胡 强
(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)
复杂水文地质条件下的工作面防治水措施研究
胡 强
(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)
结合工程实例，分析了矿井工作面的充水来源和充水通道形式，探讨了井下防水方案的设计要点，从组建防治水管理部门、编制突水应急方案、完善水文地质监测体系等方面提出了具体措施，为矿井水灾害的防治提供参考。
矿井，工作面，防水措施，水文地质
0 引言
章村煤矿地处河南安阳地区，井田总面积约10 km2，矿井主采煤层为2号煤，煤层下部广泛存在寒武系灰岩与石炭系灰岩，均为富含水层。其中石炭系灰岩为工作面直接充水层，寒武系灰岩为工作面间接充水层。鉴于章村矿内地质构造发育较为完善且对含水地层形成切割，使得井下工作面同下部含水层存在紧密的水力联系，虽邻近矿井长期以来降水措施具备一定积极影响，但煤层底板寒灰水位持续居高，属于易突水煤层。整个寒灰水地层在矿区内呈现西高东低的分布态势，使得矿区水文地质条件极为复杂，其中尤以位于高水位区域的1102工作面的防治水任务最为艰巨，因此展开针对性的防治水措施研究极为必要。
1 工作面水文地质概述
章村矿1102工作面地处2号煤首采区西翼，紧邻采区轨道上山与井田边界，工作面埋深500 m，走向全长1 300 m，倾斜宽度110 m，整个工作面煤炭可采量近63万t。
1.1 工作面充水来源分析
工作面充水来源主要有5个：1)顶板砂岩裂隙水。2号煤层上部砂岩裂隙含水为回采工作面的顶板直接充水层，整个含水层裂隙多为风化裂隙，发育较不完善，单位涌水量为0.01 L/(s·m)～0.025 L/(s·m)，渗透系数为0.013～0.045，含水多为静储量水。该层的充水方式主要为早期巷道掘进时的顶板淋水与回采时的顶板垮落淋水，补给量不足；2)底板灰岩裂隙水与寒灰水。灰岩裂隙水为2号煤回采时的底板直接充水层，不过受限于自身岩层厚度，含水空间有限且地表露头仅呈条状出露，使得其补水来源相对较少，整体呈现中等富含水性。其单位涌水量0.621 L/(s·m)，渗透系数为0.32。寒灰水为2号煤的间接充水层，层厚可达40 m，具有富水性高、厚度大、渗透性强等特点，是1102工作面回采的主要威胁；3)小煤窑老空水。章村煤矿作为传统煤炭产区，过去周边存有数量众多的小煤窑，这些小煤窑的肆意开采使得井田老空积水现象严重，对工作面的正常回采造成了严重威胁；4)地质钻孔水。1102工作面回采范围内存有多个地质钻孔，其中多个地质钻孔存在封孔质量不清的现象，可能对回采作业造成影响；5)断裂构造水。根据地质勘测显示平行相距工作面回风巷70 m处存在大型正断层，断层落差为15 m，鉴于落差较大有可能同上下部地层含水层存在水力联系，从而威胁回采作业。
1.2 充水通道分析
1102工作面主要的充水通道形式有三种：1)地质构造。1102工作面周边地层中存有断裂构造，在回采作业的影响下存在诱发构造突水的可能性；2)采动裂隙。煤层回采后，上部岩层在自重及围岩应力的作用下必然会出现断裂、垮落，从而形成采动裂隙，为上部砂岩裂隙水的渗入提供了便利；3)地质钻孔。由于1102工作面回采范围内存在多个钻孔且钻孔封孔质量不清，若质量欠佳则其可能成为底板承压水的涌出通道造成突水。
2 防水设计与工作面防水措施分析
2.1 井下防治水设计
充分考虑到1102工作面水文地质条件的复杂性，为保障整个回采过程的安全、有效，尽可能规避突水事故的出现，通过总结以往经验提出综合性的防治水设计。一是采用多种物探方法相结合的方法对工作面高水位区域及底板富水区进行提前勘探，查明其结构，以便为后续作业提供指导；二是根据物探结果对富水区域进行注浆截流与围岩加固，将含水层转变为隔水层，从而降低工作面发生突水事故的概率；三是进一步完善原有排水系统，增强工作面排水能力，实现对顶板淋水与底板涌水的有效控制。
物探作业：1)坑探。坑探亦被称之为无线电波透视技术，其结合相应的软件一起使用，能够实现对地质结构的高效、精准测量，同时其设备还具备操作便捷、维护简单等诸多优点；2)音频穿透。这种方法多用于工作面下部富水区位置及注浆作业效果的检测。借助音频穿透技术，能够有效探明工作面下部100 m范围内的区域；3)高分辨电磁法。这种方法多用来对采煤中的陷落柱、破碎带以及隐伏断层进行探测，通过对其探测数据及音频穿透数据的对比，可为最佳注浆方案的制定提供有效指导。
注浆：对底板含水层进行注浆截流与加固。充分结合物探获得的数据对工作面底板的隔水层厚度进行详实计算，对底板中受构造影响而破坏严重的区域取其突水临界值为0.6 kg/(cm2·m)，安全隔水层厚60 m。鉴于2号煤下部寒武系灰岩层与其相隔45 m，因此确定其注浆厚度必须在15 m以上。最终经过反复商讨，确定采用整体普遍改造，局部重点加固的注浆设计方案，方案中注浆深度分为两层，整个采面共布设30个钻孔，钻探施工量总计4 500 m。
2.2 工作面防治水措施
1)组建专门的防治水管理部门。
鉴于章村矿1102工作面水文地质条件的复杂性，矿井管理层专门成立了1102工作面防治水领导小组，由矿井总工担任组长，生产安全矿长担任副组长，从全矿抽调技术骨干担任组员，并对小组内各人的职责进行了明确的划分，最大力度的消除突水隐患，确保工作面作业的顺利开展。
2)编制针对性的突水应急方案。
结合1102工作面实际地质状况，在制定回采作业流程的同时制定具有针对性的突水事故应急救援方案并组织工作面作业人员开展避灾演练。以便保证所有人员能够在灾害发生时以最快的速度选择正确的避灾路线，最大程度保护人们的生命安全。
3)合理设计过钻孔措施。
鉴于1102工作面回采范围内存有多个地质钻孔，为确保回采作业的安全，应在距地质钻孔20 m处开始布设钻孔，对地质钻孔的具体位置及水文特性进行探明，在确定不存在任何水害威胁时方可继续回采推进。
4)完善工作面水文地质监测体系。
在1102工作面回采作业的同时水文地质技术员应当定期深入回采作业现场对工作面的水文地质资料收集并增强对及时获得的数据进行分析汇总，以便为水害防治提供参考。除此之外，回采队伍的带班技术人员应当时刻关注工作面的水情变化，尤其是在工作面初采初放或周期来压时，一旦发现存在水情异常现象应当立即上报有关负责部门，谨防因漏报、慢报而酿成悲剧。
3 结语
通过对矿井水灾害的产生原因和危害进行分析，以矿井水来源分为地表水和地下水为起点对矿区水文地质进行探测，然后采用相应技术和措施对矿井水涌入量控制。矿井工作面水害不仅影响企业生产效益，而且对国家煤炭资源造成浪费和破坏，加强矿井水治理，是矿井必须关注也必须执行的工序环节。结合矿区水文地质条件，针对性的分析复杂水文地质条件下工作面突水的原因，并通过总结以往经验教训对矿井工作突水的防治提出综合性治理措施，对于改善工作面环境，保障煤矿日常生产的安全高效开展意义重大。
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Study on working face water-proofing measures under complicated hydrogeological conditions
Hu Qiang
(ShanxiAcademyofCoalHydrogeologySurvey,Taiyuan030006,China)
Combining with engineering examples,the paper analyzes water filling sources and water filling channel forms of mine working face,explores mine water-proofing scheme design points,and puts forward specific measures including organizing water-preventing administration department,compiling water inrush emergency scheme and improving hydrogeological monitoring system,so as to provide some guidance for preventing mine hydrology disasters.
mine,working face,water-proofing measures,hydrogeology
2015-10-12
胡 强(1984- )，男，助理工程师
1009-6825(2015)36-0066-02
TU761.11 < class="emphasis_bold">文献标识码：A
A
