淺談西華煤礦礦井防治水技術措施

陳傳燕，鄧 偉

(四川省煤炭產業集團 地測與防治水研究所，四川 成都610500)

0 引言

在敘永縣西華煤礦水文地質類型劃分及礦井水害隱患現狀調查的基礎上，根據礦井的水患特征、構造與巖溶發育規律及本礦當前存在的水害隱患，對大氣降水、地表水、頂板水、底板水、老空水、斷層水等水害、工作面水害威脅提出適合的防治水安全技術措施。

1 礦區概況

礦區地處四川盆地與云貴高原過渡帶，山體總趨勢呈北高南低。礦區地貌屬構造剝蝕巖溶地貌，區內氣候溫濕、降雨充沛，有利于巖溶的發育。礦區內石灰巖含水層與隔水層或相對隔水層相間產出，這種巖性組合，在地形地貌上隔水層為含水層提供了地表水的補給條件，大量地表水由隔水層的坡、嶺匯水至石灰巖地層，加劇了石灰巖的溶蝕和巖溶管道流的發育，并形成較復雜的暗河管道系統。

河壩向斜為礦區主體構造，礦區內F4逆斷層與河壩向斜主體割裂開，為一完整的向斜轉折仰起端形態，地層走向自北向東由近北東向逐漸轉為東西向，次級褶皺不發育，斷層較發育，對煤層及含水層均具有一定的破壞作用，礦區構造屬中等構造類型。

礦山可采煤層賦存于二疊系上統龍潭組(P2l)，厚度93.69～120.37 m，平均厚101.24 m。含煤層11～20 層，煤層總厚4.19～9.50 m，全區基本可采4 層，大部可采2 層。

主要含水層為:三疊系下統嘉陵江組巖溶含水層、疊系下統飛仙關組一段(T1f1)巖溶裂隙含水層、二疊系上統長興組(P2c)巖溶弱含水層、二疊系下統茅口組(P1m)、棲霞組(P1q)巖溶含水層，其余為相對隔水層。

2 水文地質類型及水患現狀

根據《煤礦防治水規定》第十一條表2 -1 標準及《西華煤礦水文地質類型劃分報告》綜合評定敘永縣西華煤礦礦井水文地質類型為復雜類型，屬頂、底板巖溶充水礦床。

水患現狀:根據四川省煤礦水害隱患危險性分級標準及《敘永縣西華煤礦水患現狀調查報告》判定敘永縣西華煤礦水害隱患危險性為復雜(II 級)礦井。依據礦井水的來源，可以把西華煤礦面臨的水害威脅分為六種類型:大氣降水及地表水水害、含水層水(頂板、底板)水害、構造水水害、老空區積水水害、封閉不良的鉆孔水水害、巷道掘進及工作面回采水害。

3 礦井探放水技術與方法

1)物探方法:現代物探方法在礦井水防治中應用廣泛，效果較好，目前物探技術較為成熟的有瞬變電磁法、地質雷達和直流電法等水文地質物探方法，可探測和確定與礦井水患密切相關的斷層、裂隙密集帶等地質異常體的位置、大小、分布范圍以及賦水情況。

(1)地面瞬變電磁法。瞬變電磁法屬于電磁感應類探測法，該方法通過觀測和研究二次場的空間特性，推測地質目標的幾何和物理特征。由于該方法對低阻體異常敏感，因此能較好地確定與低阻異常有關的地質問題。可用于煤礦區含水層、富水區探測;構造富水性探測;充水老窯探測;地下巖溶探測;水源地富水區探測。

(2)可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)。可控源音頻大地電磁測深(CSAMT)是在音頻大地電磁測深(AMT)的基礎上發展起來的。沿用AMT 的測量方式，觀測人工供電的音頻電磁場。該方法對低阻體敏感，能較好確定與低阻異常有關的地質問題。

(3)井下直流電法。井下直流電法主要用于巷道頂底板探查，工作面頂板探查和掘進磧頭超前探測。主要用途:巷道頂底板探查;工作面頂底板探查;進行磧頭超前探查。

2)鉆探方法:鉆探方法常用于各種目的的水文地質勘察中，如巷道掘進前方富水區的超前探測，物探成果必須采用鉆探方法進行驗證;老空水的預疏放等。

4 礦井防治水技術措施

礦井防治水工作必須堅持“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”原則，采取防、堵、疏、排、截的治理措施。根據敘永縣西華煤礦水文地質條件類型及水患特點，制定出適合于本礦井的防治水技術措施，采取預測預報、物探、鉆探、監測、與水害治理的綜合防治手段。

1)預測預報。建立見水害前兆立即撤離預案;采區預測;局部預報。

2)大氣降水防治。建立降雨量自動觀測系統;礦井水文實時監測系統。

3)地表水防治。當礦井井巷及回采接近溪溝附近時，應嚴格按照《煤礦水防治水規定》和《煤礦安全規程》要求留設足夠距離的防(隔)水煤柱，過河巷道必須按照要求留設擋水墻，并經相關單位驗收合格后方可投入使用;定點監測監控井下各巷道出水點的水量變化、水的特性變化等，做好水患預測預報工作;定期地表溪溝進行水量觀測，并做好觀察記錄，洪水期間應加大觀測力度。對沖溝漏失地段進行封堵，搞好截流、引排工作。

4)含水層水防治。頂板水:可采用地面瞬變電磁法或大功率激電中梯法對預掘區域的頂板長興灰巖富水區進行探測;確定富水區后，應提前進行疏放。編制詳細疏放水鉆孔設計，制定安全措施。

底板水。可采用地面瞬變電磁法或大功率激電中梯法對預掘區域的底板茅口灰巖富水區進行探測。進行有效的物探工作后，鉆孔數量可適量減少;確定富水區后，應提前進行疏放后方可掘進回采，或留設煤柱。

在探放溶洞、陷落柱水鉆孔的布置及施工中的一些注意事項已煤礦防治水規定執行。

5)構造水防治。對斷層水的防治首先在完整探測的基礎上，根據礦井生產的具體情況，選擇或提前疏放，或注漿封堵、留設防水煤柱等方法進行治理。采用KDZ1114 -6A30 礦井地質探測儀、SIR-20 多通道透視雷達等物探手段，探測待掘巷道前方或回采工作面內的斷層，圈定斷層的位置減少超前探水的工作量。由于礦井采用平巷自流排水，費用較低，因此對斷層水的疏放成為一種簡單、經濟、有效的方法。

6)老空水防治。礦井老空水的威脅主要自以下幾個方面:淺部煤層露頭線附近小煤窯采空區積水;礦井開采后期下部煤層(C24、C25)開采時，上部煤層(C12、C17、C19、C20)老空區積水;礦井同一煤層深部開采時，淺部煤層采空區積水。

采用物探手段，圈定積水區，減少超前探水的工作量。對老空水的探放，應根據預測預報的結果，首先確立積水線、探水線和警界線，估算老空區積水量。編制詳細的老空水探放設計，制定安全措施，然后開始實施。

7)封閉不良鉆孔水防治。根據《西華煤礦地質勘查報告》，礦區范圍內分布14 個鉆孔，全部封閉了煤系井段。一般封閉漿液上限均在煤系上界40～50 m 以上(封閉至長興組頂)，并在井口位置豎立規格為30 ×30 ×30 cm 的水泥樁作標志，但未說明茅口灰巖封閉情況。封閉不良的鉆孔可能成為導通上下含水層的良好通道，具有形成水害，造成突水的可能性，因此封閉不良鉆孔形成的水害對礦井威脅甚大。

探放鉆孔水，在帶壓開采礦井，對終孔層位在茅口灰巖含水層中封閉不良的鉆孔，采掘工作面相遇前20 m 時采取超前探水;根據《四川省煤礦防治水細則》要求，封孔質量較差的防隔水煤(巖)柱的留設寬度＞8 m，未封孔時＞12 m。必要時，啟封后重新進行封孔。8)巷道掘進及工作面回采防治。巷道掘進:由于巷道掘進過程中是對井下水文地質條件的充分揭露過程，因井田內其他工程活動較少，開挖的巷道成為井田區域內地下水集中排泄的通道，根據地區巖溶條件和水文地質條件的特點，巷道掘進過程中防治水工作應以預防為主，確保巷道的安全掘進。工作面回采:在采煤工作面布置的防治水工程主要以物探、鉆探為主，必要時輔以水化學特征。物探主要利用掘進完成的上下巷道，采用坑透、直流電法和音頻透視法等物探方法，目的是發現工作面內隱伏陷落柱、斷層及灰巖含水層的導升高度;鉆探一般在物探標出的異常區段進行，目的是驗證物探結果，進一步探查頂板或底板水情，必要時可兼做放水孔。

5 結語

茅口組、長興組、嘉陵江組碳酸鹽巖地層出露區于山間平壩內，巖溶發育，且富水性不均一。地下巖溶水以管道流為主，巖溶管道流以垂向的落水洞、溶洞和水平方向的暗河為主，礦井涌水與大氣降水之間關系緊密。煤系地層與飛仙關組相對隔水層只在局部阻隔上、下部巖溶水。但大氣降水十分容易通過各種巖溶通道補給地下水，而大型巖溶溶洞、暗河和陷落柱對礦井的安全生產構成巨大威脅。礦井應以“以排水為主、堵水為輔”，按規定留設防隔水煤柱;采用物探手段確定頂、底板積水區，對廢棄礦、廢棄老窯井口進行封堵防止地表水體的涌入。礦井生產活動盡量遠離積水區，禁止在積水區附近進行爆破活動;嚴禁越層、越界開采，在防治水工作方面要形成聯防，避免水患事故的發生。

［1］ 劉峰.煤礦防治水綜合技術手冊［M］. 北京:煤礦科技出版社，2008.

［2］ 四川省安監局.四川省煤礦防治水細則［2010］157 號［S］.

［3］ 國家煤礦安全監察局. 煤礦防治水規定釋義［M］. 徐州:中國礦業補血出版社，2009.

［4］ 《西華煤礦礦井水文地質類型劃分報告》及《西華煤礦水患現狀調查報告》［R］.2013.