礦井煤底板巖溶水水害防治可行性初探

1、礦井煤底板巖溶水水害防治可行性初探 引言 張集煤礦a組煤底板巖溶水水害防治地面鉆探工程是淮南礦區(qū)潘謝新區(qū)首次進(jìn)行的一次規(guī)模較大的灰?guī)r水文地質(zhì)地面勘探,該項(xiàng)工程基本查明了太原組、奧陶系地層的巖性組合和厚度特征，以及1煤底板隔水層的巖性、厚度和物理力學(xué)性質(zhì)，對(duì)灰?guī)r富水性的非均一性有了基本了解，建立了礦井太原組c3、c3、c3組灰?guī)r和奧灰含水層的水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)網(wǎng)。 a組煤含1、2、3煤三層，本井田2煤、3煤缺失。1煤厚度0-10.35m，平均6.99m。1煤底板隔水層厚度14.8021.90m，平均17.67m；受構(gòu)造影響地段，厚度僅為1.758.07m，平均5.72m。第一水平標(biāo)高-600m，灰?guī)r水

2、頭壓力6.256.1mpa，向深部增大。具有開采煤層厚度大、底板隔水層厚度小、 灰?guī)r水頭壓力大的特點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)1煤安全開采，必須對(duì)底板巖溶水害進(jìn)行有效防治。 1 不利條件 1.1 區(qū)內(nèi)的西三采區(qū)已發(fā)現(xiàn)一疑似陷落柱。謝橋礦2#巖溶陷落帶探測(cè)資料和東風(fēng)井-440m回風(fēng)道第二次注漿堵水工程資料表明：即使發(fā)育到1煤至8煤中的巖溶陷落帶內(nèi)不含(導(dǎo))水，但是在影響帶內(nèi)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜,高角度裂隙易導(dǎo)水。  1.2 灰?guī)r水頭壓力大。在水壓6mpa條件下開展巖溶水害防治井下工程，兩淮礦區(qū)尚少先例，難度很大。 1.3 底板隔水層厚度小?；幢薄⑼畋钡V區(qū)，開采煤層距太原組灰?guī)r50m左右，而本區(qū)1煤底板隔

3、水層厚度僅為18m左右。 1.4 突水系數(shù)大。據(jù)淮南礦區(qū)老區(qū)a組煤安全開采的成功經(jīng)驗(yàn)，突水系數(shù)即每米底板隔水層厚度所承受的最大水壓值為0.05mpa。按本區(qū)1煤底板隔水層厚度平均為17.67m計(jì)算，每米隔水層實(shí)際承受的水壓值為0.345mpa。 1.5 疏水降壓難度大。礦井-600m水平灰?guī)r水頭壓力6.1mpa左右，安全水頭值為0.884mpa。若達(dá)到安全水頭值，需降壓5.216mpa。 本期地面鉆探工程揭露灰?guī)r的10個(gè)鉆孔，有2個(gè)孔穿過(guò)太灰、奧灰見寒灰，1個(gè)孔穿過(guò)太灰見奧灰，1個(gè)孔揭露c31-11層灰?guī)r，2個(gè)孔揭露c31-9層灰?guī)r，3個(gè)孔揭露c31-5層灰?guī)r，1個(gè)孔揭露c31-3下層灰?guī)r，均

4、未見溶蝕現(xiàn)象和漏水，抽水時(shí)最大涌水量?jī)H為0.29m3/h。10個(gè)鉆孔分布在間距4101040m的6個(gè)不同地段，足見灰?guī)r巖溶發(fā)育和富水性極不均一，給合理布置井下灰?guī)r放水鉆探工程以取得較好的疏水降壓效果帶來(lái)很大的困難。 1.6 礦井地處陳橋背斜的東南傾伏端，地層走向呈不完整的弧形轉(zhuǎn)折，北向西、東西向兩組斷層較發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜程度屬于中等。部分?jǐn)鄬忧懈蠲合导盎規(guī)r地層，使1煤底板隔水層的連續(xù)性及穩(wěn)定性受到破壞，在采動(dòng)礦壓和水壓的綜合作用下，可能成為導(dǎo)水通道。 1.7 1煤平均厚度為6.99m，屬單一厚煤層。若一次采全高，底板破壞深度會(huì)比中厚煤層開采增大。 2 有利因素 2.1 灰?guī)r巖溶發(fā)育程度和富水性向

5、深部減弱，是巖溶含水層的區(qū)域性規(guī)律；已有資料表明：本區(qū)及相鄰礦井亦具有與此相同的規(guī)律。謝橋礦2巖溶陷落柱帶探測(cè)工程奧灰、寒灰深部巖溶發(fā)育、富水性較強(qiáng)，是巖溶陷落影響帶的結(jié)果，并不具有普遍性。 礦井第一水平標(biāo)高-600m，深度較大，分析認(rèn)為：灰?guī)r富水性會(huì)趨于減弱。 2.2 謝橋礦東風(fēng)井及-440m水平回風(fēng)道突水，造成區(qū)域太灰、奧灰、寒灰水位下降，具有補(bǔ)給量不豐富，儲(chǔ)存量消耗的特征。 2.3 謝橋礦-440m水平回風(fēng)道突水點(diǎn)涌水量在1995年9月第一次注漿堵水工程結(jié)束時(shí)為344.50m3/h，2005年平均為280.78m3/h,減少了63.72m3/h，即涌水量隨時(shí)間延長(zhǎng)有所衰減，補(bǔ)給量與排泄量

6、逐漸趨于平衡。第二次堵水過(guò)程中，突水點(diǎn)涌水量漸小，2006年8月1日-3日平均為200.66m3/h，同年7月30日，距東風(fēng)井315m的k4孔（c31-4層灰?guī)r）水位埋深降至228.80m，標(biāo)高約為-202.50m；表明在有奧灰水補(bǔ)給的條件下，疏水依然能使c3組灰?guī)r有較好的降壓效果。 2.4 c3組灰?guī)r是1煤開采可能造成直接充水的含水層組，含水小、局部中等。該組灰?guī)r中，以c33上 、c33下厚度較大，富水性相對(duì)較強(qiáng)。據(jù)已有資料，1煤底板距c33上層灰?guī)r26.0035.60m，平均為27.54m。c31層灰?guī)r富水性微弱，c32層灰?guī)r賦存不穩(wěn)定，可以作為相對(duì)隔水層來(lái)利用。 2.5 巖溶含水層上緩傾

7、斜煤層安全開采，國(guó)內(nèi)外已有大量成功實(shí)例，淮南礦區(qū)老區(qū)亦有很多研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，其中包括：在受大氣降水補(bǔ)給、局部受奧灰水補(bǔ)給的條件下，對(duì)c3組灰?guī)r疏水降壓到安全水頭值，未發(fā)生過(guò)底板灰?guī)r突水事故。謝一礦在-480、-567、-660m水平將巷道直接布置在c31層灰?guī)r中，取得了疏水截流的效果。原謝二礦采用鉆孔和巷道疏水相結(jié)合的方法，在-660m水平灰?guī)r放水孔涌水量小，疏水效果差的情況下，施工放水石門穿過(guò)c31、 c32層灰?guī)r并揭露c33上層灰?guī)r，涌水量80.00m3/h，取得了良好的降壓和安全開采效果。 3 基本成果 礦井北接顧橋礦南部“x”共軛剪切構(gòu)造異常區(qū)即有爭(zhēng)議的新構(gòu)造或疑似巖溶陷落帶，西鄰

8、謝橋礦-440m回風(fēng)道底板灰?guī)r突水區(qū)和1#、2#實(shí)見巖溶陷落帶（柱），區(qū)內(nèi)亦已發(fā)現(xiàn)有疑似巖溶陷落柱。 潘謝新區(qū)及相鄰的新集礦開發(fā)建設(shè)以來(lái)，尚未實(shí)施灰?guī)r疏水降壓工程?；?guī)r地下水位下降，主要是謝橋礦東風(fēng)井和-440m回風(fēng)道突水、灰?guī)r地下水補(bǔ)給排泄和補(bǔ)給量不豐富、儲(chǔ)存量消耗的結(jié)果。通過(guò)對(duì)謝橋礦東風(fēng)井-440m回風(fēng)道突水第二次注漿堵水工程的水位動(dòng)態(tài)觀測(cè)資料，2#巖溶陷落帶xlz3孔奧灰、寒灰段抽水、c3-組灰?guī)r觀測(cè)孔水位下降資料和顧橋井田水34、水16孔c31-4層灰?guī)r抽水，c3-組灰?guī)r、奧灰觀測(cè)孔水位下降的資料綜合分析認(rèn)為：各層組灰?guī)r間存在著水力聯(lián)系，底部灰?guī)r水補(bǔ)給c3-組灰?guī)r。 據(jù)已有資料初步分析

9、，井田灰?guī)r水文地質(zhì)邊界條件為：北西部即灰?guī)r露頭區(qū)，分布有厚度較大的新生界“中隔”，為相對(duì)隔水邊界；井田北部，f215斷層造至太原組與上盤煤系地層相對(duì)接，但f109斷層又造至1煤及底板太灰與下盤奧灰相對(duì)接，總體為給水邊界；井田西部與謝橋礦相鄰，為給水邊界。 類比謝橋礦東風(fēng)井-440m回風(fēng)道突水量為礦井-600m水平灰?guī)r涌水量初步預(yù)計(jì)結(jié)果，即正常涌水量為430m3/h，最大涌水量為642m3/h。 礦井a(chǎn)組煤開采，既具有采厚、采深大，底板隔水層厚度小，灰?guī)r水頭壓力大的不利條件，又具有灰?guī)r含水層補(bǔ)給量不豐富、c3-組灰?guī)r含水小中等、富水性不均一并會(huì)向深部減弱、疏水能夠達(dá)到降壓效果等有利因素。 綜合分

10、析認(rèn)為：礦井a(chǎn)組煤底板巖溶水水害防治具有可行性。采用對(duì)c3-組灰?guī)r疏水降壓到安全水頭值，并輔以局部注漿封堵導(dǎo)水通道的綜合技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)a組煤的安全開采。 4 建議 4.1 本期地面鉆探工程鉆孔抽水水量很小，表明灰?guī)r富水性不均一而并非貧水。礦井地處陳橋背斜的東南傾伏端，斷裂系統(tǒng)顯示出背斜在褶皺隆起過(guò)程中的張裂性質(zhì)，據(jù)此分析，灰?guī)r巖溶裂隙應(yīng)較發(fā)育。 勘探階段鉆孔穿過(guò)斷點(diǎn)85個(gè)均未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，水209對(duì)f209斷層抽水無(wú)水，但切割1煤及其底板灰?guī)r的斷層導(dǎo)阻水性尚未查明。 c3-組灰?guī)r與底部灰?guī)r間存在著水力聯(lián)系，但礦井范圍內(nèi)的水力聯(lián)系通道即補(bǔ)給途徑不清。 1煤底板隔水層厚度、巖性在六線以西已得到控制，六線以東控制程度差；礦井北東部存在著構(gòu)造變薄區(qū)，表明其厚度分布受構(gòu)造影響而變化較大。 因此建議抓緊進(jìn)行礦井a(chǎn)組煤底板巖溶水水害防治井下勘探工程，采用物探、鉆探、水文試驗(yàn)相結(jié)合的方法，利用井下灰?guī)r放水孔可以長(zhǎng)歷時(shí)、大流量疏水的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步查明c3-組灰?guī)r的富水性和逕流、補(bǔ)給特征，查明斷層的導(dǎo)阻水性和c3-組灰?guī)r與底部灰?guī)r間的水力聯(lián)系通道，加密1煤底板隔水層的厚度控制。 4.2 灰?guī)r露頭區(qū)鉆孔很少，新生界尤其是新生界“三隔”和紅層勘探程度不足，建議適當(dāng)補(bǔ)鉆以加密控制。 4.3 類比謝橋礦東風(fēng)井-440m回風(fēng)道突水量作為礦井-600m水平灰?guī)r涌水量，僅為初步預(yù)計(jì)結(jié)果。礦