成庄矿承压水防治技术研究

牛军平 闫海琴

(晋煤集团成庄矿,山西省晋城市,048021)

成庄矿承压水防治技术研究

牛军平 闫海琴

(晋煤集团成庄矿,山西省晋城市,048021)

结合成庄矿矿井水文地质条件和生产实际,综合分析研究影响煤层开采的各种因素,研究总结出一套适合于成庄矿水文地质条件和安全生产现状的承压水防治管理思路与技术手段。

承压水防治 四探查四报告 成庄矿

TD745

A

1 研究背景

矿井水害是煤矿五大自然灾害之一,近年来水害事故频发,水害治理成为煤矿安全工作的重中之重。成庄矿目前所采的3#煤层和奥灰含水层之间约有100 m厚的隔水层,正常情况下3#煤层不会直接导通奥灰水,但若存在导水构造,奥灰水则可能通过导水构造进入3#煤层及其顶板含水层,从而导致透水事故。随着开采范围向井田西部延伸,逐渐转变为承压水带压开采,水文地质条件由简单转为复杂,给矿井安全开采提出了新的挑战。若干年后,9#和15#煤层的开采将面临更加严竣的形势,15#煤层与奥灰含水层之间的距离最短只有10～20 m。

为了防止开采过程中承压水突水事故的发生,实现承压区内煤层的安全带压开采,成庄矿开展相应的带水压开采防治水技术研究并制定相应的防治水技术措施。

2 研究思路

综合分析成庄矿的地质和水文地质资料,由于15#煤层底板以下的峰峰组可作为相对隔水层使用,所以承压水防治的重点就是构造导水和封闭不良钻孔导水。而封闭不良钻孔在本井田未有发现,因此地质构造体导水是成庄矿承压水防治的研究重点。

在实际开采和地面地球物理勘探(三维地震勘探)过程中,成庄矿共发现247个陷落柱,其中目前已探明111个。因此应采取科学的技术手段主要预防煤层底板奥灰水经导水陷落柱溃入矿井。

本次研究系统分析矿井西部承压区地质构造发育条件及规律,研究承压区断层、陷落柱的导水性能,选择适用于成庄矿承压区地质条件的导水构造探查方法和手段,提出承压水区域带压开采防治水技术措施。

3 研究过程

3.1 成庄矿带水压区域划分

根据钻孔资料把井田区域分为带压区和不带压区。3#煤层带压开采总面积为25.01 km2,9#煤层带压开采总面积为35.58 km2,15#煤层带压开采总面积为45.83 km2。此外,根据突水系数的大小,对带水压区域划分出安全区、过渡区(威胁区)、危险区,见图1。

图1 成庄矿带压区划分

3.2 分析煤层底板承压水基本情况

分析对象包括导水通道的确定和太灰含水层富水性确定。

3.3 制定相应的防治水安全技术措施

带水压区巷道掘进阶段防治水工作的中心任务是对巷道掘进面前方煤层底板导水构造的探查与治理,回采前的工作重点是对工作面底板垂向导水构造的探查与治理。

在掘进和回采过程中,除进行常规的水文地质监测外,还必须对薄弱区段进行突水监测与预测预报。

3.4 采用物探方法探查

3.4.1 地面三维地震勘探

根据三维地震波的连续性,探测煤层中的断裂构造和塌陷区。如KDX119陷落柱位于本区北部,长轴方向为N30°W向,短轴方向为N60°E向,轴长90 m,平面上形态为不规则椭圆形,剖面上为反漏斗状,控制可靠,见图2。

图2 地面三维地震勘探结果

3.4.2 地面瞬变电磁探查

进行含水层及富水区探测、构造富水性探测,以确定水源地富水区。利用瞬变电磁法对构造的三维勘探结果见表1,其中KDX119陷落柱评价结果为弱导水。

表1 利用瞬变电磁法对构造的三维勘探结果

3.4.3 井下直流电法和井下瞬变电磁超前探测对巷道掘进前方导水地质构造进行探测,确定构造富水性。采用直流电法和井下瞬变电磁对KDX119陷落柱评价,结果见图3。

图3 直流电法和井下瞬变电磁法探查结果

从以上两种物探方法的评价结果可以看出:第一、二、三、四异常区视电阻率小,该区域可能为裂隙带,相对富水,结合瞬变电磁探测结果中低阻异常区为陷落柱含水反映,以及三维地震资料和已有的钻孔出水化验情况,可以确定该陷落柱富水性弱,充水因素主要与顶板岩层水有关,与深部岩层间水力联系差,能保证安全掘进。

3.4.4 超前钻孔探查

(1)井下太原组薄层灰岩观测孔。探查各煤层底板隔水层的厚度和岩性,施工放水孔,观测太灰和奥灰含水层之水位关系,以及太灰含水层的流场变化规律。

(2)井下钻探探查。以物探结果为依据,编制设计方案,准确探查该地点地质构造体的存在性和导水情况,提供最终的报告。

3.4.5 水化学分析及同位素试验

从地下水的物理性质、化学成分和环境同位素方面分析研究井田西部奥灰含水层地下水的补给条件、运移情况以及矿井开采可能引起的变化。

4 结论

(1)3#煤层底板突水系数小于0.06,在开采3#煤层时,正常情况下底板突水的可能性较小。然而矿井实际地质构造分布特征 相对复杂,存在许多小型断层和陷落柱,破坏了煤层底板的连续性,在一定条件下也存在煤层底板突水的可能,因此,为保证万无一失,在带压开采区域实际生产过程中,承压水防治需增加局部防治手段。

(2)研究过程中,结合实际情况,总结提出了“四探查四报告”的综合承压水防治措施:在地面进行三维地震勘探,提供相应报告,确定相应地点的地质构造资料;在地面进行瞬变电磁勘探,提供相应报告,确定相应地点的地质构造资料及含水情况;在井下进行直流电法探测或瞬变电磁勘查,提供相应报告,确定相应地点的地质构造资料及导水情况;在井下现场进行钻探,准确确定该地点地质构造的导水情况,提供最终报告。

Research on confined water controlling technology in Chengzhuang Coal Mine

Niu Junping,Yan Haiqin
(Chengzhuang Coal Mine,Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng,Shanxi 048021,China)

Combined with the hydrogeological conditions and the actual production,the various factors on coal seam mining were comprehensively analyzed.A whole set of management methods and techniques suitable for Chengzhuang Coal Mine were put forward to control the confined water.

confined water control,four detections and four reports,Chengzhuang Coal Mine

牛军平(1970-),男,山西晋城人,工程师,1995年毕业于中国矿业大学测量工程专业,现在晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿地测科工作。

(责任编辑 梁子荣)