水害煤矿论文,重庆煤矿水文地质条件水害类型有关论文范文参考
李遵明
[摘 要]杨庄煤矿Ⅳ1、Ⅳ2采区6煤层开采受到太原组灰岩水的严重威胁，通过分析水文地质条件，针对含水层富水性不均一的特点，计算各工作面安全开采输降量的基础上，设计了太灰疏水降压方案。研究表明：太原岩溶水具有明显分区性、分带性，与奥灰相对独立性与且可疏性强的特点；采用阶梯式施工上部放水孔、中部辅助放水孔和下部顺层孔可以得到较好效果；利用Jacob公式，对各工作面放水时间进行了预计。
[关键词]杨庄煤矿，水文地质条件，疏水降压，Jacob
中图分类号：G644 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0320-02
随着煤矿开采深度、强度、速度的增加和规模的增大，煤层底板高承压灰岩裂隙岩溶水对煤矿安全开采威胁也日趋严重 淮北煤田作为典型的华北型煤田，水文地质条件复杂，下组煤开采普遍受到太原组灰岩水和奥灰水的严重威胁。
我国在煤矿疏降水方面进行了大量的研究和实践，取得了一些重要的理论和实践成果。主要采用地面、井下钻孔疏放水或巷道疏放水或者采用井上下结合的方法，结合地面钻孔直接穿透含水层进行控制疏放水或选择井下巷道仰斜钻孔放水降低含水层厚度的方法降低水害威胁，实现矿井安全生产。
1 研究区概况
杨庄煤矿位于闸河复向斜最南端，井田内褶皱和断层构造较为发育，灰岩富水性极不均一性，水文地质条件分区特征明显。Ⅳ1、Ⅳ2采区位于矿井深部，太灰水文地质条件具有相对独立性，据简易放水试验成果资料，设计采用分区疏水降压为主，局部底板加固为辅的防治水方案降低灰岩突水威胁。
1.1 地质概况
Ⅳ1、Ⅳ2采区6煤岩层走向、倾向变化较大，总体构造形态为一向斜盆地，断层较为发育，岩浆岩侵入次之，未发现陷落柱和疑似陷落柱。戴圩子向斜贯穿于整个采区，延展长度约2000米，两翼基本对称，采区内三维地震解释物探断层及二次解释断层21条。采区6煤局部受岩浆岩侵蚀严重，在两采区主体上山以北形成大面积不可采区。采区东南部6煤层受古河床冲刷影响，形成大面积不可采区。
1.2 水文地质概况
1）6煤顶、底板砂岩裂隙含水层
由细砂岩组成，厚度7.6～27m，裂隙一般不发育，静止水位标高为+3.29m，s=66.98mm，q=0.07000L/（s.m），k=0.1300m/d，富水性弱。砂岩裂隙水通过淋、渗水形式进入工作面，是生产中的直接充水水源。
2）6煤底板隔水层
太原组一灰顶至6煤层底间距49～68m，平均51m。岩性主要为泥岩和砂岩，岩性致密。近6煤处为浅灰色细粒砂岩，波状、透境状、混浊状层理发育，岩性较致密，隔水性能较好。
3）太灰含水层
太原组厚度127.13～154.60m，平均140.40m。岩性由海陆交替相沉积的石灰岩、泥岩、细砂岩、粉砂岩及薄煤层组成，以石灰岩为主。根据前期钻孔抽水试验得q=0.046～0.156L/s·m，K=0.074～4.23m/d，富水性弱～中等。
2 水文地质条件分析
2.1 主要水害类型分析
采区主要水害为6煤顶、底板砂岩裂隙水和太原组1～3灰水。
6煤顶底板砂岩裂隙水：6煤顶底板裂隙不发育，富水性弱，依据巷道实揭资料，6煤顶底板砂岩裂隙含水层对掘进影响较小，但采区东南部至Ⅲ63采区下部，因受河床冲刷影响，6煤被砂岩含水层取代，富水性强，巷道掘进期间，涌水量可达20m3/h以上，临近巷道施工后，水量逐渐变小。
太原组石灰岩岩溶裂隙水：钻孔资料及巷道实揭资料表明，Ⅳ1、Ⅳ2采区太灰富水性不均一，是生产期间水害治理的重点。
2.2 太灰岩溶水赋存特征
1）灰岩含水层平面上明显分区性
东南部1～4灰隐伏露头，该处发育有青龙山逆掩断层，造成奥灰与太灰对接，为补给边界，补给方式是通过斜交于青龙山断层的断层导致奥灰水对太灰进行侧向补给。井田内太灰水位差别较大，井田东南翼高（水位-10m）、富水性强，西北翼较低（水位-210m）、富水性较弱，水位差近200m，表明向斜深部岩溶不发育，存在滞流带。
2）灰岩含水层垂向上明显分带性
通过多年来井上下水文补勘，和一、二、三水平生产实践，一水平太灰含水层q=1～5L/s.m，富水性强，但水压较小，二水平q=0.1～5L/s.m，富水性强，水压升高，1988年突水后采用疏水降压，实现了安全开采；三水平q=0.01～1L/s.m，水压升高，但富水性减弱。
3）太灰、奥灰含水层相对独立性
井下钻孔资料表明，在Ⅳ1、Ⅳ2采区，太灰与区域奥灰水位相差约220m，说明该区域内无奥灰对太灰的垂向补给通道（断层、陷落柱）。太灰接受奥灰补给的形式表现为矿井外垂向补给和侧向补给。
因此，Ⅳ1、Ⅳ2采区6煤开采不存在陷落柱或隐伏陷落柱突水威胁，灰岩水害治理的重点是1～3灰含水层。
4）太灰含水层可疏性
以往放水试验结果显示，越靠近深部，富水性越差，越易于疏降。只要放水孔位置合理，在一定疏放水量拉动下，便实现达到安全疏降开采。
（1）Ⅲ622工作面灰岩出水量20m3/h，相距470m处的Ⅲ62放3孔三灰水位降深11.4m；Ⅲ623轨道巷8-3孔二灰水量60m3/h，相距约600m处的三灰长观孔水位降深24.5m。
（2）在Ⅲ63石门Ⅳ1观1孔二灰放水量80m3/h情况下，Ⅳ1二区段Ⅳ1观3孔四灰水位降深48m，Ⅳ1运输上山下口Ⅳ1放2孔四灰水位降深15m；Ⅳ2二区段Ⅳ2观3-2孔三灰新增放水量40m3/h后，Ⅳ1观3孔四灰水位累计降深62m，Ⅳ1放2孔四灰水位累计降深45m；Ⅳ1一区段Ⅳ1观2-2孔二灰新增放水量65m3/h后，Ⅳ1观3孔四灰水位累计降深91m，Ⅳ1放2孔四灰水位累计降深50m。
（3）Ⅳ2二区段Ⅳ2观3-2孔三灰放水量40m3/h情况下，Ⅳ2一区段Ⅳ2观2孔三灰水位降深45m，Ⅳ2回风石门Ⅳ2观1孔五灰水位降深26m。
3 Ⅳ1、Ⅳ2采区疏水降压方案设计
3.1 工作面下限及疏降要求
根据《煤矿防治水规定》，采煤工作面安全水头压力值计算公式p=TSM，式中p--安全水压，MPa；TS--临界突水系数，MPa/m；M--底板隔水层厚度，m。Ⅳ1、Ⅳ2采区6煤到一灰隔水层最小间距50m，根据淮北矿业集团公司《煤矿生产技术管理规定》的要求，TS取0.07MPa/m，计算得3.5MPa，6煤开采下限为-750m，根据突水系数反算，采区最深部需将灰岩水位降至-450m以下。
3.2 疏水降压方案
1）疏降方案
采用阶梯式疏放的方法进行疏降太灰水位，实现安全回采的目的，分别施工上部放水孔、中部辅助放水孔和下部三灰顺层孔。
（1）上部灰岩放水孔：在Ⅲ63进风石门、Ⅳ1人行上山上部施工放水孔4孔/2处，预计新增放水量200m3/h，在-500轨道巷施工放水孔20孔/5处，预计新增放水量300m3/h，预计可将太灰水位降至-400m；
（2）下部三灰放水孔：施工-750放水石门揭露三灰，施工三灰顺层放水孔12孔/3处，预计新增放水量约200m3/h，可将太灰水位降至-450m；
（3）辅助灰岩放水孔：在各区段揭煤处（收作线外）施工放水孔，预计增加叠加放水量200m3/h，进一步增大太灰水位降深，确保工作面安全回采。
2）钻孔布置
（1）布孔原则及施工条件分析
开展底板电法探测，寻找太灰富水区位置；以断层上盘、裂隙带为靶心；先找靶心，再定孔位；小角度施工放水孔，长距离揭露灰岩。利用已有巷道工程刷扩钻场，施工放水孔。
（2）放水孔施工设计
①上部放水孔
在Ⅲ63进风石门和Ⅳ1人行上山上部施工放水孔，利用Ⅳ1二区段观测孔观测水压。修护-500轨道巷设计施工5个放水钻场，施工密集钻孔5处，每处4个孔，其中每处3个孔放水，1个孔作为观测孔使用。
②下部放水孔
施工-750放水石门，工程量330m；巷道揭露三灰后，施工三灰顺层放水孔，利用Ⅳ1下部观测孔观测水压。巷道从Ⅳ2人行上山下部开窝，揭煤后严格控制巷道距一灰距离，采取物探超前探查及钻探验证的循环超前探查掩护掘进施工措施。
③辅助放水孔
利用区段石门施工辅助放水孔。
3）钻孔施工技术要求
钻孔结构：开孔用Φ168mm钻进至煤层底板以下4m，下Φ146mm护壁管至煤层底板以下3m；再用Φ133mm刮刀钻头钻进至泥岩以下15m，下入Φ108mm止水套管至泥岩以下10m；最后用Φ94mm刮刀钻头裸孔钻进至终孔。
固管要求：钻孔钻进至设计套管位置下止水套管，采用标号为P.O32.5及以上的普通硅酸盐水泥固管，待凝固48h后，采用压水方式进行套管耐压试验。试验压力不低于预计静水压1.5倍，注浆泵设置在一档35L/min下，稳定时间30min以上，钻孔及周边无渗漏和套管无松动或顶出现象为合格。
3.3 疏降时间预计
根据Jacob公式：
式中：s--水位降深，Q--放水孔流量，r--距离放水孔距离，t--时间，T—导水系数（T=KM）；—储水系数（根据放水试验结果，取10-3）
根据公式，-500轨道巷放水孔施工完毕后，放水量300m3/h，33天可将太灰水位降深100m；-750放水石门放水孔放水量200m3/h，68天可将太灰水位降深250m；-750放水石门放水孔放水量200m3/h，Ⅳ1上部放水孔放水量200m3/h，合计放水量400m3/h，51天可将太灰水位降深200m。
4 结论
Ⅳ1、Ⅳ2采区6煤层开采主要充水水源为6煤层顶、底板砂岩裂隙含水层与太原组1～3灰含水层，Ⅳ1、Ⅳ2采区太灰富水性不均一，是生产期间水害治理的重点。太原组灰岩岩溶水赋存具有平面上明显分区性、垂向上明显分带性、太灰、奥灰含水层相对独立性与含水层可疏性较强的特征。
