趙莊煤業井下突水監測井網目的與任務

摘要：奧灰水及復雜的構造帶嚴重地威脅著礦井的安全生產，因此帶壓開采的研究多年來一直是許多礦業工作者關注的問題，為實現帶壓開采安全，通過現場水文觀測孔的實測，從而達到實時監測奧灰水突出的目的。啟動《構造突水井下監測井網實施與預報系統研究》科研項目基本完成了預定的任務。

關鍵詞 帶壓開采 奧灰水 水文鉆孔 監測井網

1、概況

晉煤集團趙莊煤業，主采山西組3#煤層，從現有的地質資料來看，其地質構造復雜，陷落柱、斷層等構造帶較多，開采3#煤層距奧陶紀灰巖含水層100～200m，奧灰水位標高在620-675m，開采3#煤層標高+200～+710m，奧灰水及復雜的構造帶嚴重地威脅著礦井的安全生產，因此帶壓開采的研究多年來一直是許多礦業工作者關注的問題，但因我國地質條件復雜，開采方法各異，理論、技術還不夠完善，以至于礦井突水事故時有發生，造成巨大的經濟損失和人員傷亡。所以，開采引起的圍巖破壞與突水監測預報系統的研究已成為當務之急，是實現帶壓開采安全問題的根本。通過現場水文觀測孔的實測，分析煤層底板各含水層的空間分布形態，水力聯系，地質構造等特性，認為煤層底板各含水層在一般情況下是各自獨立的，只有原生構造或采動引起的次生構造使各含水層連通，形成滲透通道時，才會發生水力聯系，而對礦井突水危險最嚴重的是奧灰巖承壓水（簡稱奧灰水），奧灰水突出時，首先要經過滲透通道（主要是地質構造帶）流入其上覆含水層（太原組、本溪組含水層）如其上覆含水層的某一層或幾層的滲透性較好，水壓的反映速度較快，也即此含水層水位的變化能夠很好地反映它與奧灰水的連通程度，那么就可以通過監測設備監測此含水層的變化情況來監測奧灰水的流動狀態，并通過固流耦合計算反演出此含水層的水位分布情況及突水點的位置，從而達到實時監測奧灰水突出的目的。

晉煤集團趙莊煤業帶壓開采非常重視，2008年趙莊煤業打了一個水文鉆孔，峰峰組鉆孔涌水量達到了120m3/h，隨后啟動了《構造突水井下監測井網實施與預報系統研究》科研項目，在趙莊煤業領導的決策下，礦上有關部門的大力協作下，經過太原理工大學、焦作神龍水文地質工程有限公司等單位近年的工作，該項目基本完成了預定的任務。

2、項目特點

2.1項目的主要研究內容

1） 研究現采區趙莊煤業突水危險程度及其區域劃分。通過對井下趙莊煤業全區及其臨近區域工程地質與水文地質的綜合分析，從宏觀的角度分析其突水的可能性、危險程度及其區域。

2）根據趙莊煤業現采區（一、三、五）開拓開采布局，研究設計構造突水井下監測井網，即水文觀測孔的布置方案；

3）精細水文地質資料的勘測。水文地質參數（水壓、水量、水質、滲透系數）和各含水層之間的水力聯系；

4）趙莊煤業承壓區太原組薄層灰巖含水層及峰峰組灰巖含水層放水試驗，研究太原組石灰巖層含水性與獨立性。

5）研究形成太原組灰巖含水層性態變化的奧灰水突出監測理論與技術。

6）根據所查明的水文地質資料，編制現采區（一、三、五）的突水監測網；

7）觀測人員進行培訓及其掌握觀測后的數據處理。

2.2項目預期目標

通過2009年和2011年在井下施工5個奧灰水監測與奧陶紀灰巖放水試驗鉆孔，太原組全孔取芯，并進行鉆孔巖芯的力學特性測試，和煤層底板各含水層水文情況的觀測與測試，基本搞清趙莊煤業現采區范圍內為基礎的底板含水層性態，形成了奧灰突水監測理論，并編制了現采區（一、三、五）的突水監測網，形成趙莊煤業現采區人工采集數據突水監測預報系統，服務于趙莊煤業現采區開采期間，確保礦井安全生產。

2.3項目關鍵技術

基于太原組石灰巖層含水性與奧陶紀灰巖含水性的相互獨立性，通過監測太原組灰巖含水層性態變化來監測礦井奧灰巖溶水的突出，形成人工采集數據奧灰突水監測網。

2.4 任務完成的情況

通過在井下施工4個奧灰水監測與峰峰組放水試驗鉆孔，太原組灰巖全孔取芯，并進行鉆孔巖芯的力學特性測試，和煤層底板各含水層水文情況的觀測與測試，再研究趙莊煤業以5個鉆孔為基礎的底板含水層性態，形成了奧灰突水監測理論，并編制了現采區（一、三、五）的突水監測網，形成趙莊煤業現采區人工采集數據突水監測預報系統

2.5取得的主要成果

按照項目計劃已基本完成項目工作任務，主要工作成果如下：

1、通過對礦區的井田地質、水文地質及構造帶的研究，分析了研究區域礦井突水的可能性及其注意的問題；

2、組織設計了井下4水文觀測孔，鉆孔總進尺為804m，并在施工期間對各含水層的水力參數進行了現場測試；

3、通過水文觀測孔的有關試驗，得出：

1） 太原組K5-K2石灰巖地層厚度、混合涌水量和單位降深涌水量

太原組灰巖長期孔口穩定水壓值

太原組灰巖的滲透系數

2） 奧陶紀灰巖含水層：

孔口長期穩定水壓值、單位降深涌水量和平均滲透系數

3） 太原組含水層與奧陶紀含水層是兩個完全獨立的含水體系。

4、在水文觀測孔鉆進的同時，鉆取巖心，對煤層底板各巖層的物理力學參水進行了實驗測定（抗壓、抗拉強度、彈性模量、泊松比等）為底板抗滲透能力的研究提供基礎參數。

5、由于礦井構造較多，在開采的同時，進一步深入構造勘測。

6、提出了適合于趙莊煤業的奧灰突水監測預報理論與原理；

參考文獻：

[1]吳超凡.煤礦安全生產與地質環境淺析[J].煤礦開采，2001

[2]、趙陽升 ，劉正和 ，井下監測井網實施與預報系統研究報告 太原理工大學編制， 2011

[3]馬增和，王明亮，丁清波.論褶曲構造與礦井安全生產的關系[J].煤炭技術，2005

[4]章至浩，韓寶平，張月華·煤礦水文地質基礎[M].徐州：中國礦業大學出版社，1995

[5]王永紅，沈文，中國煤礦水害預防及治理[M].煤炭工業出版社，1997

作者簡介：

申曉峰（1985-），男，助理工程師，2007年畢業于山西煤炭職業技術學院，現在晉煤集團趙莊煤業地質測量部工作。