，还要考虑两侧的土层压力。例如，图2呈现了断层与岩层斜交走向，中间形成了煤层和断裂带，这样在具体采矿时，容易触发断层的二次活动，与地下水层交换位置，让煤层和水层在同一平面，开采极其容易发生突水事故。

图2 断层和导水断裂带结构示意

4 煤矿综合防治水技术分析

4.1 矿井水综合探查

因为水害给矿采带来巨大的经济损失和人员伤亡，所以我国相关技术人员通过长期探索和多年经验，逐渐认识到防止水害要从勘探做起。对不同类型的水害进行预防和治理提出更好的方法，首先就是必须明确发生水害的位置所在，对易发生灾害周边进行全面排查，找出出水口，寻找矿区含水层和导电地质构造的特征，尤其应考虑如下方面的影响。

（1）建设矿山前，要让专业人员先对矿山整体规模、地质结构以及开发条件等进行全方位的勘探，对地面土壤湿度、地下异常区域等做全面识别和规划。鉴于地质数据勘探的结果，水文学应侧重于阐明潜在的水危害。

（2）通过深部开采和技术探测，确定矿区水文地质的特点和导水性，明确可能发生突水事故的因素。同时，还要检测水域的导电区域，利用钻孔法确定异常区域的水情，为治水措施提供具体参考。

4.2 地面放水法

煤矿开采是必须在地下进行的，在这种情况下，地面部分的防水是非常重要的。在采煤过程中，使用土壤保湿保温需要注意4个方面。

第一，在土壤保温和排水工程建设上要花更多的时间和精力，确保在雨季第一时间排除雨水，防止泄漏等。

第二，采掘井、工地的选择要科学合理，尽量在地势相对低的地区调整井、工地。只要有可能，就应该准备好所有组件，以实现利润最大化。

第三，如果煤矿位于河道内，则必须在煤矿内部标出泄漏点并进行填充，通常采用粘土、水泥等材料进行填充；同时，可以利用排水将河水引流到其他地区，以减少水量过剩的问题。

第四，对于煤矿现场容易出现的积水问题，如果管理不善，很容易导致泄漏，从而引发大洪水。在这种情况下，可以挖排水通道进行排水，在没有实际条件的情况下，可以打开隧道进行排水。

4.3 科学治水

在清水灾害的情况下，要根据实际情况采取合理的治水施工方案。治水施工应按照《煤矿安全规程》中煤矿治水作业规则进行，如有疑问，应检查是否有入侵发生，防止矿井进水。当在塌陷柱或断层附近进行开采时，首先通过探水钻探确认塌陷柱或断层内部的水状态，然后决定采用疏水设计还是阻水方案。当工作台底板装有加压水时，底板通常采用注水加固，以防止水侵入。注水控制的关键在于，在含水层注水时，由于含水层有上下含水层边界，如果在构造发育区注水没有得到有效控制，整个注水过程是在有限的空间内进行的，如果实际的注浆量在构造发育区进行注浆时没有进行有效的控制，会导致成本出现浪费的情况［5］。

4.4 回采面注浆加固处理

综采近地表地层及煤矿上覆层含水量综合细节，工作面注水时，主要判断综采活动与富水区的距离、集水区的水入渗程度、底板阻水层、层水压力极限分析等，分析雷场作业过程中可能导致水灾及相关数据的临界值，有助于煤矿综采面水情防治。在实际工作中，由于上述信息和数据的清晰性，一般对综采的具体案例进行分析研究；在判断结果时，主要是在含水层［6］。在水侵入程度高于正常或更差的地区。当临界进水量较高时，后胎面容易出现进水问题，并因水压过大进入，底部含水层降低了综采煤矿表面的安全性。

5 结语

通过上述分析，可以更加明确水害对煤矿带来的危害之深，它不仅是一场大的灾难，还是难以逾越的鸿沟。在矿山开采中，是不容忽视的内容，一定要在整个开采过程中都非常重视。现在，我国煤矿也更加关注对水害的分析和预防，更加注重采取强排积水、边治理边生产的方法，既注重水文地质的条件勘测，又加大对防水害设施的投入，但整体力度还不够保证安全和稳定。在专业人员指导和理论知识普及以及勘探技术提升上，还有很大的进步空间和探讨空间。本文也主要从水害预防研究的原因和措施进行探讨，提出一定的见解。