高承壓強(qiáng)富水含水層下采煤頂板水防控技術(shù)研究

劉飛　尹慶國

摘 要：本文針對(duì)巴彥高勒煤礦3-1煤開采區(qū)頂板含水層厚度大、水壓高、大導(dǎo)高、富水性極不均一、延安組頂板含水層與與侏羅系底部含水層雙層高承壓砂巖孔隙裂隙含水層復(fù)合為一個(gè)含水體的復(fù)雜水文地質(zhì)條件，開展防治水技術(shù)研究，探索出一整套以煤層頂板含水層可控疏放為主體的高承壓強(qiáng)富水含水層下采煤的綜合防治水技術(shù)，為本區(qū)3-1煤開采提供技術(shù)支持的同時(shí)，對(duì)其他礦區(qū)相似條件下煤層開采具有重要的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：采礦工程；水文地質(zhì)；防治水技術(shù)；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.207

1 研究內(nèi)容和方法步驟

（1）研究內(nèi)容：根據(jù)《巴彥高勒井田水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報(bào)告》，影響巴彥高勒煤礦3-1煤開采的主要含水層，是導(dǎo)水裂縫帶影響范圍內(nèi)的3-1煤頂板延安組砂巖孔隙裂隙含水層和直羅組底部砂巖孔隙裂隙含水層。即這兩層含水層是3-1煤采區(qū)工作面防治水工作的主要目標(biāo)。

由表1可以看出，水化學(xué)類型均為SO4-Na型，這種較高的礦化度和水化學(xué)類型是地下水在含水層中長期溶解的結(jié)果，表明含水層水以靜儲(chǔ)量為主，補(bǔ)給、徑流條件較差。

綜合上述，由于巴彥高勒煤礦3-1煤頂板含水層埋藏深、水壓大、水量大、富水性分布不均一、工作面回采后涌水量峰值難以預(yù)計(jì)、順槽不具備自然排水能力、峰值涌水量可能超過排水系統(tǒng)的排水能力，為了提前可控引流、截流疏放、消峰平谷、減少采后落地涌水量、排除隱患、減少不可控因素，避免回采過程中涌水量峰值的出現(xiàn)、造成工作面被淹等事故，非常有必要提前開展頂板疏放水工作。

以沉積地質(zhì)研究與分析為基礎(chǔ)，以物探富水區(qū)查找為指導(dǎo)，以井下群孔預(yù)疏放為主，采后頂板垮落自然疏放殘余水量的聯(lián)合疏水方式。采取增加疏水孔數(shù)量，增加含水層裸孔段長度等措施提升疏水效果，縮短頂板水疏放時(shí)間，提高放水效率，是3-1煤頂板防治水防控技術(shù)的主要研究內(nèi)容。

（2）方法步驟：根據(jù)巴彥高勒煤礦3-1煤層頂板水害防治方案的選擇結(jié)果及頂板水預(yù)疏放中面臨的主要問題，結(jié)合首采面具體地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、生產(chǎn)條件，工作面頂板水防治方案總結(jié)為以下5個(gè)方面：

①綜合勘探、精細(xì)探查。針對(duì)主要充水含水層復(fù)雜的沉積特征，在地面地質(zhì)、水文地質(zhì)勘探、三維地震勘探的基礎(chǔ)上，在井下采用水文地質(zhì)物探、鉆探手段對(duì)頂板含隔水層沉積狀態(tài)進(jìn)行全方位精細(xì)探查，進(jìn)而研究沉積規(guī)律對(duì)礦井充水方式的控制作用，指導(dǎo)防治水工作；②動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。在精細(xì)探查和超前探查基礎(chǔ)上，采用井上下結(jié)合的礦井水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)礦井水位（水壓）、水量、水溫、水質(zhì)等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，做到提前發(fā)現(xiàn)、超前治理；③統(tǒng)籌兼顧、優(yōu)化設(shè)計(jì)。在礦井初設(shè)階段即充分考慮水文地質(zhì)因素，尤其是沉積因素。將工作面走向與沉積條帶方向呈夾角布置，雖然初期礦井涌水量波動(dòng)幅度較大，但通過初期疏放，為后續(xù)工作面開采提供安全保障。礦井排水系統(tǒng)和采區(qū)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)在按照預(yù)測(cè)涌水量設(shè)計(jì)的同時(shí)留有一定余地，以應(yīng)對(duì)可能的涌水量波動(dòng)；④可控疏放、消峰平谷。對(duì)回采工作面導(dǎo)水裂縫帶范圍內(nèi)的頂板水進(jìn)行可控預(yù)疏放，避免集中涌水，實(shí)現(xiàn)工作面采后涌水平穩(wěn)泄放，緩解周期性涌水對(duì)排水系統(tǒng)的壓力；⑤減小擾動(dòng)、循環(huán)利用。采取減小頂板導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度的技術(shù)手段，盡可能減少對(duì)上覆含水層的擾動(dòng)破壞，保護(hù)地下水資源和生態(tài)環(huán)境。同時(shí)對(duì)礦井水進(jìn)行循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)全復(fù)用、零排放。

2 取得的效果

通過對(duì)3-1煤工作面頂板水的提前疏降，取得了以下效果：

（1）通過疏放水盡可能釋放直羅組底部含水層和延安組上部含水層靜儲(chǔ)量，降低水頭壓力，使其呈不承壓狀態(tài)，保證工作面回采過程中涌水平穩(wěn)，不出現(xiàn)峰值涌水量，沖擊工作面及礦井排水系統(tǒng)，防止水害事故的發(fā)生；

（2）通過首采工作面疏放水，降低周邊工作面頂板水頭壓力，為周邊工作面開采創(chuàng)造有利條件；

（3）進(jìn)一步查清直羅組底部含水層和延安組上部含水層的富水性分布規(guī)律，了解底部隔水層的分布情況及賦存狀態(tài)，從而為疏放水的可行性和可靠性、合理地調(diào)整工作面布局，為提高礦井開采3-1煤層的安全程度提供科學(xué)依據(jù)；

（4）為下一步頂板水突涌預(yù)防方案選擇，確定鉆孔疏放、回采疏放和頂水采煤的可行性提供了可靠的第一手資料。

本文受山東能源淄礦集團(tuán)高承壓強(qiáng)富水含水層下采煤頂板水防控技術(shù)研究科研項(xiàng)目支持。

作者簡介：劉飛（1981-），男，河南永城人，助理工程師，研究方向：采礦工程管理。