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[摘要]水文地质条件对矿井开采有着较大的影响,特别是随着开采深度的不断增加,矿井面临的水文地质条件有了较大的变化,各种类型的水害也相对较多,严重威胁了煤矿的正常开采。以莒山煤矿水文地质条件及水害防治为研究对象,分析了矿井开采后水文地质特征,并针对性地提出了矿井开采后充水因素及防治水措施。
[关键词]矿井开采;水文地质特征;水害防治;技术;研究
0引言
虽然我国的能源结构一直处于调整状态,但是煤炭资源作为我国战略性安全能源的地位并没有发生变化,因此,全面提升煤矿开采的安全性依然是重中之重。水文地质条件对整个煤矿的开采有着非常重要的影响,随着开采深度的不断增加,水害对煤矿开采的影响越来越大。因此,对矿井开采后的水文地质特征及水害防治技术进行分析有着重要的意义。
1工程概况
兰花集团莒山煤矿开采的地质条件属于石炭二叠纪煤田。整个井田整体表现为一单斜构造,走向为近东西方向,地层整体较为平缓,在井田的中部整个地层表现出较为陡峭的情况。煤矿井下开采有多个工作面,在工作面开采之后,对整个井田的地质构造带来了较大的影响。为了更好地保证莒山煤矿开采的安全性,对莒山煤矿水文地质特征、充水因素及防治水措施进行分析较为关键[1]。
2矿井开采后水文地质特征
2.1主要含水层分析
从该煤矿地质构造来看,奥陶系中统上马家沟组灰岩岩溶裂隙含水层主要有白云灰质岩、石灰岩等,这类岩石含量相对较大,岩溶裂隙整体较为发育;从岩层的整体情况来看,其中有较多的溶洞、溶蚀裂隙及溶孔等;从本次打钻的情况来看,在打钻到马家沟地层后,出现了不同程度的不返浆、大漏问题。钻孔大漏层段情况如表1所示。通过本次钻孔抽放水试验来看,在当前煤矿开采过程中,含水层涌水量达到了0.36L/(s·m),矿井整体富水性属于中等强度。
2.2主要隔水层分析
本次对该煤矿的水文地质勘察发现,井田内所有的含水层之间均有着厚度相对稳定的砂质泥岩、泥岩等,整体发育相对较大,可以起到明显的隔水作用。从当前该矿主要开采的3#、9#、15#煤层来看,对整个煤层开采产生较大影响的主要是正在进行的3#煤层开采,该煤层顶板二叠系砂岩中存在含水层,在9#、15#煤层之间的太原组中也存在灰岩含水层,同时,在探测中也发现,在15#煤层底板中也存在含水层,属于奥陶系岩溶含水层[2]。
3矿井开采后充水因素及防治水措施
3.1矿井开采后的充水因素
矿井开采后的充水因素主要是地质构造因素。在煤矿开采过程中,地质构造因素是对矿床开采有较大影响的因素,尤其是断层落差相对较大或者陷落柱的规模相对较大时,对地层整体完整性有着较大的影响,对隔水层段的连续性也会产生较大的影响。①断层因素。在井下开采时,回采工作面、掘进工作面共揭露超过了250条断层,其中有15条逆断层,其余的全部是正断层。这中间有2条落差超过了10m,剩余断层的落差均相对较小。由于断层延伸量相对较小,已经揭露出的断层多数水量相对较小,很多没有水存在。②陷落柱因素。从煤矿开采情况来看,陷落柱非常容易导通含水层与回采工作面,是工作面回采过程中的最大影响因素。从地质条件来看,陷落柱发育较为明显,回采工作面、掘进巷道揭露的陷落柱数量已经超过170个,但陷落柱规模较小,多数表现出弱导水或者为不导水,对开采影响较小。为了更好地掌握工作面开采情况,对整体的水文地质进行了综合分析,煤层倾角在10°范围内的,设计采用一次采全高开采。从当前开采的3#、9#、15#煤层情况来看,3层煤的厚度分别为4.75、5.79、7.33m;从煤层地质情况来看,3#和9#煤层顶板岩性属于砂岩、泥岩,15#煤层主要为砂岩、石灰岩。通过计算得到,3#、9#、15#煤层在开采时,最大冒落高度分别为19、23、36m,顶板最大导水裂隙带高度分别为72、87、175m。通过将上述数据与煤层之间的距离进行对比可以得到,在开采3#煤层时,导水裂隙带能够将K8、K9砂岩导通;在开采9#煤层时,可以将3#煤层采空区导通;在开采15#煤层时,可以将上述2层煤的采空区全部导通。
3.2加大煤矿地下探放水工作力度
在煤层开采过程中,严格落实工作面回采防治水工作要求,提前做好地下水探放工作,加大工作面排水力度。同时,通过打设排水孔,对地下可能产生威胁的水源进行了针对性地疏干,降低水害对工作面的影响。
3.3对不良钻孔进行全部封闭
为了防止在回采过程中出现各类水害,本次重点对不良钻孔进行了全部封闭。该矿在回采过程中,会遇到很多不同时期所形成的钻孔,不仅有地质勘探钻孔,而且还有煤层气钻孔。虽然这些钻孔已经封孔,但是不能保证封孔质量。为了防止部分封闭不良钻孔成为导水通道,本次对所有钻孔进行了全面地检查分析,同时,在回采过程中,全面加强监测工作,制定应急预案,从而更好地防止出现各类水害[3]。
3.4立体探放技术
通过研究发现,在工作面回采过程中,煤层上覆侏罗系采空区整体积水量非常大,而且积水整体覆存的层位较为复杂,表现出明显的多层采空区重叠的问题,导致探放工作难度相对较大。因此,结合理论分析与现场实践,设计了井下联合探放与地面综合探放的方式,对工作面开采过程中可能遇到的水害进行了探访。其中在地面施工口径相对较大的探放水钻孔,钻孔直接打到开采巷道中,在钻进过程中,如果遇到了上覆采空区后,技术人员采取临时止水方式,在终孔之后在井下将阀门安装上,然后将临时止水装置全部打开。上覆采空区中形成的大量积水,可以通过井下排水系统全部排出,在上覆采空区积水全部探放完毕之后,技术人员将钻孔井口全部封闭,主要用于井下救援,不仅保证了采空区整体的排水效果,而且有效地提升了钻孔整体的使用效率。
3.5底板岩溶水防治技术
通过对该矿水文地质进行全面分析发现,整个覆存区域存在明显的岩溶发育不均匀问题。在岩溶发育过程中,受到地质构造的控制较为明显,在构造发育区域内岩溶整体发育得非常多,通过探测已经掌握多数西北向的导水构造应当是在回采过程中需要重点控制的内容。因此,在回采时,对底板岩溶水的防治是重点,主要采取向断层破碎带与含水层注浆的方式进行重点防治。特别是对存在突出风险的寒武系地层上部30m的范围内,存在较为明显的岩溶发育问题,在煤层底板有明显的断层破碎的位置,本次设计采取了注浆封堵的方式进行了综合改造。
4结语
在矿井开采之后,水文地质条件相对于先前出现了较大的变化,特别是随着开采强度的增大,地层出现了明显的变化,整体的导水构造也出现了较大的变化,增加了水害发生的概率。因此,煤矿企业需要充分认识到在地下开采活动后,水文地质条件整体的变化情况,切实采取针对性的措施,做好水害的防治工作,保证煤矿开采的安全性。
[参考文献]
[1]王高峰.煤矿水患综合治理以及水文地质在煤矿开采过程中的重要性[J].中国科技投资,2012(26):77.
[2]赵国鹏.矿井水文地质特征分析及地下水害防治措施探讨[J].世界有色金属,2018(15):158.
[3]尹世才,赵玉琳.义煤集团西部矿井水文地质特征及充水因素分析[J].中州煤炭,2008(4):37-39.
作者:琚晋伟 单位:山西省兰花集团莒山煤矿