納林河二號礦井防治水規劃

劉毅濤 李海深 黃 浩 梁向陽 方 剛，4

（1．烏審旗蒙大礦業有限責任公司，內蒙古 鄂爾多斯 017307；2．中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710054；3．陜西省煤礦水害防治技術重點實驗室，陜西 西安 710077；4．西安科技大學地質與環境學院，陜西 西安710054）

納林河二號礦井位于東勝煤田納林河勘查區的西部，井田面積約180.67 km2，礦井煤炭可采儲量為796.38 Mt，設計生產能力8.0 Mt/a，服務年限71.1 a，采用立井式開拓，綜合機械化開采。井田內含可采煤層5 層，礦井首采3-1煤層，開采深度約580 m，煤層上覆有第四系松散含水層、白堊系洛河組含水層、侏羅系直羅組含水層和延安組含水層，根據礦井水文地質條件分析，礦井的充水通道主要為煤層開采后上覆頂板導水裂隙帶，其次為封閉不良鉆孔、地質構造等。直接充水水源為煤層上覆的侏羅系直羅組和延安組砂巖孔隙裂隙含水層水。各頂板含水層富水性極不均一，其內部含水層水力聯系較強，各個富水區之間含水層水力聯系較弱，直羅組底部含水層富水性總體上強于延安組底部含水層，富水區水壓力和涌水量均大于延安組含水層[1-2]。

根據井田水文地質條件及礦井在后期采掘過程中可能會面臨的水害問題，提出具有針對性的防治水工作內容，指導礦井防治水工作有序進行，有助于礦井水文地質及防治水工作的高效開展，確保礦井安全生產[3-4]。

1 礦井防治水總體思路

本次防治水規劃主要針對礦井存在的水害威脅和現有的水文地質問題，結合礦井目前的防治水研究現狀、采掘以及生產計劃，依據《煤礦安全規程》[5]、《煤礦防治水細則》[6]及煤礦企業相關規定等，提出近年來礦井的防治水總體思路。

礦井防治水工作分為2 類，即巷道掘進階段和工作面回采階段的防治水工作。巷道掘進階段，堅持“有掘必探”的原則，開展超前探放水工作。工作面回采階段，堅持“可控疏放，消峰平谷”的原則，開展工作面采前預疏放工作。

巷道掘進階段和工作面回采階段水文地質條件探查相結合，采用物探和鉆探相結合，監測與試驗相結合，井上下立體探查等方式，探查煤層及其頂板含水層富水異常區，重點探查2-1 煤頂板含水層以及直羅組底部含水層的水文地質條件，3-1 煤回采的頂板破壞程度，以及首采區內斷層和地質異常體的含導水性和富水情況，進而不斷優化防治水技術措施。探查研究頂板“兩帶”發育規律，堅持以“防”為主，“防治”結合，在保證礦井安全的前提下，實現防治水工作、工程與礦井生產接續和經濟效益的統一。

在日常防治水工作中，采掘工作面應堅持“預測預報”“有疑必探”“先探后掘”“先治后采”的防治水工作原則，根據礦井接續計劃，對巷道掘進和工作面回采安排合理的防治水工程措施（圖1），具體措施解釋如下。1）以預防為主，杜絕惡性災害發生。對突然涌水事因此首先是要避免，其次健全排水系統，最后要有可靠的避災措施。2）結合水文地質條件，重點富水探查異常區分布情況，堅持先可控疏放，后漸進回采的原則，實現“消峰平谷”，使頂板水平穩泄出。3）依據《煤礦防治水細則》要求，有計劃、有針對性地進行采區水文地質條件探查和觀測工作，分析研究地下水的賦存和運動規律，為防治水工作提供技術依據。

綜上所述，根據納林河二號礦井的水文地質條件及生產規劃，礦井的防治水工作應本著近期與遠期相結合，以井下為主，井上下相結合的原則。在礦井水文地質條件補充勘探、煤層頂板工程地質探測與評價、礦井涌水量評價等各項水文地質工作的基礎上，結合礦井地質、水文地質條件的特點，進行針對性的開發研究。

2 礦井防治水具體措施

2.1 頂板水的防治

礦井近年來的主采煤層為3-1 煤，頂板賦存3 層含水層，尤其是直羅組底部含水層，此含水層富水性分布極為不均，富水性較強，是礦井開采過程中的主要水害因素之一，其他含水層富水性相對較弱，但富水性同樣存在不均一性，局部地段可能存在裂隙發育帶，富水異常區。隨著采掘活動的進行并破壞上覆巖層，砂巖水突入礦井，造成涌水量增加，影響安全生產。

對于頂板砂巖水的防治，一般采取“先探后放”的方法。先探是指利用直流電法和音頻電透視方法探測頂板砂巖含水層的富水區域和富水特征；后放是指利用疏放水鉆孔對富水區進行砂巖水的疏放，降低水位，排除對工作面的威脅[7-8]。

2.2 斷層水和地質體水的防治

圖1 礦井防治水規劃技術路線圖

根據“井田首采區補勘報告”可知，首采區內構造較簡單，以褶曲和斷層發育為主。首采區地震勘探三維區共發現斷層2 條，按斷層落差劃分：落差10 m ＞H≥5 m的斷層1 條3DF2；落差H＜5 m 的斷層1 條3DF1。另外，在首采區中部，發現2 個呈不規則橢圓形態的地質異常體，通過采掘揭露及實際探查，初步分析認為該地質體均不導水。

盡管納林河二號礦井首采區內構造較簡單，但仍應重視斷層和地質體的水害防治工作，防治斷層和地質體水的基礎是對斷層進行精細探查。當巷道掘進至斷層和地質體附近時，首先采用直流電法超前探測技術對斷層和地質體進行探測，初步確定斷層或地質體位置，再采用鉆探進行驗證，精確探查其落差、傾角和水文地質性質，在對斷層或地質體探查的基礎上再確定巷道過斷層或地質體方案。在對斷層和地質體含（導）水性探查之前，需要根據相關規定編制斷層和地質體含（導）水性探查設計，由礦總工程師組織審定后組織實施。

2.3 離層水的防治

通過礦井地質、水文地質條件分析，結合條件類似的礦井以往的生產工作經驗，認為納林河二號礦井有存在離層水害的可能，分析認為工作面離層水在距離切眼30 m～40 m 產生的可能性較大，因此工作面離層水的形成位置初步預計在距離機巷15 m～60 m，距離切眼30 m～40 m 的區域，具體離層水探放方案要根據現場實際情況編制探放水設計，由礦總工程師審定、通過后實施。

2.4 老（采）空水的防治

納林河二號煤礦屬整裝井田，周圍沒有其他生產礦井或基建礦建，也沒有小煤窯的存在。礦井未來采空區積水主要來自于礦井自身回采形成的采空區，對于自身采空區的防治主要包括聯巷密閉墻的施工和采空區水量水壓監測這2項工作。

2.5 巷道掘進工作面防治水工程

由于納林河二號礦井3-1 煤層埋藏較深，煤層相對較厚，目前巷道掘進期間主要的充水水源為3-1 煤頂板砂巖裂隙含水層。礦井在未來巷道掘進過程中必須嚴格按照《礦井防治水細則》要求，堅持“有疑必探、先探后掘”的原則，采取“物探先行、鉆探驗證”的技術措施，做好超前探查工作。

2.6 回采工作面防治水工程

為了減少或消除回采工作面在開采過程中大量的水短時間涌入礦井給礦井正常生產與建設帶來影響或超過礦井設計的排水能力而造成淹井事故，需要在人工可控條件下預先對含水層水進行疏放[9-10]。

2.6.1 地質分析與物探先行原則

在對頂板含水層空間展布規律進行沉積相地質分析的基礎上，在工作面巷道開展針對頂板富水性的井下直流電法、瞬變電磁探測和音頻電透探測等，尋找富水異常區，作為探放水重點區段。

2.6.2 全面覆蓋原則

現階段以均勻布孔的方式力求探放水鉆孔全面覆蓋工作面，考慮頂板周期性來壓在60 m 左右，探放水鉆場回風巷以120 m 為步距，鉆孔為扇形布置。探放水鉆場運輸巷以50 m為步距，鉆孔為直角扇形布置。預計頂板冒落導水裂縫帶高度為120 m，探放水鉆孔終孔位置為3-1 煤頂板以上120 m。

2.6.3 探放結合、一孔多用原則

工作面探放水孔除了可用于判斷含水層富水性以外，還可以用作分段探放期間的放水孔（或觀測孔）以及含水層預探放孔。

2.6.4 分層觀測原則

在井田范圍內，對侏羅系直羅組含水層和延安組含水層分別進行觀測。在穿透延安組含水層后，先對其含水層水壓、水量、水溫進行觀測，并采取水樣進行水質化驗；在穿透直羅組含水層后，對混合水進行上述4 項指標測試[11]。

2.7 防治水安全保證裝備

在落實上述各具體防治水措施的同時，礦井應配備相應的硬件裝備，以確保防治水工作的切實完成，具體內容如下。

2.7.1 水文地質長觀孔自動觀測系統

礦井施工共有4 個地面水文觀測孔（3 個延安組、1 個洛河組，均布置在首采區），并設計安裝地下水位自動監測系統，實現了數據的自動傳輸，使礦井能夠及時、準確地掌握地下水位的相關水文信息。

2.7.2 水化學快速判別系統

礦井巷道掘進和3-1 煤層生產過程中，有多個含水層會威脅礦井安全，如果礦井發生突水時，必須快速判斷出突水水源，因此，在未來幾年規劃期內建立合適的水源判別模型、快速準確地區分井下出水水源，對快速有效制定防治水方案具有重要意義[12]。

2.7.3 礦井水害預警系統

礦井需根據自身實際情況，建立礦井水害預警系統，對礦井各種水害情況進行實時監控和預警，實現自動報警、實時提醒。

2.7.4 礦井三維地質模型

根據煤炭行業現狀，盡快建立礦井高精度三維地質模型、數字礦山信息系統，掌握礦井構造發育情況，為礦井水害防治提供依據。

3 礦井防治水配套措施

3.1 日常防治水工作

礦井日常水文地質工作是保證煤礦正常安全生產的一項重要技術基礎工作。其基本任務包括3 項。1） 開展礦井水文地質補充調查、補充勘探和水文地質觀測。2）為礦井采掘、開拓延伸提供水文地質資料或報告。3）在采掘工程中進行水害分析、預測和防探水。

3.2 防治水應急救援預案

為保證煤礦的安全生產、保證礦山應急救援工作的及時有效，必須建立一套完整的災害應急救援系統，提高礦井抗災救災的能力，這也是處理礦井特別重大事故的關鍵。建立礦井災害應急救援系統，其主要作用歸納為5 點。1）控制危險源。2）搶救受害人員。3）指導井下工人防護，組織工人撤離。4）幫助現場清查，消除危害后果。5）輔助事故調查，估算危害程度。

3.3 防治水制度建立、機構設置及人員配置

3.3.1 防治水制度建立

將各項工作的程序、方法、要求等，擬訂成書面的規章文件。這樣，實施防治水規劃時，就能做到有據可依。

3.3.2 機構設置

權威的防治水機構和過硬的防治水隊伍是有效防治水的基本保證，在建立防治水機構的基礎上，進一步明確防治水責任制。

3.3.3 人員配置

該礦井水文地質類型為“復雜型”，必須設立專門的防治水機構，專業技術人員擔任防治水機構負責人，主要職責是保證各項防治水工作順利開展。

3.4 防治水規劃實施的保證機制

實施礦井防治水規劃，涉及面廣、時間跨度大、要求很高，要加強組織領導和統籌協調，采取切實有效措施，確保各項任務的落實。主要包括3 個方面。1）加強規劃與礦井生產規劃的銜接，增強規劃的可操作性。2）落實防治水配套政策。3）建立規劃實施的動態調整機制，加強對規劃實施的組織領導。

4 結語

綜上所述，通過對納林河二號礦井水文地質條件分析，結合未來開采3-1 煤層所面臨的水害問題研究，提出相應具體的水害防治措施，在加強硬件裝備配套的同時，提高礦井防治水技術的軟件實力，精準落實礦井防治水規劃，有效做好礦井水文地質及防治水工作。在此期間，真正構建礦井自身防治水技術力量和團隊，打造水文地質結合煤礦開采全方面人才培養平臺，為礦井長期安全高效生產打好基礎。