采礦工程對(duì)礦井水文影響的防治對(duì)策
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摘要：采礦工程是獲取礦藏資源的重要手段，但是由于采礦手法的差異與地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度的不同，所以采礦工程在施工時(shí)會(huì)對(duì)礦井的水文情況產(chǎn)生不同的影響。基于此，本文針對(duì)采礦工程對(duì)礦井水文的影響，以及具體的影響因素進(jìn)行了分析，并提出了更新測(cè)量方法、底板突水防治與頂板突水防治等相應(yīng)的防治水對(duì)策，希望相關(guān)研究對(duì)采礦業(yè)今后的發(fā)展和防治水工程的構(gòu)建提供幫助。
關(guān)鍵詞：礦井水文;煤層頂板突水;動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)
一、引言
采礦是自地殼內(nèi)和地表開采礦產(chǎn)資源的技術(shù)和科學(xué)，采礦和選礦過程中生成的有毒氣體、廢水、廢石和粉塵等物質(zhì)以及噪聲和振動(dòng)等因素，對(duì)環(huán)境、土地、大氣和水質(zhì)等造成危害，一直是人們關(guān)心的課題。其中，采礦對(duì)礦井水文的影響尤為突出，為響應(yīng)生態(tài)文明的建設(shè)與可持續(xù)的發(fā)展，企業(yè)應(yīng)正視采礦工程對(duì)礦井水文、甚至是生態(tài)環(huán)境造成的不利影響，并積極尋求解決策略。
二、采礦工程對(duì)礦井水文的影響及因素
1.積極影響。采礦施工過程會(huì)采用人工排水措施，使煤層頂板的砂巖水含水層的水位降低，使開采部分的地下水部分或全部被排除，在整個(gè)開采過程中使底板承壓含水層的水頭降至低于安全水頭，既不用擔(dān)憂水害問題，還可以解放了原來作為防水煤柱壓滯的煤炭，有效提高厚薄煤層的開采上限，從而增加經(jīng)濟(jì)效益。十灰、十四灰水位也隨著采礦工程的推進(jìn)而降低，使涌水量和承壓含水層水壓得到降低，降低了突水事故發(fā)生的概率。2.消極影響。大范圍且持久的采礦工程會(huì)對(duì)采空區(qū)今后發(fā)展造成一定的影響。例如，采空區(qū)的積水問題就迫在眉睫，如果不加以解決，會(huì)對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)造成不利的影響。尤其是在夏季的雨季，采空區(qū)往往容易積水，且這種水體呈不規(guī)則的幾何形狀，與地表水流相通，采掘工程一旦接近便有可能潰出，造成“滲水”事故，后果不堪設(shè)想；而且井壁的承壓能力是有限的，采礦會(huì)導(dǎo)致含水層水位降低，垂向的壓力過大會(huì)使井壁不堪重負(fù)而爆裂，可能會(huì)出現(xiàn)坍塌，對(duì)企業(yè)、對(duì)礦工造成一定安全隱患?？傊?，這些影響對(duì)采礦企業(yè)都是致命的。因此，相關(guān)企業(yè)要高度重視采礦工程對(duì)礦井水文的影響，并制定相應(yīng)的解決對(duì)策，避免各種災(zāi)情的發(fā)生。3.因素分析。3.1巖層的滑動(dòng)構(gòu)。由于重力和地質(zhì)應(yīng)力作用，巖層沿著某些巖層界面或是層理棉發(fā)生滑動(dòng)的地址構(gòu)造被稱為巖層的滑動(dòng)構(gòu)造。硬度差別顯著地巖石相遇時(shí)，較軟的巖層隔水性能良好，巖層的滑動(dòng)構(gòu)造會(huì)造成隔水層導(dǎo)水。巖層的滑動(dòng)構(gòu)造會(huì)造成很多后果，例如，煤層厚度的改變，層間滑動(dòng)可能會(huì)帶來“沉頂”、或是煤脈、煤包等，這些都嚴(yán)重破壞了原有的煤層結(jié)構(gòu)，使頂板的完整性大大降低；由于巖層的滑動(dòng)構(gòu)造，滑面周圍的煤炭還會(huì)出現(xiàn)碎裂煤、碎粒煤和碎粉煤，顏色暗沉，硬度也降低，嚴(yán)重影響了煤質(zhì)，降低效益；巖層的滑動(dòng)構(gòu)造發(fā)生后，會(huì)使煤層發(fā)生變動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生無煤區(qū)域，或是煤層變厚變薄等，對(duì)今后的回采工作增加了困難。3.2煤層頂板突水與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。煤層頂層板水是指對(duì)生產(chǎn)與安全有重大隱患的突出水源。褶皺與斷裂等地質(zhì)構(gòu)造會(huì)形成優(yōu)秀的裂隙含水空間與匯水優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而貯藏豐富的水體，而水體存在于頂板冒裂帶高度之內(nèi)，就極有可能單只工作面發(fā)生突水現(xiàn)象。所以說，煤頂板突水與地質(zhì)構(gòu)造脫不開聯(lián)系。3.3煤層頂板突水與斷層活動(dòng)的關(guān)系。采礦工程與斷層走向相同時(shí)，由于采動(dòng)后斷層兩盤覆巖移動(dòng)較為均衡，受采動(dòng)影響的斷層活化高度較小，則不易發(fā)生紅層突水；采礦工程與斷層走向呈90度或接近于90度時(shí)，走向一致時(shí)，由于斷層面上受覆巖移動(dòng)影響的作用力是先拉后壓，不易造成紅層突水，或突水后水道易于堵塞，使涌水量降低。采礦工程與斷層位置一致時(shí)，正斷層比逆斷層、落差大的斷層比落差小的斷層、傾角大比傾較小的斷層對(duì)突水的影響大；靠近停采線或離切眼遠(yuǎn)的斷層比離切眼近的斷層，更易發(fā)生紅層突水。
1.更新測(cè)量方法。在進(jìn)行采礦工程施工之前，首先要對(duì)當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)進(jìn)行精準(zhǔn)的勘測(cè)，目前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)所采取的是抽水試驗(yàn)法與室內(nèi)滲透試驗(yàn)法，這兩種測(cè)量方法對(duì)砂礫層滲透系數(shù)的測(cè)量存在著較大的誤差，因此建議更新測(cè)量方法，比如用流量測(cè)井法對(duì)砂礫層進(jìn)行滲透系數(shù)的測(cè)量。采用多功能流速儀進(jìn)行井液流速測(cè)量，通過點(diǎn)測(cè)法，相距1m為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，對(duì)各個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，將誤差控制在5%以下。再用每個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)出的流速值與包網(wǎng)過濾器的內(nèi)截面積相乘，所得的結(jié)果就是該測(cè)點(diǎn)的流量值。未注水前測(cè)得的孔內(nèi)流量數(shù)據(jù)就是原始狀態(tài)下孔內(nèi)各個(gè)含水層之間在軸向方向上的水量交換情況，再根據(jù)水頭抬高值測(cè)出各層的滲水系數(shù)。這種測(cè)量計(jì)算方法比抽水試驗(yàn)法的準(zhǔn)確率高，數(shù)據(jù)更詳實(shí)。2.底板突水防治。為進(jìn)一步研究采礦工程對(duì)水文影響，在此基礎(chǔ)上尋求可行的防治水措施，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頂板突水防治。首先，井下放探水。根據(jù)相關(guān)要求，煤層頂板的倒水裂隙范圍內(nèi)，若存在水層，必須對(duì)頂板水進(jìn)行防探。煤層冒落帶開采范圍內(nèi)，放水孔要盡最大可能與當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件結(jié)合，并將放水孔安置在疏水效果的最優(yōu)地帶。其次，有效疏通排放十四灰水。如果水量隨著疏通沒有減緩反而增加，應(yīng)在附近尋找越流補(bǔ)給的水通道，在源頭上將其控制，再進(jìn)行疏通。在此期間，還要注意安全，將降壓疏水的水壓降在安全線之下。最后，對(duì)奧灰水進(jìn)行合理的規(guī)避。對(duì)于已有的奧灰通道與出水部位，應(yīng)予以調(diào)查，在可行性與安全性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)奧灰通道與出水部位進(jìn)行堵截，解決奧灰方面的問題?；魧毟珊用旱V10號(hào)煤層開采前對(duì)底板突水的主要控制因素進(jìn)行了分析，研究表明干河煤礦10號(hào)煤層底板奧灰突水可能性極大，主要分布在礦井的東南部，較脆弱區(qū)主要分布在礦井中北部，又結(jié)合了已有的突水脆弱性評(píng)價(jià)分區(qū)成果，提出了適合自己的防治水對(duì)策。首先，定期對(duì)下井員工進(jìn)行培訓(xùn)，使其熟練掌握一些基本的判斷突水前兆方法，然后將原有的水文資料、富水性探測(cè)資料和回采中含水層水位動(dòng)態(tài)資料相結(jié)合，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。3.頂板突水防治。（1）地面防治水。抓緊完善地下水水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，建立動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，利用水位遙測(cè)儀對(duì)奧灰、紅層等水位進(jìn)行高精度持續(xù)監(jiān)測(cè)。為防止鉆孔導(dǎo)水發(fā)生，需對(duì)相關(guān)的地質(zhì)孔進(jìn)行啟封。（2）井下防治水。在進(jìn)行采礦工作之前對(duì)紅層探放水孔，避免之后回采工作中涌水量過大的情況。對(duì)回采后覆巖導(dǎo)水裂隙最大高度進(jìn)行精準(zhǔn)的探測(cè)，觀察與測(cè)驗(yàn)所采礦洞的壓力，并研究所采礦洞的壓力分布狀況，為采取正確的防治水措施提供理論依據(jù)與技術(shù)支持。（3）利用泄水巷將采空區(qū)的積水進(jìn)行疏導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)積水自流，做到有水早泄。對(duì)所采區(qū)的頂板打疏水孔，進(jìn)行疏水降壓，擴(kuò)大影響半徑，盡可能的減少對(duì)頂?shù)装宓钠茐摹?016年25日，陜西省銅川市耀州區(qū)照金礦業(yè)有限公司202綜采放頂煤工作面發(fā)生一起透水事故，淹沒工作面及部分運(yùn)輸和回風(fēng)巷道，造成2人遇難、9人被困。經(jīng)初步分析，該公司202綜采放頂煤工作面回采過程中，煤層頂板上覆洛河組砂巖含水層隨直接頂冒落形成離層水體，因頂板周期來壓形成導(dǎo)水通道，離層水潰入工作面，造成作業(yè)人員被困。這起事故暴露出的主要問題有：一是對(duì)水害防治不重視。2013年該公司采煤工作面曾發(fā)生一次涌水量約50000立方米的透水事故，2015年12月、今年3月又相繼發(fā)生兩次小型突水，均未引起足夠重視，沒有把水害防治擺在重要位置，煤礦重大災(zāi)害專項(xiàng)整治工作流于形式。二是探放水措施不落實(shí)。202綜采放頂煤工作面出水點(diǎn)區(qū)段位于向斜軸部，巖層裂隙相對(duì)發(fā)育、易于充水，在工作面煤壁出現(xiàn)淋水征兆情況下，未采取探放水措施。由此可見，頂板突水防治的必不可少的。
四、結(jié)語(yǔ)
綜上所述，研究采礦工程對(duì)礦井水文的影響，能更好的促進(jìn)采礦工程發(fā)展與防治水工程的實(shí)施。本文通過對(duì)研究采礦工程對(duì)礦井水文的影響，提出的相關(guān)措施，有效的降低了原有對(duì)砂礫層滲透系數(shù)的測(cè)量存在的誤差，有效的疏通排放十四灰水，合理的規(guī)避奧灰水。因此，在今后的防治水過程中可以充分應(yīng)用這些方案，在促進(jìn)采礦業(yè)發(fā)展的同時(shí)，減少對(duì)礦井水文的不利影響。
參考文獻(xiàn)：
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作者:吳建家 喻國(guó)華 單位:江煤貴州礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司貴新煤業(yè)
