礦井水害的防治措施

文/牛勝建

一、礦井概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤業(yè)有限公司井田位于高平市陳區(qū)鎮(zhèn)關(guān)家村、任家莊、王佛陀、東窯頭，建寧鄉(xiāng)北社、后莊、石堂會(huì)一帶。其地理坐標(biāo)為東經(jīng) 113°03′35″-113°05′49″， 北緯 35°50′07″-35°53′22″。 井田總面積 14.5643km2,可采煤層為3#、15#，礦井保有儲(chǔ)量10640萬(wàn)噸。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120萬(wàn)噸/年，服務(wù)年限33.5年。

本井田位于沁水盆地中南段丹珠嶺以南，主要由二疊系及第四系地層構(gòu)成的構(gòu)造剝蝕低山——低中山區(qū)，地形為山梁、斜坡與基巖或黃土沖溝，總體地勢(shì)表現(xiàn)為北緣及中部高，東、西部低。井田內(nèi)最高標(biāo)高為1239.55m，最低標(biāo)高為973.5m，相對(duì)高差為266.05m。地形起伏較大，溝谷切割較深。井田內(nèi)水系屬黃河流域沁河水系丹河支流東倉(cāng)河次支，均為季節(jié)性河谷與沖溝，旱季無(wú)水，雨季在少數(shù)沖溝局部可見(jiàn)小股溪流。井田內(nèi)以往唯一的地表水體是位于北部趙家村北的小水庫(kù)，井田東緣300m之外另有一小水庫(kù)（八保水庫(kù)），據(jù)調(diào)查目前均已干涸無(wú)水。井田內(nèi)較大溝谷近幾十年來(lái)的最高洪水位一般高出溝底河床1.5～2.5m。

二、礦井防治水措施

1.礦井開(kāi)拓開(kāi)采所采取的安全保證措施

（1）每年汛期前，疏通、挖好井口周圍的導(dǎo)水溝渠。由專人負(fù)責(zé)檢查井田地表是否存在導(dǎo)水裂隙或其他導(dǎo)水通道，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理裂隙及其他導(dǎo)水通道。由專人負(fù)責(zé)隨時(shí)觀察井下各種涌水現(xiàn)象，了解相鄰礦井開(kāi)采情況。井下開(kāi)拓巷道盡量減少對(duì)煤層底板的破壞。

（2）主水泵房通道內(nèi)設(shè)置密閉門(mén)。井下配備小水泵。采空區(qū)、井田邊界均留設(shè)保安煤柱。

（3）制定采掘工作面探放水設(shè)計(jì)。經(jīng)計(jì)算：采動(dòng)15號(hào)煤層后，冒落帶最大高度為26.95m，小于3號(hào)煤層和15號(hào)煤層的平均層間距91m。導(dǎo)水裂隙帶(包括冒落帶)最大高度為131m，大于3號(hào)煤層和15號(hào)煤層的平均層間距91m。故南采區(qū)(包括中央采區(qū)和北采區(qū))在采動(dòng)15號(hào)煤層后，將會(huì)導(dǎo)通其上部3號(hào)煤層的采空區(qū)內(nèi)的積水。

另15號(hào)煤層在南采區(qū)的平均標(biāo)高為890m，地表的平均標(biāo)高為1100m，高差210m，根據(jù)采動(dòng)塌陷巖層移動(dòng)角 (表土層移動(dòng)角取45°、基巖層移動(dòng)角取73°、第四系地層平均厚度取15m)，經(jīng)計(jì)算，塌陷影響范圍為75m，本文取安全距離100m。

通過(guò)導(dǎo)水裂隙帶的具體滲透水量應(yīng)根據(jù)15號(hào)煤層采掘地點(diǎn)和其上部3號(hào)煤層的采空區(qū)積水位置的對(duì)應(yīng)關(guān)系而不同。在采、掘過(guò)程中日常探放水的基礎(chǔ)上，在采、掘工作面平面距離上部3號(hào)煤層的采空區(qū)100m時(shí)，必須用探水鉆機(jī)對(duì)上部3號(hào)煤層的采空區(qū)內(nèi)的積水提前探放，探放孔應(yīng)扇形布置，鉆孔傾角為向上不大于 42°。

對(duì)回采、掘進(jìn)工作面配備探水鉆機(jī)，必須遵循“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探，先探后掘、先治后采”的原則。設(shè)計(jì)采用ZDY-800(原MYZ-200)型探水鉆機(jī)4臺(tái)，L=200m，N=18.5kW。備用TXU-75A型探水鉆機(jī)3臺(tái)，L=75m，N=5.5kW

2.防治水煤柱的留設(shè)

本區(qū)位于太行山復(fù)式背斜南段西翼，晉獲褶斷帶東側(cè)。區(qū)域地層總體走向北東，傾向北西，地層傾角一般小于10°，無(wú)巖漿活動(dòng)。井田內(nèi)開(kāi)采3號(hào)煤層時(shí)發(fā)現(xiàn)3個(gè)陷落柱及3條小的正斷層，陷落柱形態(tài)呈橢圓形，最大直徑125m，最小直徑75m。斷層性質(zhì)均為正斷層，斷距小于5m，地表為第四系松散層所覆蓋。井田構(gòu)造屬簡(jiǎn)單類型。

根據(jù)煤層賦存特征，礦井防水煤(巖)柱的種類確定如下：

（1）井田邊界煤柱20m。

（2）采空區(qū)防水煤柱的留設(shè)

式中：L—煤柱的留設(shè)寬度，m；K—安全系數(shù)，一般取2-5；M—煤層厚度或采高；P—水頭壓力；Kp—煤的抗拉強(qiáng)度；采空區(qū)煤柱留設(shè)取30m。

（3）巷道煤柱計(jì)算:

15號(hào)煤層：

式中：S3—15號(hào)煤層巷道保護(hù)煤柱的水平寬度，m；H—巷道的最大垂深，m；M—煤層厚度，取最大值5.39m；f—煤的強(qiáng)度系數(shù)，巷道煤柱取30m。

3.探放水措施及設(shè)備

（1）探放水原則。采掘工作面堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則，探放水采用深孔、中深孔和淺孔相結(jié)合的方式。為了防止孔口被水沖破，用水泥和套管加固孔口，其長(zhǎng)度不小于 1.5～2.0m。

（2）探放水設(shè)備選擇。根據(jù)《礦井通風(fēng)安全裝備標(biāo)準(zhǔn)》，井下探放水鉆機(jī)型號(hào)ZDY-800(原MYZ-200)4臺(tái)及TXU-75A型探水鉆機(jī)3臺(tái)。鉆機(jī)鉆進(jìn)深度200m及75m，確實(shí)做到先探后掘、有掘必探。探放水工作必須嚴(yán)格遵守《煤礦防治水規(guī)定》有關(guān)要求。

三、發(fā)生水災(zāi)時(shí)的避災(zāi)路線及避災(zāi)措施

1.避災(zāi)路線

當(dāng)井下發(fā)生水災(zāi)時(shí)，要先選擇標(biāo)高相對(duì)高的巷道，盡快撤至地面。具體為：工作面→回風(fēng)順槽→軌道大巷、膠帶運(yùn)輸大巷、回風(fēng)大巷→主斜井、副斜井、回風(fēng)立井→地面。如水已將道路封閉，應(yīng)撤至上山頭保存體力，等待救援，并設(shè)法與地面取得聯(lián)系。

2.避災(zāi)措施

當(dāng)井下突發(fā)水災(zāi)時(shí)，首先要查明水災(zāi)類型，現(xiàn)場(chǎng)工作人員立即向調(diào)度室和礦領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)，并迅速組織搶救，設(shè)法堵住出水點(diǎn)。如水勢(shì)過(guò)大，應(yīng)組織人員迅速按避災(zāi)路線撤至安全地帶。水量不大或補(bǔ)給水源有限時(shí)，可采取增加排水能力的辦法，直接排出井下積水。

礦井或礦井部分地區(qū)被淹后，發(fā)現(xiàn)有人被堵于井下，應(yīng)首先制定營(yíng)救人員的措施，判斷人員所在地點(diǎn)，并根據(jù)涌水量和排水設(shè)備能力，估計(jì)排出積水的時(shí)間，同時(shí)考慮向遇險(xiǎn)地點(diǎn)打鉆或通過(guò)管路輸送食物；恢復(fù)被淹巷道排水時(shí)，特別注意加強(qiáng)通風(fēng)工作；水災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)的支護(hù)必須加強(qiáng)，長(zhǎng)時(shí)間被水浸泡的巷道，必須重新支護(hù)，如采取套棚支護(hù)，巷道支護(hù)必須從外向里逐步進(jìn)行。