煤矿导水通道探查与水害综合防治技术研究

煤矿导水通道探查与水害综合防治技术研究

尹松良

冀中能源股份有限公司邢台矿河北省邢台市054000

摘要：近年来，随着煤炭开采深度的加大，重特大透水事故时有发生，特别是在资源整合矿井内部及其周边废弃小煤窑繁多，在煤矿开采过程中，极易沟通老窑积水，造成矿井透水事故。因此在建立煤矿导水通道并对防治可能发生的水害并不是一项简单的工作。单一的水害防治技术是完全不能满足情况复杂多变的水害防治的要求，需要进行地面物探、现场勘查、监测地表水流量及全面勘查该区域的水文环境、地质条件和气候环境等，才能建立完善的水害综合防治计划及建立良好的煤矿导水通道。

关键词：导水通道；水害；防治技术

煤矿的水害防治工作的重点有两个：一是确定采掘煤层的充水水源的具体位置；一是确定导水通道的具体建立方式。只有确定了充水水源的具体位置，才能制定出对应的有效的水害防治策略。煤矿自身就存在较为复杂的水文环境与地质条件，并且随着其深度的加深，复杂性也会随之加深。这也就造成确定煤矿充水水源的具体位置和导水通道建立方式的非常困难，需要通过多种不同的勘察方式来帮助完成。如今水文条件已经不是制定水害防治策略的唯一考量，综合考量各方面的因素而进行的水害综合防治理念已经得到推广。

一、水文地质异常体探查技术

开采深度不断增加、矿压显现剧烈、水压不断升高、隔水层厚度降低等日益复杂的煤矿开采条件决定着水害仍是煤矿安全生产的巨大威胁.尤其由断层、密集裂隙及“陷落柱”等构成的富水区域是一种复杂的水文地质“异常体”,它常使多层隔水层遭到破坏,从而在水压(差)的作用下,产生直接向矿井突水现象.目前,针对复杂水文地质异常体的探查技术主要有物探、钻探和化探等方法.

1、物探技术

(1)三维地震勘探技术。煤矿开采过程中水害发生的一个致灾因素是煤层顶底板突水.引发煤层顶底板突水的主要地质构造是断层和陷落柱.三维地震勘探技术已成为煤矿生产中必不可少的物探手段,在很大程度上替代了传统的地质勘探方法,煤田三维地震勘探的主要地质任务是查明区域性煤层中的断层或其他构造分布情况.三维地震勘探具有大面积密集采集信息的优势,利用地震信息可以从平面和立体角度研究地层的构造、岩性变化,从而对水文地质异常区域做出判断,为煤矿防治水工作提供决策依据，在煤矿水害防治工作中成功应用了三维地震勘探技术。

(2)超高密度电法探查技术。超高密度电法测量原理:以围岩和含水地质构造的电性参数差异为物理基础,根据施加电场作用下的围岩传导电流的分布规律,推断工作面掘进头前方具有不同电阻率的地质构造情况。超高密度电法测量系统通过在工作面掘进头布置一定数量的电极,按照一定的序列,自动供入直流电(A、B电极),测量两个电极间(M、N电极)的电势差,从而计算出视电阻率剖面。通过对视电阻率剖面进行反演计算,得到工作面掘进头前方围岩电阻率剖面.在电阻率剖面中,含水构造表现为低阻,完整围岩表现为高阻.最终,实现对工作面掘进头前方地质构造情况进行探测的目的。超高密度电法测量是目前探测富水区位置及其分布范围等最有效的技术手段之一。

二、导水通道型水害的防治技术方法

导水通道是矿井充水因素分析的重要内容之一。矿井水害导水通道可分为天然通道和人为通道两大类。其中，天然通道可分为点状岩溶陷落柱通道、线状断裂带通道、窄条状隐伏露头通道、面状裂隙网络局部面状隔水层变薄区通道和地震通道;人为通道可分为顶板垮落裂隙带通道、顶板切冒裂隙带通道、抽冒带通道、底板矿压破坏带通道、底板地下水导升带通道、地面岩溶塌陷带通道和封孔质量不佳钻孔通道。在导水通道型矿井水害中，部分类型的矿井水害防治技术与方法是较为相似甚至相同的。例如，顶板垮落裂隙带通道、顶板切冒裂隙带通道、抽冒带通道型水害其防治技术与方法应是相似的;因此，在对不同类型导水通道型水害的防治技术与方法进行类型划分时，将较为相似的结果进行了概化。

1、陷落柱通道型水害防治技术与方法。陷落柱通道型水害的基本特点是:突水水源多为强大的奥灰水，突水后水量呈台阶状跳跃式增长，迅猛异状，其峰值可高达每小时数万至十数万立方米，矿井因原有排水能力与其相差悬殊，根本无法与之抗衡而导致淹井。该类型矿井水害的防治技术和方法如下:

(1)对陷落柱空间发育特征的探查。目前对于陷落柱探查很少采用一种探测手段或方法即可对其具体位置、是否导水、发育特征等做出准确判断，一般需要几种探测技术(方法)结合在一起进行，如常用物探技术、井下钻探、放水试验和构造分析法等。

(2)根据陷落柱位置探查初步成果，进行布设若干地面钻孔，在最下主采煤层底板采动影响带以下，采用分段下行注浆法，通过骨料充填和注浆加固，建造柱内隔水塞以隔断奥灰水通过陷落柱进入矿系地层。同时，施工中须随时监测柱内水位和附近奥灰观测孔水位及井下有关出水点的水量变化，并以各孔、段的最终标准进行验收。经过注浆堵水治理后的陷落柱，应留设保护矿岩柱，严防采动破坏，加强对隐伏导水陷落柱的查找和防范，在矿井控、排水方面做出妥善安排。

2、断裂裂隙通道型水害防治技术与方法。断裂裂隙通道型水害包括线状断裂带通道、面状裂隙网络局部面状隔水层变薄区通道和地震触发裂隙型通道矿井水害。这是一种危害性较大的突水形式，突水的原因主要是原留设断层防水煤柱不准确、不可靠，直接触动了隐伏导水构造，或由于构造应力和地震作用形成的裂隙导通了含水层与开采煤层的水力联系。断裂构造型矿井水害防治技术和方法，主要是运用三维地震勘探、槽波地震、瞬变电磁、直流电法、音频电穿透、坑透、超波等物探和井下钻探、放水试验法、构造分析法、突水资料分析法、水化学分析法、遥感调查等对矿井断层、破碎带和不明地质体等进行探测，探查断裂构造的具体位置、导水性、发育特征等，对断裂构造导水性及结构特征、形成机理、与围岩接触特征进行分析，给出定性、定量判据，采用注浆封堵、留设防水煤柱等治理方法。

(1)对于贯穿或贯入强含水层的断层，按规定留设断层防水煤柱，掘进巷道进入防水警界线以后须在超前探水钻孔的引领下探水前进。

(2)对发育于非含水地层中且未曾穿经或切入强含水层的断层，采取超前探、放水措施，确保断层无水或已经疏干后才可掘进通过。

(3)对于具有集中径流带特征和进水边界特征的断层，除按规定留设断层防水煤柱等外，还应根据专项水文地质勘探所取得资料，有针对性地进行注浆截、堵、封等专项治理。

基于导水通道进行分类的陷落柱通道型、断裂裂隙通道型、窄条状隐伏露头通道型和其他导水通道型矿井水害的预防与治理进行了重点分析，阐述了针对上述水害典型特征的相应防治技术与方法，如针对岩溶陷落柱通道型矿井水害的柱体导水性探查、注浆堵水和防水煤柱留设等。

参考文献：

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