急倾斜煤层群开采水害防治技术探讨.pdf

622020 年第 8 期 急倾斜煤层群开采水害防治技术探讨 蔡正华 徐学文 骆黄艳 （乐矿集团，江西 景德镇 333300） 摘 要 为解决急倾斜煤层采掘过程中的水害威胁，通过分析矿井与地表的水力联系、与老窑关系的调查，对矿井水害 威胁程度及水害事故进行分析，采取地面小窑开采塌陷坑治理、施工排水沟、帷幕注浆等手段，减少地面水入井；井下采 取细化水文资料管理、优化采掘布局、强化探放水工程的措施，消除矿井水害威胁，保障矿井生产安全。 关键词 急倾斜煤层群 矿井水害 防治水技术 中图分类号 TD745 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.08.022 Discussion on the Prevention and Control Technology of Water Harm in Coal Mining Group with Acute Incline Cai Zheng-hua Xu Xue-wen Luo Huang-yan Lekuang Group, Jiangxi Jingdezhen 333300 Abstract In order to solve the water hazard threat in the mining process of steeply inclined coal seam, through analyzing the hydraulic relation between mine and surface, investigating the relation with old kiln, analyzing the degree of mine water hazard threat and the water hazard accident in history, we should reduce the surface water entering well by means of pit treatment, drainage ditch construction and curtain grouting. In order to eliminate the threat of mine water disaster and ensure the safety of mine production, the measures of refining hydrological data management, optimizing mining layout and strengthening water exploration and drainage engineering are adopted. Key words steeply inclined coal seams mine water hazard water control technology 收稿日期 2020-05-15 作者简介 蔡正华（1969-），男，江西乐平人，采煤专业，大专， 工程师，现任乐矿集团董事长、总经理，长期致力于煤矿安全生 产管理工作。 1 概述 乐矿集团沿沟煤矿位于萍乐坳陷带的东北端， 于涌山桥砂区中部为一不完整的向斜构造，向斜 轴呈北东走向，自西向东逐渐向北偏转，略呈弧 形。本区出露的含煤地层有上二迭统龙潭组和上 三迭统安源组，为急倾斜煤层群组，煤层倾角 50 ～ 75，主要开采煤层为一、二、三、五、六、 七、八煤。 2 矿井水文地质情况 沿沟煤矿属低山丘陵区，本区对各时代地层难 以绝对划分含水层，特别是煤系地层和基底灰岩的 富集水区在浅部（-100m 以上），而深部则为零星 裂隙水地段，难以区别含（隔）水层的空间位置。 以地层为单位可将本区地层分为第四系孔隙水含水 层、安源组煤系弱含水层、大冶组灰岩含水层、长 兴组灰岩含水层、龙潭组弱含水层、茅口组灰岩含 水层、栖霞组灰岩含水层七个含水层（组）。 矿区范围内仅有一条发源于大游山的小河横于 本区北端，垂直地层走向流入矿区。在流入本区 7 线和 15 线之间，河宽 1020m，深 23m，河床标 高 41m 左右，枯季流量很小，一般为 9060m3/h （65.1，雨季时为 35.28 万 m3/h（65.6.28）。河床 途经煤系地层与浅部老窑贯通，穿煤系向南切割局 部大冶、长兴及阳新统、壶天群等灰岩，促使浅部 岩溶发育强烈。 矿井内老窑采空区较多，塌陷范围广，地面破 坏严重，老窑积水丰富。矿井开采过程中，易受到 老窑突水威胁。而且由于采空塌陷地面受到严重破 坏形成洼地，给降水补给创造了良好的条件，井下 水量大小直接受大气降水和老窑蓄水所控制。 经现场实际测量，矿井范围内汇水面积有 5825600m2，历史上最大日降雨量 203.3mm，最大 632020 年第 8 期 汇水量 40051m3/h，各山坞最大汇水量 8010m3/h。 由于煤层露头与地表水直接相通，大气降雨对矿井 充水有直接影响，降雨集中期与井下涌水量关系密 切，雨季期间井下涌水量明显增大，见表 1。 表 1 矿井涌水量 时间地点 正常涌水量 （m3/h 雨季最大涌水 量 m3/h 2015 年 一水平（-120m）100389 二水平（-270m）2252651 三水平（-475m）98472 全矿4233512 2016 年 一水平（-120m）132345 二水平（-270m）2761387 三水平（-475m）97478 全矿5052210 2017 年 一水平（-120m）79455 二水平（-270m）2112309 三水平（-475m）109321 全矿3993085 2018 年 一水平（-120m）174468 二水平（-270m）3352983 三水平（-475m）90316 全矿5993767 3 矿井开拓方式、采区布置及开采方法 采用立井开拓方式，开采煤层 B4 ～ 15 煤，计 18 层煤层。井田面积 4.8km2。矿井分为三个水平开 采，一、二水平已经开采结束，三水平自东向西分 为 36 采区、32 采区、30 采区和 31 采区。每个采 区走向长度约 600m，以采区石门分东西两翼按区 段布置采掘工作面。采用伪俯斜柔性掩护支架采煤 法，自然垮落法管理顶板。 4 小窑调查情况 矿区内老窑密布，开采年代久远。据 1993 年 统计，沿沟煤矿矿区内生产小井数量达 215 座，各 煤层均有分布。由于小井开采造成河床塌陷，致使 河水灌入小井巷道，溃入国有矿井，造成矿井被淹。 2002 年，江西省政府组织对涌山桥矿区进行水 患调查，确认沿沟井田范围内有小井 120 座，最大 采深 -240m。其中有 13 座小井开采涌山河床保护煤 柱，有 40 座小井开采国企矿矿井主要井巷保护煤 柱和采区边界煤柱，有 42 座小井超深越界开采， 有 8 座小井上、下煤组同时开采，沟通上下煤组水 力联系。据统计估算，沿沟井田小窑采动面积约 427万m2， 充水空间141.4万m2。 根据小窑分布情况， 在本矿范围内将小窑采空区划分为 7 个积水区。 5 防治水技术及管理措施 （1）实施全面的地面环境治理工程，从源头 减少源水补给。 ① 对煤矿（主要是地方小窑）开采破坏的地表 实施环境治理工程。几年来，在地面井田范围内自 东向西沿五煤顶板构筑了一条 2300 余米主排水沟 （规格 2.02.0m），并在主排水沟两侧构筑了多 条支水沟，总长度约 10000m，将山地低洼处积水 排入主水沟；同时充填了 100 余个废弃小窑井筒及 开采沉陷区，并对地面进行了绿化，有效减少渗透 入井下的雨水。江西省政府组织对涌山桥矿区进行 水患调查所列的 7 个积水区已经全部消除。2010 年 地面治理前后集中降雨期降雨量与最大涌水量对比 见表 2。 表 2 地面治理前后降雨量与最大涌水量对比 时间（年） 地面降雨量 （mm） 井下涌水量 （m3/h） 备注 2009208.74997治理前 2010446.66870治理前 2011530.15230治理后 2012379.83651治理后 2013267.53045治理后 2014205.32076治理后 ② 根据涌山河床保护煤柱破坏程度分析，15 煤层破坏严重。为防止汛期河水渗漏入井，对涌山 河保护煤柱实施围幕注浆，使各孔中注浆体相互搭 接以形成一道类似帷幕的混凝土防渗墙，以此截断 水流。共施工注浆孔 31 个，注浆 1500m3，并对河 道穿过煤层段实施人工钢网混凝土河床，有效拦截 了地面降雨通过空洞渗入井下。 ③ 常态巡查， 与地方政府联手打击盗挖盗采 （打 642020 年第 8 期 表 15 重金属检测结果分析 项目 煤矿 名称 铁锰铜锌铅镉 A√ , 高√ , 高 B√ , 低 C√ , 高√ , 高√ , 低 D√ , 高√ , 高√ , 低 E√ , 低√ , 低√ , 低 注“√”表示有检出；“”表示未检出，“高”表示含量高， “低”表示含量低。 重金属矿井水大多与酸性矿井水共生，在酸性 条件下，矿井水能够溶解、累积大量矿床中的重金 属元素，使其含量超标。Li Pang Wang 等 [4] 用石 灰石中和处理废弃铜矿的酸性矿井废水，并在不同 pH 值的条件下加入 NaHS 使金属分批析出，成功 从酸性废水中分别回收铁、铜、锌。处理高浓度重 金属离子废水主要用化学沉淀法和电解法；处理低 浓度重金属离子废水主要用离子交换法和膜分离技 术；去除大量的金属离子可以利用多级序批联合处 理装置，联合处理城市生活污水和含锌丰富的煤矿 废水， 硝化去磷。 矿井水含有铁、 锰以及放射性污染， 应采用常规处理 - 超滤工艺处理，结合 ClO2氧化和 （上接第 57 页） 非治违），避免形成新的积水区。 （2）绘制详细的矿井水文地质图，将所有影 响开采安全的积水区全部标注上图，分别颜色标注 小窑积水区与矿井下的水力联系，实行红绿线管理， 并在采掘工程图上详细标注，以指导生产。 （3）根据矿井采掘方案，优先安排探放水工 程（方案、设计、批复、验收），消除全部有关联 的积水区。在拟划定的采掘区域，先行施工覆盖全 部采掘范围的探放水系统工程（为了一巷多用，充 分与后期瓦斯抽采工程结合布置），井巷工程主要 为施工煤层顶底板探放水顺层岩巷和边界放水上 山， 在岩巷中每隔50m布置探水小石门 （探水钻场） ， 在距煤层 10m 处施工煤层探放水钻孔，查清并放干 水后再揭开煤层。按“三专两探一报告”（三专 专业防治水技术人员、专用探水钻机、专业探水队 伍；两探物探先行，钻探验证；一报告探放水 结论报告）要求，彻底消除水患，在有水患区域开 展采掘活动必须严格执行“预测预报，有疑必探， 先探后掘，先治后采”的原则（有静水压头的要采 取措施控制放水）。探清放干不等于消除了隐患， 有动态补给水源的，必须采取稳定可靠的截引排水 措施，不能认为水量小，流入采空区不会形成安全 隐患。将红线区变成绿线区后，再安排采掘工程， 实施探放水工作时，所有影响区域必须撤人。 （4）对已探通、掘通、放净水的老巷，如有 常态补给水源的必须施工巷道工程，进行源头拦截 引水。通常在采区的边界预留放水上山，在补给源 头拦截，消除动态流水遇上不可预测的因素，形成 新的危险源。 （5）完善采煤工作面的防治水措施。 完成探放水工程的采煤工作面，虽然不受承压 水的威胁，但其上区段采空区及上覆层顶板的淋水， 对采面安全生产仍有较大影响，导致作业条件变差， 严重影响煤质，管理不善时可能形成工作面煤泥流， 威胁安全。因此，采煤工作面治水也是十分重要的 环节。 ① 对采煤工作面涌水量实行分级管理。当涌水 量达到 3m3/h 时，工作面必须采取措施，只安排一 个点作业；当工作面涌水量达到5m3/h时， 停止作业。 ② 工作面回采过程中不准设档，且工作面不得 留余煤交班，杜绝产生煤泥流。 ③ 采取拦、引、接等多种方式手段，最大限度 地减少渗入工作面的水量。 ④ 建立完善的脱水系统，减少含水煤量，如机 巷脱水、高低位排沉淀池设置，对脱水系统实施专 业队伍管理等。 6 结语 沿沟煤矿经历多年开采，接受几次水害事故血 的教训，进一步规范和强化了矿井水患治理工作， 更新了水患治理理念，水患治理技术逐步提高，管 理措施不断完善，矿井防治水工作取得全面突破。 实践证明，只要从思想上高度重视，并针对性地从 技术和管理上认真做好防治水的每一项工作，如水 文地质资料收集、水患潜在致灾因素普查、地面源 头治理、井下疏排、涌水点的日常观测管理等措施 到位，就能有效防范矿井水害事故。 （下转第 68 页）