胡家河煤礦水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)及防治水技術(shù)研究

摘 要：針對(duì)胡家河煤礦水害較為嚴(yán)重的現(xiàn)狀，結(jié)合礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，對(duì)礦井充水水源、充水通道和充水強(qiáng)度進(jìn)行分析，得出影響胡家河煤礦4#煤開(kāi)采的主要含水層為白堊系砂巖含水層，其次為侏羅系弱富水含水層。結(jié)合各含水層空間關(guān)系與性質(zhì)特征，形成胡家河煤礦的防治水技術(shù)體系，對(duì)指導(dǎo)礦井防治水工作有重要意義。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件；頂板水害；洛河組含水層；防治水技術(shù)體系

中圖分類號(hào)：TD745 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）16-0145-02

Abstract： In view of the serious situation of water damage in Hujiahe Coal Mine， combined with the geological and hydrogeological conditions of the mine， the water source， channel and intensity of the mine water filling are analyzed. It is concluded that the main aquifer affecting the coal mining of the Hujiahe Coal Mine is the Cretaceous sandstone aquifer followed by the Jurassic weak water-rich aquifer. Based on the spatial relationship and property characteristics of each aquifer， the technical system of water control in Hujiahe Coal Mine is formed， which is of great significance to guide the prevention and control of mine water.

Keywords： hydrogeological condition； roof water hazard； Luohe aquifer； water control technology system

胡家河礦位于陜西省黃隴煤田彬長(zhǎng)礦區(qū)中部，主采煤層為侏羅系4#煤，礦井可采儲(chǔ)量5億t。礦井煤層開(kāi)采過(guò)程中主要受到頂板砂巖含水層水害威脅，尤其是頂板白堊系巨厚洛河組砂巖孔隙裂隙含水層水害影響尤為嚴(yán)重，造成礦井工作面涌水量大，威脅礦井安全生產(chǎn)，影響礦井生產(chǎn)效率。針對(duì)礦井水害情況，系統(tǒng)分析礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，評(píng)價(jià)各含水層水害威脅，針對(duì)典型工作面開(kāi)展防治水工程，為區(qū)域內(nèi)相似條件礦井水害評(píng)價(jià)提供參考和依據(jù)。

1 礦井水文地質(zhì)條件

彬長(zhǎng)礦區(qū)屬鄂爾多斯中生代承壓水范疇，含水基巖地層由白堊系下統(tǒng)、侏羅系、三疊系組成，以基巖層狀承壓裂隙水為主，第四系孔隙水次之。依據(jù)該區(qū)含水介質(zhì)及地下水分布規(guī)律，胡家河井田發(fā)育的含水巖組主要包含：（1）第四系全新統(tǒng)潛水含水層；（2）第四系上更新統(tǒng)；（3）第四系中更新統(tǒng)潛水含水層；（4）白堊系洛河組中粗粒碎屑巖含水巖組；（5）侏羅系安定、直羅組非煤系含水巖組；（6）延安組含煤地層承壓含水巖組。

2 礦井充水因素分析

礦井充水因素主要是指影響礦井生產(chǎn)的充水水源、充水通道和充水強(qiáng)度[1，2]，結(jié)合胡家河煤礦水文地質(zhì)條件對(duì)其進(jìn)行分析。

2.1 充水水源分析

根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件及地表水體發(fā)育特征，胡家河煤礦煤層開(kāi)采過(guò)程中可能的充水水源包括大氣降水及地表水、含水層水、老空水[3]。

（1）大氣降水和地表水

礦井位于干旱半干旱地區(qū)，年平均降水量561.4mm。大氣降水多形成地表徑流向井田外排泄，只有少部分滲入補(bǔ)給含水層，一般情況下不會(huì)對(duì)礦井構(gòu)成威脅。井田周邊有涇河沿井田邊緣流過(guò)，季節(jié)性溝谷中揭露地層以環(huán)河-華池隔水層為主，平均埋深689m。一般情況下地表水及上層第四系潛水對(duì)煤層開(kāi)采影響較小。

（2）地下水

胡家河煤礦曾在401101工作面進(jìn)行頂板冒裂帶發(fā)育高度實(shí)測(cè)，據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果冒裂帶發(fā)育高度最大值達(dá)225.427m，裂采比為22.32（采厚10～12m）。礦井設(shè)計(jì)煤層采厚為12.0m，首采區(qū)內(nèi)4#煤與洛河組底界面的距離為120～210m，利用裂采比22.32計(jì)算各鉆孔處冒裂帶發(fā)育高度，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，4#煤回采將波及洛河組含水層，因此礦井充水含水層包括4#煤頂部延安組含水層、直羅組含水層和洛河組含水層。

（3）采空區(qū)積水

胡家河煤礦已采3個(gè)工作面（401101、401102和402103），采空區(qū)均存有積水，且采后出水量較大，目前401101和401102工作面的采后出水約600m3/h，402103工作面采后出水約410m3/h，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，是礦井涌水量的主要組成，是礦井的主要充水水源之一。

2.2 充水通道分析

胡家河煤礦構(gòu)造以褶曲為主，斷裂構(gòu)造不發(fā)育，以小斷層為主。采動(dòng)裂隙是礦井的主要充水通道。煤層回采過(guò)程中產(chǎn)生的頂板裂隙，將導(dǎo)致裂隙波及的頂板含水層水進(jìn)入礦井，成為礦井的涌水來(lái)源[4]。

2.3 充水強(qiáng)度分析

胡家河煤礦目前已完成三個(gè)工作面的回采，收集了豐富的涌水量資料，今后回采區(qū)域與已采區(qū)域未發(fā)現(xiàn)明顯的水文地質(zhì)條件變化，生產(chǎn)條件基本類似，采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)測(cè)礦井涌水量[5，6]。

（1）工作面開(kāi)采涌水量預(yù)測(cè)

根據(jù)礦井工作面涌水量變化規(guī)律，本報(bào)告擬采用工作面產(chǎn)量作為比擬因素，計(jì)算公式為：

重點(diǎn)針對(duì)中長(zhǎng)期內(nèi)礦井開(kāi)采工作面進(jìn)行比擬計(jì)算，從而得出礦井中長(zhǎng)期的涌水量值。

401105工作面比擬計(jì)算：

Q=550×（316/245）=709（m3/h）

401103工作面比擬計(jì)算：

Q=470×（298/247）=567（m3/h）

考慮到401102工作面受401101工作面影響導(dǎo)致涌水量峰值下降約30%的現(xiàn)象，以及401103工作面東側(cè)受401102工作面影響，東側(cè)將受401105工作面影響，因此考慮401103工作面的涌水量峰值在計(jì)算值的基礎(chǔ)上衰減約30%（參考401102工作面峰值計(jì)算），因此，402103工作面涌水量計(jì)算值為397m3/h。

402102工作面比擬計(jì)算：

Q=450×（262/244）=483（m3/h）

同樣地，402102工作面將受到402103工作面影響，涌水量按衰減30%計(jì)算為338m3/h。

（2）礦井涌水量計(jì)算

礦井涌水量包括井巷系統(tǒng)長(zhǎng)流水量、已采工作面采后出水量及生產(chǎn)工作面采后出水量等。在預(yù)測(cè)周?chē)鸁o(wú)生產(chǎn)工作面時(shí)，平均年衰減系數(shù)可采用20%計(jì)算；周?chē)嬖谏a(chǎn)工作面時(shí)，采用年衰減系數(shù)50%計(jì)算。結(jié)合礦井涌水量現(xiàn)狀和采掘規(guī)劃，預(yù)測(cè)胡家河煤礦中長(zhǎng)期內(nèi)礦井涌水量為1567m3/h。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最大涌水量與正常涌水量的比值取1.3倍，因此，礦井今后三年最大涌水量計(jì)算值為2037m3/h。

3 礦井防治水技術(shù)

基于胡家河煤礦水文地質(zhì)條件，制定得出胡家河煤礦水害防治總體思路為：以建立完善工作面、盤(pán)區(qū)、礦井排水系統(tǒng)為重點(diǎn)，優(yōu)化控制工作面回采參數(shù)，以自然疏排方案為主防治頂板白堊系水害，輔助頂板局部侏羅系含水層探查及預(yù)疏放措施進(jìn)行礦井防治水工作[7]。

3.1 回采參數(shù)優(yōu)化控制技術(shù)

在回采前依據(jù)地質(zhì)、水文地質(zhì)及其他方面因素綜合考慮，確定工作面合理的回采參數(shù)，如回采厚度、工作面寬度、回采速度等。優(yōu)化工作面回采順序、工作面采區(qū)布設(shè)方式、工作面巷道布設(shè)等方案，減輕礦井充水強(qiáng)度，自礦井回采角度考慮礦井防治水工作。

3.2 礦井排水系統(tǒng)通盤(pán)考慮優(yōu)化技術(shù)

基于礦井涌水量預(yù)計(jì)變化趨勢(shì)，超前主動(dòng)通盤(pán)性考慮礦井排水系統(tǒng)建設(shè)，遵循“清濁分離、壓力自流、綜合利用”的原則進(jìn)行排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、建設(shè)。

3.3 工作面及礦井涌水量預(yù)測(cè)技術(shù)

根據(jù)工作面回采參數(shù)，結(jié)合工作面地質(zhì)水文地質(zhì)條件，預(yù)計(jì)工作面覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，分析工作面采動(dòng)波及的覆巖含水層，進(jìn)行工作面涌水量變化趨勢(shì)的預(yù)計(jì)，結(jié)合礦井采掘規(guī)劃，對(duì)隨工作面回采礦井涌水量變化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)計(jì)，為工作面及礦井排水系統(tǒng)建設(shè)提供依據(jù)。

3.4 礦井水文動(dòng)態(tài)及覆巖破壞監(jiān)測(cè)技術(shù)

在工作面回采中對(duì)礦井水文進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析含水層影響礦井程度，探查覆巖導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，為礦井水害防治提供基礎(chǔ)資料，便于及時(shí)調(diào)整防治對(duì)策采取合理防治措施。

該技術(shù)體系的核心是依據(jù)礦井實(shí)際地質(zhì)、水文地質(zhì)及開(kāi)采條件因地制宜地進(jìn)行防治水技術(shù)方案的確定，重心是按照礦井所能承受的涌水量和涌水形式設(shè)計(jì)合理的回采參數(shù)和疏、排、控水等技術(shù)措施，在對(duì)技術(shù)方案技術(shù)可行性、可靠性及經(jīng)濟(jì)合理性等方面綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上開(kāi)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）通過(guò)分析礦井水文地質(zhì)條件，進(jìn)一步研究了礦井的充水水源、充水通道和充水強(qiáng)度，明確了胡家河煤礦主要面臨巨厚白堊系洛河組砂巖含水層水害影響，為礦井水害防治指明方向。（2）結(jié)合影響煤層回采的各含水層水文地質(zhì)條件，結(jié)合含水層空間分布特征，建立了胡家河煤礦防治水技術(shù)體系。胡家河煤礦煤層回采過(guò)程中防治水工作需以建立完善的排水系統(tǒng)為重點(diǎn)，優(yōu)化控制工作面回采參數(shù)，以自然疏排方案為主防治頂板白堊系水害，輔助頂板局部侏羅系含水層探查及預(yù)疏放措施進(jìn)行礦井防治水工作。

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