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下组煤带压开采水文地质与防治水分析

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摘要:本文就下组煤开采过程中常见的问题,介绍带压开采时防治水方法,针对巨开元煤业的实际情况进行具体分析,并根据带压开采过程中存在的水文地质问题提出行之有效的解决方案,实践表明,在巨开元煤矿采用的带压开采防治水措施,达到了预期防治效果。

关键词:下组煤开采;带压开采;防治水

我国国土辽阔,地质条件复杂,煤矿开采过程中往往会受到地下水的影响,尤其是华北地区下组煤层的开采过程中,工作面受到奥灰岩溶承压水和太原组灰岩岩溶承压水的综合影响,为了解决这一问题,保证矿井的安全生产,需要对矿区范围内的水文地质情况进行分析,并针对探测情况制定可行的防治水措施。

1带压开采下组煤常见问题及防治措施

承压水对煤矿生产的影响主要包括以下两个方面:①严重影响矿井安全生产;②增加开采成本,降低煤矿效益。为保证煤矿安全生产,在带压开采下组煤过程中,需要根据开采实际条件选择恰当的防治水措施。煤矿带压开采时常用的防治水措施包括:(1)加大突水监测力度。根据煤矿开采前的水文地质资料,对含水量高的区域做到有掘必探,进行有效预防后再进行开采。(2)对于监测异常区进行注浆加固。下组煤底板岩层含水层的主要特点是富水性差,岩层厚度小,针对这一特点,矿井可以对含水层进行注浆加固,人为地将含水层变为隔水层,这种措施可以有效避免煤矿工作面在开采过程中突水。(3)在掘进与开采前进行疏水降压。通过分析煤矿开采前的探测结果可以得知,含水岩层的裂隙发育情况与裂隙产状,结合含水层涌水量变化情况,采取疏水降压防治方法。该方法的突出特点是综合运用物探技术,选择安全性较高的标志层作为突水预测预报监测层,有效保证矿井的安全生产。(4)留设防水煤柱,建立健全煤矿井下防水排水系统。煤矿开采过程中,需要根据已探明采区范围内的水文地质情况,在保证矿井安全生产的条件下留设防水煤柱。防水煤柱的留设不仅要考虑开采煤层方向的突水,还要考虑煤层底板方向的突水。此外,煤矿要根据井下实际设立防水闸门、水仓,健全煤矿井下排水系统。收稿日期:2018-03-09作者简介:王瑞龙(1988-),山东青岛市人,本科学历,助理工程师,现在青岛地矿岩土工程有限公司工作。

2案例分析

巨开元煤业隶属于山西煤炭运销集团,井田主采煤层包括2#(位于山西组中部,煤层平均厚度1.3m)、10#(主要位于太原组下端上部分,煤层平均厚度1.9m)、11#(位于太原组下段上部分,煤层平均厚度2.2m)三层煤。煤层倾角5°~13°,井田范围内地质构造发育,主要包括3条背斜、1条向斜、2个陷落柱及3个正断层。地质报告表明,在井田范围内存在的地质构造主要是:①位于井田中部的F9断层,断层落差自北向西逐渐减小,断层最大落差340m,最小落差185m;②位于井田南部的陷落柱X1,陷落柱X1东西长297m,南北长186m;位于井田东北部的陷落柱X2,陷落柱X2东西度260m,南北长465m。煤矿井田地表水系属于汾河水系、黄河流域。煤矿在开采过程中遇到的三种含水层:第一种是富水性最强的含水层奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层,该含水层静水位标高566m~589m;第二种是局部富水性较强石炭统太原组含水层,矿井开采的10#、11#煤层顶板直接充水含水层;此外,煤矿在开采过程中还会受山西组及下石盒子组砂岩裂隙含水层的影响,该含水层富水性较差,在矿井生产过程中对矿井安全生产造成的影响小。巨开元煤业在对下组煤进行带压开采过程中,为保证安全生产,采取防治水措施如下:

(1)采用人工调查及地面物探或钻探技术,充分详查井田范围内的上部煤层积水情况,地质构造、补充地下水源的河道沟谷、老窑以煤层露头等,针对存在的问题,利用混凝土浇筑硬化等措施进行提前治理。

(2)遵循“先探后掘、物探先行、钻探验证、化探跟进”的施工原则,严禁跨越带压危险区开采。开采过程中,监测发现奥灰水的突水系数>0.06MPa/m时,需要对掘进工作面以及回采工作面进行注浆加固,采用1∶3水泥粉煤灰浆,选用水泥标号≥425,注浆孔间距55m;开采过程中需要揭露断层时,为保证防突效果,保证安全开采,同时对巷道顶底板进行注浆,注浆过程中保证注浆压力大于2倍水压。现场实践表明,注浆效果的验证压力≥1.7MPa。

(3)工作面回采过程中,采用物探等技术手段,对回采巷道周边100m范围内的顶板以及地质构造分布进行调查,做到先治理后开采。

(4)开采过程中,遇到上部煤层积水较大时,采取钻探抽放措施,超前探放距离>30m,钻孔直径不超过50mm;钻探老空水时,保证钻孔以30°仰角布置,终孔平行间距不小于3m;探放断层水时,底板布置钻孔数不少于2个,钻孔孔径不超过60mm。钻孔布置完成后,在钻孔中布置长度不小于10m的止水套管。

(5)优化改善矿井排水线路系统。巨开元煤业针对原有排水系统的不足,重新施工,设置了两个从水泵房直达地面的钻孔(孔径≥230mm),将矿井排水管道直接设置在钻孔中,有效缩短矿井的排水系统的管路长度,极大地优化了排水效果。

(6)建立应急抢险排水系统。矿井为保证安全生产,不仅优化了原有的排水线路系统,而且还重新在地面设置了应急抢险排水系统供电电源,排水能力是正常系统排水能力的两倍。

(7)优化原有开采方法。开采过程中,局部区域顶板淋水较大,所以矿井在布置开拓及回采巷道时尽量采用仰掘,以保证顶板淋水流入采空区,保证了良好的工作面环境。此外,在带压开采区域,开采前在采区最低处设置蓄水池,并建立水泵房,在采区内形成良好的排水系统。巨开元煤业在采取这些措施后,下组煤在带压开采时,含水层突水危险性系数明显降低,达到了预期的防治效果。

3结论

煤矿防治水工作意义深远,在防治水过程中,应大力提倡煤矿选用立体模式,进行综合防治。特别是下组煤带压开采,防治水是生产过程中的重大技术难点。煤矿生产技术人员需要借鉴先进防治水技术,针对下组煤带压开采生产过程中的不同阶段,采用合适的防治水措施,确保矿井安全生产。

参考文献:

[1]娄彦辉,姜玉海.采煤工作面带压开采分析及综合防治水措施[J].煤炭技术,2009,28(6):91-93.

[2]宋德旺.钱家营矿奥灰水带压开采突水危险性评价[J].煤炭与化工,2014,37(5):95-97.

[3]彭中鑫.东庞矿带压试采9#煤综合防治水技术研究[J].煤田地质与勘探,2005,33(S1):168-171.

作者:王瑞龙1;傅晓敏2 单位:1.青岛地矿岩土工程有限公司,2.青岛地质工程勘察院

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