矿井防治水工作及实用技术应用.pdf

2023.10 矿业装备/1270 引言现代矿井的防渗处理，遵循了“以采面为本、防堵为本、堵排结合、分级防治、综合治理”的原则。行业工作者必须有一个完整的水污染来源和所有问题的综合分析，通过对预防水工程施工中存在的问题的研究，探讨了矿井施工中应采取的措施，以确保矿井的安全稳定，增加了矿井的生产效率和经济效益。1 矿井开采中产生防治水的主要原因矿井开采过程中有很多不可控制的不利因素，矿井本身还受到水文条件、设计和开采方法等因素的影响，若不能及时、准确地进行治理，将导致水污染的蔓延，不但会对矿井的正常生产造成极大的干扰，还会对矿工的生命安全造成极大的威胁。1.1 地面防水措施不当矿井开采时，若有关企业未能在地表采取行之有效的防渗措施，且缺乏与相应的防护机制相匹配的管理模式，则极易使地表水进入矿井，引起极为严重的水污染。1.2 前期勘察不足在开采前，工程技术人员应充分了解该区域的水文、地质情况，并据此制定相应的开采方法及防渗设施。如果有关部门在采矿之前和采矿期间都没有对矿井进行有效的探测，矿井的水文状况也是不明确的。如果在采矿过程中，有含水层、充水断层以及含水层较厚的地区，相应的探测和排泄系统就不能有效地运作，从而导致水灾的快速发生。1.3 巷道位置设计问题在矿井开采与开发的进程中，需要工程技术人员针对矿区的各种外在条件及资源分布特点，进行合理的井巷设计。如果施工不当，则应选择在地质条件不好的地方或有水源的地方，比如油井、小巷等。在开采期间，由于地层压力和水压力的影响，矿井上下都会产生大量的渗透。1.4 矿井施工质量问题在矿井工程中，如果有关部门使用的是落后的施工工艺，或者是没有达到标准的施工技术，难免会出现坍塌、倾覆、沙漏等情况，这就会使防治水问题变得更加严重。另外，在实际施工中，技术人员在钻探时，很可能会出现误入井眼，进而导致顶板导水的现象。2 水害及防治对策2.1 主要水害隐患2.1.1 奥灰含水层富水性某矿井地处神头源区径流区，临近补给区，对矿区的地质条件和地质环境进行了分析。奥灰水在岩溶地下水中具有明显的水动力特征，其富集度一般为弱-强两种，因其分布不均匀，某些区域有强富集区的可能性，在 5#井下施工时，没有发现地下水流动现象，说明该井下 5#井下砂岩含水层水来源不强。在到达奥灰水层前，将经历一次海潮，井眼将会出现冒水现象，并且随着深矿井防治水工作及实用技术应用陈凯（山西泽州天泰锦辰煤业有限公司，山西晋城 048002）摘要：在现代矿井开采理念与技术日趋成熟的今天，矿井对水的防治与控制已经成为保障矿井安全运行的根本。从矿井生产中出现的防治水的具体成因入手，对矿井防治水工作中的实用技术要点及其应用进行初步的讨论与分析，以期为相关工作人员提供一定的借鉴。关键词：矿井水害；含水层；防治水；实用技术128/矿业装备 MINING EQUIPMENT管 理度的增加，水压力从低到高。在奥灰水开启后，其渗流基本稳定，反映了马家沟组上段喀斯特裂隙发育程度低，渗流不均匀。2.1.2 奥灰含水层补给径排条件矿井的主要纵向水源来自于南部、东部的浅表的石灰岩区，而在西北部、西南部的较远距离的水源。地下水先从东边开始，再由南边流向北边，最后在神头泉眼汇集。在奥灰水层井区自南至北、自西至东的水位都呈现出下降的趋势。由南向北的水力梯度很大，说明该地区的地下水流方向为西南向东北方向。2.2 其他水害问题根据矿井水文地质情况及水害的主要特点，提出了矿井水资源管理中应注意的几个问题。第一，在矿区的北面，已经形成了 2#煤层的大范围采空区。在 5#地层中，水裂区发育成 2#地层，并有可能引起地层水膨胀现象。第二，水井的水文孔数较少，水文地质学研究程度较低，对极光层的分布、补给及产流情况有更深入的认识。5#含水层位的埋藏深度与地面探测深度有较大差别。第三，“三条带”上 5#煤的基底破断深度及顶板展布高度尚无实测资料，需作进一步试验研究。2.3 防治水工作的主要对策第一，对 2#煤的排水管进行了改造，增加了一条临时性的排水管道，对储油池、排水管进行了定期的清洗，对抽水机、排水管进行了维修；对已有的排水站点，要加强监测，做到及时预报。第二，通过对 5#含水层位的探测，查明 5#含水层位的变化量。第三，在进行超前探测时，应采取物探和钻孔相结合的方式，并根据煤矿防水管理规定进行探查，利用两种或更多的物探方法对地质异常进行检测。第四，通过对 5#岩层开采后的底板裂缝深度及顶部导水裂缝发育程度的测定，对 5#岩层是否受上游采空区及谷地地表水流的影响进行了分析和评价。3 矿井防治水实用技术要点与应用3.1 做好地质勘测工作矿井地质调查是矿井水文地质信息获取的重要途径，也是矿井防治水的依据。为此，要加强矿井的防渗管理，就必须加强对矿井的地质调查，建立综合性的地质观察体系，加强对矿井突水的监控；针对矿井的实际情况，及时报告，并提出对策。矿井地质勘探工作对工作人员的业务素质有较高的要求，在矿井开采过程中，需要有专门的地质工作者，能够迅速、准确地确定矿井开采过程中的产流源、产流通道，并根据产流方向要素，设计更加合理的预防与控制机制。另外，在矿井开采建设中，除了要安装水文地质监测设备外，还应重视洪涝灾害时的应急处置。当地表含水量增大时，必须立即采取相应的防护措施，对矿井内部径流数据进行严密的监控，并运用相关的分析软件对其进行综合整理，从而提升了矿井防治工作的效率，为科学地进行水防治工作提供了重要的依据1-2。3.2 水文观测技术的合理应用在矿井开采之前，企业必须对矿区的气候状况、区域的年降雨量、区域内的河流等进行充分的采集，并及时进行相应的数据更新。工作人员必须精确掌握采掘过程中地表水的分布、供给及排泄状况，掌握采掘过程中采掘及周边民众所面对的真实状况，并将发生的水灾过程做好详尽的纪录。工作人员也要充分利用井下钻井，定期采集井下水力、水文、水的量度等资料，及时了解其变化情况。在此基础上，对矿井可能出现的灾害进行了分析，通过对矿井防止水变化规律的认识，有针对性的采取更加有效的防渗措施与方法，从而降低有关企业在防渗控制中的总体贡献率，提高矿井经济效益，将矿井非正常水害降到最低。3.3 塌孔处理技术的应用在矿井回采中，即便是技术人员对矿井周边地质情况已有了较为详尽的认识，仍然难以避免钻井塌方的发生，如果有关单位不能对此进行有效的预防和控制，将会造成严重的钻探事故。在矿井开采中，塌孔事故所占的比例已高达 50%以上，这不仅影响了矿井生产，而且对工人的人身安全造成了极大的威胁。矿井崩塌事故多为松散岩层或岩层破裂等现象所致，开采方可根据实际情况，采取相应的加固措施。一般情况下，塌孔处理方式一般都是以注水泥为主，但要结合具体的生产情况及地质情况，选择合适的注水方式，以适应不同的情况。若在注水过程中发现钻头产生转动应力，造成孔内回水少、水色混浊、含大量砂砾，在钻头恢复正常转动之前，应立即随水转动，以免造成井眼掩埋问题。如果在钻探期间，由于水流的冲刷，使周边的井不断地塌陷，则必须立刻从钻孔中拔出钻杆3。在矿井中进行了大量的钻井，以防止钻井事故的发生。塌孔2023.10 矿业装备/129损害事故不仅影响钻探工作的进度，而且对钻探质量也有很大的影响。在实际工作中，对塌方的处置进行了研究和总结，并取得了很大成效。具体处理方式如下：若在钻进过程中，发现钻机压力渐增、转速渐减、噪声渐增，则会产生显著的问题。钻柱受扭力作用，说明井底与软岩发生了撞击，在钻头的搅动、冲刷作用下，井底的水将在井底发生塌陷，导致岩体强度降低。随着桩子越来越多，越搅越碎，搅拌也越来越充分，最后钻杆被紧紧地裹住了。如此，应该立刻从孔内的钻杆取来，进行注浆。软岩注水与裂隙岩层注水有很大的区别，前者很难注水。此时，将原有的钻具拆下，换上“一”的钻头或干脆不用（为了避免钻具倒塌，以致于不能从钻具上取下）；应该将钻头置于井下，然后用清水反复冲洗，尽量将炉渣冲洗干净，这样就可以将塌陷的地方彻底“模板化”，为塌陷创造出一个空隙。水洗结束后，将钻头与注浆管相连，由钻头中部进入喷嘴底部，喷嘴在使用压力的作用下，喷嘴升至沉淀渣块的上方，然后向上运动。当钻进到一定的高度时，因为井口顶部没有受到破坏，所以围绕着井口的环缝非常小，使得井口内的渣块被紧紧地挤在了此处，而悬浮物则被堵在了井口底部的塌落处。随着注水压力的增大，悬浮物不但填满了塌陷的空隙，而且被压入了岩体的裂隙中，起到了加固软岩的作用。这时，对孔口的浇筑应该停止应该，把钻头从孔里移开，等悬浮物凝固，开始塌陷的地方形成一大块水泥，这样就可以方便地通过重新钻孔。如果出现小孔塌陷，则应马上提高溶液的密度，提高溶液的压强，同时提高溶液的压强；如果塌孔不够深，还可以把它改成深部的保护套管，用套管进行封堵，再进行再钻探；如果出现了大面积的塌陷，就应该立刻用泥巴、沙、或者混合了水泥浆液的粘土进行充填。3.4 井下探水技术的合理应用我国已制定了有关矿井安全生产的法律、制度，并对矿井防治水的污染做出了明确的规定，一旦在矿井开采中出现了问题，就应立即展开彻底的调查，只有在保证了工作场所的充分安全后，才能进行矿井开采的生产。矿井开采属于井下工作，若没有先进的技术和探测手段，很难对矿井中的地下水情况进行准确、全面的掌握。所以，要想降低矿井水防治对矿井安全生产造成的影响，有关部门就必须持续强化对地下水检测技术的合理运用，运用地下水检测方法，对地下水源的位置以及水压条件进行充分的了解。在此基础上，结合水防治资料，设计出一套可靠的防渗措施4。3.5 井下跑水钻孔封堵技术在矿井工作面采用混凝土浇筑的情况下，由高压水井（如供水井、水文地质井、探井、注水井和不密闭探井）排出水。对不同类型的钻探方式及其成因进行了分析。3.5.1 注浆孔口管加固不牢其成因为：第一，悬浮物过浓、扩散距离过近、岩体裂隙离井口较远，井口未被堵住，井口出现滞流现象。第二，孔管进水口过浅，“石盖”的力量不够，使底部凸出而产生裂纹。第三，不能通过耐水压试验。在穿孔管内的风向一般是在穿孔管环上，一般是在第一个或第二个位置上。3.5.2 供水钻孔、观测孔发生跑水造成此类渗漏的主要原因有：地下高压力、锈蚀、冲刷（砂砾可冲刷）、地表压力，以及岩体在地表压力的影响下发生位移，从而造成管道及孔道的不规则断裂。这样，孔内的水压就会失控而向孔口外泄。通过实际应用，研制出了两口钻孔高压水塞治理的专用装置，并研制出了一套机械卸载装置。4 结束语矿井水环境的污染，不仅关系到矿井生产的安全，而且还会威胁到矿井工作人员的人身安全。为此，有关单位必须充分掌握矿井防水的基本原理，掌握矿井水文数据，掌握矿井水污染的一般规律，并在此基础上，严格执行各种预防和控制措施，从根本上解决矿井开采过程中的水污染问题，以提高矿井开采过程中的安全问题。参考文献1 张秀东.矿井防治水工作及实用技术应用J.矿业装备,2021(5):146-147.2 岳金华.矿井防治水工作及实用技术应用 J.能源与节能,2020(2):157-158+161.3 沈建忠.浅析矿井防治水实用技术J.内蒙古煤炭经济,2015(9):170-172.4 王鹏举.基于矿井防治水实用技术研究 J.科技展望,2015,25(22):137.