張家貴

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司 雙柳礦，山西 柳林 033300)

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·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

雙柳礦8#煤軌道聯(lián)巷綜合防治水措施及應(yīng)用

張家貴

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司 雙柳礦，山西 柳林 033300)

8#煤軌道聯(lián)巷布置在二疊系山西組下段的3#、4#煤層底板到石炭系上統(tǒng)太原組中段8#、9#煤層之上的煤系地層之中，受太原組L1～L5灰?guī)r水水害的影響嚴(yán)重。通過對雙柳礦水文地質(zhì)特征及8#煤軌道聯(lián)巷探放水情況的研究及對水質(zhì)化驗(yàn)資料的分析，得出影響該巷水質(zhì)分析的因素，并通過分析查清該區(qū)域太灰水各含水層間、太灰水與奧灰水的水力聯(lián)系并編制了雙柳礦太灰水水位等值線圖，為下一步采取有效的防治水措施提供了依據(jù)。

礦井水害； 探放水工程； 水質(zhì)分析；水力聯(lián)系；太灰水等值線；防治水

雙柳井田位于黃河?xùn)|岸，屬呂梁山系，為典型的黃土高原地貌，地勢東北高、西南低，地表水系不發(fā)育，溝谷兩岸切割地層，形成黃土基巖侵蝕中等山地地形，受區(qū)域地勢和構(gòu)造影響，區(qū)域煤系地下水由淺部順層自東向西徑流，由于含水層充水條件的限制，地下水徑流強(qiáng)度區(qū)域減小，在地層薄弱帶諸如斷層、裂隙帶等排泄或補(bǔ)給其它含水層，或以泉的形式排泄于溝谷。

8#煤軌道聯(lián)巷布置在二疊系山西組下段的3#、4#煤層底板到石炭系上統(tǒng)太原組中段8#、9#煤層之上的煤系地層之中，該段地層主要為下組煤的賦存地層，主要由灰?guī)r、泥巖、砂巖、煤層等組成，灰?guī)r層水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，該巷道不僅是雙柳礦首次穿越太原組地層L1～L5灰?guī)r的巷道，而且受到下部奧灰水承壓水水害的影響嚴(yán)重，因此，對該區(qū)域的水文地質(zhì)進(jìn)行研究并采取有效的防治水措施十分重要。

1 8#煤軌道聯(lián)巷工作面概況

8#煤軌道聯(lián)巷主要擔(dān)負(fù)下組煤的進(jìn)料、行人，做為下組煤的進(jìn)風(fēng)大巷，該條巷道從雙柳煤礦的二采三聯(lián)巷前進(jìn)方向東側(cè)幫以90°方位角開口，水平沿底板向東掘進(jìn)70.506 m,然后以底板標(biāo)高+550.094 m，方位角90°，以16°的下山繼續(xù)向前掘進(jìn)199.879 m后到達(dá)+495 m水平。

2 區(qū)域水文地質(zhì)特征

雙柳井田為帶壓開采礦井，所承受的主要承壓含水層有：奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙承壓含水層和石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。

2.1 奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙承壓含水層

奧陶系中統(tǒng)由下馬家溝組、上馬家溝組和峰峰組組成。巖性以灰?guī)r為主，次為泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r及厚層石膏層。

2.2 石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層

石炭系上統(tǒng)太原組為下組煤的賦存地層，主要含水層為L1～L5薄層石灰?guī)r，灰?guī)r的單層厚度2.50～12.75 m，累計厚度27.83～34.26 m，平均厚度29.96 m，含石灰?guī)r層的厚度(L1～L5之間厚度)39.50～47.71 m，平均厚度42.44 m，約占整個太原組厚度的35%～53%.礦區(qū)太灰含水層滲透系數(shù)0.012 20～0.037 96 m/d，導(dǎo)水系數(shù)0.408 8～1.232 2 m2/d，水質(zhì)類型多為HCO3·Cl-Na型，礦化度1.19～3.21 g/L.

3 探放水工程

3.1 探水工程

在8#煤軌道聯(lián)巷的掘進(jìn)過程中，按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行了超前探放水。在探水和放水過程中為不影響巷道的施工，在巷道的一幫施工了5 m×4.5 m×5 m的鉆窩用來探放水。

8#煤軌道聯(lián)巷施工了2個鉆窩，共施工了7個鉆孔，孔號分別為1#～7#.第一鉆窩施工在變坡點(diǎn)處，共施工2個鉆孔1#和2#，孔口標(biāo)高為548.5 m，鉆孔傾角均為-30°，方位角分別為90°、93°，在水平面內(nèi)呈扇形布置，鉆孔孔深分別為73.6 m、101.2 m，終孔層位分別為K2砂巖、L3灰?guī)r頂面。第二鉆窩在距變坡點(diǎn)104 m處，共施工了5個鉆孔3#～7#，孔口標(biāo)高為519 m，鉆孔傾角分別為-30°、-30°、-90°、-60°、-90°，3#、4#、6#3個鉆孔的方位角分別為93°、90°、90°，孔深分別為68.8 m、71.5 m、32 m、24 m、28.8 m，終孔層位分別為8#煤、L1灰?guī)r、L2灰?guī)r、L3灰?guī)r。綜上所述，探放水總進(jìn)尺為399.9 m.

在第二鉆窩施工鉆孔過程中，發(fā)現(xiàn)5#、7#鉆孔在L1灰?guī)r段水力傳遞極為迅速，說明該區(qū)巖溶發(fā)育較好。

3.2 放水工程

本著“一孔多用”的原則，上述7個探水孔都兼做了該條巷道的放水孔，歷經(jīng)4個多月放水，放水量

總計25萬m3.2號鉆窩在經(jīng)過一段時間放水后，1號鉆窩鉆孔的涌水已于2013年7月初沒有水向外涌出，其中2號鉆窩主要是3#、5#、7#鉆孔的涌水量較大，最大單孔涌水量70 m3/h左右，經(jīng)過長時間的觀測，水量基本穩(wěn)定在130 m3/h左右，因此，可以說明該區(qū)域內(nèi)的太灰水含水層富水性較好、補(bǔ)給充沛，為了更好地查明該區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件，于8月19號關(guān)閉了該區(qū)域放水孔的放水，各放水孔放水量統(tǒng)計見表1，各放水孔剖面圖見圖1.

表1 2013年各放水孔放水量統(tǒng)計表

圖1 各放水孔剖面示意圖

4 水質(zhì)化驗(yàn)資料分析

本次除在不同時間段收集的8#煤軌道聯(lián)巷10個水樣外，還收集、整理了井田內(nèi)其它不同含水層的水質(zhì)資料21份。這些水質(zhì)資料涵蓋了不同含水層，包括中奧陶統(tǒng)上馬家溝組(O2S)含水層水質(zhì)資料(8份)、中奧陶統(tǒng)峰峰組(O2f)含水層(11份)、上石炭統(tǒng)太原組(C3t)含水層水質(zhì)資料(2份)。上述水質(zhì)化驗(yàn)資料整理情況見表2.

從收集的資料和表2分析、研究可初步得出以下結(jié)論：

表2 各水質(zhì)化驗(yàn)資料整理情況表

2) 一般礦化度會隨著含水層埋深的增加而增加，表2的水質(zhì)化驗(yàn)資料基本符合這一規(guī)律，說明該區(qū)域的水質(zhì)也有比較明顯的垂直分帶性，這表明了8#煤軌道聯(lián)巷這一區(qū)域內(nèi)太原組含水層與下伏奧灰水含水層間的水力聯(lián)系不密切。

3) 從8#煤軌道聯(lián)巷水樣的耗氧量這一指標(biāo)可以認(rèn)為：在該區(qū)域的太灰水處于封閉的還原環(huán)境之中，水質(zhì)較差。

存在的問題：雙柳礦含水層有較多水質(zhì)，類型復(fù)雜，同一含水層由于水文地質(zhì)條件的不同或不同時間取的水樣也存在一定的差異，由于不同含水層的相互混合作用、水質(zhì)類型相互重疊異常復(fù)雜使得以水質(zhì)的差異區(qū)分和判別不同含水層的難度加大，這些因素對8#煤軌道聯(lián)巷的水質(zhì)分析存在一定的影響。

5 水力聯(lián)系分析

為了查清該區(qū)域太灰水各含水層間、太灰水與奧灰水的水力聯(lián)系，在8#煤軌道聯(lián)巷放水前后，通過對井下各觀測站(孔)的涌水量、水壓的分析和研究可以初步得出以下結(jié)論：

1) 為了解決太原組灰?guī)r含水層對下組煤層的影響，已經(jīng)施工11個疏放水鉆孔(其中2個奧灰孔、9個太灰孔)，通過對這些鉆孔的涌水量觀測(均為2～5 m3/h),結(jié)合以往的資料相關(guān)結(jié)論，認(rèn)為太原組L1～L5含水層相對富含水層為L4～L5，且橫向水力聯(lián)系相對較弱，但與8#煤軌道聯(lián)巷L(fēng)1～L3灰?guī)r含水層的單孔涌水量60～70 m3/h相比較有很大的差別，說明太灰水富水性區(qū)域性較強(qiáng)。

2) 在8#煤軌道聯(lián)巷放水前后，對其它觀測站涌水量的觀測可發(fā)現(xiàn)一部分觀測站的涌水量發(fā)生了變化，如：FS6太灰水疏放鉆孔漏水1～3 m3/h，8#煤軌道聯(lián)巷停止放水區(qū)域內(nèi)恢復(fù)水位后涌水量約1～2 m3/h. 8#煤回風(fēng)聯(lián)巷的探放水鉆孔為干孔，8#煤軌道聯(lián)巷停止放水區(qū)域內(nèi)恢復(fù)水位后涌水量約1～2 m3/h.8#煤軌道聯(lián)巷的1#放水孔無水，8#煤軌道聯(lián)巷停止放水區(qū)域內(nèi)恢復(fù)水位后涌水量約10 m3/h.說明區(qū)域小范圍內(nèi)L1～L3灰?guī)r含水層巖溶較為發(fā)育，水壓傳遞迅速、水力聯(lián)系較好。

3) 根據(jù)水壓觀測值繪制了放水后的雙柳礦太灰水水位等值線圖(圖2)，另外，以2013年8月19日8#煤軌道聯(lián)巷停止放水為分界線，還對井下施工的所有太灰水疏放鉆孔的水壓進(jìn)行了整理分析，水壓在放水前后有明顯變化的有：距離1 400 m的G4太灰孔、距離260 m的8#煤回風(fēng)聯(lián)巷的探放水鉆孔、5#放水孔(圖3～5).

圖2 雙柳礦太灰水水位等值線圖

圖3 距離8#煤回風(fēng)聯(lián)巷1 400 m的G4太灰孔示意圖

綜上所述，太原組灰?guī)r含水層的巖溶裂隙發(fā)育不均一，富水性差異性較大，8#煤軌道聯(lián)巷的疏水影響半徑較大，太灰水在局部范圍內(nèi)有統(tǒng)一的流場，水位標(biāo)高東北高、西南低，徑流方向由東北—西南，該區(qū)域的水位恢復(fù)速度快，表明徑流條件較好。

6 采取的防治水措施

8#煤軌道聯(lián)巷必須穿過太原組的L1～L3強(qiáng)含水層,根據(jù)目前情況來看，如不堵截水源，將給巷道的施工帶來很大困難和危害，甚至無法施工，該礦將根據(jù)疏放太灰水效果決定是否采用注漿堵水。

圖4 距離8#煤回風(fēng)聯(lián)巷260 m的鉆孔示意圖

圖5 5#放水孔示意圖

7 結(jié) 語

1) 雙柳礦8#煤軌道聯(lián)巷通過探放水工程疏放太灰水近25萬m3.

2) 進(jìn)行了放水前后的地下水動態(tài)觀測，分析、研究了該區(qū)域太灰水各含水層、太灰水與奧灰水的水力聯(lián)系并編制了雙柳煤礦太灰水水位等值線圖，可為下一步采取有效的防治水措施提供依據(jù)。

[1] 煤炭科學(xué)研究總院西安研究院.雙柳煤礦水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報告[R].西安:煤炭科學(xué)研究總院西安研究院,2008.

[2] 裴興軍.層綜合防治水措施及應(yīng)用[J].煤炭工程,2008(11):25-27.

Comprehensive Water Control Measures and Application of No.8 Coal Roadway in Shuangliu Mine

ZHANG Jiagui

No.8 coal roadway is arranged in No.3 and No.4 coal seam floor in the lower section of Permian Shanxi Formation to the coal-bearing strata above No.8 and No.9 coal seam of Taiyuan Formation in the upper Carboniferous Taiyuan Formation. It is affected seriously by the L1～L5 limestone hidden water disaster. Based on the hydrogeological characteristics of the Shuangliu mine and the exploration and analysis of the water quality of the No.8 coal roadway, the factors of influencing the water quality analysis are obtained. By analyzing hydraulic connection among limestone water aquifer, between limestone water and ordovician limestone water are verified. Shuangliu mine limestone water level contour map is established. It provides the basis for effective water prevention and control measures.

Mine water disaster; Water exploration and drainage project; Water quality analysis; Hydraulic connection; Limestone water contour line; Water prevention and control

2016-05-29

張家貴(1981—)，男，山西山陰人， 2002年畢業(yè)于山西省雁北煤炭工業(yè)學(xué)校，工程師，主要從事地測技術(shù)管理工作

(E-mail)hyzfmkj@sina.com

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