赵庄煤业井下突水监测井网目的与任务

摘要：奥灰水及复杂的构造带严重地威胁着矿井的安全生产，因此带压开采的研究多年来一直是许多矿业工作者关注的问题，为实现带压开采安全，通过现场水文观测孔的实测，从而达到实时监测奥灰水突出的目的。启动《构造突水井下监测井网实施与预报系统研究》科研项目基本完成了预定的任务。

关键词 带压开采 奥灰水 水文钻孔 监测井网

1、概况

晋煤集团赵庄煤业，主采山西组3#煤层，从现有的地质资料来看，其地质构造复杂，陷落柱、断层等构造带较多，开采3#煤层距奥陶纪灰岩含水层100～200m，奥灰水位标高在620-675m，开采3#煤层标高+200～+710m，奥灰水及复杂的构造带严重地威胁着矿井的安全生产，因此带压开采的研究多年来一直是许多矿业工作者关注的问题，但因我国地质条件复杂，开采方法各异，理论、技术还不够完善，以至于矿井突水事故时有发生，造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以，开采引起的围岩破坏与突水监测预报系统的研究已成为当务之急，是实现带压开采安全问题的根本。通过现场水文观测孔的实测，分析煤层底板各含水层的空间分布形态，水力联系，地质构造等特性，认为煤层底板各含水层在一般情况下是各自独立的，只有原生构造或采动引起的次生构造使各含水层连通，形成渗透通道时，才会发生水力联系，而对矿井突水危险最严重的是奥灰岩承压水（简称奥灰水），奥灰水突出时，首先要经过渗透通道（主要是地质构造带）流入其上覆含水层（太原组、本溪组含水层）如其上覆含水层的某一层或几层的渗透性较好，水压的反映速度较快，也即此含水层水位的变化能够很好地反映它与奥灰水的连通程度，那么就可以通过监测设备监测此含水层的变化情况来监测奥灰水的流动状态，并通过固流耦合计算反演出此含水层的水位分布情况及突水点的位置，从而达到实时监测奥灰水突出的目的。

晋煤集团赵庄煤业带压开采非常重视，2008年赵庄煤业打了一个水文钻孔，峰峰组钻孔涌水量达到了120m3/h，随后启动了《构造突水井下监测井网实施与预报系统研究》科研项目，在赵庄煤业领导的决策下，矿上有关部门的大力协作下，经过太原理工大学、焦作神龙水文地质工程有限公司等单位近年的工作，该项目基本完成了预定的任务。

2、项目特点

2.1项目的主要研究内容

1） 研究现采区赵庄煤业突水危险程度及其区域划分。通过对井下赵庄煤业全区及其临近区域工程地质与水文地质的綜合分析，从宏观的角度分析其突水的可能性、危险程度及其区域。

2）根据赵庄煤业现采区（一、三、五）开拓开采布局，研究设计构造突水井下监测井网，即水文观测孔的布置方案；

3）精细水文地质资料的勘测。水文地质参数（水压、水量、水质、渗透系数）和各含水层之间的水力联系；

4）赵庄煤业承压区太原组薄层灰岩含水层及峰峰组灰岩含水层放水试验，研究太原组石灰岩层含水性与独立性。

5）研究形成太原组灰岩含水层性态变化的奥灰水突出监测理论与技术。

6）根据所查明的水文地质资料，编制现采区（一、三、五）的突水监测网；

7）观测人员进行培训及其掌握观测后的数据处理。

2.2项目预期目标

通过2009年和2011年在井下施工5个奥灰水监测与奥陶纪灰岩放水试验钻孔，太原组全孔取芯，并进行钻孔岩芯的力学特性测试，和煤层底板各含水层水文情况的观测与测试，基本搞清赵庄煤业现采区范围内为基础的底板含水层性态，形成了奥灰突水监测理论，并编制了现采区（一、三、五）的突水监测网，形成赵庄煤业现采区人工采集数据突水监测预报系统，服务于赵庄煤业现采区开采期间，确保矿井安全生产。

2.3项目关键技术

基于太原组石灰岩层含水性与奥陶纪灰岩含水性的相互独立性，通过监测太原组灰岩含水层性态变化来监测矿井奥灰岩溶水的突出，形成人工采集数据奥灰突水监测网。

2.4 任务完成的情况

通过在井下施工4个奥灰水监测与峰峰组放水试验钻孔，太原组灰岩全孔取芯，并进行钻孔岩芯的力学特性测试，和煤层底板各含水层水文情况的观测与测试，再研究赵庄煤业以5个钻孔为基础的底板含水层性态，形成了奥灰突水监测理论，并编制了现采区（一、三、五）的突水监测网，形成赵庄煤业现采区人工采集数据突水监测预报系统

2.5取得的主要成果

按照项目计划已基本完成项目工作任务，主要工作成果如下：

1、通过对矿区的井田地质、水文地质及构造带的研究，分析了研究区域矿井突水的可能性及其注意的问题；

2、组织设计了井下4水文观测孔，钻孔总进尺为804m，并在施工期间对各含水层的水力参数进行了现场测试；

3、通过水文观测孔的有关试验，得出：

1） 太原组K5-K2石灰岩地层厚度、混合涌水量和单位降深涌水量

太原组灰岩长期孔口稳定水压值

太原组灰岩的渗透系数

2） 奥陶纪灰岩含水层：

孔口长期稳定水压值、单位降深涌水量和平均渗透系数

3） 太原组含水层与奥陶纪含水层是两个完全独立的含水体系。

4、在水文观测孔钻进的同时，钻取岩心，对煤层底板各岩层的物理力学参水进行了实验测定（抗压、抗拉强度、弹性模量、泊松比等）为底板抗渗透能力的研究提供基础参数。

5、由于矿井构造较多，在开采的同时，进一步深入构造勘测。

6、提出了适合于赵庄煤业的奥灰突水监测预报理论与原理；

参考文献：

[1]吴超凡.煤矿安全生产与地质环境浅析[J].煤矿开采，2001

[2]、赵阳升 ，刘正和 ，井下监测井网实施与预报系统研究报告 太原理工大学编制， 2011

[3]马增和，王明亮，丁清波.论褶曲构造与矿井安全生产的关系[J].煤炭技术，2005

[4]章至浩，韩宝平，张月华·煤矿水文地质基础[M].徐州：中国矿业大学出版社，1995

[5]王永红，沈文，中国煤矿水害预防及治理[M].煤炭工业出版社，1997

作者简介：

申晓峰（1985-），男，助理工程师，2007年毕业于山西煤炭职业技术学院，现在晋煤集团赵庄煤业地质测量部工作。