礦井隔水層水害防治技術(shù)探討范文

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《礦業(yè)裝備雜志》2014年第八期

一、煤礦隔水關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)特性及作用

鑒于以上幾類容易造成煤礦水害的潛在危險(xiǎn)，保水采煤就成為了煤礦生產(chǎn)中的迫切需求。經(jīng)過研究和實(shí)踐證明，隔水關(guān)鍵層模型在煤礦保水采煤中具有實(shí)效作用。隔水關(guān)鍵層的基本原理可簡(jiǎn)述如下：由于煤系地層具有明顯的分層特性，各層之間的承載力和抗?jié)B流能力都存在差異。水源和礦井之間存在著若干隔離層，水最終需要穿透的那部分巖層或最終被阻隔住的巖層即為隔水關(guān)鍵層。水突破隔水關(guān)鍵層的主要途徑有兩個(gè)：一是地質(zhì)構(gòu)造中的天然通道，二是采動(dòng)裂隙貫通。二者之一滿足條件都可能形成突水通道而造成突水事故。因此從隔水關(guān)鍵層的結(jié)構(gòu)可知，保護(hù)隔水關(guān)鍵層的完整性，避免采動(dòng)破壞、控制該層中不形成突水通道，是避免突水事故的關(guān)鍵因素。從地質(zhì)勘測(cè)的角度上看，應(yīng)用隔水關(guān)鍵層原理來避免突水事故的步驟應(yīng)當(dāng)是首先通過地質(zhì)勘探確定隔水關(guān)鍵層的準(zhǔn)確位置；在找到隔水關(guān)鍵層后，需要進(jìn)一步判定其穩(wěn)定性，這一步的工作往往是最困難的。當(dāng)檢測(cè)到隔水關(guān)鍵層中存在滲流突變通道時(shí)，需要采取必要的注漿、加固甚至改造的輔助措施來降低突水事件發(fā)生的可能性。由此可見，地質(zhì)條件的準(zhǔn)確勘測(cè)是煤礦防水治水的關(guān)鍵前提。

二、煤礦實(shí)施防治水害技術(shù)措施舉例

1礦井水文地質(zhì)條件概況

山西某煤礦井田內(nèi)廣為第四系黃土覆蓋，主要分布于中西部的山梁及溝谷地段，地層主要為二疊系統(tǒng)石盒子組地層。井田內(nèi)發(fā)育地層由老到新的順序?yàn)閵W陶系（O2）、石炭系（C）、二疊系（P）、第三系（N）、第四系（Q）。井田主要含煤地層為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組。含煤地層總厚度為134.85m，共含煤層13層，其中可采煤層7層。煤層總厚12.62m，含煤系數(shù)9.3%?？刹擅簩邮?、2、6、7、9、10及11號(hào)煤層。大多數(shù)煤層都較為穩(wěn)定，不穩(wěn)定煤層是6號(hào)和7號(hào)煤層。這兩個(gè)煤層的特點(diǎn)是：（1）6號(hào)煤層位于太原組上段下部，上距2號(hào)煤層平均間距33.16m。煤層厚度0~2.20m，平均0.89m，一般不含夾矸，個(gè)別段孔含一層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，大部分在可采厚度以上；西部及中部有變薄、尖滅現(xiàn)象，屬不穩(wěn)定的全井田局部可采煤層。頂板為黑色泥巖，局部為粉砂巖，厚3.11~12.5m；底板為灰黑色泥巖，下部為夾粉砂巖，厚2.5~11.5m；（2）7號(hào)煤層位于太原組中段中部K3與K4石灰?guī)r之間，上距6號(hào)煤層平均間距29.46m。煤層厚度0~1.35m，平均厚度為0.68m，個(gè)別段含一層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中、東部局部尖滅，屬不穩(wěn)定的全井田局部可采煤層。頂板為粉砂巖及泥巖，厚1.2~12.5m；底板為粘土質(zhì)泥巖，局部為粉砂巖，厚0.5~14.5m。

2巷道掘進(jìn)階段防治水害方案

依據(jù)隔水關(guān)鍵層的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，避免突水事故的重要環(huán)節(jié)是避免遭遇突水通道。在巷道掘進(jìn)階段，應(yīng)當(dāng)對(duì)掘進(jìn)前方可能存在的導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行嚴(yán)格檢查，遵循掘進(jìn)之前先探測(cè)，物探先于鉆探的原則。在巷道掘進(jìn)防水治水工作中包含超前探測(cè)、鉆探驗(yàn)證異常體治理等內(nèi)容。其中超前探測(cè)為實(shí)現(xiàn)圈定可能存在異常的地質(zhì)體，采用直流電法、音頻電穿透法等綜合評(píng)判，增加探測(cè)的可靠性。對(duì)于需要進(jìn)行鉆探驗(yàn)證的前方區(qū)域，布置傾角在-10°~-20°之間、數(shù)量不低于2個(gè)、鉆孔探查距離不低于30m的探查孔。對(duì)于孔口治水套管的長(zhǎng)度，根據(jù)煤礦防治水害規(guī)定的有關(guān)條款來實(shí)施。一旦確定了異常體及突水潛在風(fēng)險(xiǎn)源，則應(yīng)嚴(yán)格遵守有關(guān)規(guī)定，采用超前預(yù)注漿加固后再行掘進(jìn)。

3工作面回采前防治水害方案

當(dāng)采煤工作面已經(jīng)形成，在回采之前需要對(duì)工作面影響范圍內(nèi)的裂隙、薄弱地帶、以及富水區(qū)進(jìn)行必要的探測(cè)工作，必要時(shí)輔以鉆探驗(yàn)證，以確定具體異常范圍。對(duì)于已經(jīng)確定的導(dǎo)水構(gòu)造等潛在突水風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域，必須按照規(guī)定進(jìn)行局部注漿加固，并事后檢驗(yàn)加固強(qiáng)度是否滿足要求。判斷依據(jù)是巷道底板厚度、底板隔水層的抗拉強(qiáng)度等。當(dāng)實(shí)際隔水層厚度超過安全隔水層厚度并有足夠富余時(shí)，才能考慮繼續(xù)掘進(jìn)。如果資料不足，也可采取較為簡(jiǎn)單的突水系數(shù)法來計(jì)算。

4工作面回采過程中防治水害方案

從奧灰含水層突水機(jī)理可見（主要是形成緩慢，但又往往爆發(fā)突然），工作面回采過程中的水情監(jiān)測(cè)（水位、水溫等）顯得十分必要，在奧灰含水層和開采層之間布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有重要意義。這一過程中的關(guān)鍵問題是選擇合適的監(jiān)測(cè)層。其基本思路是選擇一個(gè)和奧灰含水層在水位、水質(zhì)等存在較大差異的含水層作為監(jiān)測(cè)層，把奧灰含水層作為目標(biāo)層，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)層的間接監(jiān)測(cè)。煤礦的防水治水是煤礦生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題之一。由于各個(gè)煤礦地質(zhì)構(gòu)造不相同，因地制宜地采取防治水害措施就特別重要。在對(duì)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造已進(jìn)行較為詳盡的勘測(cè)基礎(chǔ)上，必要的超前探測(cè)、設(shè)置監(jiān)測(cè)層和必要時(shí)注漿加固是煤礦防治水害的主要途徑；尤其是對(duì)監(jiān)測(cè)層的合理設(shè)置值得深入研究，以達(dá)安全有效。

作者：申巧君單位：霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司團(tuán)柏煤礦地測(cè)科