欧阳仕元

(深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿,广东韶关 512325)

探放水技术防治矿井水害刍议

欧阳仕元

(深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿,广东韶关 512325)

矿井水害是最大的安全风险之一。在开掘采矿过程中,消除矿井水害的最好最简易的方法是设计施工相应的探放水工程。造成矿井水害的因素众多,应根据矿井水文地质条件的变化确定探放水技术形式。坚持有疑必探、先探后掘的原则,确保矿山安全可持续发展。

水害因素 探水线 探放水孔 布置形式 超前距 帮距

某矿新增区域矿体距离主采区较远,所处岩层的地质构造、水文地质条件复杂,不受疏干系统及帷幕截流工程的控制。具体体现在:大部分矿体处在含水层或含水层的顶底板位置,含水层不仅含水丰富,水头高,压力大,而且与矿体直接接触；一部分矿体位于老空区附近,老空区具体范围及充水情况不明；有数个未封钻孔穿透含水层直达矿体顶底板；浅部矿体所处岩层溶洞发育,残留大量泥砂和保持丰富的残余水等。生产实践中,为追求作业任务,不论技术上,还是管理层面,往往出现疏于防范的现象。以上这些都是可能造成矿井水害重要因素。随着新增区域开拓开采工作的进一步推进,矿井水害是新增区域最大的风险之一,必须予以高度重视,做到科学有效防控。探放水是防治矿井水害的重要措施,应牢牢掌握造成矿井水害的因素,结合水文地质特点,采取不同形式探放水技术方法进行防治。

图1 探水线划定示意图

1 矿井水害因素

1.1 矿井水害的概念

(1)矿井水。凡在矿体开拓采掘过程中,渗入、淋入、流入、灌入和溃入井筒(巷道)或者工作面的任何水,统称矿井水。

图2 超前距、帮距及允许掘进距离

图4 缓倾斜岩(矿)体探水孔布置形式

图5 岩(矿)层底部探放水孔布置

图3 陡倾斜岩(矿)体探水孔布置形式

图6 岩(矿)层顶部探放水孔布置

图7 沿积水区及破碎带掘进探放水孔布置

图8 断层及断层下盘含水层探放水孔布置

(2)矿井突水。凡因井巷、工作面与含水层、老窑、采空区、古井(未封钻孔)、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、溶洞、洞穴、陷落柱、顶板冒落带、构造破碎带等接通,或沟通而产生的出水事故称矿井突水。

(3)矿井水害。因矿井突水、停电、设备故障、洪水泄入、巷道陷落塌方影响生产、威胁采掘作业面或矿井安全的,增加采矿成本或使矿坑局部或全部淹没的矿井水,矿工被困(淹)井下,称为矿井水害。

(4)矿井水害程度。矿井水害是除矿井瓦斯的第二大灾害。据资料统计,矿井各种灾害中,平均每次事故水灾死亡人数、经济损失及损失工作日都排在前列(表1)。

表1 各类事故危害程度统计

1.2 矿井水害因素

1.2.1 自然因素

自然因素主要包括大气降水、地表水、地形地貌特征、地质构造条件、沉降开裂塌陷性状、冒落裂隙带特性等

1.2.2 人为因素

造成矿井水害的人为因素很多,主要有老窑、旧淹没巷道、未封闭钻孔、不正确的开采方法等。不正确的开采方法主要存在以下几方面:

(1)地面防洪防水设施不当。

(2)水文地质条件认识不清。

(3)井巷位置不合理。

(4)施工措施不力、工程质量低劣,致使井巷塌顶冒落、跑砂、透水。

(5)乱采乱挖破坏防水层(柱)。

(6)巷道进入老空积水区。

(7)防水闸门未按设计修建。

(8)排水设备能力不足。

(9)对“有疑必探、先探后掘”不理解,心存侥幸。

1.3 透水前兆

矿井水害的特点决定其突发性强,危害性大。井下如何及时发现并采取有效措施进行预防,主要是通过以下表征进行判断。

(1)干燥的岩壁突然挂汗、挂红。

(2)温暖的空气突然变冷。

(3)发生雾气及硫化氢气味(嗅鸡蛋气味)。

(4)有“水叫”现象。

(5)发生片帮冒顶及底鼓。

(6)顶板淋水突然加大。

(7)顶板来压或严重裂隙。

(8)发生涌水涌泥。

(9)水色发浑发嗅等。

2 探放水技术方法

矿井水害的防治方法很多,具体要根据水文地质条件而定。防治的预前工作主要包括:水文地质观测(水位观测、流量观测、水质观测、水压观测、水源点编录、含水层、裂隙破碎带圈定)和设计探放水工程。探放水工程是防治矿井水害的重要一环,必须坚持“有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则。

2.1 探放水工程布置

2.1.1 探放水线的确定条件

探放水线是积水区(含水区)与采掘作业区的有效安全距离的边界线。一般根据下列条件划定探放水线:

(1)接近水淹、可能积水的巷道、老空或相邻采区时。

(2)接近含水层、导水断层、溶洞发育区、导水陷落柱、破碎带等。

(3)打开隔离岩(矿)柱(层)放水时。

(4)接近可能的河、水库、蓄水池、水井等。

(5)接近可能出水的钻孔。

(6)其他可能出水的地段。

2.1.2 探水线的确定

探放水线应根据积水区(含水区)位置、范围、水文地质条件及其资料的准确可靠程度,以及采空区、巷道受压力破坏情况等因素,确定三线(积水线、探水线、警戒线)位置(图1)。

分以下几种情况:

(1)对采掘所造成的老空、巷道、硐室等积水区,其边界位置准确,当水压不超过1MPa时,探放水线到积水区的最小距离,矿层中不得少于30m,岩层不得少于20m。

(2)对矿井积水区,虽有图纸资料,但不能确定积水边界位置时,探水线至推断的积水区边界的最小距离不得小于60m。

(3)有图纸的老窿,探水线至积水边界的最小距离不得小于60m,没有图纸的老窿,必须坚持有疑必探、先探后掘的原则,防止透水事故。

(4)掘进巷道附近有断层破碎带时,探水线至最大摆动范围预计矿柱线之最小距离不得小于20m。

(5)石门揭开含水层前,探水线至含水层的最小距离不得小于20m。

2.1.3 探放水孔的布置

当巷道掘进到探放水线时,从探放水线开始布置钻孔,向前方打孔探水。探水与掘进相结合,探后再掘,掘后再探,循环作业。

探放水孔的密度和超前距应根据水头高低、矿岩层厚度和硬度以及安全措施等在设计中规定。

(1)超前距。为确保施工安全,探水孔深度与掘进距离应始终保持一定的距离,此距离称超前距。也即在巷道掘进方向上,允许掘进的终点和最浅钻孔底间的距离(图2)。超前距一般不小于20m。在岩性条件好的地段,可适当缩短,但最小不得小于8m。在岩层中掘进,应保留5～10m保护岩柱。钻孔的深度通常为40m,即每打一次钻,可向前掘进20～30m。

(2)帮距。巷道掘进过程中,左右两帮距离划定的外围安全线的距离,称帮距(图2)。设计中,一般帮距等于超前距,也可小于超前距1～2m。

(3)探放水孔布置密度。布置探放水孔主要是防止积水从掘进前方和两帮突然涌水。因此,钻孔应呈扇形布置在巷道(硐室)中部位置。开始探水时,打7个孔,除中心孔外,两侧各打3个孔；以后继续掘进时,可适当减少,但不能少于3个。孔与孔之间的距离应小于老空或最大裂隙宽度,以允许掘进距离边线横截面计算,一般等于或小于3m。钻孔间扇角一般为15度。

2.2 探放水孔的布置形式

由于矿体产状多以层状、似层状、囊状顺着岩层层面或构造面分布,除老空外,储水空间也多是顺层(构造面)发育。因此,探放水孔的布置应结合这些情况综合考虑。布置总体原则是:尽量与地层层面和构造面呈正交或斜交。

2.2.1 急倾斜岩(矿)体探放水孔布置

急倾斜矿体一般沿构造破碎带分布,矿体走向沿构造破碎带发育,含水层产状陡倾,岩溶裂隙发育,揭露后往往水量较大,补给充足,压力较大,涌水延续时间较长。因此,布置探放水孔时应充分考虑施工过程中的安全问题。宜以“人”字型布置(图3),施工顺序宜从下到上进行。

2.2.2 缓倾斜岩(矿)体探放水孔布置

缓倾斜岩(矿)层产状平缓,地下水多以矿体与岩体的接触带,或岩层的层间裂隙作为储水空间。揭露后往往水量较大,补给充足,涌水延续时间较长。布置探放水孔时应宜以“十”字型布置(图4),施工顺序宜从下到上进行。

2.2.3 巨厚岩(矿)层探放水孔布置

对于巨厚的含水岩(矿)层,采掘过程中多以分段(层)方式施工。当采掘巷道布置在含水岩(矿)层下部时,应布置相应的探放水工程,探放水钻孔多以上斜孔为主, 孔位以“ 丄”字型布置,施工顺序一般从下到上(图5)。

当采掘面布置在含水岩(矿)层上部时,也应布置相应的探放水工程,探放水钻孔多以下斜孔为主,孔 位以“ 丅”字型布置,施工顺序从上到下(图6)。

2.2.4 沿积水区及破碎带掘进探放水孔布置

沿老空积水区或破碎带开掘时,靠近这些区域的巷道应在积水区或破碎带一侧施工探放水孔(图7),也可以施工一定数量的专门探放水硐室,进行探放水,硐室间距视岩(矿)结构而定。探放水孔设计应保持一定角度和深度,以不揭穿破碎带为宜。探放水孔的数量视岩层破碎及裂隙发育程度而定,多呈上下扇形岂有此理置5孔为宜。

2.2.5 断层及断层下盘含水层探放水钻孔布置

含水层位于开掘前方断层的下盘,并处于矿体的底部,地下水呈承压水状态,断层有可能是导水通道。为避免断层导水产生地鼓式透水造成危害,需要设计施工探放水孔探查含水层与断层的水力联系特性,有效释放水压(图8)。

3 结语

(1)矿井水害是矿山安全生产的大敌,具有突发性强、危害大的特点,必须高度重视,应加强技术和管理,采取相应的措施进行有效防治。

(2)造成矿井水害的自然和人为因素众多,应认真分析矿井水文地质条件,做到清醒认识,准确掌握,预估风险,提高防范意识。

(3)采掘施工必须坚持“有疑必探、先探后掘、先治后采”的原则,对可能造成水害的地段,应进行探放水防治工作,确保采掘生产安全高效。

(4)防治矿井水害最直接简单的方法是施工钻孔探放水。必须结合含水岩(矿)层的分布特征和地下水特性,综合分析考虑,合理布置探放水工程,最大程度的发挥探放水工程的有效性。

[1]王毅,孙新胜,郭涌.定向钻进技术在煤矿井下探放水孔施工中的应用[A].中国煤炭资源现状与勘探开发利用技术进展及环境保护——中国地质学会、中国煤炭学会煤炭田地质专业委员会2004年学术交流会论文集[C],2004年.

[2]曹思华.沿空掘巷探放老塘积水[J].煤炭技术,2006年01期.

[3]许军；尧军.窄煤柱沿空掘巷采空区灾害防治技术[J].陕西煤炭,2010年04期.

[4]刘福军.沿空掘巷探放水方法与钻具探讨[J].中州煤炭,2003年02期.

[5]华照来.掘进工作面探放水技术在王村煤矿的应用[A].安全高效矿井安全保障技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2011)[C],2011年.

[6]李光,李文辉.综放工作面浅部采空区的探放水方法与实践[A].安全高效矿井建设与开采技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2010)[C],2010年.

[7]蔡镇章.矿井探放水工程实践与思考[A].福建省科协第六届学术年会节能与可再生能源分会专刊[C],2006年.

欧阳仕元(1964—),男,本科,水文地质高级工程师,从事矿山防治水、地质灾害防治、环境地质治理技术与管理工作。