超前模擬預測技術在礦井水害防治中的應用

侯艷平

（兗州煤業股份有限公司南屯煤礦，山東 兗州 273516）

超前模擬預測技術在礦井水害防治中的應用

侯艷平

（兗州煤業股份有限公司南屯煤礦，山東 兗州 273516）

把物探技術與傳統的礦井水害防治中的鉆探工程有機的結合起來，同時把全球定位系統與電子數字一體化應用于水害治理工作中。長探與短探相結合、超前預防與有效治理相統一、全球定位與模擬推斷相結合，繪制礦井水害預測綜合圖指導現場生產，有效的避免了水害事故的發生。

水害；超前防治；模擬預測

礦井水害防治工作，一直是困擾煤礦安全生產工作中的難點。我國礦井水文地質條件是世界上最復雜的國家之一。礦井的水害形式也是多種多樣，水害的存在范圍也是非常廣泛，從地面到井下都客觀存在著水害發生防治的問題。目前，我省還有大量的煤炭資源存在潛在的水害而不能及時開發，長期形成呆滯儲量。礦井水害的防治十分重要。

1 礦井概況

秀華煤礦位于貴州省西南部，礦區面積1.1683平方公里，設計能力30萬噸/年，礦區形呈不規則多邊形，礦區走向長0～0.97km，傾斜寬0.85～1.25km，礦井充水主要以砂巖裂隙水、孔隙水和老空水為主。

2 礦井涌水量的預算

根據水文地質條件及充水因素分析，由于今后煤層開采，故P3l是礦井直接充水含水層，故本次預算采用P3l含水層參數。由于礦床開采后，地下水由承壓轉無壓，故本次預測礦井涌水量方法采用承壓一潛水完整式水平巷道計算公式：

Q——預計礦井涌水量（m3/d）

B——水平巷道長度（m）

S——水位降低值（m）

M——承壓含水層厚度（m）

K——含水層滲透系數（m/d）

R——水平巷道的影響半徑（m）

滲透系數選用P3l抽水試驗資料；水位標高選用P3l抽水試驗靜止水位標高；含水層厚度P3l采用巖層飽水厚度，式中：計算水平+1560m，B=1500m，水位標高H=2092.09m，S=532.09m，K=0.0001362m/d，M=271.60m，R=62.10m。因此，礦區內+1560m水平以上礦井正常涌水量

3 礦井水害超前防治的模擬預測技術

3.1 基本原理

3.1.1 防治結合

依靠科技，利用電磁物探、鉆探、等科學的手段、先進的設備，超前探測、有效治理并及時檢查治理效果。

3.1.2 模擬定位

利用GPS全球定位系統及全站儀數字一體化技術，對地面積水區、動態盜挖的小窯及井下采掘工程的空間相對位置進行再定位，根據鉆探、物探的資料，對分析可能存在的充水、積水情況的空間位置進行合理推斷、模擬定位，并繪制1/2000礦井水害綜合預測平面、剖面圖。

3.1.3 合理預測

通過超前探查、有效治理并檢查可靠，對礦井水害情況及時做出合理的預測。根據預測預報情況和《煤礦防治水規定》采取防、堵、疏、排、截的綜合防治水措施，確保安全生產。

3.2 實施方案的技術設計

3.2.1 治水方案

1）主體方案。數字化定位，立體交叉布置電磁波物探發射孔，探查裂隙發育情況，對于可能導水的裂隙帶、斷裂帶、陷落柱等構造，進一步細化分析，繪制礦井物探構造帶分布圖。嚴格按照防治水規定，下足止水套管，打鉆探查，最終形成礦井水害綜合預測平面、剖面圖。

2）輔助方案。地面水害防治：堵塞通道、挖溝排洪；井下水害防治：合理留設防水煤柱、根據探防水情況及時設計并修建水閘墻；老空或強含水層局部疏干：礦床疏干、地表疏干、地下疏干、聯合疏干。

3.2.2 探放水原則

礦井必須作好水害分析預報，堅持“預測預報、有掘必探，先探后掘、先治后采”，還必須做到“有疑必?！钡奶椒潘瓌t。

探水前，必須編制探放水設計，確定探水警戒線，并采取防止瓦斯和其他有毒有害氣體危害等安全措施。

3.2.3 探放水方法的確定

根據探放水對象的不同，探放水前應進行以下內容的調查

1）老窯、老空區積水，即老窯名稱、編號、標高、開采時間、范圍等。

2）老采空區積水，即積水巷道名稱、標高、積水量、水頭等。

3）未封閉或封閉不良的導水鉆孔，即孔號、孔深、孔徑經緯距及標高與各煤層新舊采空區的關系。

4）已知含水斷層，即實際巷道所見的斷層走向、傾向、傾角、落差、破碎帶寬度及其膠結情況、歷史出水特征、涌水量、水壓或水位標高等。

探水眼的布置和超前距離，應根據水頭高低、煤（巖）層厚度和硬度以及安全措施等在探放水設計中具體規定。

3.3 探放水設計

3.3.1 探水起點的確定

探水鉆的超前距、幫距孔間距、允許掘進距離示意圖

為保證采掘工作和作業人員的安全，防止誤穿積水區，將水淹區的積水范圍、水位標高、積水量等資料填繪在采掘工程平面圖上，經過分析劃出三條界線：積水線、探水線、警戒線。探水線距積水線距離為60m，警戒線沿探水線外推50～150m。

探水起點：由于積水范圍不可能掌握得很準，因此必須在離可疑水源75～150m以外開始打鉆探水。

3.3.2 探放水鉆孔布置

1）超前距。

式中：a——巷道迎頭或側幫至含水層、含水構造之間的安全隔水巖柱(或煤層)寬度，m；

A——安全系數(2～5)，本設計取2；

L——巷道的跨度(寬或高取其大者)，3.5m；

P——煤、巖層承受的靜水壓力， P＝100kgf/cm2；

Kp——隔水巖層(或煤層)的抗拉強度， KP取8kgf/cm2。

2）允許掘進距離。

設計探放水鉆孔深度45m，允許掘進距離為20m，每次探水鉆孔施工完畢后，以最短鉆孔距離減去超前距之后的距離。

3）鉆孔密度(孔間距)。

豎直扇形面內鉆孔間的終孔垂距不得超過1.5m；水平扇形面內各組鉆孔間的終孔水平距離不得大于3m。

4）鉆孔孔徑。

配備KHYD 95-ZJ探水鉆，最大鉆進深度90m，開孔直徑90mm，終孔直徑55mm。

5）鉆孔數目及布置。

Ⅰ煤層平巷鉆孔布置：主要是探巷道上幫和巷道前方小窯老空水，鉆孔呈扇形布置在巷道上幫和巷道前方。薄煤層一般布置3組，每組1～2個孔；厚煤層一般布置3組，每組不少于3個孔。鉆孔之間的夾角為7～15°為大夾角，1～3°為小夾角，視小窯老空的規模而定，規模大者取大夾角，規模小者取小夾角。

Ⅱ煤層上山巷道鉆孔布置：鉆孔呈扇形布置在巷道前方，薄煤層一般布置5組，每組1～2個孔；厚煤層一般布置5組，每組不少于3個孔，且每組鉆孔至少有一孔見頂或底。鉆孔水平及傾斜之間的夾角要求與平巷鉆孔相同。

3 結語

把物探技術與傳統的礦井水害防治中的鉆探工程有機的結合起來，同時把全球定位系統與電子數字一體化應用于水害治理工作中。長探與短探相結合、超前預防與有效治理相統一、全球定位與模擬推斷相結合，繪制礦井水害預測綜合圖指導現場生產，有效的避免了水害事故的發生，同時解放了區域性受水威脅局部呆滯儲量。

侯艷平（1973-），女，畢業于山東科技大學采礦工程專業，現從事地質管理專業。