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煤礦開采水害防治技術(shù)范文

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煤礦開采水害防治技術(shù)

論文關鍵詞:煤礦開采;水害防治;團柏煤礦;水文地質(zhì);“突水”預測

論文摘要:團柏井田位于霍州礦區(qū)的南部,汾河西側(cè),地貌形態(tài)為中低山區(qū),地形切割強烈,溝谷縱橫,地形復雜。文章論述了團柏煤礦區(qū)域水文地質(zhì)特征及水害特點,提出了團柏煤礦水害分類治理技術(shù),以翔實的資料分析了各種技術(shù)的特點,提出團柏煤礦開采水害防治的主要措施。

團柏井田位于霍州礦區(qū)的南部,汾河西側(cè),地貌形態(tài)為中低山區(qū),地形切割強烈,溝谷縱橫,地形復雜。霍州礦區(qū)面積843.22km2,地質(zhì)儲量77.4億噸。近年隨著開拓范圍不斷擴大,開采深度向下延深,礦區(qū)各礦的水文地質(zhì)條件日益復雜,多種水害類型逐漸顯現(xiàn)。因此,礦區(qū)防治水任務日趨繁重,防治水工作,特別是奧灰水害防治工作在確保煤炭安全、有序和高效生產(chǎn)方面的重要性突顯出來。

一、團柏煤礦區(qū)域水文地質(zhì)特點

霍州礦區(qū)有太古界、元古界和下古生界的寒武系和奧陶系地層。團柏井田位于霍州礦區(qū)的南部,該區(qū)斷裂十分發(fā)育,近東西向、近南北向、北東向和北北東向斷層相互切割,小斷層密集、陷落柱也很發(fā)育,水文地質(zhì)條件十分復雜。在團柏井田之西有一穿過回坡底井田的地下分水嶺。分水嶺之西為龍子寺泉域,之東為團柏井田所在的郭莊泉域。郭莊泉是山西第二大巖溶泉,自流量7.19m3/s。北起呂梁饅山、將軍山的灰?guī)r補給露頭面積約1400km2,主逕流帶沿呂梁山東麓自北向南—東南經(jīng)白龍井田南部于下團柏斷層與汾河交匯處泄出。團柏—回坡底井田在郭莊泉排泄區(qū)之西,自然對于這一井田,越向東越接近排泄區(qū)的部位,奧灰?guī)r溶越發(fā)育。危害下組煤開采的是兩個含水層,奧灰和K2灰?guī)r。下組煤與奧灰的距離在全國是最薄的,11號煤平均25m,最薄處僅15m,10號煤平均36m。K2灰?guī)r是9號煤頂板,為充水含水層,厚2.75~11.4m。從1996年開始施工下組煤斜井和巷道共發(fā)生K2底板突水事故6次,都是在接近K2時,突水量150~380m3/h。

二、團柏煤礦面臨的主要水害

(一)頂板水水害

1、2號煤層開采直接充水水源為煤層頂板的下石盒子組(K9、K8)砂巖裂隙含水層,但由于該含水層富水性較弱,因此,對煤層開采不會造成影響。在某些塊段構(gòu)造的向斜軸部附近水量可能相對集中,但一般水量有限,采取一定的防治水措施的情況下也不會形成水害事故。K2太灰含水層是該煤層直接充水水源,煤層開采將完全揭露該含水層,由于該含水層水量相對豐富,對煤層開采將會造成大的影響,因此,在回采中必須采取物探、鉆探和適當?shù)姆乐嗡こ痰却胧瑴p少其對回采期間的影響,以保證煤層安全回采。但經(jīng)過首采區(qū)開采對其揭露疏放后水量有所減少,開采過程中影響也相對減少。

(二)煤層底板水水害

底板水主要為K2太灰水和O2奧灰水。近5年要回采的1號煤層底板最低標高為+520m,要回采的2號煤層底板最低標高為+475m,而K2太灰含水層水位標高為480m,O2奧灰含水層水位標高為520m左右,因此,1、2號煤層相對這兩個含水層基本不帶壓,再加上中間有小隔水層的存在,對開采也基本不受影響。O2含水層是下組煤開采防治的重點。9、10、11號煤層存在嚴重帶壓開采現(xiàn)象,所以,采掘中在充分利用本溪組有效隔水層的同時,必須采取一定的帶壓開采措施,預防或減少水害事故的發(fā)生。

團柏井田生產(chǎn)和廢棄小煤窯較多,據(jù)不完全統(tǒng)計有110多個,由于小煤窯邊界不清,在采掘工程中很可能揭露小煤窯發(fā)生老窯突水,因此,小煤窯的邊界控制也是防治水非常重要的工作。

總的來看,上組煤開采水文地質(zhì)條件比較簡單,開采過程中形成水害的可能性不大。由于下組煤位于K2含水層和O2含水層之間,為帶壓開采,且煤層底板有效隔水層厚度很薄,礦井水文地質(zhì)條件復雜,因此,下組煤開采防治水工作嚴峻,開采過程中要做好采取充分的防治水技術(shù)措施,以防發(fā)生重大水害事故。[

三、團柏煤礦開采水害防治措施

在總結(jié)以往煤礦突水淹井事故經(jīng)驗的基礎上,團柏煤礦的水害防治采取以防為主,供、疏、堵相結(jié)合的合理方針,重點做好下組煤開采防治水工作。

(一)完善礦井水文地質(zhì)觀測系統(tǒng)

團柏礦區(qū)防治水害必須從加強水文地質(zhì)工作,查清礦區(qū)水文地質(zhì)條件入手,建立和完善礦區(qū)主要含水層地下水動態(tài)觀測系統(tǒng)。主要要做的工作如下:通過井田水質(zhì)動態(tài)分析研究井田各含水層礦化度的變化,可以間接推斷各含水層的自然補給條件;提前探測富水區(qū)域,做好水文地質(zhì)預測預報;運用瞬變電磁法對含水斷層陷落柱位置精確定位;紅外測溫法直觀了解井下巖層含水狀況;超前鉆探預測地層水文地質(zhì)條件;用水化學分析法可有效預測地層不同區(qū)域水文地質(zhì)條件變化。團柏井田下組煤開采來看,越向東開采水文地質(zhì)條件越復雜:奧灰強富水;必須疏干的K2灰?guī)r條件也復雜,水位與奧灰相同,存在奧灰補給通道,水量大(11-0單孔涌水量105m3/h)。因此在中、東部開采下組煤之前,應先進行專門水文地質(zhì)勘探,勘探主要解決的問題:奧灰富水性;K2疏干水量和受補通道;底板保護性能;安全評價;安全開采技術(shù)方法與布局。

(二)發(fā)展“突水”預測預報技術(shù)

實現(xiàn)突水預測預報的可視化和適時化,推進礦井防治水信息系統(tǒng)集成。團柏煤礦的防治水工作的重點放在下組煤開采上,采用綜合物探、化探和鉆探等到手段,查明陷落柱、斷層和裂隙密集等地質(zhì)“異常體”,以及封閉不良鉆孔。并采用留設防水煤柱或底板加固等到手段對地質(zhì)異常體進行改造,做到采煤工作面底板不出水或不出大水,以節(jié)約排水費用,保護水資源和生態(tài)環(huán)境。據(jù)涌水量預測結(jié)果,適當加大礦井和采煤工作面的排水能力,以防不測。首先要做好探水工作。探水又有兩種方法,一是鉆探。按規(guī)范要求探水,有疑必探,先探后采,11號煤落差1m以上的斷層都在探水的考慮范圍。掌握10號煤采掘資料,凡10號煤揭露的陷落柱、大于3m(含3m)的斷層、特別破碎帶、底板涌水點必探。11號煤采掘中發(fā)生底板涌水的必探。二是物探。考慮到實際效果,采用井下瞬變電磁法,坑透法配合。物探主要用于11號煤開采,在首采的2~3個工作面中必用。其次,要采取必要的隔離措施。實施采區(qū)隔離和上山與下山隔離及泵房隔離,這就要設置防水煤柱和防水閘門。再次是加固措施。對已知陷落柱和斷層,利用探水孔對薄弱處進行注漿加固,需要時補充注漿鉆孔。對底板重破碎帶,底板涌水處和物探驗證了的異常區(qū)進行注漿加固,重點是11號煤。小流量鉆孔的注漿可用能調(diào)節(jié)流量的高壓計量泵。最后是留設煤柱。導水陷落柱(經(jīng)探水)留煤柱。斷層煤柱留設(是否留和柱寬)按《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》公式計算。原則上10號煤10m以上,11號煤5m以上斷層的下降盤要留煤柱,此落差以下斷層是否留煤柱看具體情況,包括探水與注漿的結(jié)果。另外疏放11號煤底含水也是重要的。為創(chuàng)造采煤的干燥條件,并利于發(fā)現(xiàn)奧灰涌水的征兆,對11號煤的充水含水層:底灰及貼身石英砂巖含水夾層(統(tǒng)稱11號煤底含)進行疏放。疏放可利用現(xiàn)有水平巷和上山巷打放水鉆孔,孔間距可作50m考慮,根據(jù)降壓效果(測壓)調(diào)整鉆孔密度。

(三)完善開采藝術(shù)

在采掘過程中為防止底板出現(xiàn)災害性突水,應堅持先探后掘、先探后采和先注漿后掘進,先注漿后回采的技術(shù)原則。為了節(jié)約工程量和保證安全,在采取鉆探、物探、化探等綜合手段時,應堅持物化探先行,鉆探驗證的技術(shù)方法,以杜絕采掘巷道誤揭導水陷落柱和導水斷層。

(四)建立強大的抗災排水能力

這是團柏煤礦防水害的最基本的措施。預計西部常規(guī)最大突水量為1800m3/h,因此除有礦井正常涌水量的排水能力外,抗突水的非常排水能力應達到3000m3/h以上。采用直排式(一級排水),還應有配套的水倉容量和供電系統(tǒng)與管路系統(tǒng)。

四、結(jié)語

1.團柏煤礦的水害要分類治理,重點治理下組煤水害。

2.團柏煤礦開采一定要實施科技治水戰(zhàn)略,做到安全發(fā)展。

參考文獻

[1]王永紅,沈文.中國水害預防及防治[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2003.

[2]張光德,李棟臣.礦井水害防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2003.

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