礦山頂板水及老空水水害治理技術(shù)探討

劉從勝

（陜西怡豪建設(shè)有限公司，陜西 西安 710000）

在煤礦生產(chǎn)中，礦山安全有五大災(zāi)害其中老空水水災(zāi)是比較嚴(yán)重的一項(xiàng)，它直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)安全、職工生命安全和國家財(cái)產(chǎn)安全。水害管理是我國一項(xiàng)重要而長期的工作。 為確保礦井水害防治安全，減免水害威脅。煤礦工作人員必須分析水害威脅的原因和程度，采取有效的防治措施[1]。

1 礦井水害基本情況

礦井水災(zāi)是指在礦山基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和儲存場地開發(fā)過程中，由于采礦作業(yè)造成巖層移動(dòng)和破壞，導(dǎo)致水源地出現(xiàn)裂縫。穿透地下水層或地下空洞，由于礦山的水文地質(zhì)資料統(tǒng)計(jì)不足和測量中出現(xiàn)失誤，盲目施工穿透存水庫，線路出口低于洪水位，地表水，雨雪通過各種滲漏通道滲入地下，導(dǎo)致礦井積水過多，水泵上升，水量超過礦井正常排水能力，從而引發(fā)洪水。

1.1 老空水害

由于采煤工作面變化大，直線定向滑動(dòng)劇烈波動(dòng)，極易造成軌道積水。如果集水檢查處理不及時(shí)，大量的水會被囤積很長一段時(shí)間，極有可能突然釋放沖破保溫煤柱或密封墻，水害會造成相鄰墻體或路段的損毀。如果對老空水檢查處理不及時(shí)，水害循環(huán)會破壞附近的線路和現(xiàn)場作業(yè)，采礦工作停止，還有可能會會造成人員的傷亡，容易造成損失和嚴(yán)重事故。

1.2 頂板含水層水害

導(dǎo)致礦區(qū)不可以正常生產(chǎn)作業(yè)安全開采的主要頂板水還有：二疊系砂巖壓裂水。 頂板導(dǎo)水體嚴(yán)重威脅著工作面的安全生產(chǎn)。另外，礦井工作面積廣闊，礦井高低落差大。開采后，工作面退化帶和破碎帶對頂板導(dǎo)水體產(chǎn)生影響，導(dǎo)致工作面積水量增加。 綜上所述，如果地表被開采為方形，則水害周期性長，頂板坍塌幾率增加，地表容易出現(xiàn)集中噴水現(xiàn)象，如果水害程度較輕則影響地表正常生產(chǎn)，如果水害嚴(yán)重造成工作面全部被水害淹沒，則會給給礦井造成巨大財(cái)產(chǎn)損失。

1.3 裂隙水水害

裂縫包括原生裂縫、風(fēng)蝕裂縫和流水侵蝕斷裂。原生裂縫主要分布與巖漿巖中，與天氣風(fēng)化有關(guān)的裂縫主要分布在平坦的巖石中。流水侵蝕的裂縫分布廣泛，特別是在脆性巖石中，對礦井水的充填有一定的影響，斷裂帶和巖漿巖與圍巖的接觸帶有時(shí)會儲存大量地下水，成為地表水和地下水流入礦井的通道，特別是斷裂帶，對礦山開采工作有重大影響。

1.4 巖溶水水害

巖溶水它的特點(diǎn)是水量大，運(yùn)動(dòng)快，縱橫分布不均，多分布于可溶性巖石層面中，如果水量過大的話，巖溶水也可以形成地下河，在礦井生產(chǎn)中，它涉及到礦井充水從而危及到了礦區(qū)的安全生產(chǎn)。

2 礦井老空水區(qū)域與局部治理方案

治理方案：方案在礦區(qū)建設(shè)過程中，需要減少礦區(qū)的供水量。 堅(jiān)持“挖必探”的原則，加強(qiáng)排水，對老空水、老井進(jìn)行勘探。通過各種措施，修建排水渠。再修建了四條水道，舊泥炭中的水流在通過施工區(qū)前被截流，以原路線用于修建通往集水區(qū)的排水道路，排水管是用來放水的，它需要被放在礦區(qū)線路中較低位置。根據(jù)線路高度，采取取水、截留、疏水、排水措施，通過完善排水系統(tǒng)，減少排水線路，減少設(shè)備投資，降低排水成本，優(yōu)化排水系統(tǒng)。

3 采掘工作表面防治水

3.1 掘進(jìn)工作面防治水

在礦井的后期，大部分是受周圍煤礦坍塌，所形成的老空水威脅。所以在礦井后期施工難度大，并且防水治水任務(wù)艱難。為了消除水災(zāi)的危險(xiǎn)，應(yīng)該加快開挖速度和確保挖掘過程中挖掘隊(duì)伍可隨時(shí)替換，還應(yīng)必須確保道路施工中良好的預(yù)防和控制水害管理方式，制定和實(shí)施水害約束和控制措施，以確保采礦的安全。必須改進(jìn)礦區(qū)工作面之中的排水系統(tǒng)，完善礦區(qū)工作面的排水渠道，確保得到排水系統(tǒng)的可行性和可靠性才可以施工。

再施工過程中，堅(jiān)持“有挖必查”的原則，制定具體的防水措施，嚴(yán)格按照“有挖必查”的設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔檢測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)向煤礦調(diào)研地質(zhì)部門報(bào)告，分析礦區(qū)出現(xiàn)異常的原因，并且立即制定相關(guān)修補(bǔ)措施，來確保采礦生產(chǎn)過程的。安全[2-4]。

礦區(qū)工作人員，及項(xiàng)目經(jīng)理必須熟悉挖掘區(qū)的出水口和防洪路線圖。施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)有進(jìn)水征兆時(shí)，必須立即停止開采，采取應(yīng)急措施，立即向礦區(qū)領(lǐng)導(dǎo)小組報(bào)告，開啟水災(zāi)警報(bào)鈴聲，并將組織協(xié)調(diào)將所有人員撤離礦區(qū)，避免受到洪水威脅。

再進(jìn)行爆破時(shí)，如果遇到碳水化合物會突然變軟，出現(xiàn)開裂、加重、卡鉆、頂鉆等異常情況時(shí)，必須立即停止鉆井工作，并切斷電源，但不得拆除鉆桿，并必須及時(shí)通知礦房，迅速撤至最高點(diǎn)排隊(duì)等候命令。

積極配合地勘部門做好水文預(yù)報(bào)工作，認(rèn)真做好水文分析工作，以實(shí)現(xiàn)預(yù)測性預(yù)防，確保建筑物的安全。接近目標(biāo)或排放積水時(shí)，應(yīng)制定具體的探排方案和措施，嚴(yán)格按照措施進(jìn)行施工。

加強(qiáng)對水防治領(lǐng)域人員的培訓(xùn)，使工作人員掌握水防治知識，熟悉區(qū)域內(nèi)防洪方法，能夠按照路線及時(shí)撤離安全地點(diǎn)，在發(fā)生洪水時(shí)避免更多的人員傷亡。

3.2 采煤工作面防治水

礦區(qū)開采有三個(gè)目標(biāo)，由于小型煤礦非法開采，沒有有效的礦柱，所以導(dǎo)致小煤礦開采過后廢棄地段裸露，地下水文地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，并且礦外還有有一處來自當(dāng)?shù)孛旱V的飲用水渠，小煤礦區(qū)的水通過這里流入采礦區(qū)，它改變礦區(qū)工作面的工作環(huán)境，有效防治積水，確保安全開采。必須實(shí)施以下水防治措施：一是維護(hù)作業(yè)區(qū)水文地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)和防治水安全，維護(hù)作業(yè)區(qū)退化過程中排水系統(tǒng)和水文地質(zhì)條件的可靠性，預(yù)測工作面如果安全等級達(dá)不到安全水平，必須對工作面進(jìn)行生產(chǎn)糾正。二是堅(jiān)持原則：“有疑問就要進(jìn)行探索，根據(jù)煤層地質(zhì)資料的等高線，在開采過程中，在前緣上部可以發(fā)現(xiàn)局部低洼地帶鉆孔從工作面煤壁至上部，以防止塌陷區(qū)域暴露。三是在兩個(gè)礦區(qū)的斷層上設(shè)置排水點(diǎn)，安排水泵抽水、抽水泵和排水樁的容積應(yīng)考慮工作面最大水流的要求，同時(shí)考慮備用泵、備用管道和備用電源的問題，確保排水系統(tǒng)的安全可靠。四是抽水的時(shí)候應(yīng)提前接受水處理，因?yàn)榭紤]到礦區(qū)土壤松軟的滲透性，開采過程中在老塘邊取水后底板開挖排水溝，為防止取水口排入泥炭地，在溝內(nèi)放置一卷金屬編織圍欄，并用竹子保護(hù)排水溝，將老塘的干水收集到指定地點(diǎn)排放。五是在拆除過程中加強(qiáng)頂板巖層管理。針對這兩條路線，首先要確定水源，并用鉆孔控制吸水和排空，使水在規(guī)定的鉆孔后排出，如工作面頂板有積水，應(yīng)采取措施，加強(qiáng)頂板保護(hù)。除了在屋頂鋪設(shè)金屬網(wǎng)外，還應(yīng)在金屬網(wǎng)上鋪設(shè)兩層竹柵欄，以增加屋頂覆蓋層的密度，防止頂煤倒水。目的是加強(qiáng)對水防治領(lǐng)域人員的培訓(xùn)，熟悉異常信息和防災(zāi)路線，及時(shí)撤離危險(xiǎn)區(qū)域，并向礦房匯報(bào)。

3.3 地表水治理手段

確定井口的高度必須高于當(dāng)?shù)貧v史最高洪水位，或者在井口附近修建堅(jiān)實(shí)的高平臺，或者修建可靠的溝壩，防止地表水流入井內(nèi)。為防止雨雪水進(jìn)入礦井，在開采過程中需要采取礦區(qū)回填、填凹、平整地表或修建防滲層等措施。法律法規(guī)規(guī)定礦區(qū)必須首先要鋪好河床，一但有一段河流穿過礦區(qū)，河床滲透性強(qiáng)，會導(dǎo)致大量河水進(jìn)入地下，導(dǎo)致礦區(qū)坍塌。所以在滲漏地段，必須采用粘土、石料或水泥建造防滲人工河床，防止或減少洪水進(jìn)入地下。由于礦區(qū)內(nèi)部空虛，所以需要修改河道流向，河流流經(jīng)礦區(qū)附近，可在適當(dāng)位置筑壩，切斷原有河道，用人工河道引河離開礦區(qū)。修建排流溝，山區(qū)降雨以地表水或潛水的形式流入礦區(qū)。如果地表出現(xiàn)裂縫，礦區(qū)水流就會變強(qiáng)，在這種情況下，可在礦場外部或泄漏區(qū)域上方修建排水管，將受影響區(qū)域的水排出[5]。

3.4 疏干技術(shù)

地面需要澆筑水泥的基本原理是，在礦區(qū)主要進(jìn)水的地方采用多個(gè)鉆孔程序，在地下水管的巖溶柱上施加一定壓力的水泥材料，水泥固結(jié)減小了裂縫的體積和水管的橫截面，可以切斷地下水源進(jìn)入礦井。

地表開采區(qū)要求在開采水平面上有明確的水文地質(zhì)邊界，水流方向明確，在水平面和垂直面上有暴露的排水溝可以排水，徹底杜絕井下重大涉水事故，確保礦井安全條件，確保人身財(cái)產(chǎn)安全。水泥地能大大減少礦井水流量，給礦井帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。保護(hù)礦山地質(zhì)環(huán)境，減少甚至避免地面巖溶塌陷，讓礦區(qū)寶貴的地下水資源可以得到保護(hù)，而且在一些缺水地區(qū)起著更為重要和重要的作用，可以采用水泥接縫進(jìn)行保護(hù)。

3.5 深井注漿治理技術(shù)

深井注漿技術(shù)的基本原理是利用接頭堵水，主要有三種類型：一是先澆渣，二是工作面注漿。一個(gè)是突出地面的帷幕。另一種是從進(jìn)水口開始從地面進(jìn)行高精度定向鉆進(jìn) 。三種方法主要是根據(jù)井深、地下水位、產(chǎn)水量、井設(shè)施和施工時(shí)間要深井回填。例如：鐵礦、銅礦、錫礦都可以利用深井注漿技術(shù)成功地控制了進(jìn)水和井淹事故。

3.6 地面塌陷防治技術(shù)

地面坍塌是巖溶排水引起的一種常見地質(zhì)災(zāi)害，直接危害礦山的開采作業(yè)可否完成，預(yù)防的主要原則是需要消除巖溶，減少礦井排水，攔截主水道或關(guān)閉隱蔽的溶洞洞口?；炷翝补嗝芊舛纯?。

4 水害隱患建立檔案

（1）研究礦井水的危害，包括地表水排放位置、當(dāng)?shù)孛旱V開采情況檢查、地下巖溶水危害調(diào)查、地下廢水儲存區(qū)調(diào)查等，包括密封墻和蓄水墻的檢查；并調(diào)查了儲水垃圾、塌柱和密封性差的鉆孔。

（2）多數(shù)老舊廢棄的礦區(qū)沒有詳細(xì)的數(shù)據(jù)情況，所以并不知道這些礦區(qū)究竟開發(fā)到了什么樣的情況，甚至地點(diǎn)都不清楚。所以要及時(shí)測量小煤礦開采位置，或者探訪煤礦職工，因?yàn)樗麄冊谛∶旱V工作，他們對小煤礦的位置有所了解。否則我們只能靠預(yù)測和預(yù)報(bào)，遇有疑問先勘探后挖掘，先處理后開采。

所有類型的水害應(yīng)每月檢查一次，并在降水量大的月份，適當(dāng)增加調(diào)查次數(shù)，每次調(diào)查的結(jié)果應(yīng)記錄在有關(guān)檔案中。

（3）設(shè)立檔案部門，根據(jù)調(diào)查情況，對各類隱患的威脅程度進(jìn)行評估，提出治理措施，對處理過程進(jìn)行監(jiān)控，在隱患信息和處理中填寫處理結(jié)果，直至隱患消除。

（4）礦區(qū)必須培養(yǎng)懂得水文以及地理地質(zhì)特征和防治水的專業(yè)技術(shù)人員，切實(shí)加強(qiáng)水文地質(zhì)工作，做好水防治的基礎(chǔ)性工作深入調(diào)查研究礦山水文地質(zhì)條件，利用鉆探或物理勘探技術(shù)等手段確定礦區(qū)水害的來源和井道，明確確定集水區(qū)，并編制完整的水文地質(zhì)資料，以便有一個(gè)清晰的思路。

（5）除培養(yǎng)水文地質(zhì)專業(yè)人才和水防治人員外，還要加強(qiáng)對全體人員的安全技術(shù)培訓(xùn)，真正掌握水害來之前的各種征兆及其規(guī)律，自救方法，在發(fā)生水災(zāi)事故時(shí)避免收到傷害[6]。

5 結(jié)語

通過對排水采煤研究出的新方法、新思路的，總結(jié)出了先進(jìn)的采礦區(qū)水害防治方案。同時(shí)，分析了管道設(shè)點(diǎn)、防協(xié)同孔、注水井、井斜、水位監(jiān)測、鉆孔接近、鉆孔輸水管道等主要工藝過程。有效地解決了礦井老空水治理的技術(shù)難題，較好地總結(jié)了老空水防治的經(jīng)驗(yàn)，為老空水災(zāi)害防治積累了重要的理論和實(shí)踐資料，具有推廣價(jià)值，提高了礦區(qū)的利用率，并且延長了礦井的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了礦井的安全開采,并且可以在復(fù)雜條件下采礦技術(shù)水平不斷提高，提高了職工學(xué)習(xí)創(chuàng)新的積極性，也提高了礦山和礦山領(lǐng)導(dǎo)小組的安全管理水平。