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矿山采掘活动总会直接或间接破坏含水层,引起地下水涌入矿坑,从此种意义上讲,矿坑充水难以避免。但是,防止矿坑突水,尽量减少矿坑涌水量,以保证矿井正常生产是必须的。井下防水就是为此目的而采取的技术措施。根据矿床水文地质条件和采掘工作要求不同,井下防水措施也不同。如超前探放水、留设防水矿柱、建筑防水设施以及注浆堵水等。
一、超前探放水
它是指在水文地质条件复杂地段施工井巷时,先于掘进,在坑内钻探以查明工作面前方水情,为消除隐患、保障安全而采取的井下防水措施。
"有疑必探,先探后掘"是矿山采掘施工中必须坚持的管理原则。通常遇到下列情况时都必须进行超前探水。
(一)掘进工作面临近老窑、老采空区、暗河、流砂层、淹没井等部位时;
(二)巷道接近富水断层时;
(三)巷道接近或需要穿过强含水层(带)时;
(四)巷道接近孤立或悬挂的地下水体预测区时;
(五)掘进工作面上出现有发雾、冒"汗"、滴水、淋水、喷水、水响等明显出水征兆时;
(六)巷道接近尚未固结的尾砂充填采空区、未封或封闭不良的导水钻孔时。
二、留设防水矿(岩)柱
在矿体与含水层(带)接触地段,为防止井巷或采空空间突水危害,留设一定宽度(或高度)的矿(岩)体不采,以堵截水源流入矿井,这部分矿岩体称作防水矿(岩)柱(以下简称矿柱)。通常在下列情况下应考虑留设防水矿柱:
(一)矿体埋藏于地表水体、松散孔隙含水层之下,采用其他防治水措施不经济时,应留设防水矿柱,以保障矿体采动裂隙不波及地表水体或上覆含水层。
(二)矿体上覆强含水层时,应留设防水矿柱,以免因采矿破坏引起突水。
(三)因断层作用,使矿体直接与强含水层接触时,应留设防水矿柱,防止地下水渗入井巷。
(四)矿体与导水断层接触时,应留设防水矿柱,阻止地下水沿断层涌入井巷。
(五)井巷遇有底板高水头承压含水层、且有底板突破危险时,应留设防水矿柱,防止井巷突水。
(六)采掘工作面邻近积水老窑、淹没井时,应留设防水矿柱,以阻隔水源突入井巷。
三、构筑水闸门(墙)
水闸门(墙)是大水矿山为预防突水淹井、将水害控制在一定范围内而构筑的特殊闸门(墙),是一种重要的井下堵截水措施。水闸门(墙)分为临时性的和永久性的。
为了确保水闸门(墙)起到堵截涌水的作用,其构筑位置的选择应注意以下几点:
(一)水闸门(墙)应构筑在井下重要设施的出入口处,以及对水害具有控制作用的部位。目的在于尽量限制水害范围,使其他无水害区段能保持正常生产,或者有复井生产和绕过水害地段开拓新区的可能。
(二)水闸门(墙)应设置在致密坚硬、完整稳定的岩石中。如果无法避开松软、裂隙岩石,则应采取工程措施,使闸体与围岩构成坚实的整体,以免漏水甚至变形移位。
(三)水闸门(墙)所在位置不受邻近部位和下部阶段采掘作业的影响,以确保其稳定性和隔水性。
(四)水闸门应尽量构筑在单轨巷道内,以减少其基础掘进工程量,并缩小水闸门的尺寸。
(五)确定水闸门位置时,还需考虑到以后开、关、维修的便利和安全。
水闸门或水闸墙是矿山预防淹井的重要设施,应将它们纳入矿山主要设备的维护保养范围,建立档案卡片,由专人管理,使其保持良好状态。在水闸门和水闸墙使用期限内,不允许任何工程施工破坏其防水功能。在它们完成防水使命后予以废弃时,应报送主管部门备案。
水闸门使用期间,应纳入矿区水文地质长期观测工作对象,对其渗漏、水压以及变形等情况定期观测,正确记录。所获资料参与矿区开采条件下水文地质条件变化特征的评价分析。
四、注浆堵水
注浆堵水是指将注浆材料(水泥、水玻璃、化学材料以及黏土、砂、砾石等)制成浆液,压入地下预定位置,使其扩张固结、硬化,起到堵水截流,加固岩层和消除水患的作用。
注浆堵水是防治矿井水害的有效手段之一,当前国内外已广泛应用于井筒开凿及成井后的注浆;截源堵水,减少矿坑涌水量;封堵充水通道恢复被淹矿井或采区;巷道注浆,保障井巷穿越含水层(带)等。
注浆堵水在矿山生产中的应用方法如下。
(一)井筒注浆堵水 在矿山基建开拓阶段,井筒开凿必将破坏含水层。为了顺利通过含水层,或者成井后防治井壁漏水,可采用注浆堵水方法。按注浆施工与井筒施工的时间关系,井筒注浆堵水又可分为井筒地面预注浆、井筒工作面预注浆、井筒井壁注浆。
(二)巷道注浆 当巷道需穿越裂隙发育、富水性强的含水层时,巷道掘进可与探放水作业配合进行,将探放水孔兼作注浆孔,埋没孔口管后进行注浆堵水,从而封闭了岩石裂隙或破碎带等充水通道,减少矿坑涌水量,使掘进作业条件得到改善,掘进工效大大提高。
(三)注浆升压,控制矿坑涌水量 当矿体有稳定的隔水顶底板存在时,可用注浆封堵井下突水点,并埋设孔口管,安装闸阀的方法,将地下水封闭在含水层中。当含水层中水压升高,接近顶底板隔水层抗水压的临界值时(通常用突水系数表征),则可开阀放水降压;当需要减少矿井涌水量时(雨季、隔水顶底板远未达到突水临界值、排水系统出现故障等),则关闭闸阀,升压蓄水,使大量地下水被封闭在含水层中,促使地下水位回升,缩小疏干半径,从而降低了矿井排水量,可以缓和以致防止地面塌陷等有害工程地质现象的发生。
(四)恢复被淹矿井 当矿井或采区被淹没后,采用注浆堵水方法复井生产是有效的措施之一。注浆效果好坏的关键在于找准矿井或采区突水通道位置和充水水源。
(五)帷幕注浆 对具有丰富补给水源的大水矿区,为了减少矿坑涌水量,保障井下安全生产之目的,可在矿区主要进水通道建造地下注浆帷幕,切断充水通道,将地下水堵截在矿区之外。这不仅减少矿坑涌水量,又可避免矿区地面塌陷等工程地质问题的发生,因此具有良好的发展前景。但是帷幕注浆工程量大,基建投资多,因此,确定该方法防治地下水应十分审慎。
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