區域性疏水降壓防治水技術研究

崔佳星

(河北工程大學資源學院，河北 邯鄲 056038)

區域性疏水降壓防治水技術研究

崔佳星

(河北工程大學資源學院，河北 邯鄲 056038)

針對礦區的水文地質條件和區內各礦的開采條件，經過綜合考慮選擇疏水降壓的防治水方案，提出集中放水、以單礦疏降礦區的方法，合理布置放水孔和排水設施，達到了預期疏降效果。

疏水降壓;防治水;放水點

隨著我國經濟持續穩定發展，能源需求旺盛，煤炭產量大幅度增加，但淺部煤層開采殆盡，急需解放深部資源［1］。研究礦區位于河北張家口市，由6個礦組成，互為井田邊界。其中，1～4礦前身為地方煤礦，淺部6#、5#煤資源已開采殆盡，深部1#煤層為計劃接替生產資源;5、6礦為新建煤礦，先期開采6#、5#煤。6個礦在今后的生產過程中均面臨著下伏高承壓奧灰水的威脅。針對此關鍵問題，6個礦聯合采取疏水降壓防治水技術，大大增加了安全生產的可靠性。

1 地質、水文地質條件概況

1.1 區域地質概況

研究區內揭露的地層由老到新依次為:寒武系、古生界奧陶系、中生界侏羅系和新生界第四系，含煤地層為侏羅系中—下統下花園組，為一套內陸山間盆地型湖泊—湖泊三角洲及河流—沖積扇相沉積體系。依據構造及水文地質條件的差異可將盆地劃分為5個塊段，研究礦區位于第5塊段中南部(圖1)，該塊段四周被不同規模斷層所切割，使之成為相對封閉的水文地質單元:該塊段南界為壺流河斷層，構成了壺流河南北地下水的隔水屏障;在北界陽原南山斷層北側分布著條帶狀的太古界片麻巖，南側為寒武系底部頁巖翹起，均起到一定的隔水作用;東界松枝口—右所堡斷層，為一新生界掩蓋下的隱伏斷層，由于斷層落差大，兩側水力聯系微弱;西界的暖泉—大灣斷層為一平移正斷層，金泉至大灣以北斷層落差較小，兩盤灰巖對接，地下水聯系密切。金泉以南段，斷層落差增大，斷層阻水能力加強。在兩大斷層的交匯處形成暖泉泉群，為第Ⅴ塊段奧灰水的自然排泄區。

1.2 含、隔水層特征

1.2.1 主要含水層

礦區內共有5個含水層段:寒武系灰巖含水層、奧陶系下統灰巖含水層、侏羅系中下統下花園組煤系砂巖含水層、侏羅系中統后城組礫巖含水層及第四系砂礫石含水層。不同區段奧陶系石灰巖富水性差異較大，巖溶發育區多沿地下水徑流帶發育。對開采有較大影響的主要為煤系基底奧陶系下統灰巖巖溶裂隙承壓含水層，厚度由北向南逐漸變厚，厚度不均一，部分地段缺失，最大厚度100.05 m，巖溶發育極不均一，水位標高在+970 m左右。富水性極不均一，單位涌水量0.000 76～2.0 L/s·m，由北向南有增大趨勢。

1.2.2 隔水層特征

礦區在可采煤層與基底奧陶系灰巖之間，普遍發育一層隔水的鮞狀黏土巖、粉砂巖。但此層的沉積厚度隨古地形的起伏各異、薄厚不一，局部地點缺失，造成可采煤層與奧灰直接接觸。

圖1 研究區區域地質略圖

2 疏水降壓必要性

1～4礦已開采多年，淺部6#、5#煤資源已開采殆盡，為保證職工利益，維護礦井正常生產，迫切需要解放深部1#煤層，實現礦井持續穩定生產;5、6礦為新建煤礦，雖然不面臨接替生產問題，但由于區域構造、地下水徑流等因素的影響，水文地質條件極其復雜。自投產以來，已發生過多次突水，在開采5#煤時最大突水量達1 400 m3/h，嚴重威脅礦井安全。事后分析突水原因是由于煤層底板距離下伏奧灰含水層僅為33 m，且存在隱伏斷裂構造在靜水壓力和動水壓力共同作用下，巷道底臌逐漸增大，導水通道逐漸擴大，進而造成涌水量迅速增大，造成了本次突水的發生。

目前，煤礦礦井防治水主要包括疏水降壓［2］、底板注漿加固［3，4］、充填保水開采［5］等手段。礦區內 6 個礦井均面臨下伏高承壓水的威脅，各礦1#煤底板距奧灰含水層頂板距離一般在15 m左右，注漿層位難以確定，注漿加固后強度難以保證;若采取充填開采的方法，底板導水裂隙仍然存在，亦不能切斷奧灰水的補給通道，因此只能采用疏水降壓技術。

綜上所述，礦區內所有礦井均面臨著下伏高承壓奧灰水的威脅，為了保證采掘的正常接替和安全生產，迫切要求疏水降壓，對礦井水進行行之有效的綜合治理。

3 疏水降壓可行性分析

根據區域水文地質條件得知，礦區內奧灰含水層處于半封閉的蓄水構造中，區域匯水面積770 km2，大氣降水是奧灰含水層的主要補給來源。為了深入認識礦區的水文地質條件，2010年礦區進行了奧灰含水層放水試驗。通過放水試驗，認識了奧灰含水層的富水性和補給情況，并且探查了奧灰與第四系及寒武系含水層的水力聯系情況。放水試驗結果證明，在持續放水的情況下，觀測孔的水位是逐漸下降的(圖2)，奧灰補給緩慢并且以靜儲量為主，奧陶統灰巖含水層滲透性較好，但補給條件較差，對于疏水降壓是有利的，另外從區域奧灰水多年的水位變化情況來看，奧灰水位是呈下降趨勢的，大流量長時間的疏降水加上礦區生活用水，使疏水降壓具有可行性。

圖2 觀測孔水位歷時曲線

4 疏水降壓方案的確定

此次疏水降壓工作與以往有很大的不同，是為整個礦區共6個礦井服務。為此初步設計在各礦井均施工放水孔，但分析各礦區域位置、水文地質條件和開采條件后(參見表1)，否決了這項方案，主要原因是:

(1)奧陶系灰巖的起伏形態基本跟煤系地層的起伏形態一致，即總體趨勢為西北高東南低，在地勢較高的1、2礦疏水效果不會很理想;

(2)因疏水降壓的迫切性，采區工期較短的井下施工放水孔，但會增加礦井排水量。6個礦井中部分礦井排水能力有限，不能滿足疏降的排水量要求;

(3)由于該區奧灰含水層富水性的不均一性，很難保證每個鉆孔的抽水量能夠達到預想的水量。

表1 各礦基本開采條件一覽表

綜合考慮之后，決定采用“集中放水、以單礦疏降礦區”的方案，并選定6礦為疏降礦井，主要原因是:

(1)6礦開采水平最低，為 +650水平，施工井下鉆孔工期較短;

(2)6礦礦井正常排水能力1430 m3/h，最大排水能力3300 m3/h，需要增設的排水泵房和排水設施不多，容易實現;

(3)通過放水試驗得知，從19－9孔、16－17孔、13－10－3孔至9－孔、5－1鉆孔為奧灰含水層強徑流帶，東翼回風巷放水處水量較大，放水試驗期間水位下降明顯，并能在較短時間內恢復，說明該區域徑流條件好，聯系暢通，疏水效果明顯。

5 疏水降壓工程布置

5.1 鉆孔布置

鉆孔布置時以井下放水試驗孔和專門疏水鉆孔為疏水降壓孔，主要布置在奧灰含水層水力聯系密切、徑流條件較好的東翼回風巷。共施工奧灰放水孔5個:+650 m水平回風巷奧灰放水孔4個，總進尺440 m;井下調度室附近奧灰放水孔一個，總進尺110 m。疏水降壓工程井下鉆孔布置見圖3。

圖3 井下鉆孔平面布置圖

5.2 排水布置

結合礦井疏水降壓工程及向地面排清水供礦區、電廠及附近村民用水的實際情況，在經過定性和定量比較的基礎上，認為:由地面打鉆孔鋪設排水管路方案優于回風井井筒布置排水管路和利用副井現有應急排水管路方案。井下疏水降壓水通過管路到達清水倉，由于清水倉具備一定的緩沖能力，所以在選擇水泵時可以按照在20 h內排出24 h的疏水量計算。經過計算，共安裝4臺D450－60×7型水泵，3臺工作，一臺備用，每臺額定流量 450 m3/h;鋪設2條規格為φ377×10的排水管路。泵房正常排水能力1 350 m3/h，最大排水能力1 800 m3/h，滿足排水要求。

6 結語

目前為止，疏水降壓工作已初見成效，對整個礦區水患進行了綜合治理，北部礦井基本不存在帶壓問題，大大增強了安全生產的可靠性。但東南三礦仍存在程度不同的帶壓開采情況，各礦要根據實際情況，復雜礦井可采取局部注漿加固技術，實行底板突水監測，提前預測奧灰突水，確保井下開采安全。

［1］朱國維，丁雯，武彩霞.華北煤田底板礦井水分布及突水機理淺析［J］.中國煤炭，2008，34(2):9－11.

［2］葛家德，王經明.疏水降壓法在工作面防治水中的應用［J］.煤炭工程，2007(8):63－65.

［3］袁中幫，劉以榮，王德帝.底板注漿改造技術在太灰高水位區的應用［J］.中州煤炭，2009(8):77－78.

［4］呂先進.巷道底板注漿效果分析［J］.煤，2009，18(11):40－41.

［5］潘衛東，季文博.煤礦井下充填保水開采的技術模式探討［J］.煤炭科學技術，2009，37(8):11－13.

TD743

B

1004－1184(2012)01－0096－02

2011－10－21

崔佳星(1986－)，男，河北保定人，碩士研究生，主攻方向:礦井防治水。