張 鶴
(山西汾西宜興煤業(yè),山西 孝義 032300)
隨著礦井開采水平的延伸和開采強(qiáng)度的日益增加,深部煤炭資源開采已經(jīng)勢在必行,采礦活動面臨著“四高一擾動”的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),往往導(dǎo)致冒頂、突水、軟巖大變形、煤與瓦斯突出等一系列工程問題的發(fā)生。其中,采空區(qū)充、積水是煤炭生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的問題之一,如若不及時處理或處理不當(dāng),可能會誘發(fā)不必要的生產(chǎn)事故。
宜興井田范圍內(nèi)的主采煤層為+650 m水平2#煤層。根據(jù)鉆孔地質(zhì)勘探資料顯示,宜興井田水文地質(zhì)條件較為簡單,主采煤層平均埋深300 m,降雨對礦井涌水影響不明顯;基巖上覆松散表土層較薄,且煤層較薄,采動影響較小,松散含水層通過裂隙導(dǎo)入煤層中可能性不大;此外,其他類型地下水采取一定技術(shù)措施后,對采掘活動無影響。礦井直接充水水源主要為煤層頂板砂巖裂隙水,間接充水水源為太灰水,二者與主采煤層的賦存特征如下所述。
(1)砂巖裂隙含水層組
根據(jù)資料分析,K8砂巖至2#煤頂板砂巖含水層為2#煤層的直接充水含水層。根據(jù)礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及采掘情況,2#煤層頂板砂巖裂隙含水層除了在部分向斜軸部和裂隙發(fā)育密集帶富水相對較大外,整體富水性較弱,采掘過程中采取一般的防治水技術(shù)措施后對煤層開采不會造成影響。
(2)太原組薄層灰?guī)r裂隙含水層組
太原組薄層灰?guī)r水主要為K2、K3、K4含水層。根據(jù)資料分析,K3、K4灰?guī)r水富水性較弱,K2灰?guī)r水富水性中等,相對較強(qiáng),水位標(biāo)高+557.59~+559.57 m,而2#煤底板標(biāo)高在+540~+740 m,有部分區(qū)段帶壓。2#煤層距K2灰?guī)r約85 m,突水系數(shù)最大約為0.002 MPa/m,因此,太灰水對2#煤開采影響不大。
根據(jù)現(xiàn)場了解,由于宜興煤礦前身為孝義市鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦,技術(shù)管理薄弱,缺乏系統(tǒng)的礦井水文觀測記錄,且瓦斯爆炸事故發(fā)生后人員變動,資料散失,無以往礦井歷年涌水資料。根據(jù)礦井采掘情況,目前礦井涌水量約10m3/d,主要為井筒基巖面淋水,煤層頂板淋水很少。根據(jù)預(yù)測礦井正常涌水量為15m3/h,最大涌水量為30m3/h。礦井直接充水水源為煤層頂板砂巖裂隙水,間接充水水源為太灰水。礦井以往未發(fā)生過突水事故。目前,井下無明顯出水點(diǎn)。
由此可知12001運(yùn)輸巷(專項)采空區(qū)低洼處存在富水區(qū)域,必須采取疏放水鉆孔設(shè)計。
(1)頂板采動裂隙導(dǎo)水
煤層采掘過程中,頂板受到擾動破壞,采動裂隙一般發(fā)育高度延伸向上幾十米,頂板冒裂帶將揭露煤層頂板砂巖裂隙含水層,從而出現(xiàn)淋水或涌水等,在一些水量相對集中區(qū)段甚至影響礦井安全生產(chǎn)。
(2)封閉不良鉆孔導(dǎo)水
在宜興井田,由于前期勘探鉆孔時間比較久遠(yuǎn),并且許多鉆孔封孔質(zhì)量不詳。因此,如果鉆孔封閉不良,鉆孔都可能會成為各個含水層的水力聯(lián)系通道,采動過程中一旦被揭露,將會造成突水事故。在今后的開采過程中要引起高度重視,做好日常鉆孔臺帳工作,做到心中有數(shù),避免封閉不良鉆孔引發(fā)突水。
(3)斷層導(dǎo)水
斷層導(dǎo)水、突水也是礦井防治水的一個重點(diǎn)。從礦井揭露情況看,宜興井田構(gòu)造不十分發(fā)育,采掘過程中有小斷層揭露,由于斷層的存在,地層變得破碎或富水,并使主采煤層與各主要充水含水層距離縮短甚至對接,造成斷層破碎帶有可能成為各含水層的導(dǎo)水通道,引發(fā)突水。因此,對斷層突水必須引起高度重視,加強(qiáng)采掘區(qū)域的構(gòu)造探查工作。
(4)陷落柱導(dǎo)水
區(qū)內(nèi)勘探階段鉆孔未發(fā)現(xiàn)有陷落柱,而在2#、9#煤層有限范圍揭露6個陷落柱,說明宜興井田陷落柱相對發(fā)育。陷落柱是溝通各主要含水層的重要通道,也是煤層回采過程中引發(fā)水害的重大隱患,雖然在以前很少出現(xiàn)陷落柱突水事故,但是,導(dǎo)水陷落柱一旦被揭露,就有可能引發(fā)大的水患。因此,對陷落柱突水仍必須引起足夠的重視。
(5)褶曲構(gòu)造裂隙導(dǎo)水
在宜興井田分布有X4白衣廟東向斜、X5趙家溝向斜和B4孟南莊背斜。在這些褶曲的軸部一般裂隙比較發(fā)育,且相對富水,當(dāng)采掘過程中通過這些部位時煤層頂板砂巖裂隙相對富水且水量集中,有可能引發(fā)構(gòu)造裂隙突水事故。因此,在礦井防水工作中也應(yīng)引起重視。
根據(jù)礦井水文地質(zhì)資料綜合分析,影響2#煤層開采的主要為煤層頂板砂巖裂隙水,而該含水層整體富水性較弱,采取一般的防治水技術(shù)措施后不會對礦井生產(chǎn)造成影響。太灰薄層灰?guī)r水為2#煤層的間接充水水源,在帶壓區(qū)有可能出現(xiàn)構(gòu)造突水,但由于該含水層富水性相對較弱,煤層帶壓較小,正常情況下不會對礦井造成威脅,但在帶壓區(qū)要加強(qiáng)構(gòu)造的探查工作,確保礦井安全生產(chǎn)。煤層開采不受奧灰水影響。因此,從煤層充水水源來看,充水水源強(qiáng)度均較弱,對煤層開采不會造成威脅。
從礦井的涌水情況來看,目前礦井正常涌水約為10 m3/d,涌水主要為煤層頂板砂巖水和井筒基巖交界面淋水。根據(jù)預(yù)測礦井正常涌水量為15 m3/h,最大涌水量為30 m3/h。根據(jù)礦井排水系統(tǒng)情況分析,礦井排水能力能夠滿足相關(guān)規(guī)程排水要求。
12001運(yùn)輸巷上部為1201采空區(qū),采空區(qū)低洼處存在積水,目前還將會遇到兩處,采空區(qū)低洼處預(yù)計積水量分別為:1828m3,1096m3,為及時把采空區(qū)低洼處積水疏放完,防止出現(xiàn)突水事故的發(fā)生,特編制12001運(yùn)輸巷(專項)采空區(qū)低洼處疏放水鉆孔設(shè)計。
鉆探的目的是對采空區(qū)積水及時疏放。
根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中第98條規(guī)定,由于2#、3#煤層間距為7 m,按小窯水壓小于1.0 MPa考慮,需要使用止水套管,采用金剛鉆頭鉆進(jìn),開孔采用Φ133mm的鉆頭,下入Φ89mm套管,套管長度不小于5m,套管用聚氨酯快速凝固劑。套管外口焊接高壓法蘭盤,法蘭盤外接壓力表的短節(jié),短節(jié)外接高壓閥,鉆探時采用Φ65mm的鉆頭鉆進(jìn)至終孔。鉆機(jī)型號:ZYJ-1000/135(孔徑42mm)機(jī)載探放水專用鉆機(jī)。鉆機(jī)配備:42鉆桿60m,合金鋼鉆探2個,鉆機(jī)采用無芯鉆進(jìn)。在掘進(jìn)期間每5m一個疏放水孔,如疏放孔出水,掘進(jìn)工區(qū)立即停止掘進(jìn),并立刻向調(diào)度室匯報,地測科及時下發(fā)停止掘進(jìn)通知單,通知鉆探隊進(jìn)行鉆探。沿3#煤層工作面正前布置一個鉆孔,其余兩個鉆孔布置在左幫,距底板1.2 m呈半扇形布置3個鉆孔,孔與孔間距0.15 m,相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1 鉆孔設(shè)計參數(shù)
在鉆孔以及疏放水設(shè)計完成后,宜興煤業(yè)嚴(yán)格按照設(shè)計方案對12001運(yùn)輸巷上部1201采空區(qū)的積水進(jìn)行了鉆孔機(jī)疏放,在掘進(jìn)過程中,由于及時排水,避免了巷道積水可能引發(fā)的事故,保證了掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行,說明方案設(shè)計合理,符合煤礦的實際情況,促進(jìn)了煤礦安全生產(chǎn)。
圖1 鉆孔布置示意圖
宜興煤業(yè)根據(jù)生產(chǎn)布局計劃及工作面運(yùn)輸巷情況,采用鉆孔疏放的方案,準(zhǔn)確地解決了采空區(qū)低洼處積水問題,有效地預(yù)防了采空區(qū)低洼處積水問題的發(fā)生,實現(xiàn)了安全掘進(jìn)及回采,促進(jìn)了煤礦安全發(fā)展。