带压开采防治水技术研究

（山西煤炭运销集团阳泉有限公司 山西 045000）

引言

我国地质构造复杂，煤矿中各种灾害事故频发，其中水害是危害最大的灾害之一。据统计，我国已探明储量中，约有27%的煤层会受到水害的影响，其中仅华北地区就有160亿吨煤存在水害灾害。同时，随着开采深度的增加、开采规模的增大，除了正常水害之外，高承压水的危害也越来越严重。为了减少水害事故的发生，加强防治水工作，该矿对3#煤层开采过程中所采取的水害防治技术进行了总结，积累了水害防治的宝贵经验。

1.井田及水文地质条件

该矿地质结构复杂，3#煤层煤质松软，煤层中存在不同类型的断层，且夹矸比较严重，有比较明显的矿压现象。煤系基底为奥陶系灰岩，含水量差异很大，涌水量区间为0.0045～18.4L/（s·m），含水层属于弱富水性和强富水性之间，隔水层平均厚度为130m，煤层底板带压1～4.8MPa，底板突水的可能性较大。

3#煤层存在的水文地质问题主要有两个，其一是该煤层顶板存在含水层，但是这并不会严重威胁到该煤层的开采，只不过开采过后，可能会由于采动影响使得顶板出现裂隙进而出现涌水；其二是3#煤层底板奥陶系灰岩中含水量较大，从而使得整个煤层开采过程都处于高水压状态，但是一般情况下突水事故并不会出现。由于地质结构复杂，存在断层、陷落柱等地质构造，因此在这些部位突水现象较为频繁。

2.前期物探及抽放水试验

(1)陷落柱（断层）的探查

鉴于3#煤层复杂的地质构造，因此为了做好防治水工作，首先要对断层（见图1）、陷落柱（见图2）等进行探测，探测方法有物探、钻探和化探。探测过程中，首先根据井田的构造情况，对断层、陷落柱的重点分布区域进行预测。然后，在地面使用三维地震方法对大于20m的陷落柱进行探测，在井下通过坑透方法进行探测，这两种方法的探测效果分别可达50%和80%以上。确定陷落柱分布区域后，分别在地面上使用瞬变电磁法和井下采用、音频电穿透法和直流电对含水情况进行探测。当确定陷落柱确实具有富水状况时，需要通过钻探技术对其进行验证，一经确认，必须对其进行注浆处理。如若钻探结果表明不富含水，为了减少采动对其的影响，必须进行相关检测，预报突水情况。

图1 断层示意图

图2 陷落柱示意图

(2)抽放水试验

通过对各盘区打钻来进行抽防水试验，其目的是在于探测含水层的富水性。试验过程中布置了A1～A7共7个钻孔来进行地下水的动态观察。A1钻孔位于工业广场，A2、A3钻孔分别位于六、八盘区，A4、A5钻孔位于一、二盘区，A6、A7钻孔位于四、五盘区。钻孔钻进方式为变口径钻进，钻孔抽防水过程中，要求所有钻孔终孔都位于奥陶系上段下部。对于有条件的钻孔，应该通过一个主钻孔来抽水，多个钻孔配合水位监测。钻孔完成后，要进行放水试验，试验要求水流量为最大放水流量。

3.防治水措施

传统的地下水防治一般都是简单排水和堵漏，而现阶段逐渐发展为预先疏干和帷幕注浆。经过多年的研究和应用，一套综合的防治水系统得到的完善，包括疏、堵、躲、防四个板块，防治水系统的存在有效地减少了矿井水害的发生，保证了煤矿的安全开采。

(1)注浆加固

注浆加固的目的是防止底板突水，分为堵水注浆和加固注浆两大类。堵水注浆在于提高介质的整体抗渗透能力，而加固注浆是为了提高底板强度和稳定性。注浆材料的选择一般依据地层的渗透性，而地层的渗透性能与裂隙宽度、渗透系数以及颗粒粒径等参数有关。注浆层为峰峰组灰岩，注浆完毕后隔水层厚度从其顶面开始计算。

①巷道过断层注浆方案

通过地质分析、物探技术以及超前探水技术分析得出，当掘进工作面附近有富水区域时，采掘过程中会有严重的突水危险，从而对安全生产造成威胁。该煤层采用注浆方案中，所用的注浆材料为水泥-水玻璃，加固范围为断层带前后距离均为35m的范围内。注浆时布设8个钻孔，钻孔夹角为45°，注浆深度为8m，预注浆地方为掘进面迎头位置。当施工过程中出现跑浆现象时，应当及时采用水泥-水玻璃双液浆进行加固，加固位置为断层带前后分别为25m的范围。如若部分区域没达到封堵效果时，对于出水点位置可以采用局部注浆这些区域的顶板、底板以及帮部来进行加固，从而消除水涌出，达到封堵目的。

②工作面过断层注浆方案

有些突水地段对采煤工作面的回采会造成严重威胁，对于这些区域，应该选择如下注浆方案：通过在断层带附近钻取钻孔，进而用水泥-水玻璃来进行注浆，进而达到封堵目的。如果施工过程发生跑浆时，应当及时用水泥-水玻璃双液浆进行封堵加固，加固范围为断层带前后方25m的范围内。为了减少采动对钻孔的影响，对工作面或者巷道中的陷落柱进行封堵加固时，应当在3#煤层底板下面20m处进行施工。封堵完成后，应该对钻孔质量进行检查，认定合格后，方可进行采掘工作。其中，以上封堵所用的施工工艺、施工设备、以及其他参数等均应该按照设计要求进行。

(2)断层防水煤柱留设

断层既是地质构造中较为复杂的构造，同时也是含水层导水的重要通道。通过探测技术，对断层进行探测分析，对于有良好导水性但是不能有效加固的断层，应当通过预留防水煤柱的方式来进行防水。防水煤柱的宽度对底板的突水性有较大影响，底板临界水压力随着宽度的增大而增大，煤柱留设的越宽，底板隔水层承压能力越强，因而底板越不易发生突水事故。

4.结语

突水事故作为煤矿生产的主要事故之一，因此水害防治是煤矿开采的主要技术问题。本文对3#煤层的防治水进行了系统的分析总结，所用防治水技术有对陷落柱的探测、抽放水措施注浆加固等。同时也对3#煤层所用的陷落柱、断层等特殊地质构造的防水技术进行了介绍。此外，对于注浆等技术不能满足安全要求的断层，进行了预留防水煤柱的措施。除了以上技术措施外，水害防治还应当注重管理的因素，各级领导以及员工都应该树立安全第一的生产理念，保障矿井的安全生产。