成莊礦承壓水防治技術(shù)研究

牛軍平 閆海琴

(晉煤集團(tuán)成莊礦,山西省晉城市,048021)

成莊礦承壓水防治技術(shù)研究

牛軍平 閆海琴

(晉煤集團(tuán)成莊礦,山西省晉城市,048021)

結(jié)合成莊礦礦井水文地質(zhì)條件和生產(chǎn)實(shí)際,綜合分析研究影響煤層開(kāi)采的各種因素,研究總結(jié)出一套適合于成莊礦水文地質(zhì)條件和安全生產(chǎn)現(xiàn)狀的承壓水防治管理思路與技術(shù)手段。

承壓水防治 四探查四報(bào)告 成莊礦

TD745

A

1 研究背景

礦井水害是煤礦五大自然災(zāi)害之一,近年來(lái)水害事故頻發(fā),水害治理成為煤礦安全工作的重中之重。成莊礦目前所采的3#煤層和奧灰含水層之間約有100 m厚的隔水層,正常情況下3#煤層不會(huì)直接導(dǎo)通奧灰水,但若存在導(dǎo)水構(gòu)造,奧灰水則可能通過(guò)導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)入3#煤層及其頂板含水層,從而導(dǎo)致透水事故。隨著開(kāi)采范圍向井田西部延伸,逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槌袎核畮洪_(kāi)采,水文地質(zhì)條件由簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)為復(fù)雜,給礦井安全開(kāi)采提出了新的挑戰(zhàn)。若干年后,9#和15#煤層的開(kāi)采將面臨更加嚴(yán)竣的形勢(shì),15#煤層與奧灰含水層之間的距離最短只有10～20 m。

為了防止開(kāi)采過(guò)程中承壓水突水事故的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)承壓區(qū)內(nèi)煤層的安全帶壓開(kāi)采,成莊礦開(kāi)展相應(yīng)的帶水壓開(kāi)采防治水技術(shù)研究并制定相應(yīng)的防治水技術(shù)措施。

2 研究思路

綜合分析成莊礦的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料,由于15#煤層底板以下的峰峰組可作為相對(duì)隔水層使用,所以承壓水防治的重點(diǎn)就是構(gòu)造導(dǎo)水和封閉不良鉆孔導(dǎo)水。而封閉不良鉆孔在本井田未有發(fā)現(xiàn),因此地質(zhì)構(gòu)造體導(dǎo)水是成莊礦承壓水防治的研究重點(diǎn)。

在實(shí)際開(kāi)采和地面地球物理勘探(三維地震勘探)過(guò)程中,成莊礦共發(fā)現(xiàn)247個(gè)陷落柱,其中目前已探明111個(gè)。因此應(yīng)采取科學(xué)的技術(shù)手段主要預(yù)防煤層底板奧灰水經(jīng)導(dǎo)水陷落柱潰入礦井。

本次研究系統(tǒng)分析礦井西部承壓區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育條件及規(guī)律,研究承壓區(qū)斷層、陷落柱的導(dǎo)水性能,選擇適用于成莊礦承壓區(qū)地質(zhì)條件的導(dǎo)水構(gòu)造探查方法和手段,提出承壓水區(qū)域帶壓開(kāi)采防治水技術(shù)措施。

3 研究過(guò)程

3.1 成莊礦帶水壓區(qū)域劃分

根據(jù)鉆孔資料把井田區(qū)域分為帶壓區(qū)和不帶壓區(qū)。3#煤層帶壓開(kāi)采總面積為25.01 km2,9#煤層帶壓開(kāi)采總面積為35.58 km2,15#煤層帶壓開(kāi)采總面積為45.83 km2。此外,根據(jù)突水系數(shù)的大小,對(duì)帶水壓區(qū)域劃分出安全區(qū)、過(guò)渡區(qū)(威脅區(qū))、危險(xiǎn)區(qū),見(jiàn)圖1。

圖1 成莊礦帶壓區(qū)劃分

3.2 分析煤層底板承壓水基本情況

分析對(duì)象包括導(dǎo)水通道的確定和太灰含水層富水性確定。

3.3 制定相應(yīng)的防治水安全技術(shù)措施

帶水壓區(qū)巷道掘進(jìn)階段防治水工作的中心任務(wù)是對(duì)巷道掘進(jìn)面前方煤層底板導(dǎo)水構(gòu)造的探查與治理,回采前的工作重點(diǎn)是對(duì)工作面底板垂向?qū)畼?gòu)造的探查與治理。

在掘進(jìn)和回采過(guò)程中,除進(jìn)行常規(guī)的水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)外,還必須對(duì)薄弱區(qū)段進(jìn)行突水監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

3.4 采用物探方法探查

3.4.1 地面三維地震勘探

根據(jù)三維地震波的連續(xù)性,探測(cè)煤層中的斷裂構(gòu)造和塌陷區(qū)。如KDX119陷落柱位于本區(qū)北部,長(zhǎng)軸方向?yàn)镹30°W向,短軸方向?yàn)镹60°E向,軸長(zhǎng)90 m,平面上形態(tài)為不規(guī)則橢圓形,剖面上為反漏斗狀,控制可靠,見(jiàn)圖2。

圖2 地面三維地震勘探結(jié)果

3.4.2 地面瞬變電磁探查

進(jìn)行含水層及富水區(qū)探測(cè)、構(gòu)造富水性探測(cè),以確定水源地富水區(qū)。利用瞬變電磁法對(duì)構(gòu)造的三維勘探結(jié)果見(jiàn)表1,其中KDX119陷落柱評(píng)價(jià)結(jié)果為弱導(dǎo)水。

表1 利用瞬變電磁法對(duì)構(gòu)造的三維勘探結(jié)果

3.4.3 井下直流電法和井下瞬變電磁超前探測(cè)對(duì)巷道掘進(jìn)前方導(dǎo)水地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探測(cè),確定構(gòu)造富水性。采用直流電法和井下瞬變電磁對(duì)KDX119陷落柱評(píng)價(jià),結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 直流電法和井下瞬變電磁法探查結(jié)果

從以上兩種物探方法的評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出:第一、二、三、四異常區(qū)視電阻率小,該區(qū)域可能為裂隙帶,相對(duì)富水,結(jié)合瞬變電磁探測(cè)結(jié)果中低阻異常區(qū)為陷落柱含水反映,以及三維地震資料和已有的鉆孔出水化驗(yàn)情況,可以確定該陷落柱富水性弱,充水因素主要與頂板巖層水有關(guān),與深部巖層間水力聯(lián)系差,能保證安全掘進(jìn)。

3.4.4 超前鉆孔探查

(1)井下太原組薄層灰?guī)r觀測(cè)孔。探查各煤層底板隔水層的厚度和巖性,施工放水孔,觀測(cè)太灰和奧灰含水層之水位關(guān)系,以及太灰含水層的流場(chǎng)變化規(guī)律。

(2)井下鉆探探查。以物探結(jié)果為依據(jù),編制設(shè)計(jì)方案,準(zhǔn)確探查該地點(diǎn)地質(zhì)構(gòu)造體的存在性和導(dǎo)水情況,提供最終的報(bào)告。

3.4.5 水化學(xué)分析及同位素試驗(yàn)

從地下水的物理性質(zhì)、化學(xué)成分和環(huán)境同位素方面分析研究井田西部奧灰含水層地下水的補(bǔ)給條件、運(yùn)移情況以及礦井開(kāi)采可能引起的變化。

4 結(jié)論

(1)3#煤層底板突水系數(shù)小于0.06,在開(kāi)采3#煤層時(shí),正常情況下底板突水的可能性較小。然而礦井實(shí)際地質(zhì)構(gòu)造分布特征 相對(duì)復(fù)雜,存在許多小型斷層和陷落柱,破壞了煤層底板的連續(xù)性,在一定條件下也存在煤層底板突水的可能,因此,為保證萬(wàn)無(wú)一失,在帶壓開(kāi)采區(qū)域?qū)嶋H生產(chǎn)過(guò)程中,承壓水防治需增加局部防治手段。

(2)研究過(guò)程中,結(jié)合實(shí)際情況,總結(jié)提出了“四探查四報(bào)告”的綜合承壓水防治措施:在地面進(jìn)行三維地震勘探,提供相應(yīng)報(bào)告,確定相應(yīng)地點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造資料;在地面進(jìn)行瞬變電磁勘探,提供相應(yīng)報(bào)告,確定相應(yīng)地點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造資料及含水情況;在井下進(jìn)行直流電法探測(cè)或瞬變電磁勘查,提供相應(yīng)報(bào)告,確定相應(yīng)地點(diǎn)的地質(zhì)構(gòu)造資料及導(dǎo)水情況;在井下現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆探,準(zhǔn)確確定該地點(diǎn)地質(zhì)構(gòu)造的導(dǎo)水情況,提供最終報(bào)告。

Research on confined water controlling technology in Chengzhuang Coal Mine

Niu Junping,Yan Haiqin
(Chengzhuang Coal Mine,Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng,Shanxi 048021,China)

Combined with the hydrogeological conditions and the actual production,the various factors on coal seam mining were comprehensively analyzed.A whole set of management methods and techniques suitable for Chengzhuang Coal Mine were put forward to control the confined water.

confined water control,four detections and four reports,Chengzhuang Coal Mine

牛軍平(1970-),男,山西晉城人,工程師,1995年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)測(cè)量工程專業(yè),現(xiàn)在晉城藍(lán)焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦地測(cè)科工作。

(責(zé)任編輯 梁子榮)