扎賚諾爾煤業公司鐵北煤礦Ⅱ2a煤層安全開采防治水條件分析

張長文 孫銳

摘? 要：通過本次研究工作，詳細查明了研究區Ⅱ2a煤層頂板含水層分布規律、埋藏條件及水力聯系情況，根據鄰礦的相似情況及實際經驗進行類比分析，并且建立回歸模型，得出計算綜放開采條件下的冒裂帶高度預計公式。利用鄰區水文地質資料及本區水文孔抽水試驗資料，采用了數值法分別對研究區進行涌水量計算，得到的結果和實測的數據基本吻合，這對礦井防治水有重要的意義，同時對煤層安全開采防治水條件進行了分析。

關鍵詞：安全開采;礦井防治水;導水裂隙帶高度;礦井涌水量

中圖分類號：TD745? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）16-0066-02

Abstract： Through this research work， the distribution law， burial conditions and hydraulic connection of roof aquifer in Ⅱ2a coal seam in the study area are found out in detail. According to the similar situation and practical experience of adjacent mines， the analogy analysis is carried out， and the regression model is established. The prediction formula of the height of the caving zone under the condition of fully mechanized top coal caving mining is obtained. Based on the hydrogeological data of adjacent areas and the pumping test data of hydrological holes in this area， the numerical method is used to calculate the water inflow in the study area respectively. The results obtained are in good agreement with the measured data， which is of great significance to the prevention and control of water in mines. At the same time， the waterproof treatment conditions of coal seam safety mining are analyzed.

Keywords： safe mining; mine water prevention and control; height of water diversion fracture zone; mine water inflow

1 礦區充水因素分析

通過對該礦區往年的突水情況分析（鐵北礦井下突水因素分析表），得知影響本礦區的主要充水因素包括自然因素與人為因素。其中突水水源為煤層頂板含水層和采空區。突水通道主要是人工開采破壞造成的頂板冒落，直接溝通上覆含水層。最大涌水量都在200m3/h以上，兩次都伴有潰砂現象，而且砂水比例在3：2以上。由于水文地質條件具有時空變化的特點，所以礦井充水條件亦有特定的空間和時間涵義。就同一礦井而言，不同開采煤層、不同開采水平、不同采區及至不同工作面，其充水條件都存在一定的差異;對于同一礦井的同一個開采煤層、開采水平、采區或工作面的充水條件不同時期也不相同，有的雨季和旱季不一樣，有的采前和采后不一樣。因此就該礦井來說，通過其突水實例的分析，可以看出Ⅱ2a煤層頂板含水層突水往往伴隨有潰砂現象，且涌水量較大，而目前采空區突水只有一次，水量為370m3/h。造成突水的原因都是人工開采裂隙導通含水層或采空區。

2 鐵北礦區礦井涌水量預計

根據礦區實際情況，本次涌水量預測采用數值法。

（1）邊界條件概化

本次計算的邊界條件為了更接近計算區的實際邊界，以減少邊界條件的不確定性給計算帶來隨意性，本次計算區西北部以F22斷層為邊界，作弱透水邊界處理，東南部、東北部、西南部均概化為無限含水層，并根據抽水實驗資料，在距抽水井400米左右的地方水位變化很小，將其作為定水頭邊界處理。

本次工作所研究的含水層為承壓含水層，且含水層富水性不均，為非均質含水層，初步將其分為六個參數區。

（2）數學模型的建立

根據水文地質邊界條件的概化，建立與其相適應的數學模型：

（3）單元剖分

單元剖分包括三角形及四邊形網格剖分，且單元格數是根據模型的大小和類型來確定的。這里根據水文地質單元條件，全區共剖分657個三角形單元，結點總數為359個，其中一類邊界結點為45個，二類邊界結點為15個，計算結點為284個。

（4）模型校正

本次模型校正以2006年1月12日17時～2月10日18時為校正模型時段，且將抽水穩定時段分為3個時段，每個時段分為4個步長，長度分別為0.09天、0.16天、0.25天、0.5天;抽水穩定觀測時段分為1個時段，并分為4個步長，長度分別為0.09天、0.16天、0.25天、0.5天。

（5）參數分區與計算結果

校正結果，全區共分9個參數區，參數結果見表2。

通過數值模擬得到不同分區的導水系數，及涌水量Q=693.0m3/h。與實測資料進行比較，Q實為710.4m3/h。可以看出模擬結果還是很接近實際數據的。

3 鐵北礦區礦井防治水技術

通過研究分析，對鐵北煤礦頂板水防治提出如下技術措施：（1）補充勘探工程：鐵北礦區突水潰砂的治理的前提條件是對其水文地質條件的查明程度。在目前對頂板各含水層富水、涌水特征沒有從根本上認識的情況下，應結合補充勘探、井下探放水工程。（2）加強“三帶”探測：為了獲取更多更豐富的“三帶”觀測資料以指導礦區今后開采實踐，要進一步加強覆巖結構中斷裂構造及頂板裂隙帶的進一步探測工作，通過探測分析導水通道的位置及導水性的強弱程度。（3）疏干開采：從礦井歷次沙水突水事故資料來看，Ⅱ2a煤層頂板含水層局部地段富集，且沿走向連通不好，多數突水點開始水量較大，很快減小至干涸，說明含水層補給條件不良。采用疏干方法易于形成降落漏斗，從而實現安全開采。疏干方式可采用地面疏干，井下疏干或聯合疏干方式。

4 結論與建議

（1）首先結合區內地質鉆孔和水文孔資料，對鐵北煤礦Ⅱ2a煤層頂板含水層厚度、埋深、形態、分布范圍進行了分析，查明了研究區Ⅱ2a煤層頂板含水層分布規律、埋藏條件及水力聯系情況。

（3）利用臨近礦井及本礦井抽水試驗資料對礦床涌水量計算采用了數值法進行了綜合分析對比，計算結果與實際數據對比非常接近，此計算方法適合本礦區。

參考文獻：

[1]張蔚榛.地下水非穩定流計算和地下水資源評價[M].科學出版社，1983.

[2]孫納亞.地下水的數值模型和數值法[M].地質出版社，1988.

[3]煤礦防治水手冊[M].煤炭工業出版社，2013.

[4]煤礦井采礦設計手冊[M].煤炭工業出版社，1982.