段李宏

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦，河南 商丘 476000)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

陳四樓煤礦主要水害及防治研究

段李宏

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦，河南 商丘 476000)

通過(guò)對(duì)陳四樓煤礦水文地質(zhì)、工程地質(zhì)及開(kāi)采條件的分析研究，對(duì)礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)礦井主要水害進(jìn)行了分析，提出了多種水害防治措施，基本遏制了采掘工作面底板突水，有效控制了太原組灰?guī)r水對(duì)生產(chǎn)造成的不利影響。

煤礦水害;防治;礦井涌水量;預(yù)測(cè)

陳四樓煤礦位于豫、皖兩省交界的河南省永城市北部，為城廂、陳集、順和鄉(xiāng)所轄。井田位于黃淮平原的東部，地勢(shì)較為平坦，村莊密集，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)。陳四樓煤礦礦井自1997年生產(chǎn)以來(lái)已發(fā)生過(guò)多次突水，最大突水量1 046 m3/h，其中5次為斷層構(gòu)造導(dǎo)通太原組灰?guī)r出水。突水一度造成工作面(掘進(jìn)巷道)停面(重新施工)，嚴(yán)重影響了礦井安全生產(chǎn)。隨著煤層開(kāi)采深度的增加，煤層底板承壓充水含水層發(fā)生水害的可能性也在增加。

1 水文地質(zhì)條件分析

井田西部和南部基本以正斷層為界，形成相對(duì)隔水邊界。東部二2煤層露頭外灰?guī)r分布面積不大，又被厚層黏土覆蓋，在區(qū)域上灰?guī)r水側(cè)向補(bǔ)給井田的途徑受到一定限制;只有北部F11斷層以北局部地段石炭系地層與煤系地層接觸，水力聯(lián)系微弱，為弱補(bǔ)給邊界?？傮w上礦井是一個(gè)半封閉的水文地質(zhì)單元，有利于礦床的開(kāi)采。根據(jù)含水層和隔水層在垂向的沉積層序和巖性，井田自上而下劃分為4個(gè)含水組:第三、四系孔隙含水組;二疊系裂隙孔隙含水組;石炭系太原組溶洞裂隙承壓含水組;奧陶系溶洞裂隙強(qiáng)含水組。礦區(qū)內(nèi)各含水層之間賦存有良好的相對(duì)隔水層，正常情況下，可起到隔水作用，礦區(qū)內(nèi)主要隔水層組:新生界底部隔水層;山西組底部隔水層。井田內(nèi)已發(fā)現(xiàn)斷層1 008條，其中落差H≥30 m的21條，20 m≤H≤30 m的13條，10 m≤H≤20 m的65條，H＜10 m的909條。決定井田邊界及采區(qū)劃分的大中型斷層共計(jì)34條。礦井生產(chǎn)中，工作面實(shí)際揭露的小斷層密度大，單個(gè)工作面斷層個(gè)數(shù)在3～15條不等。斷層破碎帶多被泥質(zhì)碎塊等物質(zhì)充填，固結(jié)程度差。礦井在巷道掘進(jìn)與工作面回采過(guò)程中有部分?jǐn)鄬影l(fā)生涌水，見(jiàn)表1。

表1 涌水?dāng)鄬咏y(tǒng)計(jì)表

2 礦井涌水量及預(yù)計(jì)

陳四樓煤礦經(jīng)過(guò)10年的開(kāi)采，積累了大量的礦井水量觀測(cè)資料，為今后預(yù)計(jì)全礦井及新采區(qū)涌水量提供了可靠依據(jù)。

礦井自1997年開(kāi)采以來(lái)，涌水量在2001年度達(dá)到最低值(表2)，此后較弱的上升，呈平穩(wěn)的趨勢(shì)(圖1)。說(shuō)明隨開(kāi)采強(qiáng)度增加至一定程度礦井涌水量趨于平穩(wěn)。

表2 1997－2007年度礦井涌水量及原煤產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表

圖1 礦井歷年原煤產(chǎn)量、涌水量變化關(guān)系

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)擬合，得到了礦井原煤產(chǎn)量和礦井平均涌水量的回歸曲線及回歸方程為:

式中:Q—涌水量，m3/h;

X—年度原煤產(chǎn)量，萬(wàn)t;

R—相關(guān)系數(shù)。

據(jù)此可用來(lái)預(yù)測(cè)今后礦井正常涌水量，根據(jù)礦井今后一段時(shí)期(預(yù)計(jì)將在15年的時(shí)間內(nèi))產(chǎn)量，預(yù)計(jì)礦井今后近10年內(nèi)原煤產(chǎn)量在300～370萬(wàn)t波動(dòng)，根據(jù)上述公式:x1=300萬(wàn)t，x2=370萬(wàn)t

因此，預(yù)計(jì)礦井正常涌水量為951 m3/h。

根據(jù)2002年礦井涌水量最大達(dá)1 722 m3/h，礦井正常涌水量為872 m3/h，礦井最大涌水量為正常涌水量的1.97倍，因此，預(yù)計(jì)礦井最大涌水量1 873 m3/h。

3 礦井主要水害及防治

3.1 礦井主要水害

1)砂巖裂隙水。

陳四樓井田內(nèi)下石盒子組三煤組及太原組二2煤層頂板砂巖裂隙一般不發(fā)育，屬于富水性弱的含水層。砂巖水徑流滯緩，以靜儲(chǔ)量為主。在正常地層塊段內(nèi)砂巖出水一般水量較小或無(wú)水，涌水持續(xù)時(shí)間短，對(duì)生產(chǎn)影響較小;在新區(qū)，巷道揭露時(shí)砂巖水一般較大，例如內(nèi)外水倉(cāng)初次揭露二2煤頂板砂巖時(shí)涌水量一度達(dá)到37.4 m3/h;采區(qū)首采工作面涌水量一般也比后期回采工作面涌水量大，例如南一采區(qū)，2001工作面于1997年10月24出現(xiàn)砂巖出水，水量一度達(dá)到96 m3/h，此后開(kāi)采的2001、2002、2003工作面涌水量均小于30 m3/h。

在采區(qū)褶曲構(gòu)造發(fā)育處，砂巖裂隙發(fā)育，富水性明顯增加，巷道掘進(jìn)與工作面回采時(shí)涌水量均比正常地層塊段處大。如北十采區(qū)，21201與21204工作面兩巷道在小背斜發(fā)育處單巷涌水量達(dá)到25 m3/h，正常塊段處巷道沒(méi)有出水現(xiàn)象。

二2煤工作面回采后，涌水量在短期內(nèi)一般穩(wěn)定在5～40 m3/h，待四周工作面回采后便逐漸枯竭。

2)灰?guī)r巖溶裂隙水。

礦井太原組最上層灰?guī)rL11距離可采煤層二2煤32.14～72.58 m，一般51 m左右。在構(gòu)造發(fā)育處，二2煤底板完整性被破壞，強(qiáng)度降低，在工作面回采時(shí)可造成太原組上段灰?guī)r突水。礦井從建礦至今已發(fā)生太原組突水6次，其中以2002年3月15日2301首采工作面突水量最大，為1 046 m3/h;工作面太原組上段灰?guī)r突水，最小涌水量也達(dá)到80 m3/h。太原組灰?guī)r一旦突水，均可對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。太原組上段灰?guī)r出水，涌水量一般較砂巖涌水大，且水量衰減緩慢(圖2)，治理困難，往往造成工作面停產(chǎn)、跳面搬家回采。就礦井初期的突水案例來(lái)說(shuō)，太原組灰?guī)r水對(duì)礦井安全生產(chǎn)影響最大，是重點(diǎn)治理的含水層。

圖2 2301工作面太原組上段灰?guī)r涌水量變化曲線

3)老空水。

井田范圍內(nèi)向背斜及斷層構(gòu)造發(fā)育造成地層起伏，工作面回采后，老塘低洼處往往儲(chǔ)存一定量的積水。例如南五采區(qū)2502與2504工作面2個(gè)老塘相連通，積水面積達(dá)到114 570 m2，積水量達(dá)到82 490 m3，至2008年3月底礦井累計(jì)已有積水區(qū)17處，單個(gè)積水區(qū)最大積水量達(dá)到100 000 m3，累計(jì)老空積水量達(dá)到490 286 m3。老空積水在后期巷道施工中對(duì)生產(chǎn)影響較大，容易引起潰水事故，因此，礦井在巷道掘進(jìn)過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)程施工探放水鉆孔。

4)鉆孔水。

自1957年安徽地質(zhì)局三二五地質(zhì)隊(duì)開(kāi)展皖北～豫東找煤工作以來(lái)，先后有5隊(duì)(次)在本井田范圍內(nèi)開(kāi)展過(guò)鉆探工作，累計(jì)施工鉆孔283個(gè)，其中封閉不良鉆孔20個(gè)。礦井生產(chǎn)過(guò)程中已揭露鉆孔29個(gè)，其中Y4鉆孔出現(xiàn)太原組上段灰?guī)r出水，其余均安全回采通過(guò)。

3.2 礦井水害防治

陳四樓煤礦嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦安全規(guī)程》、《水文地質(zhì)規(guī)程》、《永煤集團(tuán)水害防治工程總體規(guī)劃》、《永煤集團(tuán)防治水工作實(shí)施細(xì)則》，落實(shí)永煤集團(tuán)公司確定的“立足采面、探查先行、以堵為主、疏堵結(jié)合、分類治理、綜合防治”的24字防治水方針，并制定嚴(yán)格的安全技術(shù)措施予以實(shí)施，確保礦井安全生產(chǎn)。礦井現(xiàn)已建立健全了水文觀測(cè)網(wǎng)，地面有太原組上段灰?guī)r、太原組下段灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r水文長(zhǎng)觀孔，共計(jì)7個(gè)，定期進(jìn)行水位觀測(cè);井下也施工了太原組灰?guī)r水位觀測(cè)孔，并建立水壓觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)水壓進(jìn)行不間斷觀測(cè)。

工作面回采之前進(jìn)行電法勘探，探明工作面底板異常富水區(qū)。編制防治水設(shè)計(jì)，實(shí)施工作面底板注漿改造工程，提高二2煤層底板地層的抗剪切能力。在工作面回采結(jié)束后，及時(shí)圈定積水范圍，計(jì)算積水面積、積水量等參數(shù)。巷道施工到防水危險(xiǎn)區(qū)警戒線處，開(kāi)始邊探邊掘，在距離實(shí)際積水線20 m處停止施工，進(jìn)行探放水，確保積水不影響安全施工后，方可進(jìn)行采掘活動(dòng)。

對(duì)于掘進(jìn)或回采即將揭露的封閉良好的鉆孔，提前發(fā)放水害通知單，要求生產(chǎn)單位編寫過(guò)斷層措施，施工探查鉆孔，邊探邊掘(采);對(duì)于揭露太原組及其它灰?guī)r含水層的鉆孔，提前對(duì)灰?guī)r含水層進(jìn)行注漿充填。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)陳四樓煤礦水文地質(zhì)工程地質(zhì)及開(kāi)采條件的分析研究，對(duì)礦井涌水量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并對(duì)礦井主要水害進(jìn)行了分析，陳四樓煤礦自從2003年實(shí)施工作面底板改造工程以來(lái)，加大創(chuàng)新力度，提高礦井防治水技術(shù)水平;加強(qiáng)對(duì)礦井防治水的管理，提高了礦井防治水管理水平，解決了采掘工作面底板突水，有效控制了太原組灰?guī)r水對(duì)生產(chǎn)造成的不利影響。

［1］ 許家林，朱衛(wèi)兵，王曉振.松散承壓含水層下采煤突水機(jī)理與防治研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2011，28(3):333－339.

［2］ 王曉振，許家林，朱衛(wèi)兵，等.松散承壓含水層水位變化與頂板來(lái)壓的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)及其應(yīng)用研究［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(9):1872－1881.

［3］ 彭蘇萍.深部煤炭資源賦存規(guī)律與開(kāi)發(fā)地質(zhì)評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀及今后發(fā)展趨勢(shì)［J］.煤，2008，17(2):6.

［4］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定［S］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

［5］ 王心義，徐 濤，黃 丹.距離判別法在相似礦區(qū)突水水源識(shí)別中的應(yīng)用［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2011，36(8):1354－1358.

［6］ 于保華.高水壓松散含水層下采煤關(guān)鍵層復(fù)合破斷致災(zāi)機(jī)制研究博士學(xué)位論文［D］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2009.

［7］ 陳陸望，桂和榮，李一帆.UDEC模擬厚松散層及超薄覆巖條件下開(kāi)采防水煤柱覆巖突水可能性［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007(1):53－56.

［8］ 國(guó)家煤炭工業(yè)局.煤礦防治水規(guī)定［S］.北京:國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，2000:225－245.

［9］ 國(guó)家煤炭工業(yè)局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程［S］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2000:225－245.

Study on Main Water Hazards and Prevention and Control in Chensilou Coal Mine

Duan Li－h(huán)ong

Through analyzing and studying the hydrogeology，engineering geology and mining conditions of Chensilou coal mine，predicted the mine water inflow，andmain water hazards of mine are analyzed.A variety of prevention and control measures were put forward，basically keep down the floor water inrush of mining working face，effectively control the adverse impact to production from the limestone water of Taiyuan formation.

Water hazards of coal mine;Prevention and control;water inflow of mine;Forecast

TD745

A

1672－0652(2012)08－0009－03

2012－06－13

段李宏(1986—)男，山西臨汾人，2007年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦防治水工作(E －mail)dlhcumt@163.com