煤矿防治水论文发表

浅论露天煤矿开采环境问题及防治对策论文

一、露天煤矿开采引发的环境问题

(一)对土地的破坏

露天煤矿区对土地资源的破坏主要表现在露天采场的直接挖损、外排土场压占土地和工业广场的占用等。挖损是对原地表形态、浅部地层、生物种群的直接摧毁,致使原土地不复存在,压占是挖损过程中产生的废弃岩土堆置于外排土场上造成原地貌功能的丧失。挖损和压占等工程活动直接破坏了表层的植被,导致这一区域原先处于相对稳定的系统受到干扰,使区域内的土地利用、植被覆盖、地貌、保水力等生态因子发生巨大的变化。

(二)水污染问题

露天煤矿开采对地表水和地下水污染最严重的是煤矿排土场淋溶水。排土场的煤矸石中富含碱金属、碱土金属和硫等,大气降水淋溶了煤矸石中的无机盐类,含无机盐类的淋溶水流入地表水体会对地表永体造成污染,渗入地下含水层,也会污染地下水体。此外,采场周围水体和大气降水汇入采场矿坑,也会由于矿坑积水浸润采场的残煤露头,而使煤层中的硫和重金属等污染物质溶入水体而使地下水受到污染。

(三)空气染污问题

露天煤矿排土场污染最严重的因子为剥采区、排土区和运输道路两侧一定范围内的粉尘。此外,露天煤矿排土场大多没有土地复垦和再植被,每个露天煤矿的外排土场都会形成一个几百到几千公顷的人为荒漠化土地,春秋时节,荒漠化的排土场所产生的扬尘等亦会使周围大气造成严重的污染。

(四)环境地质问题

露天采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡,由于地质构造、边坡岩体、地表水及地下水作用、采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流等突发性或缓变性地质灾害,危及该地区周边工业企业与民居建筑的安全,造成人员伤亡及巨大的经济损失。因此,滑坡、塌陷等地质灾害贯穿于露天矿开采的始终,并有可能延续到闭坑后。

二、露天煤矿开采引发环境问题的防治对策

(一)土地破坏的防治措施

1、耕作层土壤和表层土壤是经过多年耕作和植物作用而形成的熟化土壤,是深层生土所不能替代的,对于植物种子萌发和幼苗生长有着重要作用。应对矿区拟破坏的露天采矿场熟化的表土进行剥离,用汽车运输到指定表土堆放场堆存,闭矿后直接作为露天采矿场复垦用土。

2、修建运输道路时,要充分利用已有矿山运输道路、乡村道路,不占或少占耕地、林地。避开土壤状况良好、植被生态复杂地段,减少对矿区植被和土壤的破坏。

3、采用机械、人工等方式对采场边坡进行清理,清除松动、凸起的碎(块)石。对平台进行人工、机械平整,清除场地内较大石块;休息室、表土堆放场建筑进行拆除、平整;区内道路进行平整、回填;平整后场地坡度要满足复垦场地需求。

4、对平整后的平台场地穴状坑及采场边坡平台进行覆土,覆土来源为矿山开拓时剥离堆存于表土堆放场的表土。采用机械、人工等方式,剩余的表土采取就近的原则平覆于拟复垦林地的场地,覆土平均厚度≥0、5米。

5、矿区复垦土壤以生土为主,土壤养分含量和地力不足,恢复待复垦土地的肥力和生物生产效能,就必须采取恢复土壤、肥化土壤的`措施。因此复垦的地块根据当地情况增施农家肥与生物菌,林木落叶留底以提高土壤的有机物含量,改良土壤结构,改善土壤理化性状,增加土壤肥力。

(二)空气污染的防治措施

1、施工扬尘防治措施。土石方开挖避免在大风天气进行,完工后及时回填、平整场地;工业场地辅助配套工程施工,首先做好路面硬覆盖;易产生扬尘的建筑材料采用封闭车辆运输;设置围布、挡板,禁止高空抛撒建筑垃圾和起尘的料、渣土的 外溢;施工扬尘防治关键要加强施工管理,管理到位,可以有效减轻对环境的影响。

2、运营期地面运输系统的防尘措施。输煤系统带式输送机栈桥露天部分均加设皮带罩棚,筛上设布袋除尘器集尘;在其周围设置彩色防风挡板,阻挡煤尘的扩散。储煤设施应采用圆筒仓储煤方式;转载点、原煤卸载站设置通风除尘装置和喷雾洒水装置。

3、采场、排土场扬尘治理。对采掘工作面,合理布置炮孔,正确选择爆破参数和加强装药、 冲填等作业的管理,爆破前向岩体注射高压水,或利用洒水装置;钻机设袋式集尘器,爆破后洒水降尘;配备洒水车往返于坑内外道路,对排土场工作面及其与采掘场之间的道路进行经常性地洒水,以增加路面、 作业面积尘湿度。排土场定期碾压,降低起尘。对已经结束排弃的排土场平台,在不影响整个露天矿排土作业的条件下及时覆土绿化;沿固定帮坡种植防风林带。

(三)边坡防治措施

1、高度重视露天矿边坡管理工作,建立健全边坡安全管理机构制度,剥采生产应严格按照设计给出的边坡角、平台进行留设,严禁越采超挖。

2、采用边坡稳定性雷达或边坡监测机器人加强边坡变形监测工作,及时掌握边坡变形的动态情况和规律,对于出现的任何局部、小规模的边坡坍塌滑落还要进行专门的分析和治理方案设计。

3、露天矿地下水丰富,建议建立完善的疏干排水系统,在采场发现出水点,详查后打水平孔,释放静水压力,夏季暴雨会给采场边坡稳定性带来威胁,此时要加强疏干,特别是断裂带和煤层顶底板的弱层,一定要详查,做到“有疑必探,先探后采”。

4、建立日常的巡查监测制度,特别是春季解冻期、雨季或坡面上出现沉陷裂缝时更要加强巡查监测,一旦发现异常情况(如边坡有明显失稳先兆)及时预警避让,或采取防治工程措施。

5、抗滑桩是穿过滑坡体深入于滑床的桩柱,用以支挡滑体的滑动力,起稳定边坡的作用,适用于浅层和中厚层的滑坡,是一种抗滑处理的主要措施。

(四)水污染的防治措施

1、修筑截矿山排水沟渠。矿山排水沟渠沟建于矿场四周,当雨季降水量大,既起到阻挡作用,而且还起到梳流作用。

2、河流改道。针对穿过矿区的河流,必须对河流进行改道迁徙,路线改道应选择短,地势平缓弱渗水地段。同时还要考虑矿山的发展前景,避免二次分流。新河道的起点应该在河床冲刷易发区进行选择,并与原有的河道河势想适应。

3、调洪水库。季节性的地表水流横穿开采境界时,除采取改道措施外,须在矿区上游修筑调洪水库截流和贮存洪水。

4、修筑拦河堤。当露天开采和附近的河流周围地面水平的境界,湖白的岸边标高相差较小,甚至低于岸边地形时,应该修建岸边护堤堰。防止河水漫灌到采矿场。

5、防渗帷幕。防渗帷幕防水是在露天矿开采境界以外,在地下水涌人采场的通道上,设定若干一定距离的注浆钻孔,并依靠浆料在裂缝中的扩散,凝结组成一道挡水隔墙,所谓防渗帷幕就是指由若干个注浆钻孔所组成的挡水隔墙。

三、结语

露天煤矿开采环境问题的防治是一项复杂的、综合的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、环境科学、采矿学、水土保持学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治对策,追求最优的经济效益、社会效益和环境效益。实现煤炭开采与环境保护协调发展,实现矿区的可持续发展。

露天煤矿的矿区环境污染的问题和策略论文

我国煤炭资源量占一次能源资源总量的90%以上,每年消耗的一次能源中煤炭占70%以上,而且今后相当长的一段时期内这种状况都不会有大的变化。我国适于露天开采的煤炭资源储量大约为490亿吨。目前,我国露天矿煤炭产量占总产量的5%左右,预计到2020年将达到12-14%。据统计,我国露天开采每万吨煤炭约破坏土地0.22公顷,其中挖掘破坏0.12公顷,外排土场占压0.1公顷。露天开采时破坏土地面积为露天矿采场本身面积的2-11倍。下面谈一谈露天煤矿开采过程中的环境保护问题。

1 露天矿开采过程对环境的影响

1.1 对生态环境的影响

露天矿开采对土地的破坏主要表现为挖损、占压、塌陷,造成土壤的酸化、盐碱化和盐渍化,从而使得土地沙化和土壤贫瘠化。一般来说,裸沙1亩,风力和水力侵蚀将影响邻近3亩土地;沙化土壤有机含量将减少79.2%,全氮量减少77.7%,全磷量减少15.5%,物理性粘粒减少50%,造成原始土壤的严重贫化。

所有挖损、占压、塌陷和其它一切对地表的人为扰动,都会破坏原有的自然景观和生态植被,有些破坏是毁灭性的、不可逆的,在风力和水力侵蚀的作用下使得水土流失情况加剧。

1.2 烟尘与粉尘及有害气体

1.2.1 有组织排放的烟尘

矿区内各类锅炉、燃煤电厂等排放的烟尘。

1.2.2 矿区作业面产生的烟尘

采场工作面、采场煤帮暴露时间过长、煤层氧化燃烧;煤层中作为剥离物进入排土场的损失煤引起自燃;选煤厂煤矸石的自燃;露天储煤厂和储煤堆的自燃等产生的烟尘。

烟尘中含有SO2、NOX、CO、H2S等有害气体,对生态系统构成影响。遇到雨水和潮湿的空气生成酸性硫化物,其腐蚀性非常强,从钢铁、水泥构件到人体均会受到腐蚀和侵害。

1.2.3 矿区粉尘

矿区尘源主要来自大型剥离设备的采掘、运输及排土作业粉尘;煤的采掘、运输、储煤、粉碎及作业过程粉尘;辅助设备作业粉尘;穿孔爆破粉尘;选煤厂;道路运输粉尘等。粉尘附着在植物叶片,影响植物的光合作用,太阳爆晒温度升高会灼伤植物。

1.2.4 煤层气排放

煤层气的主要成分是甲烷,通过直接排放、燃烧排放、通风系统排放。甲烷是一种重要的温室效应气体,能使对流层中的臭氧增加,使平流层中的臭氧减少。

1.3 对水循环系统的影响

1.3.1 对地下水的污染

煤矿开采不但对地下水的正常循环与补给产生影响,而且造成严重污染。例如:煤层中硫含量高,且伴有硫铁矿,氧化成酸过程大大加快而形成酸性水造成pH值超标、硫酸根离子含量偏高、铁离子含量高等;矿坑水在氧化成酸的过程中对含水体围岩不断溶蚀,造成地下水总硬度偏大;开采条件下酚类有机反应加快造成矿坑水中酚含量增加;汞主要与煤系地层中的黄铁矿与朱砂伴生,在煤矿开采时,朱砂被加速氧化溶解,而使汞离子进入水体;受矿坑水污染的地表水,直接补给浅层地下水,致使浅层地下水也受到不同程度的污染。

1.3.2 对地表水的影响

首先,随着煤矿开采量的不断增加,矿坑水排出量增加,由于河水的自净能力很弱,在河水断流时期,河道容纳的几乎全是污水。因此,未经处理的矿井污染水直接排放,造成对地表水、土壤等的环境污染;其次,由于煤层浅埋藏区煤矿开采采空面积不断扩大,采空区导水裂隙带和地面塌陷范围也随之扩大,造成河川径流量大量渗漏,使地表水与地下水、矿坑水发生了直接的水力联系地表水在汇流区及径流区水量漏失严重,河川径流明显减少。

1.4 噪声与振动

噪声与振动源主要有以下类型:

1)空气动力源。如风机、风扇、跳汰机和风阀等。

2)机械动力源。如铆枪、振动筛、溜槽、各种采掘设备和运输设备,以及其它各种机械设备。

3)电磁动力源。如电机、电焊机、电器设备等。

4)人工动力源。如爆破、人力施工等。

2 防范及治理措施

2.1 加强有关法律法规的宣传力度,提高环保意识

煤炭能源的开发是经济发展的重要基础,而土地资源,生态环境,又是人类赖以生存的最重要条件。矿区可持续发展的'核心内容之一是保持矿区经济与环境的协调发展。树立保护环境就是保护生产力的意识,改变过去那种将经济发展与环境保护相对立的落后观念,实行矿区环境与经济发展的综合决策机制。制定切实可行的矿山生态治理与恢复的方案,并予以实施。

2.2 矿区的生态恢复

根据“以防为主、防治结合”的原则,采取工程措施与生物措施相结合的办法,对内外排土场层层碾压、修建挡水墙、排水沟、集水池等,在坡面修挖水平沟、鱼鳞坑,坑内植树种草,采取网障固沙、林草绿化相结合的多层次防护体系。针对露天开采对土地的破坏,严格执行《土地复垦规定》,一边开挖,一边分层回填。借鉴国内外经验,结合本地区的环境特点制定采场和排土场的土地复垦计划,确定复垦措施,使复垦区逐步转变为现代化的人造生态园。

2.3 大气污染源的治理

(1)针对露天矿区的防尘主要措施是采用湿式作业和洒水降尘,采掘机械配套袋式集尘器。

(2)对储煤场实施全封闭,场内设置洒水喷头,四周设置挡风抑尘网。

(3)联络道路硬化、外排道路硬化、道路洒水降尘。

(4)工业场地内设置集中供热锅炉房配置脱硫除尘设施。

2.4 水环境污染源的治理

(1)针对生活污水采取建化粪池、生化处理设施等措施,处理后废水可作为道路的洒水降尘及绿化。

(2)针对矿坑疏干水修建净化车间、调节池、沉泥池和回用水池,处理后的水可作为水源用于场地绿化及生产用水等。

2.5 噪声治理

针对不同类型的噪声源采取将设备置于厂房内、安装双层玻璃、配备机器隔声降噪设施、配发耳塞等措施,将噪声危害降到最低。

2.6 煤矸石的综合利用

据统计,所有的洗矸、煤泥和部分的采掘出的煤矸石,都具有一定的发热量(300~3 500千卡/千克),可以用于循环硫化床锅炉燃烧发电,真正毫无热值的白矸只有15%左右。煤矸石、洗矸、煤泥中的不可燃物质部分,经过循环硫化床低温燃烧后,同时具脱炭和活化作用,其灰渣是很好的建材原料,部分可以直接掺入水泥中,部分可用于制砖,其经济效益和环境效益十分可观。

露天矿开采环境保护的总体目标是:在矿区地质环境勘察的基础上,以露天开采为重点,对环境进行治理,开展露天矿区环境综合治理,确保露天矿区安全生产,延长露天矿区服务年限,恢复露天矿区生态环境和改善露天矿区大气环境,实现露天矿区废水零排放,使固体废弃物资源化、减量化。

实现露天煤矿生产与矿区生态环境重建一体化,是煤矿企业自身和国民经济可持续发展的必然要求与必然结果。

参考文献

[1]蒋仲安. 矿山环境工程. 冶金工业出版社.2009-9-1.

[2]尹国勋. 矿山环境保护 中国矿业大学出版社 2010-5-1.

[3]何国清,杨伦,凌赓娣等 矿山开采沉陷学. 中国矿业大学出版社, 1991.

（一）煤层底板高压灰岩水带压开采技术

对于华北型煤田，防范煤层底板水的主要方法是带水压安全开采。虽然深部高压水存在，若充分利用隔水层的防护作用，可消减部分水压值，在不进行或很少进行疏水降压的情况下将可实现带压开采。当矿井采煤工作面突水系数Ts大于0.06MPa/m时，应当采用降压疏干或（和）煤层底板注浆加固方法减小突水系数，以保证煤矿安全生产。

1.带压开采技术

与华北型煤田类似，郑煤集团各矿井二1煤开采应采用带压开采技术。所谓带压开采就是煤层底板受承压水威胁，充分利用煤层底板至承压含水层间隔水层性能，在不采取或在国家经济、技术条件许可情况下，采取某些技术措施后，实现安全采掘的一种综合性防治水技术。国内外对该技术曾做过大量研究，特别是近几年在我国进行了较为广泛而深入的研究，取得了显著成绩。

评价带压开采安全的标准是突水系数。20世纪60年代由煤炭工业组织的焦作会战提出的突水系数是

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中：P——水压值（MPa）；

M——隔水层厚度（m）。

20世纪70年代煤炭科学研究总院西安分院和其他有关单位对上式所表示的突水系数进行了修正，提出以下突水系数公式：

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中：Cp——采动后底板导水破坏深度（m），其他符号同前。

该公式1984年5月由煤炭工业部正式批准作为矿井水文地质规程防治底板突水的依据，并于1986年写入“煤矿防治水工作条例（试行）中”。

突水系数在以往的应用中取得了显著成效，解放了受水害威胁的大量煤炭资源，特别是在突水可能性分区上已有了较为明确的界限值，所以在评价郑煤集团各煤矿二1煤带压开采时，我们采用了煤炭科学研究总院西安分院提出的公式。

就整个华北型煤田而言，关于底板奥陶系灰岩突水可能性分区问题，可以考虑以下方案：

Ⅰ区：奥陶系灰岩承压水面以上的地区；

Ⅱ区：奥陶系灰岩承压水面以下，但突水系数Ts＜0.06MPa/m；

Ⅲ区：突水系数Ts介于0.06～0.15MPa/m的地区；

Ⅳ区：突水系数Ts＞0.15MPa/m的地区。

Ⅰ区不存在底板奥陶系灰岩突水问题；Ⅱ区为可能发生底板突水危险地区，应在加强矿井防治水工作的情况下进行带压开采；Ⅲ区发生底板突水危险较大，仅在构造简单的地段采取可靠安全技术措施后才可进行带压开采；Ⅳ区是发生底板突水最危险的地段，底板突水是不可避免的，只有在采取疏水降压把突水系数Ts减小到0.15MPa/m以下才能实施带压开采。

按照以上公式，我们初步计算了奥陶系灰岩含水层对二1煤层的突水系数。结果显示，本井田内存在突水系数超过临界突水系数，需要进行底板水防治和底板改造。

为了在本井田实施带压开采技术，必须做好以下工作：

1）把防治水工作的重点放在二1煤层顶板砂岩水和底板奥陶系灰岩水上，采用综合物探、化探和钻探等各种手段，查明陷落柱、断层和裂隙密集带等，以及固井质量差的废旧钻孔；并采用留设防水煤柱或底板加固等手段对地质异常体进行改造，做到采煤工作面底板不出水或不出大水，以节约排水费用，保护水资源和生态环境。

2）根据涌水量预测结果，适当加大矿井和采煤工作面排水能力，以防不测。

3）发展突水预测预报技术。实现突水预测预报的可视化和适时化，建立水害预警系统，推进矿井防治水信息系统集成。

4）在采掘过程中为防治底板出现灾害性突水，应坚持先探后掘、先探后采和先注浆后掘进、先注浆后回采的技术原则。为了节约工程量和保证安全，在采取钻探、物探、化探等综合手段时，应坚持物化探先行、钻探验证的技术方法，以杜绝采掘巷道误揭陷落柱和落差大的断层。

5）关于避灾路线和通讯联系。在有突水危险，尤其是有大危险突水的地区，安全畅通的避灾路线是保证不发生人员伤亡的有效途径。同时应具备畅通的通讯联系，以达到及时将井下的情况迅速报告和将调度命令传达到每一个井下工作人员的目的。

6）矿井防治水工作管理。煤矿设专门负责矿井防治水领导小组，配备探水钻和专职探水组。严格地讲没有征兆的突水是不存在的，所以每个生产班应设水情观测员负责水文地质资料收集和突水前兆观测。

2.中间指示层

为了研究奥陶系灰岩含水层与太原组薄层灰岩的水力联系，在带压开采工作面各布置了一个中间层地下水动态监测孔，本规划还要求在今后设计的每一个采面中，至少应布置一个中间层地下水动态监测孔。终孔层位在L1-4薄层灰岩底面。

3.煤层底板注浆加固改造

应根据物探及钻探探测结果，分析煤层底板的实际情况，对煤层底板存在垂向越导通道的区段，进行注浆加固，以防堵为主，确定注浆层位。注浆层位可以是奥陶系灰岩顶部含水层、薄层灰岩含水层和隔水层中的可注层位及构造薄弱带。目前焦作和肥城等大水矿区已成功地在九里山、韩王等多个矿区实施底板注浆加固改造，取得了巨大经济效益。

应对准备注浆加固的工作区编制专门设计方案，其中包括注浆层位、注浆孔布置、注浆方法、注浆系统和注浆工艺等。

4.疏干降压

疏干降压一般应在主要充水含水层（薄层灰岩含水层）中进行。可以采用疏干钻孔、疏干巷道等。对于郑煤集团各矿井，由于煤层下部的L7，L8灰岩处于煤层底板采动破坏带内，由于采动裂隙的存在，L7，L8灰岩水势必通过采动裂隙进入回采空间，增大工作面的涌水量，在个别富水区段还可能引起涌水量过大而影响生产，因此，应对L7，L8灰岩进行超前疏干降压，减少其对工作面回采的影响。准备实施疏干降压的矿井，应进行数值模拟计算，以确定疏干漏斗和疏干水量的变化。

疏干降压应编写专门设计，内容包括疏干降压工程布置，疏干降压计算结果以及疏干降压的安全措施等。

（二）顶板砂岩水控制技术

1.顶板砂岩富水性探测

由于在不同岩石所组成的地质体中，岩石的含水性对其相对电阻率有较大的影响，含水地层具有相对电阻率较低的物性特点，且含水程度的差异与地层电阻率的变化幅度相对应，所以，通常采用电磁探测技术测量地下地质体中的电性分布规律进而达到探查矿区导含水地质体的分布及其导含水条件。这种对地层电性参数的获取是三维地震等弹性探测方法所不能及的。

在工作面形成以前，应首先在地表进行瞬变电磁法勘探，探查顶板砂岩的富水性。

在采煤工作面形成后，直流电法在下巷中进行，而音频电穿透则需同时在上巷和下巷中进行。直流电法对地质异常体在垂向上的分布分辨比较清晰，而音频电穿透法对地质异常体的位置分辨比较清晰，因此两者结合可以取得满意的效果。

（1）音频电穿透法

音频电穿透法是利用电磁波在介质中传播时，其电流强度随介质层电阻率的大小而有规律变化的特征，进而计算出穿透各点的视电阻率相对关系，做出反映探测区域富水性强的等视电阻率平面等值线图，并可结合具体水文地质条件推断出顶底板含水体的性质、富水性大小、空间形态及分布范围，为防治水工作提供依据。该方法的主要用途如下：

1）采煤工作面底板下100m内富水区域探测；

2）采煤工作面顶板100m内富水范围探测；

3）工作面内老窑分布范围探测；

本规划选用这种方法探测井下工作面隐伏含水断层、破坏带和裂隙带空间位置及其赋水性变化。

（2）井下直流电法

井下直流电法主要用于巷道顶底板探查，工作面顶板探查和掘进堵头超前探测。具体解决以下问题。

1）巷道顶底板探查：①利用现有的巷道工作，探查深度可达100m，可探测含水层深度，局部富水体深度范围、导升高度及沿巷道方向分布宽度；②提供沿巷道方向垂向电阻率切片剖面，用于解释工作面巷道底板100m深度内的含水、导水体，潜在的突水通道、底板隔水厚度、含水层厚度、含水层原始导升高度；③要求巷道内无大范围积水。

2）工作面顶底板探查：①改变工作方法利用巷道侧壁可以探测工作面内的隐伏含水构造；②利用多条巷道（上巷、下巷、切眼等）的数据进行立体成图——对工作面底板不同深度进行类似“CT”成像的断面、平面切片，分离出电法含水异常区域，得到视电阻率异常断面图、平面图，进行立体解释。

3）掘进堵头超前探查：①利用巷道超前探测使用三极空间交会探测法，可以预测堵头前方80m范围内存在的导、含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老窑巷道），提供前方80m范围内岩石的视电阻率变化信息；②异常为相对异常，可以肯定解释正常区不会存在突水或出水的危险，解释的异常区不能肯定一定出水；③预测堵头的后方必须有不小于前方探测深度的施工空间；④智能傻瓜化资料处理，容易掌握使用。

2.采动三带的探测

煤层顶板采动三带的探测采用水文地质钻孔观测法和物探方法结合的探测方法。

（1）水文地质钻孔观测法

水文地质钻孔观测法的实质是在采空区地面布置一定数量的观测钻孔，在钻进过程中测定钻孔冲洗液的漏失量、钻孔水位变化，并记录各种异常现象，经综合分析确定垮落带和断裂带的最大高度及破坏特征。

1）观测内容和方法：①钻孔冲洗液漏失量观测。冲洗液漏失量是指钻进单位时间或单位进尺冲洗液的漏失量。通过对钻孔中冲洗液漏失量的观测，可以确定断裂带的顶点以及了解垮落带和断裂带内覆岩的破坏特征。冲洗液漏失量的测定方法有两种：一是使用流量表观测，另一种是测定水池中水量的变化。②钻孔水位观测。在钻孔冲洗液正常循环过程中以及冲洗液完全漏失前，应对钻孔中的水位变化进行观测，这也是确定断裂带顶点和覆岩破坏的重要标志。③钻孔冲洗液循环中断状况观测。此时应记录钻孔深度和钻孔冲洗液循环中断的时间。④记录钻进过程中的异常现象。在钻进过程中，及时记录掉钻、卡钻及钻具振动等异常现象，此外还应注意有无吸风或瓦斯涌出现象。

2）观测结果的分析整理。导水裂缝带高度主要是根据钻孔冲洗液消耗量和钻孔水位观测等结果加以确定，垮落带高度则主要是根据钻进异常现象加以确定。各观测钻孔一般均在第四系下套管止水后开始观测，一般可分为3种类型，其一是从某一孔深位置开始，钻孔冲洗液消耗量明显增大，孔内水位显著下降，而且向下钻进时继续保持这种趋势，直至钻孔冲洗液全部漏失，孔内水位很低或无水；其二则是从某一孔深位置开始，钻孔冲洗液突然全部漏失，孔内水位很低或无水；其三是导水裂缝带顶界以上的岩层程度不同地出现钻孔冲洗液全部漏失现象，甚至同时伴有孔内水位很低或无水现象。位于浅部区且岩柱尺寸较小的钻孔一般均属前两种类型，而位于深部区及岩柱尺寸较大的钻孔一般则属后一种类型。钻孔冲洗液法具有简单、易操作、可靠、实用、观测数据较能反映实际导水情况等优点，是获取冒落带和导水裂缝带高度及特征的基本方法。

i.裂隙带顶点的确定。有下列情况之一时，即可认为进入了裂缝带：①若岩体的原始渗透性较差，当钻孔的冲洗液漏失量显著增加，即大于1L/min或0.1L/s·m时；②钻孔水位显著降低，水位下降速度加快，甚至无水时；③岩心有纵向裂缝及轻微吸风现象时。

ii.垮落带顶点的确定。钻孔进入垮落带以前，冲洗液早已完全漏失，孔内无水。此时应根据钻进中的异常现象及岩心破碎情况来确定垮落带的顶点。

iii.垮落带和导水裂缝带高度的确定。垮落带和导水裂缝带的高度，分别等于钻孔孔口至煤层的垂直距离减去垮落带和裂缝带起始点的钻孔孔深。考虑到垮落带和裂缝带内覆岩的压缩量，因此有

H垮=H-h1+W

H导=H-h2+W

式中：H——钻孔孔口至煤层顶面的垂直距离（m）；

h1——垮落带起始点至钻孔孔口的垂直距离（m）；

h2——裂缝带起始点至钻孔孔口的垂直距离（m）；

W——垮落带和裂缝带内覆岩的压缩量，相当于打钻过程中地表点的下沉值（m）。

3）钻孔的孔位、孔径、孔数及施工时间。钻孔孔数一般以5个为宜，分布布置在采空区地面沿煤层走向和倾向主断面上，每个主断面上布置3个钻孔，其中一个位于两个主断面的交点上，钻孔位置应选在能获得垮落带和裂缝带的最大高度的地方，走向主断面上钻孔应位于距开切眼30～50m、距停采线20～30m的采空区内，倾向断面上采空区中央应布置一观测钻孔，其余两个钻孔应设在距回风巷和运输巷3～5m的采空区一侧地表。钻孔孔径一般为91mm。

（2）形变-电阻率探测法

1）基本原理。岩体的电阻率大小不仅取决于岩性，还与岩体中的裂隙大小、裂隙数量及充水程度密切相关。地下煤层采出后，上覆岩体遭受破坏，裂隙增多，阻碍了电流传导，导致电阻率增大。但若裂隙内充水，因水的导电性能优于岩体，电阻率便相应降低。因此，对比开采前后岩体电阻率的变化规律，就可探测出覆岩的破坏高度和破坏形态。

2）观测方法。首先，在某一固定点上测量岩体电阻率随深度的变化，以确定岩体的破坏高度。固定O点，对称地打入A1B1及M1N1电极，M1N1的距离一般可取为A1B1距离的1/30～1/3。通过测量电流及电位差，即可计算出探测高度为A1B1/2时的视电阻率ρs1。加大供电极距到A2B2，测量电极距按比例扩大至M2N2，获得探测深度为A2B2/2时的视电阻率ρs2。依此进行，即可得出视电阻率ρa随探测深度的变化曲线。实际上真正的探测深度H与供电极距AB具有如下关系：

郑州煤矿区水害防治规划研究

式中换算系数K因地而异，可依实测资料反演得出。

之后，固定某一探测深度H，测量岩体视电阻率ρa随某一剖面的变化。对比开采之后视电阻率的变化情况，则可确定出覆岩的破坏高度和沿某剖面覆岩的破坏形态。钻孔冲洗液消耗量观测法（简称为钻孔冲洗液法）是通过直接测定钻进过程中的钻孔冲洗液消耗量、钻孔水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风、岩心观察及地质描述等资料来综合判定垮落带和导水裂缝带高度及其破坏特征的一种方法。

3.顶板砂岩水的预疏放

对顶板砂岩水进行预疏放为工作面回采大幅度降低水压，以防顶板冒落时大流量突水冲溃工作面，减少工作面涌水对回采的影响。一般采取两种形式：

1）顶板疏放钻孔。在用物探手段查明顶板富水区的前提下，为了减少顶板砂岩水对回采的影响，探明工作面顶板上方岩层赋水状况，对二1煤顶板上覆含水层进行预疏放，对顶板砂岩水提前疏水降压，降低由于顶板冒落引起顶板水集中涌入工作面的峰值强度，消除或减弱工作面回采时砂岩水对开采的威胁。在工作面上巷施工放水钻孔，将顶板砂岩水相对集中的涌水方式改为相对分散的、循序渐进的逐段放水方式。分析水文地质条件，调查矿井裂隙发育方向，提高单个钻孔放水效率，扩大放水区域，减少放水孔数量。为获得顶板砂岩资料，将放水钻孔水文地质条件探测分解消化于逐段放水之中。

2）疏水巷。当放水钻孔对顶板砂岩含水层疏放效果不理想时，可以在适当地段修建疏水巷道，该巷道应与顶板砂岩径流方向垂直，尽可能切穿顶板砂岩裂隙，以达到最佳的放水效果。通过疏水巷道对工作面顶板砂岩含水层的袭夺，形成以疏水巷道为中心的降落漏斗，达到减少工作面涌水的目的。

4.排水措施

由于煤层顶板主要为数百米的砂岩弱含水层，含水性虽然较弱，但存在局部强含水段。采用放顶煤工艺后，顶板破坏加大，导水裂隙发育向上延伸可达百米以上，上下沟通多个含水段。采煤后随着顶板垮落，上覆砂岩水多从老塘以老塘水形式涌出，老塘水受到堵塞时积聚，当压力升高超过临界值时突然涌出，危害严重，因此需考虑对涌水采取排水措施。

（1）采空区埋设花管

为了将采空区积水引出采空区，可预先在采空区每隔20m设置一根花管，沿下巷向上巷布置，花管长100m左右。将采空区水引至下巷排出。需要说明的是由于二1煤较软，因此并不能完全将涌水排除，该花管只能减少涌水在采空区的积聚，减小大量积水对工作面生产的危害。

（2）施工泄水巷

1）专用泄水巷。专用泄水巷在工作面下巷北侧，距离下巷约5m，在煤层底板下的细砂岩中修建，泄水巷涌水采用自流形式。每隔50m施工一条联络巷，或在低凹地段设置联络巷，将工作面涌水排除，这样可以在水量较大的情况下仍不影响生产。

2）施工双下巷。在距离工作面下巷约20m处再施工一条巷道，该巷道对工作面可以作为泄水巷，可以将工作面涌水排出，同时该巷道也可以作为相邻工作面的上巷。每隔50m设一条联络巷，以保证工作面涌水顺利进入泄水巷。缺点是增加了掘进巷道，同时增加了维护费用。