双阳煤矿采煤二区报废后矿井水的处理

李志坚

(黑龙江省龙煤集团股份有限公司双鸭山分子公司地质测量部,黑龙江双鸭山 155100)

双阳煤矿采煤二区报废后矿井水的处理

李志坚

(黑龙江省龙煤集团股份有限公司双鸭山分子公司地质测量部,黑龙江双鸭山 155100)

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

通过对双阳煤矿二采区报废后矿井水处理 3种方案的分析和论证,重点调查和研究了一、二井的水文地质条件、井界煤柱留设及地质构造影响程度。确定了安全、经济的一井报废后矿井水排入二井的方案。

导水裂缝带;断层破碎带;井界煤柱;涌水量;水头压力

1 采区概况

1.1 采煤一区概况

双阳煤矿采煤一区 (原二井)矿建在 1977年破土动工,1985年 12月末正式投产,设计生产能力 900kt/a。该井井田范围内共有 11个可采煤层,分别为 1号层、3上号层、6号层、8上号层、8号层、10号层、12上号层、12号层、12下号层、14号层和 16号层,已生产 21a,第一水平已基本结束(-150m水平以上),现已进入下山区及东采区生产,-150m水平以上只有右翼边角块段在回采,左翼采空区已封闭。

1.2 采煤二区概况

双阳煤矿采煤二区 (原一井)设计生产能力300kt/a。该井井田范围内共有 10个可采煤层,分别为 3上号层、6号层、8上号层、8号层、10号层、12上号层、12号层、12下号层、14号层和 16号层,原始能利用储量 23.555Mt。到 2001年,经过 20a的回采,该井储量已经枯竭,根据黑龙江省煤炭工业管理局黑煤规字 (2001)53号、 (2001)54号文件的批复,双阳煤矿采煤二区于 2001年 6月 6日正式报废,进入回收阶段。该井于 2003年划归采区井管理。截止 2005年末,双阳煤矿采煤二区共计生产原煤 6.112Mt,实际能利用的资源储量仅剩 386kt,并且各块段分布零散,回采条件非常困难。

到 2005年 10月末,由于该井没有独立的证照,哈东分局根据有关文件的要求,责令该井停产,采煤二区按要求正式停产,仅保证井下正常通风与排水。

2 处理矿井水方案

2.1 方案一:一、二井之间打设防水墙

通过对地测部门历年对采煤二区井下的调查情况分析 -150m水平以下采空区已多年积水,但对采煤一区没有构成水害威胁,主要是下部靠近 F6断层处留设了足够的井田边界防水煤柱。

从采煤二区和采煤一区断层两翼所留设煤柱尺寸来看,-150m水平以上 F6断层两翼按规定各留设 40m煤柱,F6断层两翼破碎带宽度有 40m,主要在 ±0～-60m水平有 6号层、8号层,采煤一区在 16号层回采时已经突破井田煤柱 20m,实际仅剩 20m,该水平标高处断层破碎带较发育。

如果在 -150m水平一、二井联合大巷打设防水墙后,整个采煤二区的水位将会上升至 ±0水平, ±0水平的巷道和采空区,有出水点及采空区出水,据此分析水位应达到 ±0水平。按 -150m水平标高计算,积水水头高度将会达到 150m,可达到1.52MPa,对 -150m水平以下将会产生 2.53MPa (最低标高 -250m),总积水量预计为 2.348×106m3,积水将会通过采煤一区 ±0～-150m水平各层空区渗透到采煤一区采空区,将会发生管涌,最后可能冲开防水煤岩柱,发生突跑水事故。

通过双阳煤矿矿井设计得知断层两翼煤柱留设40m,现在因断层的两翼错动的煤层较近,达不到隔水目的,今后将会给矿井安全生产带来重大水害隐患。

为了真实反映一、二井的接触关系,尤其是研究两井之间断层破碎带、煤柱留设、采空煤层、空巷等关系,在平面上由北向南绘制了 4条两井边界煤柱剖面图。如图 1～图 4。

A-A′剖面 (见图 1),平面上位于两井交接的最北面,集中反映采煤二区 -30m水平集中巷和采煤一区 16层采空区关系,采煤二区 -30m水平集中巷在平面图上距采煤一区 16层采空区 30.0m,高差 71.0m。采煤二区 6层采空区在平面图上距采煤一区 16层采空区 101.0m,高差 28.0m,送巷道时该处 F6断层伴生裂隙发育,导水性好,巷道有淋水。

图1 一、二井井田煤柱A-A′剖面

B-B′剖面 (图 2),平面上位于A-A′剖面的南部 380～440m,集中反映采煤二区 -30m水平石门和采煤一区 16层采空区关系,采煤二区 -30m水平石门在平面图上距采煤一区 16层采空区30.0m,高差 38.0m。采煤二区 6层采空区在平面图上距采煤一区 16层采空区 40.0m,高差 20.0m,送巷道时该处 F6断层伴生裂隙发育,导水性好,巷道有淋水。

图2 一、二井井田煤柱B-B′剖面

C-C′剖面 (图 3),平面上位于B-B′剖面的南部 800～850m左右,重点反映采煤二区 -89m水平空巷和 6,8,10层 3层采空区与采煤一区12,16层 2层采空关系。采煤二区 -89m水平的空巷和采空区上部与采煤一区 12层采空区垂距35.0m,平距 50.0m,下部与采煤一区 16层采空区垂距 22.0m,平距 3.0m。采煤二区 8层采空区与采煤一区 16层相对,平距 44.0m。以上两处都在破碎带内,且破碎带浅部 80.0m宽,深部40.0m宽,送巷道时该处 F6断层伴生裂隙发育,导水性好,巷道有淋水。

图3 一、二井井田煤柱C-C′剖面

D-D′剖面 (图 4),位于 C-C′剖面的南部260～280m左右,重点反映采煤二区 6,8,10层3个采空煤层和采煤一区 12,16层 2个煤层采空区关系,采煤一区空巷和采空区上部与采煤二区 8号层垂距 31.0m,平距 10.0m,在断层破碎带内,且破碎带浅部 80.0m,深部 40.0m,送巷道时该处F6断层伴生裂隙发育,导水性好,巷道有淋水。

图4 一、二井井田煤柱D-D′剖面

按矿井水文地质规程中导水裂缝带最大高度的公式,煤层倾角 0～45°;岩石抗压强度 200～400MPa;岩性为砂质页岩、泥质砂岩等,全部陷落法处理顶板,导水裂缝带最大高度为:

式中,M为累计采厚,4.5m;n为分层层数,取 2。

采煤一区 16层采空区与采煤二区 6层采空区高差 20m<48.369m,平距 10m<80m(矿井设计断层两侧各留设40m)。

2.2 方案二:维持采煤二区现有通风和排水系统

自 2005年 10月末采煤二区停产以来,采煤二区的通风和排水系统一直保持正常运行。

采煤二区的总涌水量为 340m3/h。涌水量不大,采区报废后,只为保证排水安全而保留独立的通风和排水系统,虽然在安全上对一、二井都可以保证,但需耗费大量的人力和物力。会造成严重的浪费。

维持采煤二区现有的通风和排水系统的正常运行,每年所需费用为 381.7万元,其中设备用电331.3万元,人员工资 50.4万元及采煤二区的通风和排水设备的使用、维护与耗损。

2.3 方案三:采煤二区水排至采煤一区

采煤二区 -30m水平现在的涌水量为 80m3/h; -90m水平现无涌水量;-150m水平现涌水量 245～270m3/h。采煤二区矿井总正常涌水量 340m3/h。

采煤一区 -150m水平涌水量 691m3/h(包括东采区的 85m3/h);-450m水平涌水量 148m3/h。采煤一区 -150m水平与 -450m水平矿井正常涌水量合计 839m3/h。

如果把采煤二区的排水系统撤出,待采煤一区排水系统改造完成以后,采煤二区的水量通过一、二井联合大巷自然流到采煤一区 -150m水平的水仓,由采煤一区承担采煤二区的水量,这样二井-150m水平的现涌水量正常值为 1179m3/h(包括一井、二井 -150m水平、-450m水平)。

双矿集团函 [2001]24号文件涌水量预计批复如下:一井涌水量预计正常 354m3/h,最大369m3/h;二井 -150m水平的涌水量预计为正常566m3/h,最大 608m3/h;二井四、五采区的涌水量预计为正常 150m3/h,最大 210m3/h;二井三采区 (-50～-150m标高)的涌水量预计值正常773m3/h,最大 1082m3/h;二井二段涌水量预计为正常 400m3/h,最大 800m3/h。

文件批复同意将一井和二井 -150m水平、二段、三采区,四、五采区合计总涌水量预计为正常2243m3/h,最大 3069m3/h。待排水系统改造完毕后,正常排水能力为 3000m3/h,最大排水能力为3600m3/h。因此,采煤二区关闭后,将采煤二区的水排入采煤一区,采煤一区的排水系统完全有能力负担。

3 方案比较

第一方案优缺点 该方案是以“堵”为主的治水原则,该原则最大问题是安全上是否可以保障。通过以上调查研究,可以看出在一、二井之间打设防水墙最为经济节省,但是实际操作非常困难,首先当前现场条件为一、二井只有 -150m水平联络大巷联通,防水墙只能在此打设,其他地点由于采空区破坏,根本不具备操作条件,而且由于采煤一区在回采 16号层过程中对一、二井煤柱进行了破坏,破坏段主要处在 0～±60m水平,断层破碎带异常发育,实际揭露过程中就有大量滴、淋水现象,证实断层破碎带导水性能非常好,如水位上涨到 ±0水平后,水头压力过大,则非常有可能在煤柱破坏处导通,造成透水事故,后果不堪设想,安全上实在无法保证。

第二方案的优缺点 治水方案遵守以“排”为主的原则,可确保一、二井的安全。一井的涌水量由一井独立的排水系统排出,确保一井积水水位在安全线以内,完全避免了与二井导通,保证二井安全生产。

缺点为费用开支太大,浪费大量人力和物力。保证一井现有的通风和排水系统需占用大量的通风和排水设备及相关人员,并且需定期为各种设备和管道进行维护、保养及检修,主要巷道、水仓、排水沟等需要进行维护。经计算为维持采煤二区现有的通风和排水系统的正常运行,每年所需费用约381.7万元,其中设备用电 331.3万元,人员工资50.4万元及采煤二区的通风和排水设备的使用、维护与耗损。

第三方案优缺点 该方案切实可行,技术上采煤一区排水系统改造可实施,经济上投入不大,安全上实行以“疏”为主的治水原则,-150m水平以下一、二井界煤柱留设好,符合设计隔水要求,通过 -150m水平一、二井联合大巷排水不存在技术问题,可实行可操作,安全上有保障,确实为最佳方案。

利用采煤一区 -150m水平排水电费约 148716元,可节省 55735元,每月可节省人工费用 42027元,采煤二区的排水设备可以撤回节省租赁费用,更能发挥设备使用率。

通过以上 3种方案的分析和对比,认定第 3种方案为既经济又安全并符合矿井水处理中的以疏导为主的原则。

最后决定在采煤一区排水系统改造完毕后,把采煤二区的水通过一、二井联合大巷自然流入采煤一区,由采煤一区的排水系统承担采煤二区这部分涌水量。

4 结束语

通过对比分析,选择第 3种方案,双阳煤矿于2008年 10月份对采煤一区进行了排水系统改造,对一、二井 -150m水平联合大巷及排水沟进行了改造和维护,撤出采煤二区的所有设备,于 2009年 5月份对采煤二区进行了彻底关闭。

[责任编辑:王兴库]

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2010-02-03

李志坚 (1974-),男,黑龙江集贤人,地质工程师,在双鸭山矿业集团地质测量部工作。