趙莊煤業(yè)井下突水監(jiān)測(cè)井網(wǎng)目的與任務(wù)

摘要：奧灰水及復(fù)雜的構(gòu)造帶嚴(yán)重地威脅著礦井的安全生產(chǎn)，因此帶壓開采的研究多年來一直是許多礦業(yè)工作者關(guān)注的問題，為實(shí)現(xiàn)帶壓開采安全，通過現(xiàn)場(chǎng)水文觀測(cè)孔的實(shí)測(cè)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)奧灰水突出的目的。啟動(dòng)《構(gòu)造突水井下監(jiān)測(cè)井網(wǎng)實(shí)施與預(yù)報(bào)系統(tǒng)研究》科研項(xiàng)目基本完成了預(yù)定的任務(wù)。

關(guān)鍵詞 帶壓開采 奧灰水 水文鉆孔 監(jiān)測(cè)井網(wǎng)

1、概況

晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)，主采山西組3#煤層，從現(xiàn)有的地質(zhì)資料來看，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，陷落柱、斷層等構(gòu)造帶較多，開采3#煤層距奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層100～200m，奧灰水位標(biāo)高在620-675m，開采3#煤層標(biāo)高+200～+710m，奧灰水及復(fù)雜的構(gòu)造帶嚴(yán)重地威脅著礦井的安全生產(chǎn)，因此帶壓開采的研究多年來一直是許多礦業(yè)工作者關(guān)注的問題，但因我國地質(zhì)條件復(fù)雜，開采方法各異，理論、技術(shù)還不夠完善，以至于礦井突水事故時(shí)有發(fā)生，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，開采引起的圍巖破壞與突水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)務(wù)之急，是實(shí)現(xiàn)帶壓開采安全問題的根本。通過現(xiàn)場(chǎng)水文觀測(cè)孔的實(shí)測(cè)，分析煤層底板各含水層的空間分布形態(tài)，水力聯(lián)系，地質(zhì)構(gòu)造等特性，認(rèn)為煤層底板各含水層在一般情況下是各自獨(dú)立的，只有原生構(gòu)造或采動(dòng)引起的次生構(gòu)造使各含水層連通，形成滲透通道時(shí)，才會(huì)發(fā)生水力聯(lián)系，而對(duì)礦井突水危險(xiǎn)最嚴(yán)重的是奧灰?guī)r承壓水（簡稱奧灰水），奧灰水突出時(shí)，首先要經(jīng)過滲透通道（主要是地質(zhì)構(gòu)造帶）流入其上覆含水層（太原組、本溪組含水層）如其上覆含水層的某一層或幾層的滲透性較好，水壓的反映速度較快，也即此含水層水位的變化能夠很好地反映它與奧灰水的連通程度，那么就可以通過監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)此含水層的變化情況來監(jiān)測(cè)奧灰水的流動(dòng)狀態(tài)，并通過固流耦合計(jì)算反演出此含水層的水位分布情況及突水點(diǎn)的位置，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)奧灰水突出的目的。

晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)帶壓開采非常重視，2008年趙莊煤業(yè)打了一個(gè)水文鉆孔，峰峰組鉆孔涌水量達(dá)到了120m3/h，隨后啟動(dòng)了《構(gòu)造突水井下監(jiān)測(cè)井網(wǎng)實(shí)施與預(yù)報(bào)系統(tǒng)研究》科研項(xiàng)目，在趙莊煤業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的決策下，礦上有關(guān)部門的大力協(xié)作下，經(jīng)過太原理工大學(xué)、焦作神龍水文地質(zhì)工程有限公司等單位近年的工作，該項(xiàng)目基本完成了預(yù)定的任務(wù)。

2、項(xiàng)目特點(diǎn)

2.1項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容

1） 研究現(xiàn)采區(qū)趙莊煤業(yè)突水危險(xiǎn)程度及其區(qū)域劃分。通過對(duì)井下趙莊煤業(yè)全區(qū)及其臨近區(qū)域工程地質(zhì)與水文地質(zhì)的綜合分析，從宏觀的角度分析其突水的可能性、危險(xiǎn)程度及其區(qū)域。

2）根據(jù)趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）開拓開采布局，研究設(shè)計(jì)構(gòu)造突水井下監(jiān)測(cè)井網(wǎng)，即水文觀測(cè)孔的布置方案；

3）精細(xì)水文地質(zhì)資料的勘測(cè)。水文地質(zhì)參數(shù)（水壓、水量、水質(zhì)、滲透系數(shù)）和各含水層之間的水力聯(lián)系；

4）趙莊煤業(yè)承壓區(qū)太原組薄層灰?guī)r含水層及峰峰組灰?guī)r含水層放水試驗(yàn)，研究太原組石灰?guī)r層含水性與獨(dú)立性。

5）研究形成太原組灰?guī)r含水層性態(tài)變化的奧灰水突出監(jiān)測(cè)理論與技術(shù)。

6）根據(jù)所查明的水文地質(zhì)資料，編制現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）的突水監(jiān)測(cè)網(wǎng)；

7）觀測(cè)人員進(jìn)行培訓(xùn)及其掌握觀測(cè)后的數(shù)據(jù)處理。

2.2項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)

通過2009年和2011年在井下施工5個(gè)奧灰水監(jiān)測(cè)與奧陶紀(jì)灰?guī)r放水試驗(yàn)鉆孔，太原組全孔取芯，并進(jìn)行鉆孔巖芯的力學(xué)特性測(cè)試，和煤層底板各含水層水文情況的觀測(cè)與測(cè)試，基本搞清趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)范圍內(nèi)為基礎(chǔ)的底板含水層性態(tài)，形成了奧灰突水監(jiān)測(cè)理論，并編制了現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）的突水監(jiān)測(cè)網(wǎng)，形成趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)人工采集數(shù)據(jù)突水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)，服務(wù)于趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)開采期間，確保礦井安全生產(chǎn)。

2.3項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)

基于太原組石灰?guī)r層含水性與奧陶紀(jì)灰?guī)r含水性的相互獨(dú)立性，通過監(jiān)測(cè)太原組灰?guī)r含水層性態(tài)變化來監(jiān)測(cè)礦井奧灰?guī)r溶水的突出，形成人工采集數(shù)據(jù)奧灰突水監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

2.4 任務(wù)完成的情況

通過在井下施工4個(gè)奧灰水監(jiān)測(cè)與峰峰組放水試驗(yàn)鉆孔，太原組灰?guī)r全孔取芯，并進(jìn)行鉆孔巖芯的力學(xué)特性測(cè)試，和煤層底板各含水層水文情況的觀測(cè)與測(cè)試，再研究趙莊煤業(yè)以5個(gè)鉆孔為基礎(chǔ)的底板含水層性態(tài)，形成了奧灰突水監(jiān)測(cè)理論，并編制了現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）的突水監(jiān)測(cè)網(wǎng)，形成趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)人工采集數(shù)據(jù)突水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)

2.5取得的主要成果

按照項(xiàng)目計(jì)劃已基本完成項(xiàng)目工作任務(wù)，主要工作成果如下：

1、通過對(duì)礦區(qū)的井田地質(zhì)、水文地質(zhì)及構(gòu)造帶的研究，分析了研究區(qū)域礦井突水的可能性及其注意的問題；

2、組織設(shè)計(jì)了井下4水文觀測(cè)孔，鉆孔總進(jìn)尺為804m，并在施工期間對(duì)各含水層的水力參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；

3、通過水文觀測(cè)孔的有關(guān)試驗(yàn)，得出：

1） 太原組K5-K2石灰?guī)r地層厚度、混合涌水量和單位降深涌水量

太原組灰?guī)r長期孔口穩(wěn)定水壓值

太原組灰?guī)r的滲透系數(shù)

2） 奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層：

孔口長期穩(wěn)定水壓值、單位降深涌水量和平均滲透系數(shù)

3） 太原組含水層與奧陶紀(jì)含水層是兩個(gè)完全獨(dú)立的含水體系。

4、在水文觀測(cè)孔鉆進(jìn)的同時(shí)，鉆取巖心，對(duì)煤層底板各巖層的物理力學(xué)參水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)定（抗壓、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等）為底板抗?jié)B透能力的研究提供基礎(chǔ)參數(shù)。

5、由于礦井構(gòu)造較多，在開采的同時(shí)，進(jìn)一步深入構(gòu)造勘測(cè)。

6、提出了適合于趙莊煤業(yè)的奧灰突水監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)理論與原理；

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作者簡介：

申曉峰（1985-），男，助理工程師，2007年畢業(yè)于山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，現(xiàn)在晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)地質(zhì)測(cè)量部工作。