水层下采煤的防水问题探讨

王双银

摘 要：采煤防水是每个煤矿面临的共性问题。做好采煤防水是搞好采煤安全的重要问题之一，同时有利于保护水资源，把采煤对水资源的影响降到最低程度。只有了解水层下采煤防水的特性，才能根据本矿情况，做好相应采煤防水的措施，达到知彼知己，预防为主的相应策略。

关键词：采煤；防水；措施

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）23-0174-01

所谓水层下采煤，指的是在开采煤层上方的地表水层下采煤，煤矿采煤防水问题是一个常见性的问题。由于地下开采引起的岩层移动与变形可能改变水层和开采空间之间水力联系的程度，弱的水力联系增加了矿井的排水费用，强的水力联系有可能使开采影响范围的地表水和地下水及泥砂突然溃入井下，给矿井安全生产带来威胁。

1 水层下采煤防水的基本方法

目前，世界各国为了减少采煤对地质环境造成严重的破坏，大多数采用保水采煤作业以控制因采煤带来水利资源破坏，把采煤带来环境影响减少到最低程度。保水采煤要求导水裂缝带高度不波及地表及浅部含水层，使水体不向矿井泄漏。目前，大多数煤矿依旧采用条带法、房柱法和充填法采煤，通过保留部分煤柱或充填采空区，降低导水裂缝带高度，从而保护上面的含水层（体）。也可以采取疏降转移开采区域的水体，等地层移动变形稳定、采动裂缝闭合后，再允许水体流回的方法。煤矿管理中在防水要求预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采。

水层下采煤必须采取适当的措施，保证开采过程中不发生灾害性的透水、溃砂事故，避免因矿井用水量突然增大而严重恶化井下作业环境。水层下开采需要清楚地了解水层的类型、煤岩的隔水性能和开采空间与水层之间可能的水力联系。

2 水层下的采煤方式

①顶水采煤：对水层基本不处理，直接在水层下方采煤，水层与煤层之间保留一定厚度或垂高的安全煤岩柱。适用于水量大、补给充足、水层距开采煤层较远的条件。

②疏水采煤：利用排水系统，开掘疏水巷道或钻孔，疏降上部水层，再在水层下方采煤。

③顶疏结合采煤：在受多种水层或多层含水层水层威胁的条件下采煤时，对于远离煤层，其间距大于导水断裂带高度的水层，采用顶水采煤；对于位于煤层直接顶之上或离煤层距离较近，其间距在垮落带和导水断裂带范围内的水层，采用疏水采煤。综上可知，顶水和疏水取决于水层与煤层的间距和水层的类型。

④堵截水源与疏水采煤：采用粘结性材料注入含水层的孔洞中，形成地下挡水帷幕，切断水的补给通道，然后疏水采煤。适用条件为：含水层厚度较小、补给通道集中、水文地质条件清楚，具备可靠隔水边界的砂岩或石灰岩岩溶含水层中。

3 采煤防水安全措施

3.1 雨季期间的大气降水及地表水

大气降水对地面建筑、机电设备及供电系统的影响；以大气降水形式使地表水过高造成井口进水，为雨季“三防”工作的重点。

防治措施：及时查清矿区及其附近地面水流系统的汇水、渗漏情况，疏水能力和有关水利工程等情况；了解当地水库、水电站大坝、江河大堤、河道、河道中障碍物等情况；掌握当地历年降水量和最高洪水位资料，建立疏水、防水和排水系统。矿井井口和工业场地内建筑物的标高应当高于当地历年最高洪水位。当矿井井口附近或者塌陷区内外的地表水体可能溃入井下时，应当采取安全防范措施。在地表容易积水的地点，应当修筑沟渠，排泄积水。特别是低洼地点不能修筑沟渠排水的，应当填平压实。如果低洼地带范围太大无法填平时，应当采取水泵或者建排洪站专门排水，防止低洼地带积水渗入井下。当矿井受到河流、山洪威胁时，应当修筑堤坝和泄洪渠，防止洪水侵入。对于排到地面的矿井水，应当妥善处理，避免再渗入井下。漏水的沟渠和河床应当及时堵漏或者改道。地面裂缝和塌陷地点应当及时填塞，并制定相应的安全措施。严禁将矸石、炉灰、垃圾等杂物堆放在山洪、河流可能冲刷到的地段，以免冲到工业场地和建筑物附近或者淤塞河道、沟渠。对于正在使用的钻孔，应当按照规定安装孔口盖。对于报废的钻孔，应当及时封孔，防止地表水或含水层的水流入井下。观测孔、注浆孔、电缆孔、与井下或者含水层相通的钻孔，其孔口管应当高出当地最高洪水位。

3.2 含水层水

施工的巷道大多面临着砂岩含水层水的影响，在巷道掘进时，可能出现滴水、淋水、涌水现象。其具体安全技术措施有：①首先试探开采，可简单总结为：先远后近（水层），先厚后薄（隔水层），先简单后复杂（地质条件），先较深后较浅（煤层）的原则。

②分区隔离开采，如在采区四周均设防水隔离煤柱、在绕道和石门内设永久性的防水闸门。

③全部充填法开采、部分开采和分层间歇开采，降低覆岩破坏高度。

④坚持有疑必探，先探后采的原则，如掘进工作面遇到以下四种情形：一是接近溶洞、含水丰富的含水层时，二是接近可能与河流、湖泊、蓄水池等相通的含水层时，三是接近被淹井巷、老空区时、打开隔离煤柱放水时等情况必须探水前进，四是在巷道掘进前采用物探探测顶、底板砂岩水，并针对性地采取钻探疏放，大巷的排水沟及时跟进至迎头，完善掘进工作面排水系统，保证排水能力满足要求，并加强日常维护。对于井底主水仓的外水仓可能受基岩风化带及松散层水的威胁，在该区域施工前，应进行超前探测，采用疏、堵、排等措施，在确保排除水害威胁后方可继续施工。

⑤正确设计防水隔离煤柱，水层下采煤时，除了要合理确定与开采上限有关的防水、防砂和防塌安全煤岩柱外，还要合理确定矿井之间和采区间的防隔水煤柱以及断层和陷落柱防隔水煤柱。

3.3 断裂构造和陷落柱导水

①断裂构造的影响影响区域，还可能受其他伴生走向小断层及裂隙的发育与其他含水层发生水力联系而出现涌水、突水，影响井巷的正常施工，是本区施工中主要水害隐患，也是本年度矿井防治水工作的重点。

②陷落柱的影响。断裂构造及其破碎带和陷落柱一般是地下水的良好通道，甚至是地下水源的富集区，是矿井水害的主要類型。

主要治理措施：严格坚持“有掘必探、先探后掘”原则进行超前探放水，采取物探先行，钻探验证的方法进行探测，以查明断列构造或隐伏岩溶陷落柱的发育情况、空间分布形态，及其富水性、导水性。在接近以上断层发育区域施工前，制定专门的过断层超前探放水或注浆堵水等设计与安全措施。加强巷道支护及顶板管理，根据需要采取注浆加固等措施，排水系统及时跟进，并加强日常维护。

当井下巷道穿过与河流、湖泊、溶洞、含水层等存在水力联系的导水断层、裂隙（带）、陷落柱等构造时，应当探水前进。如果前方有水，应当超前预注浆封堵加固，必要时可预先构筑防水闸门或者采取其他防治水措施。否则不准施工。穿过含水层段的井巷，应当按照防水的要求进行壁后注浆处理。

3.4 太灰、奥灰岩溶承压水害防治措施

当在受承压水威胁区域进行采掘活动时，必须进行承压采掘安全评价，制定相应的安全防治措施。例如，在遭遇底板太灰、奥灰岩溶承压水的威胁时，进行采掘进活动前应当遵守下列规定：

①采取疏水降压的方法，把承压含水层的水头值降到隔水层能允许的安全水头值以下，并制定安全措施。总结适合矿区（井）的安全水头值，指导安全生产。矿井排水考虑与矿区供水、生态环境保护相结合，推广应用矿井排水、供水、生态环保三位一体优化结合的管理模式和方法。

②承压含水层的集中补给边界已经基本查清情况下，可以预先进行帷幕注浆，截断水源，然后疏水降压采掘。

③当承压含水层的补给水源充沛，不具备疏水降压和帷幕注浆的条件时，可以酌情采用局部注浆加固底板隔水层和改造含水层为弱含水层的方法，但应当制定专门的设计及专门防止淹井的措施。

参考文献：

[1] 徐波，张晓华，冯磊.千米井筒综合治水研究与应用[J].煤矿现代化，2013，（S1）.

[2] 王鹏龙，李辉.煤矿井下水灾事故的预防及控制[J].山东煤炭科技，2010，（6）.