煤礦水文地質特征與防治措施
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摘要：通過對忻州窯礦的水文地質特征進行分析研究，針對性地提出了有效防治礦井水害的應對措施，以供煤礦安全生產作為參考依據。
引言
礦井水害是煤礦五大災害之一，在煤礦建設及工作面開采過程中經常遇到。如果礦井在生產過程中突發涌水情況，且涌水量較大難以排出的話，就會導致礦井水災發生。礦井發生水害事故，輕則會破壞礦井環境及正常開采的工作面，重則危害礦工的生命財產安全。目前礦井水害問題已成為制約煤礦生產的主要問題之一，所以加強對煤礦水文地質特征的研究，有效控制礦井水害，對煤礦企業的長效發展具有重大意義。
1礦井概括
忻州窯礦位于大同煤田的東北端，井田呈一不對稱的向斜構造。其向斜軸位于井田中央，南部與煤峪口向斜相接，呈一弧形向斜軸走向，井田南部為NW10°，向北逐漸轉為NE40°延至晉華宮礦，向斜軸略有起伏，下部分向北輕傾伏。向斜西翼平緩，傾角為1°～5°，東翼較陡傾角為2°～20°，向斜西翼煤巖層稍呈波狀起伏，形成寬緩的次一級褶曲。其中忻州窯礦向斜軸部兩翼500m范圍內集中了大量斷裂構造，大約有300條左右的大小斷層，主斷層形成多字型構造，由南向北大致以NW20°左右呈雁行排列，即：低斜坑斷層（落差H=5m），洋灰臺斷層（落差H=17.5m），東二斷層（落差H=16.21m），404斷層（落差H=16.1m），主斷裂西側有3個次一級斷裂構造帶，東側有1個次一級斷裂構造帶，與主斷裂構成“入”字型，呈NE-SW走向。除上述幾個大斷層外，其余斷層落差較小基本都是在2m以內，多數為NE向高角度正斷層。
2礦井水文地質概況
忻州窯礦水文地質條件中等，影響礦井防治水安全的主要因素分別是：a)忻州窯礦現采14-3#煤層上覆存在多層采空區，由于侏羅系煤層埋深較淺，地面降水入滲導致采空區存在積水；b)忻州窯井田在地質構造上處于向斜軸部，軸部巖層裂隙發育，兩翼巖層含水不斷向軸部匯集，致使向斜軸部采掘工作面涌水量增大；c)忻州窯礦井田周邊及井田內歷史上存在小窯破壞，部分小窯破壞范圍和積水情況不清。
3礦井防治水綜合措施
針對礦井產生水害的主要原因，主要從地面及井下兩方面針對不同地質條件采取綜合探防措施，有效治理礦井水患。
3.1地面防治水主要措施
依據忻州窯礦的地理位置可知，該礦井屬于典型的大陸性氣候，全年降水量不多，歷年平均降水量大約為448mm左右，且全年降水量的60%～70%主要集中在7月—9月這3個月。從地質條件可知，忻州窯礦煤層及上覆地層含水性弱，地下水主要以地表水入滲為主，所以地面防治水工作的重點在于控制地表水導入井下的通道。在這方面采取的具體措施有：a)做好忻州窯礦各井筒附近的防洪排澇措施。忻州窯礦各井筒標高均高于當地歷史最高洪水位，但礦井位于山區，井筒附近不排除在降雨中有小股匯水通過，因此在井筒周邊采取構筑排水溝渠、在雨季儲備沙袋及增加排水設備等措施，防止地表水通過井筒灌入井下；b)由于忻州窯礦煤層埋深淺，多層開采后造成地面變形、塌陷、裂縫等，這些塌陷、裂縫易成為地表降水導入井下的通道；另外，井田內及周邊已關閉小窯井口由于封閉不嚴，也會將水導入井下，可能間接影響忻州窯礦防治水安全。對此，在每年雨季前開展全井田范圍的地表裂縫、塌陷及小窯井筒的排查治理工作，在工作面開采過程中，不定期地對工作面對應地表情況開展巡查，發現有可能導水的通道，及時封堵；c)針對忻州窯礦周邊及井田內存在小窯破壞且部分小窯破壞積水情況不清的情況，開展地面電法物探，圈定可能積水的異常區，根據異常范圍劃定探放水“三線”指導井下探放水工作[1]。
3.2井下防治水主要措施
井下防治水主要分井下防水和井下疏干排水兩方面。當遇到煤層與水體或含水層之間存在隔水層的情況下，通常采用防水措施就能起到很好的效果。反之，如果煤層沒有隔水層而是直接與水體接觸或距離非常近的情況下，采用疏干排水措施更為安全有效，但唯一不足的是疏干排水的費用較高，因此，在進行防治水時應結合實際情況綜合考慮選擇合適的防治水對策[2]。a)依據水文地質條件合理開采。煤礦礦井在設計過程中，要首先考察好礦區的水文地質條件，結合水文地質條件將井田合理地進行劃分，并選擇合適的采掘方法。在礦井布局上應遵循先簡后繁的原則，即優先開采簡單、容易開采的煤層，當積累一定防治水經驗以后，再向水文地質復雜的煤層擴展；b)開采層預留防水隔離煤柱確保安全開采。防水隔離煤柱即在開采煤層與含水層或含水帶直接預留的一定寬度的煤層。通過預留一定寬度的不采煤層（防水隔離煤柱）不僅可隔絕地下水涌入礦井中，且能杜絕瓦斯及火災事故的發生。一般情況下防水隔離煤柱主要有以下幾種類型：(a)在井田邊界及風化帶設立的防水隔離煤柱。這樣主要是防止相鄰煤田或相鄰礦井之間發生溝通，防止鄰礦積水或發生透水危及本礦。此外在煤層的風化帶也要預留防水隔離煤柱，防止巷道或硐室掘進過程中發生水害事故[3]；(b)在被淹井巷間留設的防水隔離煤柱。假如礦井內局部積水較多或有井巷被淹，無法排出積水時，就要在被淹井巷留設防水隔離煤柱，這樣可將生產區域與被淹區域充分隔離開，以便安全開采；(c)在斷層等導水構造留設防水隔離煤柱。由于斷層破碎帶內通常含有大量的水，且斷層還具有一定的導水性，能將含水層與地表水、采空積水進行溝通，危害采掘工作面的安全；(d)在其它特殊情況下留設的防水隔離煤柱。煤礦采掘進過程中，可能遇到封閉不良鉆孔或導水陷落柱等一些突發狀況，當采掘過程中遇到這種情況也必須要留設防水隔離煤柱，以免發生礦井水害事故[4]；c)加強采空區積水的探測工作。忻州窯礦已開采多年，一些采空區內避免不了會存有大量積水。因此，井下探放水是防治水工作最為重要的一個環節。(a)掘進過程中首先查清對巷道有影響的各類水害因素，在掘進過程中實施“有掘必探”措施，開展超前物探和超前鉆探，進一步消除防治水不確定因素；對掘進前方存在積水或物探異常的情況，科學合理劃定探放水“三線”；探水線內探放水工程布置完全符合《煤礦防治水規定》要求；(b)針對回采工作面的探放水，由于侏羅系煤層間層間距小，經測算開采下層煤層及導水裂隙帶發育必然導通上覆積水，因此貿然開采極易發生來自采空區積水的危險。因此對每個綜采工作面均對上覆及周邊采空積水進行探放，在開采前徹底消除水患；d)科學合理配備井下排水系統。首先做好礦井排水系統的維護保養，保持排水系統正常運轉，并且保證一定抗災、抗變能力。合理配備采掘工作面排水設置，根據巷道的起伏、涌水量的大小，靈活合理地布設排水管路、排水溝渠、排水泵、小水倉等設施，及時排除工作面涌水。在井田向斜軸部涌水量大的區域回采時，為工作面設置專用排水巷道，將工作面涌水引入排水巷排出，消除對回采工作面影響。
4結語
礦井水害防治工作是一項艱巨而又復雜的系統工程，各煤礦企業均應在明確礦井水文地質特征的情況下，貫徹和遵循煤礦防治水的相關原則和規定，有針對性地運用相關技術策略，加強水害防治力度，杜絕礦井水害事故的發生，確保煤礦企業各工作人員的生命財產安全。
參考文獻：
［1］李海龍.忻州窯礦災害綜合治理技術［J］.同煤科技，2015(3)：55-57.
［2］曾凡品.煤礦水文地質特征與礦井水害的防治技術論述［J］.能源與節能，2014(12)：77-78.
［3］楊延文.柳林礦區水文地質特征及礦井充水因素分析［J］.山西焦煤科技，2011(4)：54-56.
［4］陳江峰，許亞坤.蘆溝煤礦水文地質特征及礦井涌水量計算［J］.煤礦安全，2009(11)：39-42.
作者:王存 單位:同煤集團地質勘測處
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