探究露天煤矿防治水技术和施工

探究露天煤矿防治水技术和施工

马建国

陕西神延煤炭有限责任公司西湾露天煤矿，陕西省榆林市神木市 719300，

摘要：我国土地幅员辽阔、地质构造复杂，在地质历史时期形成了大量的煤炭资源，造成了我国“富煤、贫油、少气”的资源赋存特点，使得煤炭资源在我国资源储量及开采量中都占据着重要比重。随着煤炭资源应用效率的提升，其总量也逐渐呈现出不完备的情况，因此对煤炭资源的开发勘探工作也愈来愈重视，对地下深层资源的开发规模逐渐扩大，极大程度上增加了煤矿水害问题的发生几率，同时也为我国煤矿水害防治工作的有序开展带来了诸多挑战。钻探和注浆技术是现代煤矿水害防治中的一种新型复合技术，其通过对钻探技术和注浆技术进一步推动了煤矿水害防治技术的创新发展，具有较强的治理有效性和可行性。基于此，本文对注浆技术在煤矿水害防治中的应用进行分析，希望能够为相关工作的开展提供借鉴与参考。

关键词：钻探；注浆技术；煤矿水害；防治

引言

钻探技术引入我国的时间较长，在煤矿开发作业中经历了较长时间的实践，其技术主要是依据施工需求对煤矿进行钻探方案设计，明确清晰的钻探方向及角度，之后沿着既定的轨迹对井身进行钻进，并达到预期的层位。该技术主要应用于空间位置类地下问题的处理工作中。注浆技术是经过长年累积的实践探索之后而总结出的防治举措，其通过向地层注入水泥等材料来实现对岩土的加固，同时能够进一步强化地层的稳定性、降低透水性，减轻水害问题对施工工程造成的影响。煤矿工程的施工中存在多种危险因素，其中最常见的一种问题就是水害，不仅会对地下作业人员的生命安全造成威胁，而且也会对煤矿施工工作造成直接影响，是目前煤矿工程中亟需解决的问题之一。钻探技术和注浆技术相结合能够发挥二者的联合优势，巩固并稳定地层结构，防止水的渗透，满足多种水害问题的治理需求，是治理水害问题的有效措施。

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2. 煤矿水害防治工作的重要性

煤炭资源是我国重要的资源构成组分，无论是在国内还是在国际上我国的煤炭都占据着非常大的比重，因此，对于煤炭资源的使用是非常重要的。目前，随着社会的进步与发展，各行各业对煤炭资源的需求量都在逐年增加，随之就带动了煤炭产业的高速发展。然而在这样一种大开发、大发展的背景下煤炭资源的开采效率备受关注，多数企业为追求庞大的经济效益而忽视了煤矿施工过程中的风险因素，对工程施工的安全防护措施也做得不到位。经相关调查数据显示，在煤矿开采施工中水害风险所导致的安全事故概率极大，对相关工作人员的生命安全造成严重影响，并且安全事故的出现还会直接降低企业的经济利益，并损害企业的商业信誉，不利于煤矿行业的稳定发展。因此，对煤矿工程实施水害防治工作是非常必要的。

近年来，我国的发展建设中一直强调可持续稳定发展，同时也提出了“绿水青山就是金山银山”的政策口号，体现了国家在发展中对自然建设、开发工程的关注和重视。煤矿企业若想获得长足的发展，为国家建设贡献力量，则必须确保自身的本质价值，能够切实发挥出自身的优势。而从目前的煤矿实践工作中可以发现，由水害事故引发的重大安全事故层出不穷，这一方面是由于现代煤矿开采技术的革新使得开发深度逐渐延展至更深范围，对地层的作业强度增加，而因为缺少更精准的预测判断导致煤层顶板和底板的含水层结构受到严重破坏，进而引发水害事故的发生；另一方面则是由于部分煤矿企业的安全意识较差，盲目的提高开发效率和产量，而没有足够重视引发的地质环境问题，因此在落实安全防治措施时就出现漏洞，埋下诸多安全隐患，进而形成水害事故。正是因为水害事故的严重破坏性、危害性导致我国煤矿的产业发展受到制约，基础建设、能源勘探、采集、应用等也同样受到影响，对此就必须积极开展煤矿水害防治工作，做好区域安全、环保治理，进一步确保煤炭资源开发过程中的安全性，为我国经济发展给予助推力量。

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3. 钻探注浆技术在煤矿水害防治中的应用

以神延煤炭西湾露天煤矿东端帮涌水EPC治理工程中对钻探注浆技术的应用为例，分析该技术在煤矿水害防治中的应用效果。

（一）工程概况

西湾露天煤矿在开发过程中采剥工程靠近煤层自燃边界，在+1125岩石平盘穿孔时发现多个钻孔存在涌水现象，且水量较大。据观察发现在+1125岩石平盘东北侧东端帮也存在同样的涌水问题，多个出水点交汇后自东南角低洼处流出，对采剥工程施工产生较大影响。2020年3月24日对东端帮煤层进行爆破处理后烧变岩孔洞裂隙潜水涌水量与之前相比明显增加，同时涌水位置也发生了变化，其涌水量达到368m³/h，占比矿坑总涌水量的50%左右。2020年6月23日，观礼台西侧+1133平台风化岩位置也出现了涌水点，涌水量较大，为防止涌水的大面积蔓延，对其采取了挖槽储存、设泵的方式进行排水，但其涌水持续不断，对矿坑采剥工作的进行造成一定阻碍。

（二）治理范围

针对上述涌水区域的治理工程位置主要在矿坑东端帮涌水区的外侧，其弧线长度为650m左右，但由于后期在+1133平台风化岩位置出现了大量的涌水，因此，结合采剥工程需要对治理范围进行了修改，即将其整体向西北侧进行移动，弧线长度仍为650m，对已经出现的各个涌水点实现全面覆盖。

（三）治理方法的选择

经过对施工治理现场的实地勘查，首先明确了涌水问题出现的原因，一方面是由于西湾露天煤矿东端帮区域的煤层烧变岩在穿爆钻孔过程中隔水层受损而导致涌水问题出现，另一方面在于矿坑外部区域古冲沟保德组红土缺少隔水层的支撑，再加上烧变岩的本身性质，导致其形成了相互贯通的导水通道，火烧区静储量较大，含水层也比较稳定，进而致使涌水点存在稳定不断的供给源。

基于对矿坑涌水成因的分析，决定对该区治理采用注浆的方法构建一道帷幕隔水墙，使用环保、低碳、经济的注浆材料及工艺对帷幕隔水墙进行构建，于来水方向的烧变岩区域建构帷幕墙，以此封堵导水通道，切断涌水点的水源供给，达到有效治理的目的。

（四）施工情况

治理范围内帷幕墙的设计长度为650m，垂向上上至风化岩顶界下至烧变岩底界，其高度约50m，深度约65m，厚度约7m，帷幕带设置2排钻孔，间距为10m，排距为3m。注浆钻孔共124个，检查孔共12个。在注浆帷幕带完成后对后期施工检查孔进行压水试验以判断其注浆效果，根据注浆效果的检查情况对不合格区域进行重新注浆。同时，在帷幕治理施工范围内设置4个水文监测孔，对水位动态变化过程进行监控以了解治理效果。

对于注浆材料的选择，本次治理中摒弃了以往以水泥为主的注浆工艺，而是选择环保性能、经济性能更高的黏土水泥复合材料，对于烧变岩中发育的空洞则先采用钙质结核、锯末等骨料进行填充后再进行注浆，同时在注浆材料中加入了一些外加剂起到改善浆液性能的作用。此种注浆工艺不仅具有较好的环保、低碳、经济性能优势，同时其还具有防渗性能好、可注性好以及成本低等优点。

由于治理范围的帷幕带弧线距离较长，而且钻孔数量也比较多，因此所采用的注浆工艺主要是孔口封闭下行分段间歇式注浆工艺。在进行注浆之前对其进行压水试验，根据压水情况动态调整后期注浆材料及其配比，当注浆完成后进行间歇待凝，之后进行扫孔并再次进行重复注浆，直至钻孔不再吃浆即该孔注浆结束，间歇式重复多次注浆有效地确保了裂隙填充的完整性和密实度。由于注浆压力受到多种因素的影响，为了确保帷幕墙的抗压与防渗效能，所采用的终孔压力主要根据施工现场的实际注浆情况进行动态确定。

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6. 治理效果

本次注浆创新性的选用低碳、环保、经济的黏土水泥复合材料，历时90天构建了抗震性、抗渗性、稳定性及耐久性的连续柔性帷幕墙，将烧变岩涌水量由原来的368m³（图1）降至61m³/h（图2），达到了预期效果。

图1 注浆前出水情况图

图2 注浆后出水情况图

结束语

综上所述，煤矿水害事故是在煤矿开采工程施工中比较常见的一种安全事故类型，由于我国的煤矿资源极其丰富，对资源的开采规模较大，所面临的煤矿水害事故危险挑战也比较多，因此为了确保煤矿施工的安全性，保障煤矿行业的安全健康发展，必须提高对煤矿水害防治工作的重视程度。钻探注浆技术在煤矿水害防治中发挥着积极作用，针对不同形式的水害事故应采用更加具体的钻探注浆措施，合理控制注浆量、注浆压力等，从而达到更好的煤矿水害防治效果，确保煤矿开采工程的顺利进行。在神延煤炭西湾露天煤矿东端帮涌水EPC治理工程采用了低碳、环保、经济的黏土为主的注浆工艺，大大减少了价格高昂水泥用量，节约了帷幕墙构建成本，取得较好的经济效益。构建了抗震性、抗渗性、稳定性及耐久性的连续柔性帷幕墙，有效隔断了烧变岩水和风化基岩水对矿坑的补给，实现了对矿区地下水的保护，响应了“绿水青山就是金山银山”的号召，为“保水采煤”提供了一种“西湾方案”，为绿色矿山建设奠定了坚实基础，对我国条件类似矿井，特别是大水露天煤矿极具推广价值。

参考文献：

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