李志堅(jiān)

(黑龍江省龍煤集團(tuán)股份有限公司雙鴨山分子公司地質(zhì)測量部,黑龍江雙鴨山 155100)

雙陽煤礦采煤二區(qū)報(bào)廢后礦井水的處理

李志堅(jiān)

(黑龍江省龍煤集團(tuán)股份有限公司雙鴨山分子公司地質(zhì)測量部,黑龍江雙鴨山 155100)

D isposal ofM ineWater in Abandoned 2ndM in ing Area in Shuangyang Colliery

通過對雙陽煤礦二采區(qū)報(bào)廢后礦井水處理 3種方案的分析和論證,重點(diǎn)調(diào)查和研究了一、二井的水文地質(zhì)條件、井界煤柱留設(shè)及地質(zhì)構(gòu)造影響程度。確定了安全、經(jīng)濟(jì)的一井報(bào)廢后礦井水排入二井的方案。

導(dǎo)水裂縫帶;斷層破碎帶;井界煤柱;涌水量;水頭壓力

1 采區(qū)概況

1.1 采煤一區(qū)概況

雙陽煤礦采煤一區(qū) (原二井)礦建在 1977年破土動工,1985年 12月末正式投產(chǎn),設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力 900kt/a。該井井田范圍內(nèi)共有 11個可采煤層,分別為 1號層、3上號層、6號層、8上號層、8號層、10號層、12上號層、12號層、12下號層、14號層和 16號層,已生產(chǎn) 21a,第一水平已基本結(jié)束(-150m水平以上),現(xiàn)已進(jìn)入下山區(qū)及東采區(qū)生產(chǎn),-150m水平以上只有右翼邊角塊段在回采,左翼采空區(qū)已封閉。

1.2 采煤二區(qū)概況

雙陽煤礦采煤二區(qū) (原一井)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300kt/a。該井井田范圍內(nèi)共有 10個可采煤層,分別為 3上號層、6號層、8上號層、8號層、10號層、12上號層、12號層、12下號層、14號層和 16號層,原始能利用儲量 23.555Mt。到 2001年,經(jīng)過 20a的回采,該井儲量已經(jīng)枯竭,根據(jù)黑龍江省煤炭工業(yè)管理局黑煤規(guī)字 (2001)53號、 (2001)54號文件的批復(fù),雙陽煤礦采煤二區(qū)于 2001年 6月 6日正式報(bào)廢,進(jìn)入回收階段。該井于 2003年劃歸采區(qū)井管理。截止 2005年末,雙陽煤礦采煤二區(qū)共計(jì)生產(chǎn)原煤 6.112Mt,實(shí)際能利用的資源儲量僅剩 386kt,并且各塊段分布零散,回采條件非常困難。

到 2005年 10月末,由于該井沒有獨(dú)立的證照,哈東分局根據(jù)有關(guān)文件的要求,責(zé)令該井停產(chǎn),采煤二區(qū)按要求正式停產(chǎn),僅保證井下正常通風(fēng)與排水。

2 處理礦井水方案

2.1 方案一:一、二井之間打設(shè)防水墻

通過對地測部門歷年對采煤二區(qū)井下的調(diào)查情況分析 -150m水平以下采空區(qū)已多年積水,但對采煤一區(qū)沒有構(gòu)成水害威脅,主要是下部靠近 F6斷層處留設(shè)了足夠的井田邊界防水煤柱。

從采煤二區(qū)和采煤一區(qū)斷層兩翼所留設(shè)煤柱尺寸來看,-150m水平以上 F6斷層兩翼按規(guī)定各留設(shè) 40m煤柱,F6斷層兩翼破碎帶寬度有 40m,主要在 ±0～-60m水平有 6號層、8號層,采煤一區(qū)在 16號層回采時(shí)已經(jīng)突破井田煤柱 20m,實(shí)際僅剩 20m,該水平標(biāo)高處斷層破碎帶較發(fā)育。

如果在 -150m水平一、二井聯(lián)合大巷打設(shè)防水墻后,整個采煤二區(qū)的水位將會上升至 ±0水平, ±0水平的巷道和采空區(qū),有出水點(diǎn)及采空區(qū)出水,據(jù)此分析水位應(yīng)達(dá)到 ±0水平。按 -150m水平標(biāo)高計(jì)算,積水水頭高度將會達(dá)到 150m,可達(dá)到1.52MPa,對 -150m水平以下將會產(chǎn)生 2.53MPa (最低標(biāo)高 -250m),總積水量預(yù)計(jì)為 2.348×106m3,積水將會通過采煤一區(qū) ±0～-150m水平各層空區(qū)滲透到采煤一區(qū)采空區(qū),將會發(fā)生管涌,最后可能沖開防水煤巖柱,發(fā)生突跑水事故。

通過雙陽煤礦礦井設(shè)計(jì)得知斷層兩翼煤柱留設(shè)40m,現(xiàn)在因斷層的兩翼錯動的煤層較近,達(dá)不到隔水目的,今后將會給礦井安全生產(chǎn)帶來重大水害隱患。

為了真實(shí)反映一、二井的接觸關(guān)系,尤其是研究兩井之間斷層破碎帶、煤柱留設(shè)、采空煤層、空巷等關(guān)系,在平面上由北向南繪制了 4條兩井邊界煤柱剖面圖。如圖 1～圖 4。

A-A′剖面 (見圖 1),平面上位于兩井交接的最北面,集中反映采煤二區(qū) -30m水平集中巷和采煤一區(qū) 16層采空區(qū)關(guān)系,采煤二區(qū) -30m水平集中巷在平面圖上距采煤一區(qū) 16層采空區(qū) 30.0m,高差 71.0m。采煤二區(qū) 6層采空區(qū)在平面圖上距采煤一區(qū) 16層采空區(qū) 101.0m,高差 28.0m,送巷道時(shí)該處 F6斷層伴生裂隙發(fā)育,導(dǎo)水性好,巷道有淋水。

圖1 一、二井井田煤柱A-A′剖面

B-B′剖面 (圖 2),平面上位于A-A′剖面的南部 380～440m,集中反映采煤二區(qū) -30m水平石門和采煤一區(qū) 16層采空區(qū)關(guān)系,采煤二區(qū) -30m水平石門在平面圖上距采煤一區(qū) 16層采空區(qū)30.0m,高差 38.0m。采煤二區(qū) 6層采空區(qū)在平面圖上距采煤一區(qū) 16層采空區(qū) 40.0m,高差 20.0m,送巷道時(shí)該處 F6斷層伴生裂隙發(fā)育,導(dǎo)水性好,巷道有淋水。

圖2 一、二井井田煤柱B-B′剖面

C-C′剖面 (圖 3),平面上位于B-B′剖面的南部 800～850m左右,重點(diǎn)反映采煤二區(qū) -89m水平空巷和 6,8,10層 3層采空區(qū)與采煤一區(qū)12,16層 2層采空關(guān)系。采煤二區(qū) -89m水平的空巷和采空區(qū)上部與采煤一區(qū) 12層采空區(qū)垂距35.0m,平距 50.0m,下部與采煤一區(qū) 16層采空區(qū)垂距 22.0m,平距 3.0m。采煤二區(qū) 8層采空區(qū)與采煤一區(qū) 16層相對,平距 44.0m。以上兩處都在破碎帶內(nèi),且破碎帶淺部 80.0m寬,深部40.0m寬,送巷道時(shí)該處 F6斷層伴生裂隙發(fā)育,導(dǎo)水性好,巷道有淋水。

圖3 一、二井井田煤柱C-C′剖面

D-D′剖面 (圖 4),位于 C-C′剖面的南部260～280m左右,重點(diǎn)反映采煤二區(qū) 6,8,10層3個采空煤層和采煤一區(qū) 12,16層 2個煤層采空區(qū)關(guān)系,采煤一區(qū)空巷和采空區(qū)上部與采煤二區(qū) 8號層垂距 31.0m,平距 10.0m,在斷層破碎帶內(nèi),且破碎帶淺部 80.0m,深部 40.0m,送巷道時(shí)該處F6斷層伴生裂隙發(fā)育,導(dǎo)水性好,巷道有淋水。

圖4 一、二井井田煤柱D-D′剖面

按礦井水文地質(zhì)規(guī)程中導(dǎo)水裂縫帶最大高度的公式,煤層傾角 0～45°;巖石抗壓強(qiáng)度 200～400MPa;巖性為砂質(zhì)頁巖、泥質(zhì)砂巖等,全部陷落法處理頂板,導(dǎo)水裂縫帶最大高度為:

式中,M為累計(jì)采厚,4.5m;n為分層層數(shù),取 2。

采煤一區(qū) 16層采空區(qū)與采煤二區(qū) 6層采空區(qū)高差 20m<48.369m,平距 10m<80m(礦井設(shè)計(jì)斷層兩側(cè)各留設(shè)40m)。

2.2 方案二:維持采煤二區(qū)現(xiàn)有通風(fēng)和排水系統(tǒng)

自 2005年 10月末采煤二區(qū)停產(chǎn)以來,采煤二區(qū)的通風(fēng)和排水系統(tǒng)一直保持正常運(yùn)行。

采煤二區(qū)的總涌水量為 340m3/h。涌水量不大,采區(qū)報(bào)廢后,只為保證排水安全而保留獨(dú)立的通風(fēng)和排水系統(tǒng),雖然在安全上對一、二井都可以保證,但需耗費(fèi)大量的人力和物力。會造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。

維持采煤二區(qū)現(xiàn)有的通風(fēng)和排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行,每年所需費(fèi)用為 381.7萬元,其中設(shè)備用電331.3萬元,人員工資 50.4萬元及采煤二區(qū)的通風(fēng)和排水設(shè)備的使用、維護(hù)與耗損。

2.3 方案三:采煤二區(qū)水排至采煤一區(qū)

采煤二區(qū) -30m水平現(xiàn)在的涌水量為 80m3/h; -90m水平現(xiàn)無涌水量;-150m水平現(xiàn)涌水量 245～270m3/h。采煤二區(qū)礦井總正常涌水量 340m3/h。

采煤一區(qū) -150m水平涌水量 691m3/h(包括東采區(qū)的 85m3/h);-450m水平涌水量 148m3/h。采煤一區(qū) -150m水平與 -450m水平礦井正常涌水量合計(jì) 839m3/h。

如果把采煤二區(qū)的排水系統(tǒng)撤出,待采煤一區(qū)排水系統(tǒng)改造完成以后,采煤二區(qū)的水量通過一、二井聯(lián)合大巷自然流到采煤一區(qū) -150m水平的水倉,由采煤一區(qū)承擔(dān)采煤二區(qū)的水量,這樣二井-150m水平的現(xiàn)涌水量正常值為 1179m3/h(包括一井、二井 -150m水平、-450m水平)。

雙礦集團(tuán)函 [2001]24號文件涌水量預(yù)計(jì)批復(fù)如下:一井涌水量預(yù)計(jì)正常 354m3/h,最大369m3/h;二井 -150m水平的涌水量預(yù)計(jì)為正常566m3/h,最大 608m3/h;二井四、五采區(qū)的涌水量預(yù)計(jì)為正常 150m3/h,最大 210m3/h;二井三采區(qū) (-50～-150m標(biāo)高)的涌水量預(yù)計(jì)值正常773m3/h,最大 1082m3/h;二井二段涌水量預(yù)計(jì)為正常 400m3/h,最大 800m3/h。

文件批復(fù)同意將一井和二井 -150m水平、二段、三采區(qū),四、五采區(qū)合計(jì)總涌水量預(yù)計(jì)為正常2243m3/h,最大 3069m3/h。待排水系統(tǒng)改造完畢后,正常排水能力為 3000m3/h,最大排水能力為3600m3/h。因此,采煤二區(qū)關(guān)閉后,將采煤二區(qū)的水排入采煤一區(qū),采煤一區(qū)的排水系統(tǒng)完全有能力負(fù)擔(dān)。

3 方案比較

第一方案優(yōu)缺點(diǎn) 該方案是以“堵”為主的治水原則,該原則最大問題是安全上是否可以保障。通過以上調(diào)查研究,可以看出在一、二井之間打設(shè)防水墻最為經(jīng)濟(jì)節(jié)省,但是實(shí)際操作非常困難,首先當(dāng)前現(xiàn)場條件為一、二井只有 -150m水平聯(lián)絡(luò)大巷聯(lián)通,防水墻只能在此打設(shè),其他地點(diǎn)由于采空區(qū)破壞,根本不具備操作條件,而且由于采煤一區(qū)在回采 16號層過程中對一、二井煤柱進(jìn)行了破壞,破壞段主要處在 0～±60m水平,斷層破碎帶異常發(fā)育,實(shí)際揭露過程中就有大量滴、淋水現(xiàn)象,證實(shí)斷層破碎帶導(dǎo)水性能非常好,如水位上漲到 ±0水平后,水頭壓力過大,則非常有可能在煤柱破壞處導(dǎo)通,造成透水事故,后果不堪設(shè)想,安全上實(shí)在無法保證。

第二方案的優(yōu)缺點(diǎn) 治水方案遵守以“排”為主的原則,可確保一、二井的安全。一井的涌水量由一井獨(dú)立的排水系統(tǒng)排出,確保一井積水水位在安全線以內(nèi),完全避免了與二井導(dǎo)通,保證二井安全生產(chǎn)。

缺點(diǎn)為費(fèi)用開支太大,浪費(fèi)大量人力和物力。保證一井現(xiàn)有的通風(fēng)和排水系統(tǒng)需占用大量的通風(fēng)和排水設(shè)備及相關(guān)人員,并且需定期為各種設(shè)備和管道進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)及檢修,主要巷道、水倉、排水溝等需要進(jìn)行維護(hù)。經(jīng)計(jì)算為維持采煤二區(qū)現(xiàn)有的通風(fēng)和排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行,每年所需費(fèi)用約381.7萬元,其中設(shè)備用電 331.3萬元,人員工資50.4萬元及采煤二區(qū)的通風(fēng)和排水設(shè)備的使用、維護(hù)與耗損。

第三方案優(yōu)缺點(diǎn) 該方案切實(shí)可行,技術(shù)上采煤一區(qū)排水系統(tǒng)改造可實(shí)施,經(jīng)濟(jì)上投入不大,安全上實(shí)行以“疏”為主的治水原則,-150m水平以下一、二井界煤柱留設(shè)好,符合設(shè)計(jì)隔水要求,通過 -150m水平一、二井聯(lián)合大巷排水不存在技術(shù)問題,可實(shí)行可操作,安全上有保障,確實(shí)為最佳方案。

利用采煤一區(qū) -150m水平排水電費(fèi)約 148716元,可節(jié)省 55735元,每月可節(jié)省人工費(fèi)用 42027元,采煤二區(qū)的排水設(shè)備可以撤回節(jié)省租賃費(fèi)用,更能發(fā)揮設(shè)備使用率。

通過以上 3種方案的分析和對比,認(rèn)定第 3種方案為既經(jīng)濟(jì)又安全并符合礦井水處理中的以疏導(dǎo)為主的原則。

最后決定在采煤一區(qū)排水系統(tǒng)改造完畢后,把采煤二區(qū)的水通過一、二井聯(lián)合大巷自然流入采煤一區(qū),由采煤一區(qū)的排水系統(tǒng)承擔(dān)采煤二區(qū)這部分涌水量。

4 結(jié)束語

通過對比分析,選擇第 3種方案,雙陽煤礦于2008年 10月份對采煤一區(qū)進(jìn)行了排水系統(tǒng)改造,對一、二井 -150m水平聯(lián)合大巷及排水溝進(jìn)行了改造和維護(hù),撤出采煤二區(qū)的所有設(shè)備,于 2009年 5月份對采煤二區(qū)進(jìn)行了徹底關(guān)閉。

[責(zé)任編輯:王興庫]

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1006-6225(2010)03-0030-03

2010-02-03

李志堅(jiān) (1974-),男,黑龍江集賢人,地質(zhì)工程師,在雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)地質(zhì)測量部工作。