1、202313技术应用与研究117Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究117Modern Chemical Research当代化工研究大采深高承压矿井水文地质条件和防治水措施赵凯荣（山西煤矿安全培训中心 山西 030000）摘要：随着社会经济不断发展，人们日常生活水平提高，对资源需求量呈现逐年递增的趋势，为了满足人们日常生产实践要求，要提高资源开发力度。目前，我国最常见的能源是石油和煤，这些资源来源于地下空间，在开发中很容易遇到各种复杂的地质水文条件，如高地压地层、含水砂层、高水压层等，传统防治水方法根本无法解决特殊的地质情况，甚至影响到整个井
2、下作业环境。基于此，本文通过分析特殊水文地质条件下矿井水出现的主要原因，创新矿井防治水技术，采用设计空气装置、增设顶板支护、排水装置等方法，合理控制矿井事故发生概率，提高矿井开采工作的安全性。关键词：大采深高承压矿井；水文地质；防治水技术中图分类号：TD745.2 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.13.039Hydrogeological Conditions and Water Control Measures for Large Mining Depth and High Pressure MinesZhao Kairong(Shanxi Coa
3、l Mine Safety Training Center,Shanxi,030000)Abstract：With the continuous development of the social economy and the improvement of peoples daily living standards,the demand for resources is showing an increasing trend year by year.In order to meet peoples daily production practice requirements,it is
4、necessary to increase the intensity of resource development.At present,the most common energy sources in China are oil and coal,which come from underground spaces.During development,it is easy to encounter various complex geological and hydrological conditions,such as high ground pressure strata,wat
5、er-bearing sand layers,high water pressure layers,etc.Traditional water control methods cannot solve special geological conditions,and even affect the entire underground working environment.Based on this,this article analyzes the main reasons for the occurrence of mine water under special hydrogeolo
6、gical conditions,innovates mine water prevention and control technology,adopts methods such as designing air devices,adding roof support,and drainage devices,reasonably controls the probability of mine accidents,and improves the safety of mine mining work.Key words：large mining depth and high pressu
7、re mine；hydrogeology；water prevention and control technology1.前言近年来，我国政府部门愈发提高对矿井开采的重视程度，针对矿井施工提出各种相关政策，给人们日常生活提供充足的能源。而大采深高承压矿井作为现代最常见的矿井类型，其具有承压水压大、含水层多、煤层埋深大等特征，矿井内部条件非常复杂，如果工作人员在未提前调查矿井内部情况下，就盲目进行开采作业，很容易产生突水现象，给开采工作安全性带来严重威胁，甚至出现不同程度的人员损失和经济损失。针对该种情况，相关企业要提高对大采深高承压矿井开采的重视程度，在开采前组织专业人员全面勘察矿井内部情况
8、，制定健全的防治水措施，避免出现严重的水害问题，给矿井开采效率造成严重影响1。基于此，本文以某煤矿为主要研究对象，分析该矿井水文地质条件现状，调查矿井水出现的主要原因和突水方法，制定健全的矿井防治水技术，合理控制矿井事故发生概率，提高矿井开采工作的安全性。2.工程概况某煤矿属黄河流域-汾河水系。小河和兑九峪河为区内主要河流。有两条支流，分别为西泉河和李家沟河。西泉河发源于交口县，流经研究区西南角，区内长约3.8km，为支流下游段，宽缓“U”型，宽300500m，两侧呈“丰”字状支沟；李家沟河发源于研究区西部的西辛庄地区，南东方向与西泉河平行，为研究区的主要河系，主沟呈“U”形，宽100200m
9、，地势平坦，纵坡1117，支沟分布于研究区中南部。两支流在灵石县交口乡东南2km处汇合，下游称小河，在灵石夏门村汇入汾河。兑九峪河位于研究区北部边陲，为河流中游，呈宽缓的“U”型。向东（下游）约16km处汇入孝河“张家庄”水库，在孝义芦家庄地区汇入汾河。两河横向侵蚀明显，河道曲折，地形相对平缓，两岸有小型河漫滩阶地。矿区河沟为季节性水流，一般为干流，部分由泉水补给，但流量较小，雨季水量增大，形成洪流2。3.矿井水成因和突水方式(1)矿井水成因地下水源通过矿井采空区域形成老空水，如果工作人员不及时采取解决措施，排除采空区的老空水，202313技术应用与研究118Modern Chemical R
10、esearch当代化工研究202313技术应用与研究118Modern Chemical Research当代化工研究很容易造成矿井中出现严重积水现象。同时，通过分析煤矿开采情况来看，在开采中留下不同体积的采空区，矿井岩壁储备大量水资源，当遇到特殊情况时，水资源流到矿井采空区，产生老空水现象。从整体角度看，老空水和矿井内地下水库性质一致，在矿井开采作业中一旦遇到老空水区域，易发生矿井事故，且经过长时间累积，采空区中存储大量老空水。当老空水灌注到矿井中，会产生大量有毒气体，给井下工作人员生命安全带来严重威胁。而矿井中岩层起到隔离作用，主要原因是两个隔水层间储存着地下水，随着地下水积累时间不断延长
11、，隔水层间的压力呈现逐年递增的趋势，如果工作人员操作失误，触碰到储存大量地下水的岩层，在隔水层压力作用下，水瞬间灌注到矿井，淹没整个矿井，导致矿井出现严重的安全事故3。(2)突水方式从目前矿产企业开采情况来看，煤矿资源生存数量无法满足现代各行业发展要求。特别是在信息化时代背景下，人们对矿山开采深度不断深入，煤矿资源储存量被逐渐消耗，且消耗程度呈现逐年递增的趋势，个别矿产资源消耗量已超过矿山实际储备量增加速度，导致现代矿山储备资源出现入不敷出的现象，很多资源正处于枯竭状态。而某煤矿是新建煤矿，其建设时间较短，煤矿中地下水资源并未受到采矿活动影响，区域地下水水位、含水层结构、矿区周围含水层水位没有
12、出现明显下降现象，不会给集中水源地供水工作带来严重影响，保证日常生活供水、生产供水的充足性。由于某煤矿水质、含水层结构、地下水水位、水量均未受到采矿的影响，根据行业矿山地质环境影响标准，可将评估结果定义为较轻。在正常情况下，老空水存储时间较长，没有活水进行定期补充，无形中提高老空水酸度，水体中含有各种有毒物质，和承压水相比，虽然其积水量较小，但老空水在采空区中过于集中，一旦出现触碰现象，很容易诱发严重的安全事故。同时，老空水存在形式非常特殊，在矿井挖掘中触碰概率较低，很多老空水安全事故出现在矿井掘进阶段，由于进行长时间开采，导致岩层厚度无法满足内部水压力要求4。4.大采深高承压矿井的治水措施(
13、1)加强矿井的顶板支护在矿井的顶板支护过程中，最常用基础支护方法有型钢支架、木材支架、石材支架等措施。通过将木材支架应用到支护结构中，能充分发挥木材支架质量轻的作用，提高支架搭设的便捷性，能满足各种煤矿矿井的施工要求。但值得注意的是，由于木材存在抗腐蚀性低、承载强度小、防水性能不强等缺点，在施工中很容易受到外在因素影响，从而出现腐蚀现象，影响到整个支架的使用效果；而石材支架是将砂浆和石材相互结合制作，优点是制作材料方便，承载能力较高，解决了围岩风化问题。目前，工作人员根据支护时间长短将煤矿支护分为永久性支护和临时性支护，其中临时性支护是指在矿井巷道中设置简单的单体支撑柱，如液压支柱是目前最常见
14、的临时性支护设施；永久性支护是在原有矿井巷道基础设施条件上，增设其他构件，提高支护结构整体的稳定性，如立柱、中心柱、偏心柱等。近年来，常见的巷道加固方法有注浆加固和机械加固两种方法，机械加固是利用机械设备整平松散围岩；注浆加固是向围岩的岩体中注射适量浆液，致使围岩和泵浆相互结合，形成一个完整的个体，具有较强的应力平衡性能，能解决围岩裂缝问题，提高巷道结构稳定性，避免老空水隔层出现断裂问题5。(2)设计排水、排空气装置如果矿井出现水涌安全事故，要第一时间排除有毒气体，再进行日常排水措施。目前，排空气装置有两种方法：首先，要提前考察矿井实地环境，结合考察数据和真空负压原理，设计亚峰排空气装置（如图
15、1所示）。目前，我国最常见的能源是石油和煤，这些资源来源于地下空间，在开发中很容易遇到各种复杂的地质水文条件，传统防治水方法根本无法解决特殊的地质情况，甚至影响到整个井下作业环境。同时，在使用压风排空气装置时，排空气装置a口排出高压风，气流从喷嘴、导管等环节传输到装置b，在装置b口自动形成真空，在大气压力作用下传输到水泵泵体，水泵吸水管和泵体中的空气随着高压风从c口排除，不仅能保证水泵泵体和吸水管中水资源的充足性，还能排除两者中的空气（如图1所示）。图1 排空气装置等到上述工作全部完成后，启动运行水泵，如果水泵能正常运行，表示能继续排除空气，具体操作流程：关闭排空气阀门3和压风阀门4，让装置自
16、动排除多余空气，解决原有水泵底阀，保证水泵无底阀排水202313技术应用与研究119Modern Chemical Research当代化工研究202313技术应用与研究119Modern Chemical Research当代化工研究系统能正常运行；其次，要分析水泵工作原理和灌引水方法，严格遵循水泵运行流程，实地研究矿井具体工作环境和施工现场，按照水泵工作原理设计排空气装置。设计方法和上述步骤基本相同，也是在矿井巷道口安装压风接入装置，但该装置是利用高压风流所产生的高速度运动，将空气从c口排除，在装置喷嘴出口形成负压，导致吸水管内部出现真空状态6。在正常情况 下，该装置设置在矿井排水水泵的进水端，当装置b口内部出现真空现象后，由于大气压力作用，造成泵体和吸水管中水从水泵吸水口经过水泵传输到装置b口，随着高压风从c口排除（如图2所示）。图2 排空气装置和水泵排水(3)构建健全的作业管理体系管理体系是保证工程项目顺利进行的基础，所以在矿山开采作业中，管理者要根据企业实际情况来建立健全的作业管理制度，规范管理标准。同时，在矿山日常生产工作中，工作人员要做到如下方面：首先，要确保管理过程的规
