淺談團(tuán)柏煤礦開(kāi)采水害防治技術(shù)研究論文

　　摘要：團(tuán)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(qiáng)烈，溝谷縱橫，地形復(fù)雜。文章論述了團(tuán)柏煤礦區(qū)域水文地質(zhì)特征及水害特點(diǎn)，提出了團(tuán)柏煤礦水害分類(lèi)治理技術(shù)，以翔實(shí)的資料分析了各種技術(shù)的特點(diǎn)，提出團(tuán)柏煤礦開(kāi)采水害防治的主要措施。

　　關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；水害防治；團(tuán)柏煤礦；水文地質(zhì)；“突水”預(yù)測(cè)

　　團(tuán)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(qiáng)烈，溝谷縱橫，地形復(fù)雜。霍州礦區(qū)面積843.22km2，地質(zhì)儲(chǔ)量77.4億噸。近年隨著開(kāi)拓范圍不斷擴(kuò)大，開(kāi)采深度向下延深，礦區(qū)各礦的水文地質(zhì)條件日益復(fù)雜，多種水害類(lèi)型逐漸顯現(xiàn)。因此，礦區(qū)防治水任務(wù)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(lái)。

　　一、團(tuán)柏煤礦區(qū)域水文地質(zhì)特點(diǎn)

　　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(tuán)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(fù)雜。在團(tuán)柏井田之西有一穿過(guò)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(tuán)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(bǔ)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(tuán)柏?cái)鄬优c汾河交匯處泄出。團(tuán)柏—回坡底井田在郭莊泉排泄區(qū)之西，自然對(duì)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(kāi)采的是兩個(gè)含水層，奧灰和K2灰?guī)r。下組煤與奧灰的距離在全國(guó)是最薄的，11號(hào)煤平均25m，最薄處僅15m，10號(hào)煤平均36m。K2灰?guī)r是9號(hào)煤頂板，為充水含水層，厚2.75～11.4m。從1996年開(kāi)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(shí)，突水量150～380m3/h。

　　二、團(tuán)柏煤礦面臨的主要水害

　�。ㄒ唬╉敯逅�水害

　　1、2號(hào)煤層開(kāi)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(duì)煤層開(kāi)采不會(huì)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(duì)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(huì)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(kāi)采將完全揭露該含水層，由于該含水層水量相對(duì)豐富，對(duì)煤層開(kāi)采將會(huì)造成大的影響，因此，在回采中必須采取物探、鉆探和適當(dāng)?shù)姆乐嗡�工程等措施，減少其對(duì)回采期間的影響，以保證煤層安全回采。但經(jīng)過(guò)首采區(qū)開(kāi)采對(duì)其揭露疏放后水量有所減少，開(kāi)采過(guò)程中影響也相對(duì)減少。

　�。ǘ�）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(hào)煤層底板最低標(biāo)高為+520m，要回采的2號(hào)煤層底板最低標(biāo)高為+475m，而K2太灰含水層水位標(biāo)高為480m，O2奧灰含水層水位標(biāo)高為520m左右，因此，1、2號(hào)煤層相對(duì)這兩個(gè)含水層基本不帶壓，再加上中間有小隔水層的存在，對(duì)開(kāi)采也基本不受影響。O2含水層是下組煤開(kāi)采防治的重點(diǎn)。9、10、11號(hào)煤層存在嚴(yán)重帶壓開(kāi)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(shí)，必須采取一定的帶壓開(kāi)采措施，預(yù)防或減少水害事故的發(fā)生。

　　團(tuán)柏井田生產(chǎn)和廢棄小煤窯較多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)有110多個(gè)，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(lái)看，上組煤開(kāi)采水文地質(zhì)條件比較簡(jiǎn)單，開(kāi)采過(guò)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(kāi)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(fù)雜，因此，下組煤開(kāi)采防治水工作嚴(yán)峻，開(kāi)采過(guò)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(tuán)柏煤礦開(kāi)采水害防治措施

　　在總結(jié)以往煤礦突水淹井事故經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，團(tuán)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(diǎn)做好下組煤開(kāi)采防治水工作。

　�。ㄒ唬┩晟频V井水文地質(zhì)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)

　　團(tuán)柏礦區(qū)防治水害必須從加強(qiáng)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(dòng)態(tài)觀(guān)測(cè)系統(tǒng)。主要要做的工作如下：通過(guò)井田水質(zhì)動(dòng)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(bǔ)給條件；提前探測(cè)富水區(qū)域，做好水文地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)；運(yùn)用瞬變電磁法對(duì)含水?dāng)鄬酉萋渲�位置精確定位；紅外測(cè)溫法直觀(guān)了解井下巖層含水狀況；超前鉆探預(yù)測(cè)地層水文地質(zhì)條件；用水化學(xué)分析法可有效預(yù)測(cè)地層不同區(qū)域水文地質(zhì)條件變化。團(tuán)柏井田下組煤開(kāi)采來(lái)看，越向東開(kāi)采水文地質(zhì)條件越復(fù)雜：奧灰強(qiáng)富水；必須疏干的K2灰?guī)r條件也復(fù)雜，水位與奧灰相同，存在奧灰補(bǔ)給通道，水量大（11-0單孔涌水量105m3/h）。因此在中、東部開(kāi)采下組煤之前，應(yīng)先進(jìn)行專(zhuān)門(mén)水文地質(zhì)勘探，勘探主要解決的問(wèn)題：奧灰富水性；K2疏干水量和受補(bǔ)通道；底板保護(hù)性能；安全評(píng)價(jià)；安全開(kāi)采技術(shù)方法與布局。

　　（二）發(fā)展“突水”預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)技術(shù)

　　實(shí)現(xiàn)突水預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的可視化和適時(shí)化，推進(jìn)礦井防治水信息系統(tǒng)集成。團(tuán)柏煤礦的防治水工作的重點(diǎn)放在下組煤開(kāi)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(shè)防水煤柱或底板加固等到手段對(duì)地質(zhì)異常體進(jìn)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(fèi)用，保護(hù)水資源和生態(tài)環(huán)境。據(jù)涌水量預(yù)測(cè)結(jié)果，適當(dāng)加大礦井和采煤工作面的排水能力，以防不測(cè)。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(hào)煤落差1m以上的斷層都在探水的考慮范圍。掌握10號(hào)煤采掘資料，凡10號(hào)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(diǎn)必探。11號(hào)煤采掘中發(fā)生底板涌水的必探。二是物探�？紤]到實(shí)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(hào)煤開(kāi)采，在首采的2～3個(gè)工作面中必用。其次，要采取必要的隔離措施。實(shí)施采區(qū)隔離和上山與下山隔離及泵房隔離，這就要設(shè)置防水煤柱和防水閘門(mén)。再次是加固措施。對(duì)已知陷落柱和斷層，利用探水孔對(duì)薄弱處進(jìn)行注漿加固，需要時(shí)補(bǔ)充注漿鉆孔。對(duì)底板重破碎帶，底板涌水處和物探驗(yàn)證了的異常區(qū)進(jìn)行注漿加固，重點(diǎn)是11號(hào)煤。小流量鉆孔的注漿可用能調(diào)節(jié)流量的高壓計(jì)量泵。最后是留設(shè)煤柱。導(dǎo)水陷落柱（經(jīng)探水）留煤柱。斷層煤柱留設(shè)（是否留和柱寬）按《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》公式計(jì)算。原則上10號(hào)煤10m以上，11號(hào)煤5m以上斷層的下降盤(pán)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(hào)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(duì)11號(hào)煤的充水含水層：底灰及貼身石英砂巖含水夾層（統(tǒng)稱(chēng)11號(hào)煤底含）進(jìn)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(cè)壓）調(diào)整鉆孔密度。

　�。ㄈ�）完善開(kāi)采藝術(shù)

　　在采掘過(guò)程中為防止底板出現(xiàn)災(zāi)害性突水，應(yīng)堅(jiān)持先探后掘、先探后采和先注漿后掘進(jìn)，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(shí)，應(yīng)堅(jiān)持物化探先行，鉆探驗(yàn)證的技術(shù)方法，以杜絕采掘巷道誤揭導(dǎo)水陷落柱和導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

　　（四）建立強(qiáng)大的抗災(zāi)排水能力

　　這是團(tuán)柏煤礦防水害的最基本的措施。預(yù)計(jì)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(yīng)達(dá)到3000m3/h以上。采用直排式（一級(jí)排水），還應(yīng)有配套的水倉(cāng)容量和供電系統(tǒng)與管路系統(tǒng)。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　1．團(tuán)柏煤礦的水害要分類(lèi)治理，重點(diǎn)治理下組煤水害。

　　2．團(tuán)柏煤礦開(kāi)采一定要實(shí)施科技治水戰(zhàn)略，做到安全發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]王永紅，沈文．中國(guó)水害預(yù)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(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

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