下組煤帶壓開采水文地質(zhì)分析及防治水探究

王 真 真

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

下組煤帶壓開采水文地質(zhì)分析及防治水探究

王 真 真

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

針對(duì)下組煤帶壓開采水文地質(zhì)分析及防治水開展探究，結(jié)合具體工程實(shí)際，在分析礦井含水層特性的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析生產(chǎn)不同時(shí)期相應(yīng)的防治水舉措，希望能夠?yàn)槠渌V井的安全生產(chǎn)提供有效的借鑒與參考。

下組煤，帶壓開采，水文地質(zhì)分析，防治水

0 引言

華北地區(qū)下組煤層的開采往往均受到承壓奧灰水的影響，面對(duì)這一問(wèn)題預(yù)先針對(duì)開采區(qū)域煤層水文地質(zhì)狀況進(jìn)行全面有效的探測(cè)分析，從而制定具有針對(duì)性的防治水措施，是確保生產(chǎn)作業(yè)安全、高效開展的必然選擇，對(duì)于實(shí)現(xiàn)下組煤的有效開采和提升礦井經(jīng)濟(jì)效益具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概述

某礦為年生產(chǎn)能力150萬(wàn)t的大型礦井，主采煤層為9號(hào)下組煤層，煤層上部為奧灰水含水層，可直接接受大氣降水補(bǔ)充，雨季全區(qū)補(bǔ)給量每小時(shí)可超過(guò)6 m3。借由物探勘測(cè)、井下放水試驗(yàn)及水質(zhì)化驗(yàn)等多種手段的綜合探究，奧灰水含水層具備下述幾點(diǎn)特性：

1)放水試驗(yàn)中，井下各觀測(cè)孔水文均出現(xiàn)一定下降，特別是井下北翼采區(qū)進(jìn)行放水時(shí)，南翼采區(qū)絕大部分區(qū)域奧灰水觀測(cè)孔均出現(xiàn)下降現(xiàn)象，這說(shuō)明下組煤采區(qū)奧灰水介質(zhì)同井田為統(tǒng)一的整體。

2)井下布設(shè)的10個(gè)奧灰水鉆孔，超過(guò)70%的鉆孔涌水量低于100 m3/h，其中涌水量最小的鉆孔僅僅為2.36 m3/h。這相較于周邊富水礦區(qū)奧灰水涌出量明顯偏低。

3)由南翼1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)和北翼4號(hào)鉆孔奧灰水涌出量統(tǒng)計(jì)分析(如表1所示)可知，奧灰水含水層在橫縱方向上的富水性存在顯著差異，地層中存在相對(duì)富水區(qū)域；結(jié)合鉆探和抽水分析及水文觀測(cè)可知，礦區(qū)內(nèi)巖溶裂隙多存在于O2f2巖層，屬于主要含水層，是影響下組煤回采作業(yè)安全的主要源頭。

表1 鉆孔奧灰水涌水量統(tǒng)計(jì)分析表 m3/h

4)根據(jù)勘探資料分析，奧灰水地層的單位涌水量介于0.004 2 L/(s·m)～4.413 L/(s·m)之間，滲透系數(shù)介于0.06 m/d～301 m/d之間，鉆孔涌水量最小值為2.02 m3/h，最大不大于580 m3/h，這表明下組煤采區(qū)奧灰水地層富水性分布不均一。

5)依據(jù)地表鉆孔取芯分析，奧灰層頂面巖溶裂隙溶洞充填物屬于黃褐色泥質(zhì)成分，致密且粘性大，同灰?guī)r接觸緊密。這些表明奧灰頂面風(fēng)化殼具備一定的隔水特性。

綜上分析上文所述，下組煤范圍內(nèi)的奧陶系石灰?guī)r含水層富水性同時(shí)存在層段和塊段上的差異，同時(shí)結(jié)合井田內(nèi)奧灰層含水特性，下組煤區(qū)域內(nèi)奧灰層富水性能夠劃分成強(qiáng)、中等及弱三個(gè)富水級(jí)別。其中強(qiáng)富水區(qū)處于淺部露頭及中部斷層帶周邊，伴隨埋深的增加，其富水性逐漸降低。

2 充水水源分析

某礦下組煤開采過(guò)程中的含水層主要為頂板巖溶裂隙承壓含水層、底板奧灰水層和周邊小窯采空積水。其比例示意圖如圖1所示。

1)巖溶裂隙承壓含水層為上部8號(hào)煤層直接底，同9號(hào)煤層間隔12 m，位于開采冒落帶區(qū)域內(nèi)，屬于直接充水含水層。結(jié)合以往觀測(cè)數(shù)據(jù)，可知其水量維持在30 m3/h左右，不過(guò)由于該含水層主要為靜儲(chǔ)量，便于疏排。

2)奧灰水層富水性強(qiáng)，受到井下回采作業(yè)影響，是上覆各含水層潛在的補(bǔ)充源頭和井下充水間接水源，是9號(hào)煤帶壓開采過(guò)程中的主要水患。

3)結(jié)合以往多年涌水觀測(cè)數(shù)據(jù)，9號(hào)煤開采過(guò)程中采空區(qū)積水量在65 m3/h左右，所以采空區(qū)積水屬于下組煤開采中的主要充水源。

3 井下防治水措施分析

3.1巷道掘進(jìn)前防治

在巷道正式掘進(jìn)作業(yè)前首先通過(guò)三維地震法、電磁勘探法等多種物探手段對(duì)待掘進(jìn)區(qū)域的富水狀況進(jìn)行探測(cè)，初步探明富水異常區(qū)域和小煤窯采空區(qū)范圍，對(duì)潛藏的突水水源及災(zāi)害性突水通路進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，構(gòu)建相應(yīng)的應(yīng)急防治措施。同時(shí)，結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)狀況，構(gòu)建完善且合理的排水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)適宜的避災(zāi)線路。

3.2巷道掘進(jìn)時(shí)防治

由于某礦井下組煤處于帶壓環(huán)境，所以其巷道掘進(jìn)作業(yè)也屬于帶壓工作，這就對(duì)掘進(jìn)作業(yè)中的防治水提出更加嚴(yán)格的要求。在掘進(jìn)作業(yè)時(shí)必須依照相關(guān)防治水安全規(guī)定進(jìn)行操作，掘進(jìn)作業(yè)時(shí)伴隨開展超前的全程鉆探和物探作業(yè)，確保預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)有效。依照表2合理留設(shè)超前探測(cè)距離，提前通過(guò)鉆設(shè)鉆孔對(duì)頂板積水進(jìn)行排放，此外在掘進(jìn)作業(yè)的同時(shí)開展水閘強(qiáng)基礎(chǔ)的提前施工，確保在回采面作業(yè)后能夠及時(shí)構(gòu)建水閘墻對(duì)采空區(qū)實(shí)現(xiàn)有效封堵。

表2 鉆孔超前鉆距與配套止水管長(zhǎng)度

3.3作業(yè)面回采前防治

作業(yè)面回采前應(yīng)當(dāng)通過(guò)坑透法、瞬變電磁法、直流電法即音頻透視法等多種技術(shù)，對(duì)回采區(qū)域內(nèi)的斷層及破碎帶范圍加以確定，并探明奧灰水層導(dǎo)升高度。同時(shí)，針對(duì)物探所確定的異常范圍，再通過(guò)鉆探取芯的方法進(jìn)行進(jìn)一步詳實(shí)探明底板水情。假若探明底板內(nèi)存在垂向的奧灰導(dǎo)水構(gòu)造，則必須及時(shí)對(duì)底板進(jìn)行注漿加固，以確保后續(xù)回采作業(yè)的安全。

3.4作業(yè)面回采中和采后防治

鑒于某礦下組煤開采過(guò)程中的水害主要威脅源頭為煤層底板奧灰層巖溶裂隙水，所以，在有效開展回采前的水害防治作業(yè)之外，作業(yè)面回采時(shí)還需要構(gòu)建完善的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)體系，對(duì)煤層底板進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有效掌握底板破壞深度、周邊巖層水情的信息，做到水害的及時(shí)預(yù)警。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，水害的防治一直是煤礦井下生產(chǎn)，特別是下組煤帶壓開采中所必須面臨的主要問(wèn)題之一。某礦下組煤開采時(shí)受頂板巖溶裂隙水和底板奧灰水及周邊采空區(qū)積水綜合影響，為其水害的有效防治造成了巨大阻礙。有鑒于此，礦井生產(chǎn)技術(shù)人員必須綜合運(yùn)用多種技術(shù)手段，針對(duì)井下生產(chǎn)的不同環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的防治水舉措，確保水害的有效控制和及時(shí)預(yù)警，為井下生產(chǎn)的安全開展提供堅(jiān)實(shí)保障。

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Hydrogeologicalanalysisandinvestigationonwaterpreventionandcontrolofminingundersafewaterpressureofaquiferinunder-groupcoalseam

WangZhenzhen

(ShanxiInstituteofCoalGeologyandHydrology,Taiyuan030006,China)

Performed hydrogeological analysis and investigation on water prevention and control of mining under safe water pressure of aquifer in under-group coal seam, analyzed the characteristics of mine aquifer, summarized and analyzed the corresponding prevention and control measures in different periods combined with concrete engineering practice, which hoped that it can provide effective reference for the safe production of other mines.

under-group coal, pressure mining, hydrogeological analysis, water prevention and control

P641

A

1009-6825(2017)27-0079-03

2017-07-13

王真真(1984- )，女，工程師