王曉峰：科技利劍擒“水魔”梧桐莊礦綜合防治底板突水綜述

　　核心提示：梧桐莊礦水文地質條件極為特殊複雜，正常湧水量最大時達到每分鍾17.5立方米，是峰峰集團受水害影響最嚴重的礦井，成為製約礦井 安全發展的最關鍵因素。為此，該礦把防治水工作做為 科技創新的“龍頭”工程，經過多年艱難實踐，正常湧水量降到了每分鍾5立方米，走出了一條治水、保水的新路子。

　　水，在人們的心目中通常是美好的，常常用溫順、寧靜來讚美它。但在梧桐莊礦，卻是另一番景象，它搖身厲變成一隻時刻威脅礦井 安全生產的“水魔”隱伏四周。1995年12月3日，礦井建井期間施工主、副井貫通聯絡巷揭露一條落差7米的斷層時發生突水，導致副井筒被淹，影響巨大，教訓慘痛。為消滅它，梧桐莊礦人堅持化 科技創新為“利劍”，通過多年治理，不僅降住了水患，還在全國第一家叫響了“保水開采”的理念並積極實踐，探索出了一條從綜合防治水到實施綠色保水開采的新路子。
運用先進技術，探明“水魔”來路
　　梧桐莊礦是一個大水礦井，水文地質條件極為複雜，在井下最直觀的顯現就是水壓高、水溫高、突水量大，投產時最大湧水量達到每分鍾17.5立方米，一度讓梧桐莊礦人“談水色變”。
為什麼有這麼大的水？水的來路是什麼？發生突水的形式有那些？
　　許多地疑問擺在了梧桐莊礦生產建設者們麵前。兵家語，知己知彼，才能百戰不殆。弄清楚這些問題，成為該礦治理水患最重要的第一步。 為此，該礦堅持多種高 科技手段並施，打響水患探查工程戰役。 采用采區三維地震和地麵電法勘探方法。查清了采區內構造及其導水性，探明區內落差5m以上的斷層產狀要素，控製斷層落差、產狀及其在走向和傾向上的變化；查明區內的陷落柱發育範圍；查明煤層底板的起伏形態及褶曲構造的發育形態，查明奧灰頂麵起伏形態及埋深。其此是利用可控源音頻大地電磁法、瞬變電磁法等先進的物探手段，進行采區綜合水文勘探工作，查明斷層、陷落柱的含導水區段和導水性，圈定斷層的導水位置及層位和陷落柱的導水位置及導水、充水範圍；查明區內大煤以下各主要含水層至大煤的導水裂隙、通道的發育範圍。
　　建立完善的水文觀測網。掌握含水層水位的動態變化，通過水文地質試驗確定含水層水文地質參數，預計礦井湧水量，還可在礦井實施疏放水工程或放水試驗後通過水文觀測網暴露礦井水文地質條件， 03manbetx 查找井田內的導水陷落柱，建立礦井水文地質動態監測網和數據庫，完善各種水文地質信息及時 03manbetx 和處理能力，確保異常情況下能作出準確的決策。 實施了掘進工作麵超前探測。采用井下瞬變電磁法、高密度電法等先進的物探手段進行超前探測，探測巷道周圍及前方是否存在含導水斷層、陷落柱及含導水裂隙異常體，初步探明這些異常的發育位置和範圍。對探到的異常區再進行鑽探驗證，從而查明掘進前方及巷道周圍水文地質條件，製定相應的防突水 措施。
　　通過實施上述技術手段，該礦 科技工作者基本確定了對礦井危害最大的水文地質因素。一是底板含水層水。由於開采深度大，煤層底板野青灰岩、山伏青灰岩等含水層水壓高，煤層開采時，礦山壓力作用使得煤層底板破壞深度加大，當煤層底板的有效隔水層厚度不能抵擋含水層水頭壓力時，便會發生突水。二是底板導水構造裂隙水。在煤層底板存在有導水構造裂隙時，在高壓水頭和礦山壓力聯合作用下，將使得煤層底板破壞深度較大和導升高度遞進發展，導升高度和破壞帶接通時，便發生突水。三是導水斷層水。井田內斷裂構造發育，斷層在自然狀態下，斷層帶一般不導水，不充水，斷層具有隔水性。但由於礦井開采深度大，水壓高，在高壓水頭和礦山壓力聯合作用下，在導水斷層上盤盲目開采大煤時，下盤含水層（大青、奧灰水）發生突水。四是導水陷落柱水。根據鑽探及三維地震資料，該礦井田內發育多個導水陷落柱。並且井田發育的陷落柱和峰峰礦區其他井田不一樣，導水性很強，對礦井的 安全構成很大威脅。通過突水機理和突水模式的研究，為治理水患找到了“下刀”的地方。
綜合防控治理，擒住“水魔”去路
　　麵對複雜的水文地質條件，沒有一支技術過硬的綜合防治水隊伍是不行的。 為此，該礦成立了防治水科。這是冀中能源集團唯一一家廠礦級專職防治水隊伍，集水文地質、物探、鑽探各專業人才，從 設計到施工、現場 管理、竣工驗收、資料收集整理、 03manbetx 研究、決策判斷等一整套全麵集成的140人專職防治水隊伍，配備的設備有TEM－47型瞬變電磁物探儀、YT120S（A）型音頻電透視儀、DZD－6型直流電法物探儀、德國P120－18型風動鑽機1台、全液壓MKD－5S鑽機3台、全液壓Z300－HB鑽機、液壓TUX－150鑽機、BW320注漿泵、BW250注漿泵2台和全國第一座地麵注漿站係統，具有強大的科研實力。在工作實踐中，還不斷完善並形成了采區綜合補充勘探及水文地質條件 評價、采區準備巷道掘進及異常地段的超前探水、工作麵巷道掘進及異常地段超前探水、工作麵底板注漿加固改造、工作麵開采 安全性 評價及突水搶險救援 預案、工作麵回采期間的水文地質觀測、工作麵采後 總結等防治水工作十步走程序化 管理架構。
通過實施專業的技術研究，該礦確立了三個重點防水措施。
　　一是實施了回采工作麵底板預注漿加固。在梧桐莊礦，所有掘出來的工作麵第一件事不是緊張安裝進行生產，而是先期進行工作麵防治水，因為他們知道隻有保證在防治水上萬無一失，才能確保工作麵安全生產。方法是對工作麵上下順槽底板及切眼進行高密度直流電法探測，探明巷道底板下深度80m範圍內底板岩層富水情況。對工作麵內部及外側70m範圍、煤層底板下70m深度內底板進行礦井井下瞬變電磁法探測，探明該範圍內含導水構造及含水裂隙帶的分布，對工作麵水文地質條件予以 評價。利用礦井音頻電透視法對工作麵範圍內底板進行探測。探明煤層底板下100m深度內含導水構造及含水裂隙帶的位置、分布範圍、富水性強弱。對三種物探資料進行綜合 03manbetx ，得出工作麵內及四周含導水構造、含水裂隙帶及底板岩層富水性情況。並打鑽對物探結果進行驗證，然後製定綜合治理 措施，對導水構造、含水裂隙帶及底板岩層富水區進行預注漿加固構造，加固工程完工後進行物探或鑽探驗證，組後經綜合 評價確認無突水危險後進行回采。
　　二是實施了導水通道地麵鑽孔注漿封堵。對經開掘工作麵超前探測和回采工作麵底板鑽探確證的威脅礦井安全的含導水陷落柱或其它垂向導水構造，將根據其發育高度、層位和範圍編製詳細的施工 設計。采用井上、下相結合鑽孔注漿封堵的方法對其進行封堵，將陷落柱全部充填密實，以達到使其不含水、不導水為目的，不但可消除其給礦井生產造成的危害。還封堵了奧灰含水層補給煤係地層含水層的通道，達到改善礦井水文地質條件目的，例如梧桐莊礦查明的1＃陷落柱封堵成功後，經井下出水點水量觀測，北翼總回風巷水量水量由130 m³/h減小到0.5 m³/h，清撒巷水量由12m³/h減小到0.5 m³/h，182102工作麵水量由450 m³/h減小為200 m³/h。注漿堵水取得了明顯效果。
　　三是對采掘工作麵出水點地麵注漿堵水工程。對工作麵底板出水進行封堵，可減小礦井無效排水，增大了礦井抗水災能力，同時工作麵底板出水部位往往是垂向導水構造部位，從而可以達到封堵奧灰含水層補給煤係地層含水層的通道，改善礦井水文地質條件。
　　通過一係列的防治水 措施，使礦井的正常湧水量降到了每分鍾5立方米，大大減小了工作麵底板出水的幾率。但水是動態的。由於井田內水文地質條件的複雜性，還不能完全杜絕突水，未雨綢繆，超前防控，顯得格外重要。因此，該礦建成了河北省最大的綜合排水能力礦井。在井下中央泵房原有4台潛水泵的基礎上實施擴容改造，又新增了8台潛水泵，可達到60m3/min的排水能力。使礦井綜合排水能力將達到150m3/min，有效提升了礦井抗災防災能力。
實施保水開采，開全國礦井水零排放先河。
　　在礦井達到了非常好的減水效果的基礎上，該礦轉變觀念，大膽設想，確立了生態保水開采新思路，由簡單防水、治水、排水升華為生態保水、開發用水。申報的《礦井水控製、處理、利用、回灌與生態環保五位一體優化結合綜合技術研究》被評為中國煤炭工業2009年度科學技術一等獎，達到國際先進水平。建成了國內首家礦井水回灌項目工程，在井下建設了每小時處理礦井水900 m3的礦井水回灌項目工程，將礦井水由井下澄清係統處理形成初步淨化清水，再抽到井上經礦井水二次處理廠淨化處理，使礦井水達到家二級水質量，供給井下消防降塵灑水、工作麵底板預注漿加固改造用水、地麵廠區綠化灑水等，對使用後剩餘的水量全部消毒後，通過地麵兩個1200米深的鑽孔再回灌到井田內的奧灰含水層。在全國首次創新性地將礦井水控製、處理、利用、回灌進行了五位一體的優化結合，妥善解決了我國水害防控與礦山生態環境的相互矛盾與衝突問題，實現了礦井水的零排放和綠色開采的戰略目標。年可減少開支473萬元，直接創效100多萬元，每年可削減懸浮物排放量788.4噸、削減總鹽排放量40292.5噸。