矿井隔水层水害防治技术探讨范文

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《矿业装备杂志》2014年第八期

一、煤矿隔水关键层结构特性及作用

鉴于以上几类容易造成煤矿水害的潜在危险，保水采煤就成为了煤矿生产中的迫切需求。经过研究和实践证明，隔水关键层模型在煤矿保水采煤中具有实效作用。隔水关键层的基本原理可简述如下：由于煤系地层具有明显的分层特性，各层之间的承载力和抗渗流能力都存在差异。水源和矿井之间存在着若干隔离层，水最终需要穿透的那部分岩层或最终被阻隔住的岩层即为隔水关键层。水突破隔水关键层的主要途径有两个：一是地质构造中的天然通道，二是采动裂隙贯通。二者之一满足条件都可能形成突水通道而造成突水事故。因此从隔水关键层的结构可知，保护隔水关键层的完整性，避免采动破坏、控制该层中不形成突水通道，是避免突水事故的关键因素。从地质勘测的角度上看，应用隔水关键层原理来避免突水事故的步骤应当是首先通过地质勘探确定隔水关键层的准确位置；在找到隔水关键层后，需要进一步判定其稳定性，这一步的工作往往是最困难的。当检测到隔水关键层中存在渗流突变通道时，需要采取必要的注浆、加固甚至改造的辅助措施来降低突水事件发生的可能性。由此可见，地质条件的准确勘测是煤矿防水治水的关键前提。

二、煤矿实施防治水害技术措施举例

1矿井水文地质条件概况

山西某煤矿井田内广为第四系黄土覆盖，主要分布于中西部的山梁及沟谷地段，地层主要为二叠系统石盒子组地层。井田内发育地层由老到新的顺序为奥陶系（O2）、石炭系（C）、二叠系（P）、第三系（N）、第四系（Q）。井田主要含煤地层为上石炭统太原组和下二叠统山西组。含煤地层总厚度为134.85m，共含煤层13层，其中可采煤层7层。煤层总厚12.62m，含煤系数9.3%。可采煤层是1、2、6、7、9、10及11号煤层。大多数煤层都较为稳定，不稳定煤层是6号和7号煤层。这两个煤层的特点是：（1）6号煤层位于太原组上段下部，上距2号煤层平均间距33.16m。煤层厚度0~2.20m，平均0.89m，一般不含夹矸，个别段孔含一层夹矸，结构简单，大部分在可采厚度以上；西部及中部有变薄、尖灭现象，属不稳定的全井田局部可采煤层。顶板为黑色泥岩，局部为粉砂岩，厚3.11~12.5m；底板为灰黑色泥岩，下部为夹粉砂岩，厚2.5~11.5m；（2）7号煤层位于太原组中段中部K3与K4石灰岩之间，上距6号煤层平均间距29.46m。煤层厚度0~1.35m，平均厚度为0.68m，个别段含一层夹矸，结构简单，中、东部局部尖灭，属不稳定的全井田局部可采煤层。顶板为粉砂岩及泥岩，厚1.2~12.5m；底板为粘土质泥岩，局部为粉砂岩，厚0.5~14.5m。

2巷道掘进阶段防治水害方案

依据隔水关键层的基本结构特点，避免突水事故的重要环节是避免遭遇突水通道。在巷道掘进阶段，应当对掘进前方可能存在的导水构造进行严格检查，遵循掘进之前先探测，物探先于钻探的原则。在巷道掘进防水治水工作中包含超前探测、钻探验证异常体治理等内容。其中超前探测为实现圈定可能存在异常的地质体，采用直流电法、音频电穿透法等综合评判，增加探测的可靠性。对于需要进行钻探验证的前方区域，布置倾角在-10°~-20°之间、数量不低于2个、钻孔探查距离不低于30m的探查孔。对于孔口治水套管的长度，根据煤矿防治水害规定的有关条款来实施。一旦确定了异常体及突水潜在风险源，则应严格遵守有关规定，采用超前预注浆加固后再行掘进。

3工作面回采前防治水害方案

当采煤工作面已经形成，在回采之前需要对工作面影响范围内的裂隙、薄弱地带、以及富水区进行必要的探测工作，必要时辅以钻探验证，以确定具体异常范围。对于已经确定的导水构造等潜在突水风险的区域，必须按照规定进行局部注浆加固，并事后检验加固强度是否满足要求。判断依据是巷道底板厚度、底板隔水层的抗拉强度等。当实际隔水层厚度超过安全隔水层厚度并有足够富余时，才能考虑继续掘进。如果资料不足，也可采取较为简单的突水系数法来计算。

4工作面回采过程中防治水害方案

从奥灰含水层突水机理可见（主要是形成缓慢，但又往往爆发突然），工作面回采过程中的水情监测（水位、水温等）显得十分必要，在奥灰含水层和开采层之间布置监测点具有重要意义。这一过程中的关键问题是选择合适的监测层。其基本思路是选择一个和奥灰含水层在水位、水质等存在较大差异的含水层作为监测层，把奥灰含水层作为目标层，实现对目标层的间接监测。煤矿的防水治水是煤矿生产中的关键问题之一。由于各个煤矿地质构造不相同，因地制宜地采取防治水害措施就特别重要。在对矿区地质构造已进行较为详尽的勘测基础上，必要的超前探测、设置监测层和必要时注浆加固是煤矿防治水害的主要途径；尤其是对监测层的合理设置值得深入研究，以达安全有效。

作者：申巧君单位：霍州煤电集团有限责任公司团柏煤矿地测科