董家河煤礦立井穿越含水層技術(shù)探討

摘要：董家河煤礦屬于受奧灰水嚴(yán)重威脅并具有突水危險(xiǎn)的礦井，水文地質(zhì)類型屬水文地質(zhì)條件極復(fù)雜型礦井，煤系基底奧陶系灰?guī)r，對(duì)上部煤層的開(kāi)采威脅極大，是礦井生產(chǎn)的主要安全隱患。通過(guò)對(duì)煤礦立井穿越含水層進(jìn)行技術(shù)改造，煤炭開(kāi)采條件得到了改善，為煤礦節(jié)約了資金。

關(guān)鍵詞：立井；穿越含水層；打鉆；高分子化學(xué)堵水劑；煤炭開(kāi)采 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD265 文章編號(hào)：1009-2374（2015）29-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.29.075

1 董家河煤礦水文地質(zhì)概況

董家河煤礦屬于受奧灰水嚴(yán)重威脅并具有突水危險(xiǎn)的礦井，水文地質(zhì)類型屬水文地質(zhì)條件極復(fù)雜型礦井，煤系基底奧陶系灰?guī)r含水層富水性強(qiáng)、補(bǔ)給源充沛，對(duì)上部煤層的開(kāi)采威脅極大，是礦井生產(chǎn)的主要安全隱患。20世紀(jì)70年代建井初期，正施工的+300水平因奧灰?guī)r巖溶突水報(bào)廢，1978年在+330m水平井底車(chē)場(chǎng)施工時(shí)又發(fā)生奧灰突水，突水水量達(dá)1026m3/h，淹沒(méi)了施工機(jī)械和排水設(shè)備，報(bào)廢巷道5000余m及+330m水平，給礦井建設(shè)造成了嚴(yán)重影響，最后不得不將一水平提高到現(xiàn)+355m煤系地層中。

礦區(qū)地層基本構(gòu)造形態(tài)為走向北東東、傾向北北西的單斜構(gòu)造。傾角3°～25°，一般8°左右，最大處近20°。沿走向呈現(xiàn)緩波狀起伏，沿傾向具有陡緩相間的變化特點(diǎn)。褶曲與斷裂構(gòu)造均比較發(fā)育，并以褶曲構(gòu)造為主。褶曲大部分為封閉的短軸背向斜，幅度在5～20m之間。斷層在礦區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，幾乎全為正斷層；落差大多在4.5m以下，并具有成帶密集分布和疏密相間的特點(diǎn)，以近東西向及南北向斷層最為發(fā)育。除斷層外，5號(hào)煤層層滑構(gòu)造比較發(fā)育，導(dǎo)致煤厚急劇變化。

礦區(qū)內(nèi)3號(hào)煤層零星可采，煤層可采指數(shù)33%，煤層厚度0～1.28m，可采范圍內(nèi)厚度一般0.71m左右，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，偶含一層夾矸，3號(hào)煤層埋藏深度308～458m，煤層底板標(biāo)高+255～+298m。

5號(hào)煤為礦區(qū)內(nèi)主采煤層，位于太原組的頂部，煤層比較穩(wěn)定，煤層可采指數(shù)97.7%，厚度0～5.07m，一般3.5m左右。煤層結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，含夾矸1～3層，一般2層。煤層埋藏深度為182～420m，煤層底板標(biāo)高+234～+380m。

10號(hào)煤層厚0～3.94m，一般厚度1.44m左右。10號(hào)煤層埋藏深度為360～489m，煤層底板標(biāo)高+212～+252m。10號(hào)煤層全部處于奧灰靜水位標(biāo)高以下（目前礦區(qū)奧灰靜水位標(biāo)高+370m）且與奧灰面之間一般僅有0.42～4m的鋁質(zhì)泥巖相隔，無(wú)法克服奧灰水害，目前技術(shù)條件暫不能進(jìn)行開(kāi)采。

礦井量最大涌水量690～800m3/h，正常涌水量600m3/h左右。區(qū)內(nèi)含水層按含水空間分為孔隙裂隙水、裂隙承壓水和巖溶裂隙水三類。煤系地層中的砂巖水、石灰?guī)r水以及下伏奧陶系灰?guī)r水構(gòu)成了本區(qū)主要充水水源，含水層自上而下特征分別為：

第一，掩蓋層底部砂礫石孔隙裂隙含水層，水位埋深一般為30～140m，屬弱含水層，對(duì)采掘影響不大。

第二，石炭二疊系砂巖裂隙含水層及標(biāo)志層。（1）K5砂巖含水層：位于下石盒子組底部，為灰白色中～粗粒砂巖，厚度6～15m，裂隙發(fā)育不均，含裂隙承壓水，富水性弱～中等，對(duì)礦井生產(chǎn)影響較大；（2）K中砂巖含水層：位于下石盒子組底部，為一灰白色中～細(xì)粒砂巖，厚度5～17m，裂隙發(fā)育，含裂隙承壓水，富水性弱～中等，對(duì)礦井生產(chǎn)影響較大；（3）K4砂巖含水層：位于山西組底部，以灰白色中粒砂巖為主，平均厚度5～10m，裂隙發(fā)育不均，含裂隙承壓水，富水性較弱；（4）太原組石英砂巖（K3）及K2灰?guī)r含水層組：位于太原組中下部，主要由奧灰水通過(guò)裂隙向上補(bǔ)給，與奧灰水靜水位標(biāo)高一致。富水性弱至中等，對(duì)生產(chǎn)影響較大。

第三，巖溶裂隙水。中奧陶統(tǒng)峰峰組二段為本區(qū)煤系地層之基底，巖性以厚層深灰色白云質(zhì)灰?guī)r及石灰?guī)r為主。巖溶裂隙和溶洞發(fā)育，單位涌水量q=0.2～1.51升/S·m，屬于富水性強(qiáng)的巖溶裂隙含水層，是礦井主要充水水源。歷史最高水位+389.7m（1985年），近年來(lái)水位持續(xù)下降，目前水位標(biāo)高+370m左右，1989年澄合礦區(qū)放水試驗(yàn)表明，該區(qū)域奧灰含水層動(dòng)水量豐富，補(bǔ)給源充沛，逕流條件好，逕流通道極復(fù)雜。

2 井檢孔水文資料

根據(jù)董家河煤礦北部擴(kuò)大區(qū)初步設(shè)計(jì)、回風(fēng)立風(fēng)井布置在井田深部的程家凹村，位置坐標(biāo)為：X=3898972.044、Y=38398867.680，井筒直徑為6m。立井上部標(biāo)高+702m、井底井窩落底標(biāo)高為煤層頂板下3m處。施工過(guò)程要穿越5#煤層上部三個(gè)主要含水層。

含水層自上而下如下：

第一個(gè)含水層為層位為Q+P2sh屬基巖風(fēng)化帶，為孔隙裂隙潛水、地層特征為第四系黃土以及上石盒子組頂部56.51m的基巖風(fēng)化帶區(qū)段、深度為86.80～119.49m（此段為潛水段，水位在86.80m），涌水量18.09m3/h。

第二個(gè)含水層層位為P2sh，屬完整基巖段，為基巖裂隙承壓水，地層特征為上石盒子頂部56.51m以下至K5砂巖（含K5砂巖）的完整基巖段。深度位于120.11～370.53m之間，涌水量為83.50m3/h。

第三個(gè)含水層層位為P1sh～P1s，屬于基巖裂隙承壓水，地層特征為K5砂巖以下至K3砂巖（含K3砂巖）的完整基巖段。此段包含K中砂巖、K4砂巖，深度位于373.35～453.88m，涌水量51.14m3/h。

3 穿越含水層方案

根據(jù)施工工期、投資費(fèi)用及治理期間不能長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)的要求，設(shè)計(jì)穿越三個(gè)含水層方案如下：（1）井筒掘至離含水層2m時(shí)停止，在井筒底部施工注漿鉆孔，鉆孔深度6m、四周向井筒外傾斜5°～10°；（2）注漿鉆孔可以用K3型鉆機(jī)一次施工垂直深度為6～10m鉆孔或用28型鑿巖機(jī)分次套孔施工至6m深；（3）全部鉆孔施工至設(shè)計(jì)深度并洗孔后對(duì)每個(gè)鉆孔逐一高壓注入高分子化學(xué)堵水劑，以封堵該段井筒四周及下部局部區(qū)段水源、形成局部帷幕注漿效果，以解決該段掘進(jìn)期間突水問(wèn)題；（4）要求施工期間每個(gè)循環(huán)治理6m（K3型鉆機(jī)每個(gè)循環(huán)可以到10m）、掘進(jìn)4m，預(yù)留2m作為下一個(gè)循環(huán)的隔水巖柱；（5）施工過(guò)程中開(kāi)始用K3鉆機(jī)施工深鉆孔，因鉆孔施工準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)囊廢、技術(shù)要求高，需要專業(yè)隊(duì)伍，并且鉆孔施工及注漿時(shí)需要停工掘進(jìn)，該方案在第一個(gè)含水層穿越后就再?zèng)]有使用。

穿越第二個(gè)和第三個(gè)含水層時(shí)采用了施工中正常使用的28型鑿巖機(jī)分多次換鉆桿套孔的辦法施工6m深鉆孔，可以使施工不間斷，并且一直是一個(gè)隊(duì)伍施工，安全管理，施工簡(jiǎn)單。

4 技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)井筒檢查孔資料對(duì)穿越含水層曾做過(guò)三個(gè)方案：其一為凍結(jié)法。該方案工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，解凍后井壁出現(xiàn)滲水難以治理，預(yù)算費(fèi)用2050萬(wàn)元；其二為打至漿蓋常規(guī)水泥注漿法。該方案掘進(jìn)施工需要停工施工止?jié){蓋，工期長(zhǎng)、費(fèi)用高，鄰近兩個(gè)礦井的兩個(gè)立井過(guò)同樣的含水層施工費(fèi)用一個(gè)立井花了1039萬(wàn)，另一個(gè)立井也超過(guò)了1000萬(wàn)，而且時(shí)間拖了一年多；其三為新技術(shù)方案，該方案一邊掘進(jìn)一邊施工，除過(guò)打孔時(shí)間稍長(zhǎng)外（每個(gè)孔時(shí)間約20～35分鐘），其他時(shí)間和正常掘進(jìn)沒(méi)有區(qū)別，董家河煤礦立風(fēng)井采用該技術(shù)成功的穿越三個(gè)含水層工用了不到200萬(wàn)元（約175.93萬(wàn)元），是鄰近礦井費(fèi)用的五分之一左右。

參考文獻(xiàn)

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[2] 虎維岳.礦山水害防治理論與方法[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[3] 董家河煤礦地質(zhì)報(bào)告[R].

作者簡(jiǎn)介：馮景（1966-），男，陜西乾縣人，陜西省煤炭安全監(jiān)察局渭南分局黨總支書(shū)記，采煤工程師。

（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint