成莊礦承壓水防治技術研究

牛軍平 閆海琴

(晉煤集團成莊礦,山西省晉城市,048021)

成莊礦承壓水防治技術研究

牛軍平 閆海琴

(晉煤集團成莊礦,山西省晉城市,048021)

結合成莊礦礦井水文地質條件和生產實際,綜合分析研究影響煤層開采的各種因素,研究總結出一套適合于成莊礦水文地質條件和安全生產現狀的承壓水防治管理思路與技術手段。

承壓水防治 四探查四報告 成莊礦

TD745

A

1 研究背景

礦井水害是煤礦五大自然災害之一,近年來水害事故頻發,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#煤層不會直接導通奧灰水,但若存在導水構造,奧灰水則可能通過導水構造進入3#煤層及其頂板含水層,從而導致透水事故。隨著開采范圍向井田西部延伸,逐漸轉變為承壓水帶壓開采,水文地質條件由簡單轉為復雜,給礦井安全開采提出了新的挑戰。若干年后,9#和15#煤層的開采將面臨更加嚴竣的形勢,15#煤層與奧灰含水層之間的距離最短只有10～20 m。

為了防止開采過程中承壓水突水事故的發生,實現承壓區內煤層的安全帶壓開采,成莊礦開展相應的帶水壓開采防治水技術研究并制定相應的防治水技術措施。

2 研究思路

綜合分析成莊礦的地質和水文地質資料,由于15#煤層底板以下的峰峰組可作為相對隔水層使用,所以承壓水防治的重點就是構造導水和封閉不良鉆孔導水。而封閉不良鉆孔在本井田未有發現,因此地質構造體導水是成莊礦承壓水防治的研究重點。

在實際開采和地面地球物理勘探(三維地震勘探)過程中,成莊礦共發現247個陷落柱,其中目前已探明111個。因此應采取科學的技術手段主要預防煤層底板奧灰水經導水陷落柱潰入礦井。

本次研究系統分析礦井西部承壓區地質構造發育條件及規律,研究承壓區斷層、陷落柱的導水性能,選擇適用于成莊礦承壓區地質條件的導水構造探查方法和手段,提出承壓水區域帶壓開采防治水技術措施。

3 研究過程

3.1 成莊礦帶水壓區域劃分

根據鉆孔資料把井田區域分為帶壓區和不帶壓區。3#煤層帶壓開采總面積為25.01 km2,9#煤層帶壓開采總面積為35.58 km2,15#煤層帶壓開采總面積為45.83 km2。此外,根據突水系數的大小,對帶水壓區域劃分出安全區、過渡區(威脅區)、危險區,見圖1。

圖1 成莊礦帶壓區劃分

3.2 分析煤層底板承壓水基本情況

分析對象包括導水通道的確定和太灰含水層富水性確定。

3.3 制定相應的防治水安全技術措施

帶水壓區巷道掘進階段防治水工作的中心任務是對巷道掘進面前方煤層底板導水構造的探查與治理,回采前的工作重點是對工作面底板垂向導水構造的探查與治理。

在掘進和回采過程中,除進行常規的水文地質監測外,還必須對薄弱區段進行突水監測與預測預報。

3.4 采用物探方法探查

3.4.1 地面三維地震勘探

根據三維地震波的連續性,探測煤層中的斷裂構造和塌陷區。如KDX119陷落柱位于本區北部,長軸方向為N30°W向,短軸方向為N60°E向,軸長90 m,平面上形態為不規則橢圓形,剖面上為反漏斗狀,控制可靠,見圖2。

圖2 地面三維地震勘探結果

3.4.2 地面瞬變電磁探查

進行含水層及富水區探測、構造富水性探測,以確定水源地富水區。利用瞬變電磁法對構造的三維勘探結果見表1,其中KDX119陷落柱評價結果為弱導水。

表1 利用瞬變電磁法對構造的三維勘探結果

3.4.3 井下直流電法和井下瞬變電磁超前探測對巷道掘進前方導水地質構造進行探測,確定構造富水性。采用直流電法和井下瞬變電磁對KDX119陷落柱評價,結果見圖3。

圖3 直流電法和井下瞬變電磁法探查結果

從以上兩種物探方法的評價結果可以看出:第一、二、三、四異常區視電阻率小,該區域可能為裂隙帶,相對富水,結合瞬變電磁探測結果中低阻異常區為陷落柱含水反映,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,與深部巖層間水力聯系差,能保證安全掘進。

3.4.4 超前鉆孔探查

(1)井下太原組薄層灰巖觀測孔。探查各煤層底板隔水層的厚度和巖性,施工放水孔,觀測太灰和奧灰含水層之水位關系,以及太灰含水層的流場變化規律。

(2)井下鉆探探查。以物探結果為依據,編制設計方案,準確探查該地點地質構造體的存在性和導水情況,提供最終的報告。

3.4.5 水化學分析及同位素試驗

從地下水的物理性質、化學成分和環境同位素方面分析研究井田西部奧灰含水層地下水的補給條件、運移情況以及礦井開采可能引起的變化。

4 結論

(1)3#煤層底板突水系數小于0.06,在開采3#煤層時,正常情況下底板突水的可能性較小。然而礦井實際地質構造分布特征 相對復雜,存在許多小型斷層和陷落柱,破壞了煤層底板的連續性,在一定條件下也存在煤層底板突水的可能,因此,為保證萬無一失,在帶壓開采區域實際生產過程中,承壓水防治需增加局部防治手段。

(2)研究過程中,結合實際情況,總結提出了“四探查四報告”的綜合承壓水防治措施:在地面進行三維地震勘探,提供相應報告,確定相應地點的地質構造資料;在地面進行瞬變電磁勘探,提供相應報告,確定相應地點的地質構造資料及含水情況;在井下進行直流電法探測或瞬變電磁勘查,提供相應報告,確定相應地點的地質構造資料及導水情況;在井下現場進行鉆探,準確確定該地點地質構造的導水情況,提供最終報告。

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年畢業于中國礦業大學測量工程專業,現在晉城藍焰煤業股份有限公司成莊礦地測科工作。

(責任編輯 梁子榮)