王晓峰：科技利剑擒“水魔”梧桐庄矿综合防治底板突水综述（上墙规程制度）

编号:_王晓峰：科技利剑擒“水魔”梧桐庄矿综合防治底板突水综述（上墙规程制度）编 制:_审 核:_批 准:_实施日期:_年_月_日王晓峰：科技利剑擒“水魔”梧桐庄矿综合防治底板突水综述（上墙规程制度） 核心提示：梧桐庄矿水文地质条件极为特殊复杂，正常涌水量最大时达到每分钟17.5立方米，是峰峰集团受水害影响最严重的矿井，成为制约矿井安全发展的最关键因素。为此，该矿把防治水工作做为科技创新的龙头工程，经过多年艰难实践，正常涌水量降到了每分钟5立方米，走出了一条治水、保水的新路子。 水，在人们的心目中通常是美好的，常常用温顺、宁静来赞美它。但在梧桐庄矿，却是另一番景象，它摇身厉变成一只时刻威胁矿井安全生产的水魔隐伏四周。1995年12月3日，矿井建井期间施工主、副井贯通联络巷揭露一条落差7米的断层时发生突水，导致副井筒被淹，影响巨大，教训惨痛。为消灭它，梧桐庄矿人坚持化科技创新为利剑，通过多年治理，不仅降住了水患，还在全国第一家叫响了保水开采的理念并积极实践，探索出了一条从综合防治水到实施绿色保水开采的新路子。 运用先进技术，探明水魔来路 梧桐庄矿是一个大水矿井，水文地质条件极为复杂，在井下最直观的显现就是水压高、水温高、突水量大，投产时最大涌水量达到每分钟17.5立方米，一度让梧桐庄矿人谈水色变。 为什么有这么大的水？水的来路是什么？发生突水的形式有那些？ 许多地疑问摆在了梧桐庄矿生产建设者们面前。兵家语，知己知彼，才能百战不殆。弄清楚这些问题，成为该矿治理水患最重要的第一步。 为此，该矿坚持多种高科技手段并施，打响水患探查工程战役。 采用采区三维地震和地面电法勘探方法。查清了采区内构造及其导水性，探明区内落差5m以上的断层产状要素，控制断层落差、产状及其在走向和倾向上的变化；查明区内的陷落柱发育范围；查明煤层底板的起伏形态及褶曲构造的发育形态，查明奥灰顶面起伏形态及埋深。其此是利用可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法等先进的物探手段，进行采区综合水文勘探工作，查明断层、陷落柱的含导水区段和导水性，圈定断层的导水位置及层位和陷落柱的导水位置及导水、充水范围；查明区内大煤以下各主要含水层至大煤的导水裂隙、通道的发育范围。 建立完善的水文观测网。掌握含水层水位的动态变化，通过水文地质试验确定含水层水文地质参数，预计矿井涌水量，还可在矿井实施疏放水工程或放水试验后通过水文观测网暴露矿井水文地质条件，分析查找井田内的导水陷落柱，建立矿井水文地质动态监测网和数据库，完善各种水文地质信息及时分析和处理能力，确保异常情况下能作出准确的决策。 实施了掘进工作面超前探测。采用井下瞬变电磁法、高密度电法等先进的物探手段进行超前探测，探测巷道周围及前方是否存在含导水断层、陷落柱及含导水裂隙异常体，初步探明这些异常的发育位置和范围。对探到的异常区再进行钻探验证，从而查明掘进前方及巷道周围水文地质条件，制定相应的防突水措施。 通过实施上述技术手段，该矿科技工作者基本确定了对矿井危害最大的水文地质因素。一是底板含水层水。由于开采深度大，煤层底板野青灰岩、山伏青灰岩等含水层水压高，煤层开采时，矿山压力作用使得煤层底板破坏深度加大，当煤层底板的有效隔水层厚度不能抵挡含水层水头压力时，便会发生突水。二是底板导水构造裂隙水。在煤层底板存在有导水构造裂隙时，在高压水头和矿山压力联合作用下，将使得煤层底板破坏深度较大和导升高度递进发展，导升高度和破坏带接通时，便发生突水。三是导水断层水。井田内断裂构造发育，断层在自然状态下，断层带一般不导水，不充水，断层具有隔水性。但由于矿井开采深度大，水压高，在高压水头和矿山压力联合作用下，在导水断层上盘盲目开采大煤时，下盘含水层（大青、奥灰水）发生突水。四是导水陷落柱水。根据钻探及三维地震资料，该矿井田内发育多个导水陷落柱。并且井田发育的陷落柱和峰峰矿区其他井田不一样，导水性很强，对矿井的安全构成很大威胁。通过突水机理和突水模式的研究，为治理水患找到了下刀的地方。 综合防控治理，擒住水魔去路 面对复杂的水文地质条件，没有一支技术过硬的综合防治水队伍是不行的。 为此，该矿成立了防治水科。这是冀中能源集团唯一一家厂矿级专职防治水队伍，集水文地质、物探、钻探各专业人才，从设计到施工、现场管理、竣工验收、资料收集整理、分析研究、决策判断等一整套全面集成的140人专职防治水队伍，配备的设备有TEM47型瞬变电磁物探仪、YT120S（A）型音频电透视仪、DZD6型直流电法物探仪、德国P12018型风动钻机1台、全液压MKD5S钻机3台、全液压Z300HB钻机、液压TUX150钻机、BW320注浆泵、BW250注浆泵2台和全国第一座地面注浆站系统，具有强大的科研实力。在工作实践中，还不断完善并形成了采区综合补充勘探及水文地质条件评价、采区准备巷道掘进及异常地段的超前探水、工作面巷道掘进及异常地段超前探水、工作面底板注浆加固改造、工作面开采安全性评价及突水抢险救援预案、工作面回采期间的水文地质观测、工作面采后总结等防治水工作十步走程序化管理架构。 通过实施专业的技术研究，该矿确立了三个重点防水措施。 一是实施了回采工作面底板预注浆加固。在梧桐庄矿，所有掘出来的工作面第一件事不是紧张安装进行生产，而是先期进行工作面防治水，因为他们知道只有保证在防治水上万无一失，才能确保工作面安全生产。方法是对工作面上下顺槽底板及切眼进行高密度直流电法探测，探明巷道底板下深度80m范围内底板岩层富水情况。对工作面内部及外侧70m范围、煤层底板下70m深度内底板进行矿井井下瞬变电磁法探测，探明该范围内含导水构造及含水裂隙带的分布，对工作面水文地质条件予以评价。利用矿井音频电透视法对工作面范围内底板进行探测。探明煤层底板下100m深度内含导水构造及含水裂隙带的位置、分布范围、富水性强弱。对三种物探资料进行综合分析，得出工作面内及四周含导水构造、含水裂隙带及底板岩层富水性情况。并打钻对物探结果进行验证，然后制定综合治理措施，对导水构造、含水裂隙带及底板岩层富水区进行预注浆加固构造，加固工程完工后进行物探或钻探验证，组后经综合评价确认无突水危险后进行回采。 二是实施了导水通道地面钻孔注浆封堵。对经开掘工作面超前探测和回采工作面底板钻探确证的威胁矿井安全的含导水陷落柱或其它垂向导水构造，将根据其发育高度、层位和范围编制详细的施工设计。采用井上、下相结合钻孔注浆封堵的方法对其进行封堵，将陷落柱全部充填密实，以达到使其不含水、不导水为目的，不但可消除其给矿井生产造成的危害。还封堵了奥灰含水层补给煤系地层含水层的通道，达到改善矿井水文地质条件目的，例如梧桐庄矿查明的1陷落柱封堵成功后，经井下出水点水量观测，北翼总回风巷水量水量由130 m/h减小到0.5 m/h，清撒巷水量由12m/h减小到0.5 m/h，182102工作面水量由450 m/h减小为200 m/h。注浆堵水取得了明显效果。 三是对采掘工作面出水点地面注浆堵水工程。对工作面底板出水进行封堵，可减小矿井无效排水，增大了矿井抗水灾能力，同时工作面底板出水部位往往是垂向导水构造部位，从而可以达到封堵奥灰含水层补给煤系地层含水层的通道，改善矿井水文地质条件。 通过一系列的防治水措施，使矿井的正常涌水量降到了每分钟5立方米，大大减小了工作面底板出水的几率。但水是动态的。由于井田内水文地质条件的复杂性，还不能完全杜绝突水，未雨绸缪，超前防控，显得格外重要。因此，该矿建成了河北省最大的综合排水能力矿井。在井下中央泵房原有4台潜水泵的基础上实施扩容改造，又新增了8台潜水泵，可达到60m3/min的排水能力。使矿井综合排水能力将达到150m3/min，有效提升了矿井抗灾防灾能力。 实施保水开采，开全国矿井水零排放先河。 在矿井达到了非常好的减水效果的基础上，该矿转变观念，大胆设想，确立了生态保水开采新思路，由简单防水、治水、排水升华为生态保水、开发用水。申报的矿井水控制、处理、利用、回灌与生态环保五位一体优化结合综合技术研究被评为中国煤炭工业2009年度科学技术一等奖，达到国际先进水平。建成了国内首家矿井水回灌项目工程，在井下建设了每小时处理矿井水900 m3的矿井水回灌项目工程，将矿井水由井下澄清系统处理形成初步净化清水，再抽到井上经矿井水二次处理厂净化处理，使矿井水达到家二级水质量，供给井下消防降尘洒水、工作面底板预注浆加固改造用水、地面厂区绿化洒水等，对使用后剩余的水量全部消毒后，通过地面两个1200米深的钻孔再回灌到井田内的奥灰含水层。在全国首次创新性地将矿井水控制、处理、利用、回灌进行了五位一体的优化结合，妥善解决了我国水害防控与矿山生态环境的相互矛盾与冲突问题，实现了矿井水的零排放和绿色开采的战略目标。年可减少开支473万元，直接创效100多万元，每年可削减悬浮物排放量788.4吨、削减总盐排放量40292.5吨。第 6 页共 6 页