煤矿水害影响因素及合理化防治技术研究

韩久方 丁荣飞

摘 要：煤矿水害是制约煤矿发展的一项重要因素，人们在开采煤矿时经常遇到，为更好的解决煤矿水害问题，提升煤炭企业的经济效益，本文以赵固二矿11030工作面为例，分析了煤矿水害影响因素，研究了煤矿水害的合理化防治技术，以为后期煤矿水害的防治提供参考。

关键词：煤矿水害；影响因素；防治技术；研究

1 工作面概况

11030工作面位于I盘区东部，北邻I盘区辅运大巷（东段），东为已回采结束的11050工作面采空区，西为已回采结束的11011工作面采空区，南为F18断层保护煤柱。工作面开采标高为-635.1m～-570m，走向长平均2054m，倾向平均宽160m，工作面面积328640m2。

2 地质情况

1）煤层赋存情况。工作面煤层赋存条件中等，伴有向背斜交替出现。该工作面从通尺0m至445m为一个宽缓型背斜，通尺445m至1006m处为宽缓型向斜，由于煤层赋存条件变化，导致煤层倾角发生变化，并使该区域煤层及顶底板破碎。

2）煤层顶底板。二1煤层伪顶主要为0.5～3.43m的泥岩、炭质泥岩，一般随采随落。直接顶板厚度一般13.17～13.98m，以砂质泥岩、细粒砂岩顶板为主，稳定性较好；老顶多为厚度平均0.87～2.32m的粗、中、细粒砂岩（大占砂岩），岩石坚硬，稳定性较好。二1煤层底板主要为砂质泥岩，厚度11.27～13.98m。泥岩、砂质泥岩、砂岩均呈深灰色，含植物化石，菱铁质结核及少量黄铁矿体。

3 水文情况

3.1 主要含水层

1）L2灰岩含水层，厚度14.31m，岩溶裂隙发育，上距二1煤层98.12m。在断层或裂隙破碎带附近，L2灰岩水会向L8灰岩补给。2）太原组上部灰岩含水层主要由L9、L8和L7灰岩组成，其中L8灰岩发育最好，L8含水层厚度8.22～8.61m，上距二1煤层27.33～29.27m，灰岩中岩溶裂隙发育。

3.2 工作面充水因素分析

在巷道掘进和回采中预计会出现以下几种水害：1）顶板淋水。二1煤层顶板砂岩含水层是弱富水含水层，但在断裂及破碎带附近，其顶板淋水会增大而影响生产。2）底板涌水。受采掘扰动影响，底板岩层会发生形变底鼓，产生微小裂隙，在底板灰岩水高水压和矿压共同作用下，会向巷道内出现少量涌水。3）底板突水。由于岩层破坏，在遇到断层、破碎带或其它构造薄弱带时，极易引发突水。4）钻孔失控突水。由于钻孔封孔不合格，导致含水层水从钻孔中涌出。5）回采引发突水。受回采扰动和初期来压及周期来压影响，已经改造好的底板含水层会重新遭到破坏，产生细小裂隙，形成导水通道，使得底板含水层水重新涌入采面内；同时采动形成的垮落裂隙带也会导通顶板含水层甚至第三系含水层。

4 底板注浆改造方案

4.1 底板破坏深度的确定

塑性力学理论计算：设煤层塑性区的宽度为L，底板最大破坏深度为Dmax，则L和Dmax可根据下式求得：

4.2 钻场设计

1）钻场及开关硐室布置在工作面的下顺槽上帮和上顺槽的下帮，原则上每隔100m施工一个硐室，特殊情况下可以经地测科同意后改变钻场设计位置。

2）面向钻场上巷道右帮为材料硐室，面向钻场下巷道左帮为材料硐室，材料硐室高度与巷道平齐。

3）钻场规格为：长5m×深4.5m，钻场高度须低于巷道底板300mm（打过地坪后深度）。

4.3 设计终孔压力

根据要求，钻孔注浆终孔注浆压力应达到水压的1.5～2.0倍，即：（1.5～2.0）×6.32MPa=9.48～12.64MPa。本工作面注浆孔设计终孔压力规定为15MPa，构造破碎带附近可定位终孔压力13MPa。改变15MPa的终孔压力必须经地测科同意。

4.4 注浆孔布置

本次设计底板注浆改造注浆孔376个，其中底板改造钻孔250个，检验钻孔126个，所有设计钻孔总进尺67680m。根据注浆加固过程中钻孔揭露的地质及水文地质情况酌情增、减底板注浆孔布置数量，根据地测科下发单孔参数工程联系单为准。若相邻钻场不是同时施工的，则必须根据正施工钻孔来确定新钻场开孔孔号，避免两钻孔出现对打或近对打，从而导致互相窜浆、浆液挤压致使蹋孔、废孔的现象发生。每个钻场包括正在注浆钻孔在内的允许同时施工钻孔个数最多为3个，同时注浆钻孔最多为2个。

4.5 注浆孔施工工艺

1）注浆系统。赵固二矿建有两座地面注浆站，并有3个合计9趟输浆孔将地面浆液送至井下输浆管巷，从输浆管巷通过D60注浆管将浆液送至各个注浆钻孔，再利用注浆钻孔向含水层进行注浆。

2）注浆方式。采用井上下注浆相结合的方式，以地面注浆为主，以井下注浆为辅，下行分段连续式注浆，尽量填实各含水层岩溶裂隙。

3）浆液参数。注浆参数的选择视单孔涌水量及岩溶发育程度而定。粘土浆比重1.10～1.18，含砂率小于5%；粘土水泥浆的粘度为25～40Pa.s，比重1.12～1.18，一般是先稀后稠再稀。透一级、二级套管均要进行耐压试验，一级套管试验压力不小于9MPa，泵量19L/min，二级套管试验压力不小于15MPa，泵量19L/min，注浆固管添加玻璃水与水泥的比为1∶4；终孔后单孔注浆结束标准：当泵量58L/min，工作面注浆孔孔口压力达到终孔压力15MPa，持续时间不低于30分钟，即可结束。

5 结语

总之，水害是影响煤矿开采的一项重要因素，它不但会影响到煤矿企业正常生产，而且会严重威胁到煤矿开采人员的生命安全，而要想科学、合理的防治水害，我们必须从本矿井的实际情况出发，找出水害原因，并进行相应改造，只有这样才能更好的防治煤矿水害，才能促进煤矿企业的长期健康可持续发展。

参考文献：

[1] 景剑峰，冯宁.长治经坊煤矿矿井水源水害影响因素及防治技术[J].中国煤炭工业，2014（4）：70 -71.

作者简介：韩久方（1988-），男，汉族，河南新乡人，本科，煤矿防治水、地质勘探。