團柏煤礦開采水害防治技術(shù)研究

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(fù)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。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；水害防治；團柏煤礦；水文地質(zhì)；“突水”預(yù)測

中圖分類號：TD745 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）15-0017-02

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(fù)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(fù)雜，多種水害類型逐漸顯現(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。

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(fù)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?，減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(yù)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(fù)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(chǔ)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(yù)測預(yù)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(yù)測地層水文地質(zhì)條件；用水化學分析法可有效預(yù)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(fù)雜：奧灰強富水；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(yīng)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(yù)測預(yù)報技術(shù)

實現(xiàn)突水預(yù)測預(yù)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(shè)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(yù)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?？紤]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(shè)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(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(zāi)害性突水，應(yīng)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(yīng)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(dǎo)水陷落柱和導(dǎo)水斷層。

（四）建立強大的抗災(zāi)排水能力

這是團柏煤礦防水害的最基本的措施。預(yù)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(yīng)達到3000m3/h以上。采用直排式（一級排水），還應(yīng)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(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：中國礦業(yè)大學出版社，2003.

作者簡介：衛(wèi)廣生，山西焦煤霍州煤電集團團柏煤礦工程師。