煤礦防治水技術(shù)研究實(shí)踐

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摘要：對(duì)某煤礦3號(hào)煤層頂板巖層的含水情況、帶壓開采情況進(jìn)行了分析。對(duì)該煤層存在的水害問題，綜合運(yùn)用頂板水疏放措施、物探鉆探技術(shù)以及水害預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等措施進(jìn)行治理和預(yù)防，為該煤礦3號(hào)煤層的順利開采提供了保證。

關(guān)鍵詞：頂板水預(yù)疏放；帶壓開采；研究；實(shí)踐

某煤礦是山西某礦業(yè)集團(tuán)下屬的大型礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為500萬t/a，批準(zhǔn)開采煤層為3號(hào)煤層。該礦井東、南、北3個(gè)方向均有礦區(qū)在生產(chǎn)，西部暫時(shí)沒有礦井。該煤礦水害防治重點(diǎn)有2個(gè)，其一是3號(hào)煤層中陷落柱和斷層較為發(fā)達(dá)，煤炭開采為帶壓開采。其二為3號(hào)煤層上部存在豐富的含水層，嚴(yán)重影響著工作面的開采工作。因此，為了減少頂板含水層的影響以及礦井承壓水突水事故的發(fā)生，該煤礦進(jìn)行了一系列的水害防治工作，從而保證了3號(hào)煤層的安全開采[1]。

1頂板水防治

1.13號(hào)煤層頂板水情況簡(jiǎn)介

該煤礦3號(hào)煤層上部30.30~46.07m，平均38.86m處有K8砂巖，下部5.63~11.81m，平均距離8.97m處有K7砂巖。整個(gè)3號(hào)煤層在山西組下部，煤層賦藏穩(wěn)定，全部可以開采。煤層中存在夾矸0~2層，夾矸類型為泥巖和炭質(zhì)泥巖，煤層厚度為4.60~6.35m，均厚為5.86m。煤層頂板巖層整體較為穩(wěn)定，局部部位會(huì)有破碎現(xiàn)象，但是整體裂隙反應(yīng)較為良好。直接頂和老頂?shù)膸r層分別為砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖，老底也為細(xì)粒砂巖。3號(hào)煤層上面的巖層為K8、K10巖層，分別位于3號(hào)煤層46m和93m處，含水量較大，屬于碎屑巖裂隙含水層，是3號(hào)煤層中的主要涌水突水來源。上面巖層巖性為砂巖，粒徑多數(shù)為中粒、細(xì)粒。工作面開采時(shí)，老頂會(huì)隨著工作面推進(jìn)而逐漸垮落，上覆K8、K10含水層中的水會(huì)順著垮落裂隙流到工作面，從而使得工作面涌水量瞬間增大，給工作面的正常排水造成了巨大困難。在開采該煤礦1盤區(qū)1306、1307、1308工作面時(shí)，涌水量甚至高達(dá)120m3/h。因此，為了減少涌水的安全隱患，該礦在順槽預(yù)先進(jìn)行了鉆場(chǎng)和水倉(cāng)的施工，將上覆含水巖層中的水通過鉆孔和水倉(cāng)進(jìn)行了預(yù)先排放，大大減少了老頂垮落后工作面的涌水量。

1.2Ⅲ4303工作面防治水措施

采煤工作面的防水措施以Ⅲ4303大采高工作面為例，該工作面傾向長(zhǎng)度為225m，開采方式為上山式開采。根據(jù)該礦已經(jīng)開采完成的工作面的涌水情況進(jìn)行推測(cè)分析，認(rèn)為隨著老頂跨落，工作面的涌水量會(huì)突然增大，在工作面推進(jìn)一段距離后，涌水量又趨于穩(wěn)定狀況。經(jīng)過計(jì)算分析，認(rèn)為Ⅲ4303工作面回采過程中可能涌水量和最大涌水量分別為80m3/h和120m3/h。通過對(duì)工作面兩順槽進(jìn)行鉆孔實(shí)施，鉆孔長(zhǎng)度須穿過K10含水層10m處。鉆孔施工位置為順槽Ⅲ4205段230m處，鉆孔仰角設(shè)置為40°，數(shù)量為3個(gè)，鉆孔布置形狀為扇形狀，單孔進(jìn)尺為132m。開切眼出布置2個(gè)鉆孔，仰角亦是40°，單孔進(jìn)尺為140m。鉆場(chǎng)剛投入施用時(shí)，這兩處鉆場(chǎng)每個(gè)鉆孔的涌水量約為15m3/h，在鉆孔排水1個(gè)月后，涌水量低至7m3/h。在工作面開采之前，2個(gè)鉆場(chǎng)累計(jì)排水量高達(dá)8萬m3。在順槽Ⅲ4206巷中間部位和開切眼附近均布置鉆場(chǎng)，每個(gè)鉆場(chǎng)布置3個(gè)鉆孔，仰角為+40°，單孔進(jìn)尺為235m。鉆場(chǎng)投入使用后，每個(gè)鉆孔的涌出量為20m3/h，鉆孔排水2個(gè)月后，水量降低至5m3/h，累計(jì)排水量為12萬m3?；夭芍?，順槽Ⅲ4205和Ⅲ4206累計(jì)排水量高達(dá)20萬m3。工作面涌水量隨著工作面的推進(jìn)情況不斷發(fā)生變化，且隨著工作面的推進(jìn)，涌水量逐漸增大，當(dāng)工作推進(jìn)到30m、45m、50m、70m時(shí)，工作面涌水量分別為10m3/h、15m3/h、20m3/h、25m3/h左右，此后，盡管工作面繼續(xù)推進(jìn)，但是涌水量基本趨于穩(wěn)定，約為20m3/h。通過對(duì)頂板含水層進(jìn)行疏水，使得水害防治從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)、從防水到防治結(jié)合的躍進(jìn)，是煤礦防治水技術(shù)的一次重大革新和實(shí)踐，能夠?qū)ζ渌V區(qū)的同類水害的治理提供良好的典范。

2帶壓開采區(qū)防治水

2.1帶壓開采情況簡(jiǎn)介

該煤礦3號(hào)煤層?xùn)|南到西北傾向，開采大部分均為帶壓開采，帶壓開采主要在今天西北部，面積約占整個(gè)井田面積的86%。承壓水的主要來源是奧陶系灰?guī)r匯中的溶隙水，巖性比較復(fù)雜，以石灰?guī)r為主，還夾雜有部分的白云巖、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等，而且?guī)r層中裂隙和溶洞較多。通過對(duì)井田內(nèi)奧灰水水位進(jìn)行觀測(cè)，得出水位標(biāo)高為625~627m，而3號(hào)煤層的底板標(biāo)高為325~690m，可見奧灰水幾乎在整個(gè)煤層之上。煤層底板能夠承受的最大水壓水頭是300m，因此大部分煤層開采為帶壓開采。在煤層和奧灰?guī)r層之間有多層隔水層，這些隔水層一般不會(huì)對(duì)3號(hào)煤層的安全開采造成威脅，但是在存在斷層和陷落柱的區(qū)域，由于這些構(gòu)造的存在會(huì)使得巖層的導(dǎo)水性大大增加，因此，奧灰水會(huì)通過斷層和陷落柱等構(gòu)造流入礦井，是煤層底板發(fā)生突水的重要原因之一。

2.2地面物探探查手段

煤層中的斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造以及塌陷情況的探測(cè)主要是在地面進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)方法為三維地震勘探技術(shù)，探測(cè)目的在于準(zhǔn)確掌握煤層的地質(zhì)構(gòu)造。而礦區(qū)巖層的含水情況、富水區(qū)域則通過在地面電法進(jìn)行勘探得出。

2.3施工水文地質(zhì)孔

在礦井中布置水文觀測(cè)孔來對(duì)奧灰水進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，水文觀測(cè)孔在井田西部由南至北共布置3個(gè)，分為在安家村、海則村以及泮溝村各一個(gè)。同時(shí)，在井田中部位置大巷直接布置4個(gè)鉆孔，用來實(shí)施監(jiān)測(cè)含水層動(dòng)態(tài)變化，了解采掘區(qū)地下水的動(dòng)態(tài)，提高礦井水害防治的能力。

3綜合防治水措施

（1）首先對(duì)礦井的安全管理制度進(jìn)行完善，明確各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的安全責(zé)任，加強(qiáng)安全管理，有專業(yè)的礦井水害防治隊(duì)伍。（2）應(yīng)當(dāng)建立水質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室，對(duì)含水層水質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)分析，并通過水質(zhì)特征數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，提供準(zhǔn)確的水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果，從而能夠容易對(duì)不同水質(zhì)進(jìn)行辨別。（3）建立并完善水害預(yù)警系統(tǒng)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。以物探技術(shù)、水質(zhì)分析技術(shù)以及其他監(jiān)測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，建立水害預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便能夠及時(shí)準(zhǔn)備地對(duì)礦井突水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)、報(bào)警，從而便于礦井管理機(jī)構(gòu)作出正確的決策，減少事故損失。（4）成立專業(yè)應(yīng)急救援隊(duì)伍，有防治水技術(shù)相關(guān)的設(shè)備應(yīng)急庫(kù)，從而能夠保證事故發(fā)生后及時(shí)救援。（5）對(duì)管理人員和基層從業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其掌握專業(yè)技能的同時(shí)，加強(qiáng)安全意識(shí)，從而提高員工的防水意識(shí)和抵抗水害的能力。

4效果分析

該煤礦通過綜合運(yùn)用頂板疏放水、物探鉆探技術(shù)，建立了一套完善的水害預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)礦井水的防治起到了很好的效果，并為其他煤礦提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。該煤礦所采用的一系列的水害防治技術(shù)能夠被廣泛應(yīng)用于我國(guó)的其他地方的同類型礦井，對(duì)該類型礦井的水害防治有重要的參考價(jià)值。

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作者：李永順 單位：山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)陽泉有限公司