近距離煤層頂板水害立體防控技術(shù)研究
——以蒙陜深部礦井為例

周新河，翁明月，蘇士杰，李廣疆

(中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引 言

鄂爾多斯盆地位于我國(guó)西北地區(qū)東部，是印支運(yùn)動(dòng)后形成的中生代大型內(nèi)陸凹陷，在早中侏羅世形成了豐富的煤炭資源，盆地屬黃河中游，煤層以厚和特厚為主，煤田地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單～中等[1-3]，煤層賦存穩(wěn)定，水文地質(zhì)條件一般為簡(jiǎn)單～中等。蒙陜礦區(qū)位于內(nèi)蒙古與陜西交界處，近30 a來(lái)淺埋煤層進(jìn)行了高強(qiáng)度的開(kāi)采，由于水文地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，礦井涌水量普遍較小。但隨著煤炭資源開(kāi)采逐漸向深部延伸，頂板水害防治工作日趨嚴(yán)重[4-5]，其中，最大的問(wèn)題就是礦井開(kāi)采期間實(shí)際涌水量與勘探預(yù)測(cè)值有著很大的出入，礦井初步設(shè)計(jì)建立的排水系統(tǒng)很難滿(mǎn)足正常生產(chǎn)過(guò)程中排水設(shè)防需求，隨著礦井開(kāi)采強(qiáng)度的加大，覆巖破壞范圍增大，礦井水文地質(zhì)條件越來(lái)越復(fù)雜，在巷道掘進(jìn)和工作面回采過(guò)程中極易造成礦井涌水異常波動(dòng)，使礦井防排水系統(tǒng)遭受沖擊，威脅礦井生產(chǎn)安全[6-8]。

長(zhǎng)期以來(lái)，水害一直是煤炭安全開(kāi)采的一大自然隱患，我國(guó)水害防治理論經(jīng)過(guò)多年來(lái)的探索研究，逐漸一套成熟的防治水安全開(kāi)采技術(shù)體系，諸如上“三帶”、三圖雙預(yù)測(cè)、關(guān)鍵層等。在多煤層群組開(kāi)采中，主要采取下行開(kāi)采，通過(guò)采前頂板疏放水工程對(duì)主要含水層水進(jìn)行疏降[10-12]，這一方法適用于頂板含水層富水性弱～中等，或是在強(qiáng)富水含水層下，礦井建立了排水能力極大的主排、盤(pán)區(qū)、工作面等排水系統(tǒng)，礦井前期投入較大，且設(shè)備運(yùn)維較為困難，這一開(kāi)采形式對(duì)蒙陜地區(qū)深部礦井不是較為適合。

筆者以蒙陜地區(qū)呼吉爾特礦區(qū)門(mén)克慶礦井為工程背景，針對(duì)該礦井存在煤層埋深較大，煤層間距較近，頂板含水層高承壓、富水性強(qiáng)且極不均一，隔水層薄等開(kāi)采防治水難題，制定一套系統(tǒng)的防治水技術(shù)體系，為門(mén)克慶礦井乃至蒙陜礦區(qū)深部礦井近距離上下煤層聯(lián)合開(kāi)采頂板水害防治提供科學(xué)、合理與有效的方法。

1 研究區(qū)概況

門(mén)克慶礦井位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市烏審旗、伊金霍洛旗境內(nèi)，屬于呼吉爾特礦區(qū)中部。井田內(nèi)地層由老至新發(fā)育有：三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、侏羅系中統(tǒng)安定組(J2a)、白堊系下統(tǒng)志丹群(K1zh)和第四系全新統(tǒng)(Q4)。侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)為本井田含煤地層，在井田內(nèi)無(wú)出露，根據(jù)區(qū)域地層資料，地層厚度228.06～323.21 m，平均281.86 m?？傮w上在井田的中西部地層厚度較大，東南部厚度變小。巖性主要由一套淺灰、灰白色各粒級(jí)的砂巖，灰色、深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤層組成，發(fā)育有水平紋理及波狀層理，含2、3等5個(gè)煤組，與下伏延長(zhǎng)組(T3y)呈平行不整合接觸。礦井現(xiàn)階段主要開(kāi)采2,3煤組，埋深為620～730 m，包括2-1,2-2中、3-1煤層，煤層間距為18～50 m。井田構(gòu)造形態(tài)總體為一北西向傾斜的單斜構(gòu)造，巖層傾角1°～3°，褶皺、斷層發(fā)育程度低，2煤組受古河床沖刷影響，南翼2-1煤被完全剝蝕，北翼局部剝蝕，井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)陷落柱、巖漿巖侵入。

礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力12.0 Mt/a，采用立井開(kāi)拓方式，一次采全厚采煤法，綜合機(jī)械化采煤工藝，頂板管理采用全部垮落法，礦井首采區(qū)為11采區(qū)。2個(gè)投產(chǎn)工作面沿南北方向分別布置在2-2中煤、3-1煤，其中3-1煤布置一個(gè)厚煤層綜采工作面、2-2中煤布置一個(gè)中厚煤層綜采工作面。

2 水文地質(zhì)條件

2.1 含、隔水層特征

根據(jù)含水介質(zhì)、孔隙類(lèi)型及含水特征等，門(mén)克慶井田內(nèi)主要含水層自上而下可分為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積沙層孔隙潛水含水層、白堊系下統(tǒng)志丹群孔隙潛水-承壓水含水層、侏羅系安定組裂隙承壓水含水層、侏羅系中統(tǒng)直羅組碎屑巖類(lèi)承壓水含水層、侏羅系中統(tǒng)延安組碎屑巖類(lèi)承壓水含水層、三疊系上統(tǒng)延長(zhǎng)組(T3y)碎屑巖類(lèi)承壓水含水層，隔水層主要有侏羅系中統(tǒng)安定組隔水層、安定組底板至2煤組頂板隔水層和侏羅系延安組2煤組底至3煤組頂板隔水層。

綜合分析門(mén)克慶礦井水文地質(zhì)條件，認(rèn)為影響2-2中煤開(kāi)采的含水層為直羅組砂巖含水層，影響礦井3-1煤開(kāi)采的含水層為3-1煤頂板延安組砂巖含水層和直羅組砂巖含水層(圖1)，直羅組砂巖含水層是礦井主要充水含水層，地層厚度為117.75～219.45 m，平均為157.18 m，含水層出水段累計(jì)厚度為11.74～110.69 m，平均67.15 m，含水層厚度約占地層總厚度的21.57%，單位涌水量為0.060 8～0.206 8 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.071 7～0.598 2 m/d，地下水化學(xué)類(lèi)型為SO4·HCO3—Na·Mg型水，礦化度2 300～3 100 mg/L。在門(mén)克慶井田范圍內(nèi)2煤組頂板砂巖含水層在區(qū)域上普遍分布、厚度大、隔水層較薄，表現(xiàn)出富水性強(qiáng)且極不均一的特點(diǎn)。含水層距離2煤組頂板僅0.3～6.0 m，局部地段下部隔水層缺失，井下探放水鉆孔測(cè)定水壓最高達(dá)4.8 MPa。含水層富水性強(qiáng)、富水性極不均一，導(dǎo)致頂板水疏放難度較大，且在3-1煤與2-2中煤同采期間，礦井涌水量會(huì)因采掘活動(dòng)的影響而大幅增加，造成礦井涌水異常波動(dòng)，排水系統(tǒng)壓力大，威脅礦井生產(chǎn)安全[13-14]。

圖1 門(mén)克慶井田3-1煤層頂板含隔水層結(jié)構(gòu)示意

2.2 地下水補(bǔ)給、徑流、排放

井田區(qū)孔隙潛水主要賦存在第四系全新統(tǒng)(Q4)風(fēng)積沙層和第四系更新統(tǒng)(Q3)薩拉烏蘇組松散層中。井田區(qū)內(nèi)第四系廣泛分布，地下水的補(bǔ)給來(lái)源主要以大氣降水垂向入滲為主，其次為鄰區(qū)地下水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，以及下伏基巖裂隙承壓水的越流補(bǔ)給。潛水的徑流方向受地形控制，總的徑流方向是由北向南或由東北向西南徑流。潛水的排泄方式以徑流排泄為主，其次是人工開(kāi)采排泄及地面蒸發(fā)等。

井田區(qū)承壓水主要賦存于白堊系下統(tǒng)志丹群(K1zh)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)以及侏羅系下統(tǒng)延安組(J2y)砂巖中，無(wú)基巖出露，地下水的主要補(bǔ)給來(lái)源為井田外承壓水的側(cè)向徑流補(bǔ)給，其次為上覆第四系孔隙水的下滲補(bǔ)給。承壓水的徑流方向沿地層走向由北向南徑流。承壓水的排泄以側(cè)向徑流排泄為主，其次為人工鑿井取水排泄，以及礦井疏干排水等[15-16]。

3 煤層頂板水害立體防控技術(shù)

3.1 煤層頂板水害立體防控技術(shù)總體思路

門(mén)克慶煤礦首采區(qū)北翼3-1煤工作面面臨頂板砂巖水威脅，同時(shí)2煤組掘進(jìn)生產(chǎn)面臨疏水難度大、礦井安全難以保障、接續(xù)困難、排水系統(tǒng)壓力大、掘進(jìn)效率低、經(jīng)濟(jì)效益差等難題，針對(duì)上述問(wèn)題，提出煤層頂板水害立體防控總體思路：

1)通過(guò)3-1煤采前疏放水與采后導(dǎo)水裂縫帶泄水降低直羅組砂巖含水層水位(圖2)，可掩護(hù)2煤組的安全掘進(jìn)與回采，避免了近“探”、近“放”所帶來(lái)的水害威脅[17]。

圖2 頂板疏放孔疏水?dāng)嗝媸疽?/p>

2)堅(jiān)持以“防”為主，“防”“治”結(jié)合的防治水思路：①建立和完善水文觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，采用物探和鉆探相結(jié)合，監(jiān)測(cè)與試驗(yàn)相結(jié)合，井上、井下立體探查方式，重點(diǎn)查明3-1煤工作面頂板直羅組含水層的開(kāi)采水文地質(zhì)條件，以及古河床沖刷帶的含(導(dǎo))水性和富水情況，探查研究頂板“三帶”發(fā)育規(guī)律和充水含水層富水特征及其與上覆白堊系巨厚層砂巖孔隙裂隙含水層之間的水力聯(lián)系情況；②進(jìn)一步優(yōu)化防治水技術(shù)措施，在保障礦井安全的前提下，實(shí)現(xiàn)防治水工作、工程與礦井生產(chǎn)接續(xù)和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一[18]。具體包括：①以預(yù)防為主，杜絕惡性突水事故發(fā)生。對(duì)突水隱患：一是要查清并排除；二是健全排水系統(tǒng)；三是要有可靠的避災(zāi)措施；②結(jié)合水文地質(zhì)條件，重點(diǎn)富水異常區(qū)分布情況，堅(jiān)持預(yù)先可控疏放至安全標(biāo)準(zhǔn)后漸進(jìn)回采的原則，實(shí)現(xiàn)“消峰平谷”，使頂板水平穩(wěn)泄出；③有計(jì)劃、有針對(duì)性地進(jìn)行采區(qū)水文地質(zhì)條件精細(xì)調(diào)查、勘探和觀(guān)測(cè)工作，分析研究地下水的賦存和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為防治水工作提供技術(shù)依據(jù)。

3.2 煤層頂板水害立體防控方案

針對(duì)門(mén)克慶礦井2,3煤組采掘水害問(wèn)題，在上述總體思路的指引下，提出近距離煤層頂板水害立體防控方案(圖3)，該方案通過(guò)3-1煤采前疏放水與采后導(dǎo)水裂縫帶泄水可保障2煤組巷道掘進(jìn)與工作面回采中的防治水安全。

圖3 近距離煤層頂板水害立體防控技術(shù)方案

分析研究區(qū)水文地質(zhì)條件和礦井充水條件，制定出3-1煤防治水措施，主要內(nèi)容包括巷道掘進(jìn)階段的超前探放水、工作面回采前的分段疏放水、工作面回采中泄水巷泄水以及工作面回采后的采空區(qū)自然疏放水等。通過(guò)實(shí)施這些措施，以達(dá)到削峰平谷、煤水分流，實(shí)現(xiàn)3-1煤安全生產(chǎn)，同時(shí)掩護(hù)2煤組的掘進(jìn)與回采的目的。2煤組后續(xù)開(kāi)采中通過(guò)采取巷道掘進(jìn)階段和工作面回采前的補(bǔ)充探放水、工作面回采中泄水巷泄水以及工作面回采后的采空區(qū)自然疏放水等防治水措施，達(dá)到煤水分流、安全生產(chǎn)的目的。在保障礦井安全生產(chǎn)的前提下，結(jié)合礦井實(shí)際情況，對(duì)防治水技術(shù)措施進(jìn)一步優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)礦井防治水與礦井生產(chǎn)接續(xù)和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

3.3 煤層頂板水害立體防控實(shí)施步驟

1)低位鄰面截流、分區(qū)防控、層組治理。在對(duì)礦井主要充水含水層沉積地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、地下水流場(chǎng)特征等充分研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)礦井采掘布局調(diào)整，按照“斷源截流”的思路，根據(jù)來(lái)水側(cè)方向，將頂板水治理按照“低位鄰面截流”模式，實(shí)現(xiàn)頂板水的“分區(qū)防控、層組治理”。

2)煤層頂板富水區(qū)分析、探查與圈定。首先開(kāi)展頂板含隔水層沉積展布規(guī)律分析，初步劃分井田富水區(qū)，同時(shí)采用井下物探方法進(jìn)行進(jìn)一步的探查，兩者相結(jié)合綜合圈定工作面頂板富水異常區(qū)，井下物探探測(cè)時(shí)間選擇在工作面巷道全部貫通，設(shè)備尚未安裝時(shí)進(jìn)行。

3)疏放水試驗(yàn)。根據(jù)首采工作面具體情況，依據(jù)疏放水可疏性評(píng)價(jià)結(jié)果，布置和實(shí)施疏放水試驗(yàn)工程，初步確定疏放水的層位和標(biāo)高，疏放水鉆孔布置的間距、傾角、方位角等參數(shù)，確定放水時(shí)間與疏放水量關(guān)系等關(guān)鍵參數(shù)，為下一步疏放水工程的正常實(shí)施提供依據(jù)，并初步預(yù)測(cè)工作面采后涌水量，為工作面排水系統(tǒng)設(shè)置提供依據(jù)。

4)疏放水工程方案優(yōu)化。依據(jù)疏放水試驗(yàn)，設(shè)計(jì)初步的疏放方案，實(shí)施頂板水的預(yù)疏放，在工作面回采后，根據(jù)采后涌水特征，對(duì)前一階段工作面預(yù)疏放水成果資料與設(shè)計(jì)資料進(jìn)行分析，并對(duì)后期持續(xù)疏放水工程方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，疏放水的優(yōu)化工程隨井下防治水工作與采掘工程的進(jìn)行逐步展開(kāi)[19]。

5)工作面頂板砂巖水分段可控預(yù)疏放。通過(guò)上述總結(jié)與分析，對(duì)后續(xù)探放水鉆孔布置方式及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，由工作面開(kāi)切眼向回采方向分段開(kāi)展疏放水。

6)工作面開(kāi)采防治水安全專(zhuān)項(xiàng)評(píng)價(jià)。工作面聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)前，對(duì)前述探查、疏放成果進(jìn)行總結(jié)，對(duì)前期疏放水效果進(jìn)行評(píng)價(jià)；對(duì)工作面采后涌水量進(jìn)行進(jìn)一步預(yù)測(cè)計(jì)算，并對(duì)礦井、采區(qū)、工作面排水系統(tǒng)進(jìn)行全面評(píng)價(jià)；進(jìn)而論證工作面開(kāi)采可行性。

7)工作面后續(xù)探放水工程再優(yōu)化。隨著工作面頂板水探放工程的開(kāi)展和工作面里段回采，在以采后涌水量、涌水位置、涌水動(dòng)態(tài)過(guò)程、采空區(qū)涌水水化學(xué)特征、井下水壓、地面水位、礦壓顯現(xiàn)規(guī)律等數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)分析的基礎(chǔ)上，將上述數(shù)據(jù)與前期沉積地質(zhì)分析、物探探查、涌水量預(yù)計(jì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)已回采段開(kāi)采情況進(jìn)行總結(jié)，進(jìn)而對(duì)工作面外段疏放水工程進(jìn)行分段再優(yōu)化，在保證工作面安全回采的同時(shí)，最大限度地減少鉆探工程量，實(shí)現(xiàn)安全效益與經(jīng)濟(jì)效益的有效統(tǒng)一。

4 煤層頂板水害立體防控技術(shù)應(yīng)用

4.1 上下煤層綜合精細(xì)探查

按照上下煤組頂板水疏放的實(shí)施步驟，開(kāi)展了門(mén)克慶礦井3-1,2-2中煤層頂板水害立體防控，具體實(shí)施步驟為，先進(jìn)行上組煤富水性探查工作，把沉積地質(zhì)分析和富水性探查圈定的富水異常區(qū)與異常層段作為上組煤探放水重點(diǎn)區(qū)段與層段[20]，待上組煤頂板鉆孔疏放及采空區(qū)水疏放完畢后，再進(jìn)行下組煤富水性探查工作，同時(shí)通過(guò)沉積地質(zhì)分析和富水性探查工作成果，進(jìn)一步確定下組煤疏放重點(diǎn)(表1、圖4、圖5)[21]。

表1 門(mén)克慶礦井11-3101、11-2201工作面頂板相對(duì)富水異常區(qū)平面分布情況

圖4 門(mén)克慶礦井11-3101工作面富水異常區(qū)平面分布情況示意

圖5 門(mén)克慶礦井11-2201工作面頂板相對(duì)富水異常區(qū)平面分布情況示意

4.2 下煤層采前疏放及采空區(qū)疏放

根據(jù)以上防控方案和實(shí)施步驟，對(duì)下煤層3-1煤3101工作面探放水鉆孔進(jìn)行設(shè)計(jì)。3101工作面頂板探放水工程共設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)30個(gè)，其中回風(fēng)巷一側(cè)16個(gè)鉆場(chǎng)，運(yùn)輸巷一側(cè)14個(gè)鉆場(chǎng)；共設(shè)計(jì)鉆孔142個(gè)，其中回風(fēng)巷一側(cè)72個(gè)，運(yùn)輸巷一側(cè)70個(gè)；累積設(shè)計(jì)鉆探進(jìn)尺25 560 m。一期工程包括H1,H2,H3和Y1,Y2,Y3共6個(gè)鉆場(chǎng)，30個(gè)鉆孔，鉆探進(jìn)尺5 400 m。鉆孔施工過(guò)程中，鉆孔數(shù)量、相關(guān)參數(shù)、施工序次需要結(jié)合井下已有鉆孔、現(xiàn)場(chǎng)施工條件、疏放試驗(yàn)成果、先期鉆孔施工情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

通過(guò)對(duì)3-1煤富水異常區(qū)的探疏，3101工作面頂板水得到有效疏放，達(dá)到了疏水降壓，削峰平谷的目的，對(duì)工作面安全回采起到了關(guān)鍵作用；同時(shí)，通過(guò)工作面采空區(qū)對(duì)工作面頂板含水層進(jìn)行頂板水疏放。門(mén)克慶礦井頂板“兩帶”發(fā)育至直羅組底部“七里鎮(zhèn)砂巖”，該含水層水通過(guò)斷裂、垮落帶進(jìn)入采空區(qū)，在采空區(qū)上方形成疏放漏斗，將降落漏斗內(nèi)的頂板砂巖水進(jìn)行有效疏放。門(mén)克慶礦井于3101工作面設(shè)計(jì)施工了一條泄水巷，專(zhuān)門(mén)用于輔助工作面采空區(qū)放水，并配備盤(pán)區(qū)水倉(cāng)。巷道內(nèi)布設(shè)4趟?325排水管路，其中一趟用于收集采空區(qū)清水。采空區(qū)水經(jīng)過(guò)工作面聯(lián)巷防火防水閉墻預(yù)留泄水管內(nèi)流出，通過(guò)預(yù)留?325排水管路排入井底車(chē)場(chǎng)清水倉(cāng)。

自2016年6月開(kāi)始3101工作面開(kāi)展頂板疏放水，2016年10月，該工作面開(kāi)始回采。截至2019年7月，該工作面頂板水持續(xù)疏放，累計(jì)疏放水量達(dá)2 659.3萬(wàn)m3。累計(jì)疏放量及疏放水時(shí)間關(guān)系曲線(xiàn)如圖6所示。

圖6 門(mén)克慶礦井3101工作面累計(jì)疏放水量與疏放時(shí)間關(guān)系

3101工作面位于2201工作面的西側(cè)，3101工作面頂板水的疏放可以起到在來(lái)水方向減少2201工作面頂板砂巖水的補(bǔ)給，達(dá)到對(duì)其進(jìn)行疏水降壓的效果。

4.3 上煤層采前疏放

通過(guò)3101工作面回采及頂板疏放水，2201工作面頂板水壓有所下降，尤其在工作面開(kāi)切眼附近，由于其隔水層較薄，頂板砂巖水延巷道頂板裂隙不斷下滲，2018年1月，對(duì)巷道超前探階段施工的頂板孔水壓、水量進(jìn)行了再統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)具體見(jiàn)表2。22SF1-4孔在水量大幅衰減的情況下水壓變化較小，在排除堵孔的情況下，分析其產(chǎn)生的原因主要有2點(diǎn)：①該孔為巷道開(kāi)口施工的第1組超前探鉆孔，上覆頂板含水層處于相對(duì)完整狀態(tài)；②該孔終孔層位所達(dá)到的含水層與上覆含水層水利聯(lián)系較強(qiáng)，原含水層靜儲(chǔ)量水疏放后，仍受到上覆含水層持續(xù)的補(bǔ)給，導(dǎo)致水壓未出現(xiàn)明顯下降的情況。

表2 門(mén)克慶礦井2201工作面超前探放水頂板鉆孔水量、水壓對(duì)比

通過(guò)2016年巷道掘進(jìn)階段頂板含水層探查孔與2018年1月探查孔水量水壓的對(duì)比分析如下：①鉆孔的水壓、水量都有不同程度的降低，說(shuō)明提出的先開(kāi)采下層3-1煤，通過(guò)其鉆孔疏放水及采空區(qū)水疏放，待直接充水含水層水量、水壓被疏降至可以保證2-2中煤順利回采時(shí)，再開(kāi)采上層2-2中煤的水害防治方案，達(dá)到了初步效果。②2201工作面頂板含水層水量、水壓已下降，可進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)頂板疏放水鉆孔，把沉積地質(zhì)分析和井下瞬變電磁探測(cè)物探圈定的富水異常區(qū)與異常層段作為探放水重點(diǎn)區(qū)段與層段，形成頂板相對(duì)富水異常區(qū)平面圖分布情況示意及疏放鉆孔布置如圖7和表3所示。

圖7 門(mén)克慶礦井11-2201工作面頂板相對(duì)富水異常區(qū)平面圖分布情況疏放鉆孔布置

表3 門(mén)克慶礦井11-2201工作面頂板相對(duì)富水異常區(qū)平面分布及鉆孔施工情況

4.4 水害立體防控效果評(píng)價(jià)

針對(duì)深部侏羅紀(jì)煤田近距離煤層能否安全回采，其關(guān)鍵因素就是疏放水工作是否達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，以及工作面及礦井排水系統(tǒng)能否達(dá)到預(yù)測(cè)涌水量的要求。通過(guò)建立單孔涌水量、鉆孔水壓力、靜儲(chǔ)量3條評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)3101,2201工作面安全回采對(duì)評(píng)價(jià)方法的進(jìn)行了有效性驗(yàn)證。

1)單孔涌水量。水量穩(wěn)定，24 h內(nèi)，涌水量波動(dòng)幅度不超過(guò)10%。其目的是將工作面頂板含水層靜儲(chǔ)量疏放徹底，使鉆孔涌水主要來(lái)源為工作面頂板含水層動(dòng)態(tài)補(bǔ)給量。

2)鉆孔水壓力。其主要目的是將工作面頂板含水層由高承壓含水層疏降至不承壓狀態(tài)，即將頂板含水層水頭疏降至含水層頂板以下。

3)靜儲(chǔ)量。本項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)的原則為，將工作面頂板含水層靜儲(chǔ)量疏放干凈，達(dá)到“消峰平谷”的目的，有效減小采后涌水量；評(píng)價(jià)方法有2種，第1種為判定鉆孔涌水量是否達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)，第2種方法為對(duì)比預(yù)測(cè)的靜儲(chǔ)量與實(shí)際疏放的靜儲(chǔ)量，看靜儲(chǔ)量是否被疏放干凈。

5 結(jié) 論

1)蒙陜深部侏羅紀(jì)近距離煤層3-1煤層回采后，位于導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育范圍內(nèi)的3-1煤頂板延安組砂巖含水層、2-2中煤頂板延安組砂巖含水層和直羅組一段砂巖含水層為工作面直接充水含水層。2-2中煤層工作面回采后，位于導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育范圍內(nèi)的直羅組底部砂巖含水層為工作面直接充水含水層；直羅組一段砂巖含水層是上下煤組(3-1,2-2中煤)共同的直接充水含水層。

2)針對(duì)侏羅紀(jì)深部煤田近距離煤層呈現(xiàn)的含水層高承壓、富水性強(qiáng)且極不均一、隔水層薄的賦存特征，按照“低位鄰面截流、分區(qū)防控、層組治理”的思路，采取上下煤層結(jié)合綜合精細(xì)探查、統(tǒng)籌兼顧、優(yōu)化探放水鉆孔布設(shè)，探索了以區(qū)域和煤組為單位大范圍治理頂板水害的模式，避免了近“探”近“放”所帶來(lái)的水害威脅。

3)針對(duì)蒙陜礦區(qū)高承壓含水層下近距離煤層能否安全回采的關(guān)鍵因素就是疏放水工作是否達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，研究通過(guò)建立單孔涌水量、鉆孔水壓力、靜儲(chǔ)量3條評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且通過(guò)門(mén)克慶礦井3 101,2201工作面安全回采對(duì)評(píng)價(jià)方法的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。