超前模拟预测技术在矿井水害防治中的应用

【摘要】 把物探技术与传统的矿井水害防治中的钻探工程有机的结合起来，同时把全球定位系统与电子数字一体化应用于水害治理工作中。长探与短探相结合、超前预防与有效治理相统一、全球定位与模拟推断相结合，绘制矿井水害预测综合图指导现场生产，有效的避免了水害事故的发生。

【关键词】水害；超前防治；模拟预测

矿井水害防治工作，一直是困扰煤矿安全生产工作中的难点。我国矿井水文地质条件是世界上最复杂的国家之一。矿井的水害形式也是多种多样，水害的存在范围也是非常广泛，从地面到井下都客观存在着水害发生防治的问题。目前，我省还有大量的煤炭资源存在潜在的水害而不能及时开发，长期形成呆滞储量。矿井水害的防治十分重要。

1 矿井概况

秀华煤矿位于贵州省西南部，矿区面积1.1683平方公里，设计能力30万吨/年，矿区形呈不规则多边形，矿区走向长0～0.97km，倾斜宽0.85～1.25km，矿井充水主要以砂岩裂隙水、孔隙水和老空水为主。

2矿井涌水量的预算

根据水文地质条件及充水因素分析，由于今后煤层开采，故P3l是矿井直接充水含水层，故本次预算采用P3l含水层参数。由于矿床开采后，地下水由承压转无压，故本次预测矿井涌水量方法采用承压一潜水完整式水平巷道计算公式：

Q——预计矿井涌水量（m3/d）

B——水平巷道长度（m）

S——水位降低值（m）

M——承压含水层厚度（m）

K——含水层渗透系数（m/d）

R——水平巷道的影响半径（m）

渗透系数选用P3l抽水试验资料；水位标高选用P3l抽水试验静止水位标高；含水层厚度P3l采用岩层饱水厚度，式中：计算水平+1560m，B=1500m，水位标高H=2092.09m，S=532.09m，K=0.0001362m/d，M=271.60m，R=62.10m。因此，矿区内+1560m水平以上矿井正常涌水量

=708（m3/d）

3 矿井水害超前防治的模拟预测技术

3.1基本原理

3.1.1防治结合

依靠科技，利用电磁物探、钻探、等科学的手段、先进的设备，超前探测、有效治理并及时检查治理效果。

3.1.2模拟定位

利用GPS全球定位系统及全站仪数字一体化技术，对地面积水区、动态盗挖的小窑及井下采掘工程的空间相对位置进行再定位，根据钻探、物探的资料，对分析可能存在的充水、积水情况的空间位置进行合理推断、模拟定位，并绘制1/2000矿井水害综合预测平面、剖面图。

3.1.3合理预测

通过超前探查、有效治理并检查可靠，对矿井水害情况及时做出合理的预测。根据预测预报情况和《煤矿防治水规定》采取防、堵、疏、排、截的综合防治水措施，确保安全生产。

3.2实施方案的技术设计

3.2.1治水方案

1）主体方案。数字化定位，立体交叉布置电磁波物探发射孔，探查裂隙发育情况，对于可能导水的裂隙带、断裂带、陷落柱等构造，进一步细化分析，绘制矿井物探构造带分布图。严格按照防治水规定，下足止水套管，打钻探查，最终形成矿井水害综合预测平面、剖面图。

2）辅助方案。地面水害防治：堵塞通道、挖沟排洪；井下水害防治：合理留设防水煤柱、根据探防水情况及时设计并修建水闸墙；老空或强含水层局部疏干：矿床疏干、地表疏干、地下疏干、联合疏干。

3.2.2探放水原则

矿井必须作好水害分析预报，坚持“预测预报、有掘必探，先探后掘、先治后采”，还必须做到“有疑必停”的探放水原则。

探水前，必须编制探放水设计，确定探水警戒线，并采取防止瓦斯和其他有毒有害气体危害等安全措施。

3.2.3探放水方法的确定

根据探放水对象的不同，探放水前应进行以下内容的调查

1）老窑、老空区积水，即老窑名称、编号、标高、开采时间、范围等。2）老采空区积水，即积水巷道名称、标高、积水量、水头等。

3）未封闭或封闭不良的导水钻孔，即孔号、孔深、孔径经纬距及标高与各煤层新旧采空区的关系。

4）已知含水断层，即实际巷道所见的断层走向、倾向、倾角、落差、破碎带宽度及其胶结情况、历史出水特征、涌水量、水压或水位标高等。探水眼的布置和超前距离，应根据水头高低、煤（岩）层厚度和硬度以及安全措施等在探放水设计中具体规定。

3.3探放水设计

3.3.1探水起点的确定

为保证采掘工作和作业人员的安全，防止误穿积水区，将水淹区的积水范围、水位标高、积水量等资料填绘在采掘工程平面图上，经过分析划出三条界线：积水线、探水线、警戒线。探水线距积水线距离为60m，警戒线沿探水线外推50～150m。

探水起点：由于积水范围不可能掌握得很准，因此必须在离可疑水源75～150m以外开始打钻探水。

3.3.2探放水钻孔布置

1）超前距。

采用公式a＝0.5AL进行计算，若计算结果大于20m，取其计算结果，计算结果若小于20m时，取20m。

式中：a——巷道迎头或侧帮至含水层、含水构造之间的安全隔水岩柱(或煤层)宽度，m；

A——安全系数(2～5)，本设计取2；

L——巷道的跨度(宽或高取其大者)，3.5m；

P——煤、岩层承受的静水压力， P＝100kgf/cm2；

Kp——隔水岩层(或煤层)的抗拉强度， KP取8kgf/cm2。

a＝0.5×2×3.5×＝21.43（m）

本设计取25m。

2）允许掘进距离。

设计探放水钻孔深度45m，允许掘进距离为20m，每次探水钻孔施工完毕后，以最短钻孔距离减去超前距之后的距离。

3）钻孔密度(孔间距)。

竖直扇形面内钻孔间的终孔垂距不得超过1.5m；水平扇形面内各组钻孔间的终孔水平距离不得大于3m。

4）钻孔孔径。

配备KHYD95-ZJ探水钻，最大钻进深度90m，开孔直径90mm，终孔直径55mm。

5）钻孔数目及布置。

Ⅰ煤层平巷钻孔布置：主要是探巷道上帮和巷道前方小窑老空水，钻孔呈扇形布置在巷道上帮和巷道前方。薄煤层一般布置3组，每组1～2个孔；厚煤层一般布置3组，每组不少于3个孔。钻孔之间的夹角为7～15°为大夹角，1～3°为小夹角，视小窑老空的规模而定，规模大者取大夹角，规模小者取小夹角。

Ⅱ煤层上山巷道钻孔布置：钻孔呈扇形布置在巷道前方，薄煤层一般布置5组，每组1～2个孔；厚煤层一般布置5组，每组不少于3个孔，且每组钻孔至少有一孔见顶或底。钻孔水平及倾斜之间的夹角要求与平巷钻孔相同。

3 结语

把物探技术与传统的矿井水害防治中的钻探工程有机的结合起来，同时把全球定位系统与电子数字一体化应用于水害治理工作中。长探与短探相结合、超前预防与有效治理相统一、全球定位与模拟推断相结合，绘制矿井水害预测综合图指导现场生产，有效的避免了水害事故的发生，同时解放了区域性受水威胁局部呆滞储量。

【作者简介】

侯艳平（1973-），女，毕业于山东科技大学采矿工程专业，现从事地质管理专业。

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