矿井防水技术及施工实施要点

矿井防水技术及施工实施要点矿井作为地下资源开发的核心载体，水害始终是威胁安全生产、制约开采效率的关键隐患。尤其是在深部开采、复杂地质条件下，含水层突水、老空水溃入等事故不仅会造成设备损毁、生产停滞，更可能引发人员伤亡与生态环境破坏。因此，系统掌握矿井防水技术、严格落实施工实施要点，是实现矿井安全高效开采的核心保障。本文结合现场实践与技术规范，从水害成因分析入手，梳理主流防水技术的应用逻辑，并对施工全流程的关键要点进行剖析，为矿井防水工程提供兼具理论性与实操性的参考。一、矿井水害的危害与成因分析（一）水害的核心危害矿井水害的危害具有“突发性、破坏性、连锁性”特征：突水事故瞬间形成的高压水流会冲毁巷道支护、淹没采掘工作面，造成设备报废与生产中断；长期的淋水、渗水会软化煤岩体，诱发片帮、冒顶等次生灾害；若水体携带有毒有害成分（如老空区的酸性水、含硫化氢水），还会污染井下环境，威胁作业人员健康；从生态维度看，不合理的防水措施可能破坏区域地下水循环，引发地表沉降、植被退化等问题。（二）水害的主要成因1.地质赋存因素煤系地层常与多层含水层（如松散孔隙含水层、砂岩裂隙含水层、岩溶含水层）伴生，断层、裂隙带作为天然导水通道，会使不同含水层的水导通，形成高压富水区域。例如，华北型煤田的奥陶纪灰岩含水层，水压可达数兆帕，一旦与采掘空间沟通，极易引发大规模突水。2.人为工程因素采掘活动破坏煤岩体原始应力平衡，会导通隐伏导水构造；老空区积水未被探明时，巷道掘进易误穿积水区，引发溃水事故；防水煤柱留设不足、井巷防水结构施工质量缺陷（如混凝土浇筑不密实、止水带安装偏差），也会导致水害隐患长期存在。二、矿井主流防水技术及应用原理矿井防水技术需遵循“预防为主、治理为辅、因地制宜”的原则，根据水害类型、地质条件选择针对性措施，核心技术体系包括以下几类：（一）超前探放水技术通过钻探、物探手段提前查明采掘工作面周边的水情（含水层位置、富水性、水压），并通过钻孔主动疏放积水，消除突水威胁。适用场景：巷道掘进接近老空区、断层带或可疑富水区时。技术要点：钻孔布置需覆盖巷道前方及两帮一定范围（如超前距不小于20m，帮距不小于5m），排水系统需具备足够的流量与扬程（通常按预计涌水量的1.5~2倍设计），并设置多级沉淀池净化水质，避免直接排放污染环境。（二）帷幕注浆堵水技术在巷道外围或井田边界施工注浆钻孔，向地层注入水泥-水玻璃双液浆、超细水泥浆等材料，形成连续的注浆帷幕，阻断含水层与采掘空间的水力联系。适用场景：含水层富水性强、水压高，且巷道需长期穿越富水区时（如井筒穿过强含水层、巷道揭露岩溶裂隙水）。技术原理：注浆材料在压力作用下填充地层孔隙、裂隙，形成低渗透性的结石体，使原含水层的水流路径被截断，水压无法传递至井下。（三）疏水降压技术通过布置长期疏水钻孔，将含水层水位降至安全开采标高以下，使煤岩体处于“无水压”或“低压”状态，消除突水动力。适用场景：针对受承压水威胁的煤层（如底板承压水、顶板砂岩水）。实施要点：疏水钻孔需布置在含水层富水中心或导水通道上，钻孔间距、深度需通过水文地质计算确定（如根据泰斯公式计算井群干扰抽水效果），并建立实时水位监测系统，确保水位稳定在安全值以下。（四）井巷防水结构技术在井巷关键部位（如井筒壁座、巷道交岔点、硐室）设置防水混凝土结构、止水带、注浆管等，阻断水的渗透路径。典型构造：井筒采用“钢筋混凝土+外层注浆帷幕”复合防水结构，变形缝处设置中埋式止水带与背贴式止水带；巷道穿越含水层段采用“锚喷支护+防水板+二次衬砌”的复合衬砌，施工时需保证防水板的搭接宽度（不小于15cm）与焊接质量。（五）防水煤柱留设技术根据含水层水压、煤岩体强度，计算并留设足够宽度的煤柱，阻隔采动影响与含水层的水力联系。计算依据：采用“压力平衡法”或“经验公式法”，考虑煤柱的抗压强度、含水层水压、煤柱受采动影响的应力集中系数等参数，确保煤柱的抗水压能力大于实际水压。三、矿井防水工程施工实施要点防水工程的效果取决于“勘察精度、方案设计、工艺控制、质量管控”的全流程管理，以下是各环节的核心要点：（一）前期水文地质勘察需采用“物探+化探+钻探”的综合勘察方法，明确水害隐患的空间分布：物探（如瞬变电磁法、直流电法）快速圈定富水异常区，确定勘探靶区；化探（如水中氡气、微量元素分析）辅助判断水体的补给来源与径流方向；钻探（取芯钻孔、水文孔）验证物探结果，测定含水层的富水性、水压、渗透系数，为技术方案提供参数支撑。（二）防水方案设计方案需结合水害类型、地质条件、开采规划，做到“一矿一策、一面一策”：针对老空水威胁，优先采用超前探放水，设计钻孔时需考虑老空区的积水量、积水范围（通过三维激光扫描或井下钻探确定）；针对岩溶裂隙水，采用帷幕注浆时，需计算注浆帷幕的厚度、注浆压力（通常为含水层水压的1.5~2倍），并模拟注浆扩散半径（如采用数值模拟软件预测浆液扩散范围）；方案需包含“技术参数、施工流程、质量标准、应急预案”，确保施工有章可循。（三）施工工艺控制不同防水技术的施工工艺差异显著，需重点把控关键工序：注浆施工：注浆材料需进行配比试验（如水泥-水玻璃浆的凝胶时间需控制在30~60s，以适应快速堵水需求）；钻孔施工需采用“跟管钻进”或“套管护壁”，防止孔壁坍塌；注浆过程需实时监测压力、流量，采用“间歇注浆”“分段注浆”等工艺，避免注浆压力骤升导致地层劈裂；探放水施工：钻孔施工前需安装孔口管（管径不小于108mm，长度不小于8m），并进行耐压试验（压力不低于设计水压的1.5倍）；排水管路需采用法兰连接，设置逆止阀与放水闸门，防止水倒流；防水结构施工：防水混凝土的抗渗等级需≥P8（针对强水压区域需提高至P12），骨料需采用洁净的碎石、中粗砂，水泥宜选用低热硅酸盐水泥；止水带安装需居中、无褶皱，固定点间距不大于50cm，避免浇筑时移位。（四）质量控制措施质量控制贯穿施工全过程，需建立“材料检验、过程监测、效果验证”体系：材料检验：注浆材料的强度、凝胶时间，防水混凝土的配合比、抗渗性能，止水带的拉伸强度、断裂伸长率等需符合设计要求，进场时需抽样送检；过程监测：注浆时采用压力传感器、流量计实时记录参数，防水结构施工时采用超声波探伤仪检测混凝土密实度，钻孔施工时采用测斜仪监测孔斜（确保钻孔偏斜率≤1%）；效果验证：帷幕注浆后需进行压水试验（透水率≤3Lu为合格），探放水后需验证积水是否疏干（通过水位监测孔或物探复查），防水结构施工后需进行淋水试验（持续24h无渗漏为合格）。（五）施工安全管理防水施工涉及高压注浆、井下排水、有限空间作业等风险，需强化安全管控：注浆作业时，注浆泵、管路需固定牢固，作业人员需佩戴防护眼镜、胶靴，防止浆液喷溅；探放水时，需在钻孔口设置警戒，派专人监测水压、水量变化，发现异常立即撤人；井下注浆需检测有害气体（如硫化氢、一氧化碳），采用局部通风机通风，确保作业环境安全。四、质量控制与应急管理体系（一）质量追溯与持续改进建立防水工程质量台账，记录“材料使用、施工参数、检测结果”，便于后期追溯；定期组织技术复盘，分析施工中的问题（如注浆跑浆、防水结构渗漏），优化工艺参数与施工方案。（二）应急管理机制制定《矿井突水应急预案》，明确“预警指标、响应流程、救援措施”：预警指标：井下涌水量突然增大、水压骤升、煤壁渗水发潮等异常现象；响应流程：发现异常后，现场人员立即撤至安全区域，调度室启动应急预案，通知救援队伍、医疗组待命；救援措施：启用备用排水系统（排水能力需满足最大涌水量的2倍），采用“堵排结合”的方式控制水情，必要时启动地面注浆加固或井下降压措施。五、工程案例与经验总结以某煤矿井筒穿越奥陶纪灰岩含水层为例：该井筒需穿过厚约50m的强富水灰岩，水压达4.5MPa。采用“地面预注浆+井壁后注浆”的复合防水方案：地面预注浆：施工6个注浆孔，孔深穿过灰岩含水层，注入水泥-水玻璃双液浆，形成厚度约15m的注浆帷幕，压水试验透水率≤1Lu；井壁后注浆：井筒掘砌时，在井壁预埋注浆管，掘砌完成后对井壁与围岩间的空隙注浆，补充封堵微小裂隙；实施效果：井筒建成后，井壁淋水量≤5m³/h，满足安全开采要求。经验启示：复杂地质条件下的防水工程需“超前规划、多技术协同、全过程管控”，地面预注浆与井壁后注浆的结合可有效解决深层含水层的突水威胁；施工前的水文地质勘察精度直接决定方案的有效性，需投入足够的勘察资源。结语矿井防水技术是一项系统性工程，需立足水文地质条件，融合“探、堵