煤礦防治水論文

1、煤礦防治水論文煤礦防水論文:恒源煤礦深部開采放水試驗及防治水方案煤礦防治水論文煤礦防水論文:恒源煤礦深部開采放水試驗及防治水方案摘要:為了查明恒源煤礦-600 m 水平開采受底板高承壓太灰含水層的威脅,基于地下水井流理論,對太灰含水層進行了大型群孔干擾放水試驗,查明了 6 煤底板太灰含水層的富水性和補徑排條件。結(jié)果表明太灰含水層巖溶發(fā)育且存在一定程度的非均一性,徑流條件較好,礦區(qū)內(nèi)不存在不易疏降的高水位異常區(qū),在此基礎(chǔ)上提出了該礦深部開采以疏水降壓為主、注漿為輔的底板防治水技術(shù)方案,為保障-600 m 水平6 煤安全開采提供合理依據(jù)。關(guān)鍵詞:深部開采;群孔放水試驗;流場演化;防治水恒源煤礦隸屬

2、于安徽恒源煤電股份有限公司,主采二迭系山西組6 煤層和下石盒子組4 煤。目前,礦井一水平-400 m 以淺資源開采已接近尾聲,二水平-400-600 m 資源是現(xiàn)階段及今后的主要開采層位。隨著礦井二水平的逐步打開,回采深度也逐漸加大,6 煤層底板承受水壓也隨之增加,工作面底板最大承受水壓將達到3.4 MPa,相應(yīng)突水系數(shù)為0.085 MPa/m,大于突水系數(shù)臨界值。另外,當(dāng)太灰水在遇到陷落柱以及其他地質(zhì)構(gòu)造與工作面導(dǎo)通時,將極有可能造成淹巷、淹面事故。同時,奧陶系灰?guī)r水也存在通過大的導(dǎo)水構(gòu)造(如陷落柱、基底斷裂等突破煤層底板進入采場的可能,其后果不可估量。由于礦井水文地質(zhì)條件的復(fù)雜性,開采過程

3、中受到底板高承壓太灰水的威脅。煤礦防治水規(guī)定1中也明確規(guī)定,當(dāng)遇有:復(fù)雜型或極復(fù)雜礦井,采用地面水文地質(zhì)勘探難以查清問題時,需在井下進行放水試驗或連通試驗;煤層頂、底板有含水砂層或巖溶含水層時,需進行疏水開采試驗等情況者,應(yīng)在井下進行水文地質(zhì)勘探試驗。井下放水試驗是礦區(qū)水文地質(zhì)工作中應(yīng)用最多的方法2。鑒于此,該礦開展了大型的群孔放水試驗,在綜合評價礦井太灰含水層水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,提出高承壓太灰水防治的技術(shù)措施,為礦井二水平的安全開采提供依據(jù)和保障。1 礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)背景礦井范圍內(nèi)無基巖出露,均為新生界松散層所覆蓋,經(jīng)鉆孔揭露地層有奧陶系、石炭系、二疊系、第三和第四系,地層厚度>1

4、 500 m,該礦處于大吳集復(fù)向斜南部仰起端上的次級褶曲土樓背斜西翼?？傮w上為一走向北北東,向北西傾的單斜構(gòu)造,次級褶曲較為發(fā)育,使局部地層呈北東或北西向。地層傾角一般在3°15°,受構(gòu)造影響局部傾角變化較大。構(gòu)造較為發(fā)育。已查出褶曲 5 個,組合落差5 m 的斷層55 條,其中落差30 m 的斷層8 條。該礦礦井水文地質(zhì)條件相對較為復(fù)雜,主要含水層有第四系孔隙水含水層組、煤系砂巖裂隙水含水層組、太灰?guī)r溶水含水層組、奧灰?guī)r溶水含水層組。其中對 6 煤安全開采存在較大威脅的含水層主要有: 煤系砂巖裂隙水含水層組、太灰?guī)r溶水含水層組、奧灰?guī)r溶水含水層組,如圖1 所示。圖1 主采

5、煤層與主要威脅灰?guī)r含水層關(guān)系圖該礦位于太灰地下水的徑流區(qū)內(nèi),6 煤上下砂巖裂隙含水層是開采 6 煤層時礦井直接充水含水層。太原組石灰?guī)r總厚115.55 m。有12 層石灰?guī)r,厚53.87 m,其中L1 和L2 為薄層狀灰?guī)r,厚度46 m,含水性弱;L3L4 灰?guī)r的厚度平均達918m 之間。裂隙溶洞發(fā)育、含水豐富、富水性較強,是礦井充水的主要含水層及充水水源。一般把14 層灰?guī)r視為 1 個含水層組,總厚約21 m。2 大型群孔放水試驗結(jié)合恒源煤礦的實際水文地質(zhì)條件,并為今后二水平深部高承壓水上的安全開采防治水方案的制定做準備,需進行大流量、大降深、長時間的大型放水試驗,以充分揭露太灰含水層的邊界

6、條件和整個太灰地下水流場的變化情況,故設(shè)計放水試驗類型為干擾非完整井群放水試驗。2.1 放水孔與觀測孔布設(shè)鑒于二水平底板太灰含水層富水性不均一性,首先利用地球物理探測技術(shù)劃分了富水區(qū)域,并考慮礦井排水能力,將放水孔位置定在二水平水倉附近;為了保證足夠大的流量,共布置 4 個放水孔,且位置相對集中,以構(gòu)成相互干擾的“大井” 。為了更好地查明礦區(qū)的地下水流場形態(tài)、邊界條件、礦區(qū)重要斷層的導(dǎo)水性并消除井損,分別在礦區(qū)邊界和重要斷層 2 側(cè)以及放水孔附近布置了若干地面、井下觀測孔,共計12 個(放水孔與觀測孔位置分布圖略。2.2 放水試驗過程放水試驗為 1 次最大降深、群孔干擾非穩(wěn)定流放水試驗,根據(jù)現(xiàn)

7、場條件,FS1FS4 4 個放水孔于2009 年12 月 3 日14:30 開始正式放水,至2009 年12 月7 日15:15 時關(guān)閥,放水歷時96.75 h,總放水量約20 995 m3。4 個孔總涌水量約為217 m3/h。放水結(jié)束后,開始水位恢復(fù)階段的觀測,即2009 年12 月7 日15:15-2009 年12 月9 日10:30,水位恢復(fù)歷時42.25 h。放水試驗數(shù)據(jù)監(jiān)測采用井下放水,井上、下同步觀測的方法。其中3 個放水孔FS1 FS3 和1 個井下放水孔水位觀測選用煤炭科學(xué)院西安研究院研制的YJSY 型自動水壓觀測儀,同時在FS1FS4 4 個放水孔分別采用自記儀和流速儀監(jiān)測

8、放水孔的出水量。在地面監(jiān)測孔采用水位自記儀,直接將數(shù)據(jù)實時傳入監(jiān)測中心的電腦里,進行數(shù)據(jù)的實時采集。3 放水試驗結(jié)果分析3.1 水量、水位動態(tài)特征變化FS1FS4 4 個放水孔的Q-t 曲線如圖2 所示。圖 2 FS1FS4 孔流量及放水總流量歷時曲線由圖 3 可見,放水孔流量變化幅度較小,近似為穩(wěn)定,其中FS1 和FS2 孔放水量較大,穩(wěn)定在70 m3/h,FS3 和FS4 放水量較小,穩(wěn)定在40 m3/h,總放水量約217 m3/h。由表 1 和圖4 可以看出,在放水試驗開始后,放水孔中心附近的觀測孔G3 形成了51 m 的降深,太灰地下水位迅速下降,其它各觀測孔也產(chǎn)生了一定的降深,不存在

9、降不下去的高水位異常區(qū),為今后的疏降水工程提供有利條件。此外,分析其數(shù)據(jù)和曲線變化趨勢,還可以初步得出以下結(jié)論: 水20 孔位于礦區(qū)西北部排泄邊界,放水試驗期間其水位降低至與放水孔附近觀測孔GC3 持平,進一步證明了地下水是東南部流向西北部,且孟-1 斷層沒有對太灰水起到明顯的隔水作用;多數(shù)觀測孔水位迅速下降說明太灰水靜儲量小,徑流條件較好,滲透系數(shù)較大; 能達到似穩(wěn)定狀態(tài)或保持緩慢的發(fā)展趨勢說明有一定的補給源。水17 在放水試驗過程中水位下降僅 1 m 左右,說明孟口斷層北部具有良好的隔水性能,而GS6 與GS10 分別位于孟口斷層南部的上下盤,雖然2 個觀測孔有明顯的水位差,但在放水試驗過

10、程中保持同步的變化趨勢,說明孟口斷層南部的隔水性變差。水8(奧灰觀測孔水位在放水階段和水位恢復(fù)階段水位沒有發(fā)生明顯變化,雖然以往的勘探資料認為區(qū)域內(nèi)太灰含水層與奧灰含水層在局部存在可能存在一定程度的水力聯(lián)系,但本次放水試驗數(shù)據(jù)沒有得到此方面的驗證,建議采取其它手段和方法進一步驗證區(qū)域太灰與奧灰含水層之間的水力聯(lián)系。3.2 太灰地下水流場動態(tài)演化分析繪制了典型時刻的太灰地下水流場形態(tài)圖(圖略。由太灰初始流場圖中可以看出,太灰地下水流場在東南方向是高水位區(qū),西北方向是低水位區(qū),即天然的排泄邊界,天然徑流是由東南至西北方向,是具有統(tǒng)一聯(lián)系的地下水流場。放水孔處存在微小的降落漏斗,是正式放水試驗前的試

11、放水所產(chǎn)生的。從太灰放水試驗中期流場、終期流場圖可以看出,放水試驗初期太灰地下水位迅速下降,以放水孔為中心形成明顯的降落漏斗并迅速擴展到邊界;北部和西北部是太灰水的排泄區(qū),初始水位較低,在放水過程中其水位始終低于放水孔附近的觀測孔水位;隨著放水試驗的進行,太灰地下水降落漏斗持續(xù)緩慢發(fā)展,改變著地下水的流場形態(tài),使太灰水向放水孔中心匯集,驗證了太灰含水層的可疏降性。 4 6 煤帶壓開采的防治水技術(shù)與措施通過放水試驗中的水位、水量觀測資料分析認為礦區(qū)太灰含水層L1L4 具有強富水、高承壓的特點,求取水文地質(zhì)參數(shù)存在非均一性,但其靜儲量較小,側(cè)向補給強度有限,因此區(qū)域內(nèi)太灰含水層是可疏降的, 6 煤

12、安全回采的防治水技術(shù)措施可以疏降為主,輔以底板注漿加固技術(shù)措施。(1工作面疏水降壓。工作面預(yù)先疏降作為恒源煤礦深部帶壓開采的重要防治水措施,主要是在受太灰底板水害威脅較大的開采區(qū)域經(jīng)濟合理疏降太灰水頭,確保帶壓系數(shù)在煤層底板可承受的范圍內(nèi)。根據(jù)皖北礦區(qū)帶壓開采經(jīng)驗,礦區(qū)臨界突水系數(shù)為0.7 MPa/m,放水試驗放水孔及其附近觀測孔水位已達到安全水頭之下,疏水鉆孔布置應(yīng)在采區(qū)主要巷道中布置。在采區(qū)巷道掘進過程中進行物探,查找太灰富水異常區(qū),并用鉆探驗證。根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇水量較大且排水較方便的鉆孔作為疏水孔進行保留。通過水量預(yù)測,合理地布置疏放水孔并進行疏放水孔設(shè)計,實現(xiàn)疏放孔的最優(yōu)化布置以達到最有效、最經(jīng)濟的疏降效果3。(2底板注漿加固。底板注漿加固措施作為帶壓開采的輔助方法配合使用,當(dāng)疏干降壓工程不能完全滿足礦井生產(chǎn)的需要(如安全保證、環(huán)境影響等時,可在疏干降壓的同時,在底板富水異常區(qū)或裂隙發(fā)育帶輔助采用底板注漿加固的技術(shù)措施,以提高煤層底板巖層的強度和隔水性能,確保恒源煤礦深部高承壓水上安全開采。同時,為達到最佳效果,在注漿改造前可采用瞬變電磁勘探