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      水文地質(zhì)條件極復雜工作面水害探查與治理技術(shù)研究

      2017-02-17 16:32:34衛(wèi)皓皓

      衛(wèi)皓皓

      摘 要:辛安礦是峰峰礦區(qū)一個水文地質(zhì)條件極復雜型的礦井,目前主要開采-500m水平的2#煤層。曾于2010年、2011年發(fā)生兩起特大型奧灰水突水事故,導致-500m水平被淹,損失巨大。2012年年底,礦井在準備復產(chǎn)的第一個工作面(112121工作面)掘進時,又發(fā)現(xiàn)該工作面底板相對富水區(qū)面積占工作面設計開采面積的近二分之一,工作面內(nèi)存在隱伏垂向?qū)ǖ?,通道形式等情況不明。在初步探查中,又發(fā)現(xiàn)已有鉆探地點巖體破碎,鉆孔固管及成孔困難,井下探查工作緩慢。為確保礦井安全,并做到工作面按期銜接,開展了防治水技術(shù)攻堅和工程會戰(zhàn)

      關鍵詞:水文地質(zhì)條件;極復雜;水害探查治理

      中圖分類號: P641.4 文獻標識碼: A 文章編號: 1673-1069(2017)04-79-2

      1 礦井概況

      辛安礦布置有四個水平:+32m水平、-100m水平、-280m水平和-500m水平,現(xiàn)主要生產(chǎn)水平為-280m水平和-500m水平,采用走向長壁后退式輕型綜采放頂煤工藝采煤方法,頂板管理為全部跨落法。

      2 112121工作面水文地質(zhì)條件概況

      ①112123老空水。112123老空水通過216軌道下山泄水孔組長期疏放,目前穩(wěn)定在-560米水平,其動水量1.0m3/min,水源為8411鉆孔。對工作面的安全開采不會造成太大影響。②工作面上覆60米頂板內(nèi)的砂巖弱含水層水。按照規(guī)程規(guī)定取煤厚4.5米、中硬質(zhì)覆巖巖性計算,工作面采動引起頂板采動裂縫帶發(fā)育高度在60米以內(nèi)。根據(jù)地質(zhì)條件工作面頂板采動裂縫帶內(nèi)共有兩層砂巖弱含水層,112123工作面開采中就已經(jīng)基本疏干。③野青石灰?guī)r含水層。層厚2.5~3.0米,為承壓溶隙裂隙含水層,位于工作面底板以下36~47米。工作面附近,-500水平外水倉巷道揭露野青含水層點,多年以來以0.5m3/min的水量長期疏放野青水,目前,其水位在-475米以下。單孔實測水溫19.5~21.5℃之間。④山伏青石灰?guī)r含水層。層厚3.5~5.5米,為承壓巖溶裂隙含水層,位于里工作面底板以下80~84米。有XD5、XD6、XSH2、8411等水文鉆孔揭露山伏青含水層,多年來,它們以約0.8 m3/min的水量長期疏放水,目前水位在-80米。水溫20.0~22.1℃之間,礦化度230~850mg/l,水質(zhì)類型屬HCO3·SO4-Na 或SO4·HCO3-Na型水。⑤大青石灰?guī)r含水層。層厚5.5~7.0米,為承壓巖溶裂隙含水層,位于里工作面底板以下114.5~126米。自2009年7月2123工作面揭露8411鉆孔以來,工作面所在區(qū)域大青含水層水就處在長期疏水降壓狀態(tài),疏放水量約0.8m3/min,目前其水位在-192~-42米之間。水溫23.0℃,礦化度334~486㎎/l,水質(zhì)類型屬HCO3·SO4-Na型水。⑥陶系石灰?guī)r含水層。為石炭二疊系煤系地層的基底,是一區(qū)域性、巨厚、承壓、巖溶裂隙強含水層,位于工作面底板以下150米。

      3 112121工作面存在的主要水害問題

      ①掘進前工作面內(nèi)沒有巷探工程,且區(qū)內(nèi)煤巖層傾角較大,對隱伏斷層的分析判斷有一定的不可靠性。②8411、XSH4等七個地質(zhì)、水文地質(zhì)鉆孔都位于工作面外圍,工作面內(nèi)部沒有水文地質(zhì)鉆孔。

      4 水害探查與治理技術(shù)方法

      ①目標。通過對工作面進行,綜合探查和注漿改造加固底板,查清工作面水文地質(zhì)條件,實現(xiàn)工作面無水害安全開采。②原則。依照“物探指導、鉆探超前、查治結(jié)合、改造薄灰、適量加固”的原則,以查清隱伏斷層(含導水裂隙帶、陷落柱)、查清工作面正下方含水層具體水文地質(zhì)特征。③路線。施工探查孔→進行疏放水試驗→查明含水層富水性和水力聯(lián)系→進行注漿加固(改造含水層和加固隔水層)→施工檢查孔→進行采前綜合評價→實現(xiàn)安全開采。④工程設計。a利用現(xiàn)有巷道對工作面運料巷進行超前物探,探測的范圍是“整條運料巷及其兩側(cè)各60米范圍以內(nèi)、工作面底板下80米以淺”區(qū)域。b分井上、井下同時施工鉆孔,開展全工作面的水文地質(zhì)條件查證及相關治理工作。井上主要是探查工作面底板80米以下(即伏青石灰?guī)r層位以下)地層條件,重點是其中大青、奧灰兩石灰?guī)r含水層特征,同時進行注漿治理等相關工作。井下主要是探查工作面底板80米以淺(即伏青石灰?guī)r層位以上)地層條件,重點是其中野青、山伏青兩石灰?guī)r含水層特征,同時進行注漿治理等相關工作。c工作面形成后進行瞬變電磁和無線電坑道透視兩種探測,進一步探查區(qū)域有無隱伏構(gòu)造(陷落柱)及其含(導)水性、山伏青野青含水層有無富水區(qū)域、地層的完整性等,如有異常,繼續(xù)進行鉆探驗證和注漿治理等相關工作。⑤完成的工程。2121工作面防治水工作井下于2012年12月開始,地面于2013年4月開始,截至2014年1月,累計完成鉆孔125個,鉆探進尺23700米,注水泥11194噸,累計資金2357.1萬元。其中,井下完成鉆孔111個,鉆探進尺19552米,注水泥4470噸。地面完成鉆孔14個,鉆探進尺4148米,注水泥6724噸。

      工作面里段(切眼往外300米)治理已結(jié)束,且完成采前評價并報集團公司審批,工作面里段正在進行回采。

      5 水害探查與治理取得的成果

      5.1 查明并封堵了主要導水通道

      通過施工探查孔,查明了工作面主要導水通道:工作面外段的f2斷層,該斷層為山伏青與大青、大青與奧灰含水層間的垂向水力聯(lián)系通道。通過井下和地面鉆孔同時對f2斷層時行注漿加固,已經(jīng)基本上切斷了山伏青與大青含水層之間水力聯(lián)系,大青與奧灰含水層間的水力聯(lián)系也得到了進一步弱化。下伏野青、山伏青、大青含水層都得到了弱化改造,富水性都大為降低,達到了改造目的。

      5.2 含水層特征已查明,并且已經(jīng)得到有效治理改造

      ①野青含水層富水性和獲得補給的能力較弱,野青水中多含硫化氫氣體,處于停滯徑流狀態(tài)。經(jīng)過注漿改造,野青含水層富水性又得到了進一步弱化。②山伏青含水層水以靜儲水為主,山伏青含水層層內(nèi)水力連通性較好,但富水性和獲得補給的能力較弱,且隨著注漿改造變得更弱。經(jīng)過近期疏放水和注漿改造,其水位已經(jīng)由元月份以前的-240~-300米下降到目前的-350~-460米。③大青含水層層內(nèi)水力連通性較好,但富水性和獲得補給(主要是奧灰水)的能力較弱,它與山伏青含水層之間水力聯(lián)系不密切。其裂隙發(fā)育程度和富水性較野青、山伏青含水層好,是良好的注漿改造目的層。④本區(qū)奧灰頂部古風化殼多被充填,富水性較差,可視為相對隔水層。另外,各鉆孔施工中未發(fā)現(xiàn)奧灰水有原始導高現(xiàn)象。

      5.3 隔水層得到了加固,大面積富水區(qū)水位大幅度下降

      在對含水層進行注漿改造的同時,也對隔水層進行了加固,工作面內(nèi)施工的高密度的鉆孔和高壓注漿,對底板隔水層的完整性和整體阻隔水能力有了較大的提高。

      5.4 工作面開采安全性評價

      方法一:依照《煤礦防治水規(guī)定》附錄四,計算出治理后里工作面底板隔水層能夠承受的最小水壓力(H安)和實際承受的最大水壓力(H實),相應對比表兩者的大小,可以發(fā)現(xiàn),無論對底板哪一個含水層的隔水層都有H安始終大于H實,所以,據(jù)此判斷里工作面開采后底板各含水層水突然涌出的可能性都小。(參見表1)

      方法二:底板伏青煤以上厚約80米的隔水層經(jīng)過33個鉆孔水泥注漿加固,變得更加完整,阻水能力進一步加強,其突水系數(shù)按0.1MPa/m計算,僅這80米厚的隔水層就可以承受8.0MPa的水壓力,這比里工作面底板隔水層實際承受的大青水最大水壓力(參見表1,640mH2O=6.23MPa)大。里工作面底板隔水層實際承受的奧灰水最大水壓力為8.1MPa(參見表1,827mH2O=8.1 MPa)因而,據(jù)此推斷里工作面開采后底板大青、奧灰兩主要含水層水突然涌出的可能性都小。

      綜合分析表明:工作面內(nèi)隔水層相對完整阻隔水能力強,底板各隔水層能夠承受的最小水壓力(H安)均大于相應實際承受的最大水壓力(H實),開采后底板各含水層水突然涌出的可能性都小,可以進行帶壓開采。

      6 結(jié)語

      針對水文地質(zhì)條件極復雜工作面,堅持“預測預報、逢掘必探(鉆)、先探后掘、先治后采(掘)、采前評價”的防治水原則,加強地質(zhì)構(gòu)造勘探工作,采取多種物探手段、方法和鉆探驗證、底板注漿加固手段,完全可以實現(xiàn)無水害安全開采。

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