綜合防治水技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦的研究和應(yīng)用

徐兵奎

(西山煤電股份有限公司 鎮(zhèn)城底礦，山西　古交　030203)

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·專題綜述·

綜合防治水技術(shù)在鎮(zhèn)城底礦的研究和應(yīng)用

徐兵奎

(西山煤電股份有限公司 鎮(zhèn)城底礦，山西古交030203)

摘要鎮(zhèn)城底礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、陷落柱發(fā)育，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，屬帶壓開采，各種水害嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，特別是奧陶系灰?guī)r裂隙水。近年來(lái)，該礦在生產(chǎn)中根據(jù)礦井各種水害特征及其危害程度，通過(guò)分析和研究，總結(jié)防治水工作中取得的成功經(jīng)驗(yàn)，提出了對(duì)各種水害針對(duì)性的防治技術(shù)方案和辦法，有效防止了水災(zāi)事故的發(fā)生，確保礦井安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞鎮(zhèn)城底礦；礦井水害；奧灰水；防治水

西山煤電股份有限公司鎮(zhèn)城底礦1986年11月投產(chǎn)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 500 kt/a，2008年生產(chǎn)能力核定為1 900 kt/a，井田面積23.839 6 km2，含煤層地層為二迭系山西組及石炭系太原組，現(xiàn)采煤層為2.3#和8#煤層，煤層煤質(zhì)以肥煤、焦煤為主。礦井地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件均屬于復(fù)雜，為帶壓開采，影響礦井安全生產(chǎn)的主要水害有：奧灰水、小窯水、采空積水、上覆基巖裂隙水和地表水,其中奧灰水為最主要的水害，特別是隨著近年來(lái)開采深度的加大，奧灰水壓逐漸增大，對(duì)礦井安全威脅越來(lái)越大。近年來(lái)，根據(jù)礦井各種水害特征及其危害程度，通過(guò)分析和研究，并與防治水科研單位、大專院校合作,開展了綜合防治水技術(shù)工作,總結(jié)防治水工作中取得的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)不斷研究和實(shí)踐,現(xiàn)已初步形成了一套適合鎮(zhèn)城底礦水文地質(zhì)條件的綜合防治水程序和方法。

1礦井水害特征及危害程度

1.1地表水

鎮(zhèn)城底礦區(qū)內(nèi)河流屬黃河流域的汾河水系，汾河是井田內(nèi)最大的河流，其流經(jīng)鎮(zhèn)城底礦東北部邊界外側(cè)，從北部經(jīng)雁門、成家曲由西向東流過(guò)，流量受上游汾河水庫(kù)的控制。井田內(nèi)較大河谷有陰家溝、歇馬溝、官長(zhǎng)溝等，皆流向北東匯入汾河，河谷流水均呈季節(jié)性變化，通常流量很小或干涸，雨季流量增大，在河谷地段的淺部，孔隙水接受地表水補(bǔ)給，補(bǔ)給源充沛，孔隙水間接補(bǔ)給煤系地層含水層，但其補(bǔ)給強(qiáng)度低，補(bǔ)給量有限。礦井地處西山煤田西北邊緣，西北露頭為小煤礦開采區(qū)域，私開井口多，地表水可能通過(guò)周邊小煤礦灌入礦井，對(duì)礦井安全生產(chǎn)影響較大。

1.2上覆基巖裂隙水

2.3#煤頂板水主要來(lái)自山西組和上、下石盒子組砂巖，主要是上、下石盒子組的K4、K5、K6砂巖含水層，水質(zhì)類型為HCO3·Cl-Na，礦化度390 mg/L，富水性弱。8#煤頂板水主要來(lái)自山西組砂巖和太原組薄層灰?guī)r，山西組砂巖主要為K3砂巖，太原組薄層灰?guī)r主要為L(zhǎng)1、K2、L4灰?guī)r，水質(zhì)類型為HCO3-Na型水，礦化度343～375 mg/L，富水性弱。在該礦多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，這些頂板水多呈滴、淋水狀態(tài)，其水量小，大部分涌水點(diǎn)能夠自流疏干，對(duì)礦井安全生產(chǎn)影響較小。

1.3采空積水

該礦采空積水區(qū)主要分布在西一采區(qū)和南一、南二、東二采區(qū)，礦井采空積水水量不大，但積水范圍廣，2.3號(hào)煤層積水面積為298 107 m2，積水量為198 801 m3；8號(hào)煤層采空區(qū)積水面積為164 150 m2，積水量為162 994 m3，始終威脅著采區(qū)、工作面的安全，對(duì)礦井安全生產(chǎn)影響較大，是礦井主要的防治水對(duì)象。

1.4小窯水

鎮(zhèn)城底礦井田西北部為煤層露頭區(qū)，煤層埋藏淺，特殊的地理位置及地質(zhì)環(huán)境，成為小煤礦開采的有利區(qū)域，小煤窯開采時(shí)間長(zhǎng)，開采范圍廣，采空區(qū)內(nèi)存在大量小窯水。井田周圍整合和已經(jīng)關(guān)閉的小煤礦有12座，在井田的東二、南一、南二、南三、西一采區(qū)，經(jīng)巷道探查及調(diào)查收集資料分析，預(yù)計(jì)2.3號(hào)煤層積水面積為203 468 m2，積水量為133 908 m3；8號(hào)煤層采空區(qū)積水面積為175 644 m2，積水量為149 280 m3，這些積水是鎮(zhèn)城底礦充水的重要因素，對(duì)礦井的安全生產(chǎn)威脅較大。

1.5奧灰水

鎮(zhèn)城底礦奧灰水主要為奧陶系中統(tǒng)峰峰組灰?guī)r含水層水，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Mg、HCO3·SO4-Ca·Mg和SO4·HCO3-Ca·Mg型，礦化度300～1 098 mg/L，水溫13～14 ℃，富水性弱至中等，弱富水區(qū)分布于井田南部元家山向斜附近；中等富水區(qū)占井田大部分面積。奧灰水位標(biāo)高為+900 m，現(xiàn)采2、3號(hào)煤層底板標(biāo)高最低為+720 m，8號(hào)煤層底板標(biāo)高最低為+640 m，屬于帶壓開采，奧灰最大水頭壓力為2.6 MPa，煤層底板最大突水系數(shù)分別為0.047 MPa/m，實(shí)際隔水層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于安全隔水層厚度，帶壓開采是可行的，但礦井地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，斷層、陷落柱發(fā)育，采掘過(guò)程中共揭露>3 m的斷層199條，147個(gè)陷落柱，構(gòu)造導(dǎo)水不能排除，根據(jù)山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院編制的《鎮(zhèn)城底礦帶壓開采可行性研究及奧灰水防治措施》，預(yù)計(jì)礦井奧灰極限涌水量1 168.09 m3/h，嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)，是礦井的主要隱患和防治對(duì)象。

2水害防治技術(shù)

2.1地表水防治

1) 為防止地表洪水灌井，鎮(zhèn)城底礦進(jìn)行專門設(shè)計(jì)并采取措施對(duì)礦井周邊所有私開井口、報(bào)廢井口進(jìn)行徹底封閉，共修筑了45道高強(qiáng)度防洪、防灌井工程，可抵御百年不遇的洪水。

2) 在井下各封閉采區(qū)以地表溝內(nèi)最高洪水水位標(biāo)高的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)修筑了13道防水密閉，并留有泄水閥和水壓觀測(cè)裝置，及時(shí)掌握采空區(qū)積水情況，根據(jù)具體水壓情況疏排采空積水，確保水閘墻安全有效。

3) 每月定期對(duì)地表防洪、防灌井工程和井下水閘墻進(jìn)行檢查，雨季增加檢查和觀測(cè)次數(shù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保工程處于完好狀態(tài)。

2.2上覆基巖裂隙水防治

采掘中，工作面頂板砂巖、灰?guī)r等基巖裂隙水，可能沿裂縫或塌陷裂隙流入工作面，對(duì)工作面的影響較小，工作面應(yīng)以排水為主，配備排水能力不小于工作面最大涌水量?jī)杀兜呐潘O(shè)施及管路，并有備用水泵及軟管、開關(guān)、接頭等配套設(shè)備，備用水泵要進(jìn)行熱備用，保證工作面有足夠的排水能力。掘進(jìn)中注意觀測(cè)巷道頂板出水和構(gòu)造情況，發(fā)現(xiàn)異常情況，要及時(shí)進(jìn)行探放水，確保工作面正常安全生產(chǎn)。

2.3采空積水防治

1) 同層采空積水的防治。

鎮(zhèn)城底礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層傾角較小，屬緩傾斜煤層，工作面銜接相對(duì)緊張。針對(duì)這一現(xiàn)狀，工作面掘進(jìn)時(shí)，采取預(yù)探放逐步減壓的方式，即自警戒線開始探放，在確保工作面水頭壓力≤0.05 MPa的前提下，每20～30 m探放1次(視煤層傾角而定)，工作面形成時(shí)，相鄰采空積水的探放工作也隨之而完成，避免了集中探放因水壓過(guò)大造成安全隱患或水量大而影響工作面銜接。

相鄰采區(qū)采空積水的水量大，但在水頭壓力≤0.1 MPa的情況下可集中探放。>0.1 MPa時(shí)，在保證放水點(diǎn)水頭壓力≤0.1 MPa的前提下分段探放，采用多孔探放減少放水時(shí)間，盡快減小工作面水害威脅程度，以保證安全生產(chǎn)及正常銜接。

2) 異層(上組煤)采空積水的防治。

為查清上組煤(2.3#)采空積水對(duì)下組煤(8#)開采的威脅，鎮(zhèn)城底礦與華北科技學(xué)院合作，開展了鎮(zhèn)城底礦帶壓開采工作面頂、底板“三帶”測(cè)試技術(shù)研究，確定頂板導(dǎo)水裂隙帶高度57.58 m，而鎮(zhèn)城底礦上組煤與下組煤層間距為56～75 m，證實(shí)了上組煤采空積水對(duì)下組煤開采影響較大。因此，下組煤開采前按采煤沉陷角推測(cè)位置為最低積水線編制專門探放水設(shè)計(jì)，根據(jù)生產(chǎn)銜接計(jì)劃排出時(shí)間提前對(duì)上組煤采空積水進(jìn)行探放。

18306工作面為礦井東二采區(qū)首采工作面，回采前對(duì)工作面上部上組煤12412采空積水進(jìn)行了探放，由于是大傾角的鉆孔，采空積水易將小矸石沖落入孔內(nèi)，為此在閥門下部安裝1個(gè)排水的四通，上部接閥門，兩側(cè)直對(duì)排水管路排水，下部安裝閥門專門用來(lái)排矸，每班不定期打開下部閥門進(jìn)行排矸，確保矸石不進(jìn)入排水管路，節(jié)省了排水時(shí)間，保證了排水的穩(wěn)定性，共施工了4個(gè)放水孔，放水10萬(wàn)余m3，放水時(shí)間、放水量及放水孔數(shù)與預(yù)計(jì)的基本一致，保證了礦井的正常銜接和安全生產(chǎn)。

2.4小窯水防治

1) 加強(qiáng)日常資料的搜集，對(duì)于生產(chǎn)煤礦應(yīng)對(duì)其采掘情況進(jìn)行監(jiān)控，查清其采空積水情況，計(jì)算積水量；對(duì)于關(guān)閉小窯應(yīng)采取物探手段進(jìn)行探測(cè)查明其老窯積水情況，計(jì)算積水量，及時(shí)給礦井采掘布置提供依據(jù)。

2) 在與小窯破壞區(qū)相鄰的采區(qū)嚴(yán)格按照《煤礦防治水規(guī)定》和《煤礦安全規(guī)程》關(guān)于井下探放水的有關(guān)規(guī)定布置探放水鉆孔，并嚴(yán)格執(zhí)行。

3) 積極配合地方政府對(duì)可能與大礦貫通的小煤礦留設(shè)安全煤柱，避免小煤礦與大礦貫通。對(duì)地面可能對(duì)礦井造成威脅的私開井口進(jìn)行高強(qiáng)度封堵，防止地表水通過(guò)私開井口潰入大礦。

4) 對(duì)接近小窯區(qū)的報(bào)廢采區(qū)以地面最高洪水位的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，構(gòu)筑高強(qiáng)度防水密閉，防止小窯水通過(guò)報(bào)廢采區(qū)進(jìn)入礦井，造成事故。現(xiàn)有小窯水防治措施，涵蓋了地面防灌井工程及井下高強(qiáng)度防水密閉的設(shè)置，滿足防治水工作及礦井安全需求。

2.5奧灰水防治

奧灰水防治工作中，鎮(zhèn)城底礦借助山西煤炭水文地質(zhì)勘查設(shè)計(jì)院的技術(shù)力量共同對(duì)礦井帶壓開采進(jìn)行了可行性研究，收集完善了礦井水文地質(zhì)資料，并制定了奧灰水防治措施，給礦井奧灰水防治提供了依據(jù)。為了及時(shí)了解地下水動(dòng)態(tài)，建立了奧灰水水位(水壓)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。為及時(shí)查明井下不明水源，購(gòu)置了水質(zhì)快速識(shí)別儀進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，查明水源情況。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井受奧灰水威脅程度及生產(chǎn)布局對(duì)礦井帶壓開采區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，即用4道防水閘門對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)上組煤的南一、南二、南六等南部采區(qū)與生產(chǎn)下組煤的東二采區(qū)隔離，然后分區(qū)采取防治措施，以確保不同區(qū)域防治問(wèn)題時(shí)，不波及其它區(qū)域，達(dá)到分區(qū)治理的目的。為提高礦井抗水災(zāi)能力，在井底中央水倉(cāng)附近建立了大功率強(qiáng)排水系統(tǒng)，強(qiáng)排設(shè)施是2臺(tái)功率1 400 kW，流量725 m3/h，揚(yáng)程477 m的水泵，管路是1趟426 mm×18 mm無(wú)縫鋼管，強(qiáng)排立眼深度376.6 m.

為了防治奧灰水，嚴(yán)格按“程序”操作，保證各個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，詳述如下：

1) 防治奧灰水工作程序化。

由于礦井現(xiàn)采采區(qū)均在奧灰水位以下，雖然實(shí)際隔水層厚度均大于安全隔水層厚度，但不能保證每個(gè)所揭露的構(gòu)造點(diǎn)均不導(dǎo)水，因此，嚴(yán)格執(zhí)行“有掘必探、有采必探”，所有新開掘進(jìn)工作面編制專門超前探測(cè)設(shè)計(jì)，全部進(jìn)行鉆探和物探，物探采用瞬變電磁儀超前探測(cè)，判定工作面周圍60～100 m煤(巖)體的含水情況，如果發(fā)現(xiàn)物探異常區(qū)，則進(jìn)行鉆探驗(yàn)證，對(duì)不明水源采取水樣進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)，查明其與奧灰水的水力聯(lián)系，如果有聯(lián)系則根據(jù)具體情況制定相應(yīng)措施。

形成回采工作面后，每個(gè)工作面在安裝前必須采用無(wú)線電波坑透儀和瞬變電磁儀圈定工作面內(nèi)的構(gòu)造情況和工作面內(nèi)的含水情況，根據(jù)探測(cè)結(jié)果制定相應(yīng)措施。

工作面和采區(qū)開采完后，以?shī)W灰水最大水頭壓力的抗壓強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)構(gòu)筑高強(qiáng)度防水密閉，杜絕奧灰水在采動(dòng)破壞影響后構(gòu)造滯后導(dǎo)水造成淹井事故發(fā)生。

2) 防治奧灰水工作局部問(wèn)題具體化。

礦井東二煤層最低底標(biāo)高710 m，突水系數(shù)最大為0.37 MPa/m，隔水層厚度70 m，而且斷層、陷落柱發(fā)育，是礦井防治水重中之重，根據(jù)其基本水文地質(zhì)情況，制定了防治措施。

a) 加強(qiáng)超前探測(cè)，降低事故風(fēng)險(xiǎn)。

b) 為防止斷層、陷落柱等構(gòu)造導(dǎo)通奧灰水，工作面接近前方預(yù)計(jì)的斷層、陷落柱時(shí)編制專門的探放水設(shè)計(jì)對(duì)其進(jìn)行導(dǎo)水性探測(cè)，制定相應(yīng)措施，確保安全后，方可施工。

c) 加強(qiáng)對(duì)已揭露斷層、陷落柱等構(gòu)造的觀測(cè)和分析，防止受采動(dòng)影響滯后導(dǎo)水，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)匯報(bào)。

d) 增加臨時(shí)水閘墻，避免殃及全礦。

東二采區(qū)為820水平的最后一個(gè)下組銜接采區(qū)，采區(qū)軌道和皮帶巷由于斷層影響巷道標(biāo)高抬高到882.6 m，按該礦奧灰水位+900 m計(jì)算，巷道低于水位線17.4 m，在采區(qū)兩巷中，采取速建水閘墻的方式，可防止淹井。

3) 防治奧灰水工作重點(diǎn)問(wèn)題特殊化。

礦井760水平大巷在井底布置在10號(hào)煤層底板巖石中，隨著大巷的延伸，到南六采區(qū)760水平大巷與2.3#煤層層位相一致，現(xiàn)正在施工南六下組煤采區(qū)巷道，南六下組煤采區(qū)為礦井開采最低處，8#煤層最低底板標(biāo)高為+640 m，低于760水平120 m，奧灰最大水頭壓力為2.6 MPa，最大突水系數(shù)為0.047 MPa/m，采區(qū)斷層和陷落柱發(fā)育，構(gòu)造導(dǎo)水不能排除，奧灰水嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，因此，根據(jù)采區(qū)最大涌水量在南六下組煤采區(qū)建立了容積2 200 m3的采區(qū)水倉(cāng)及相應(yīng)排水設(shè)施，采區(qū)水倉(cāng)附近建立了直排水系統(tǒng)，如發(fā)生水災(zāi)能及時(shí)將水排至760水平，防止南六下組煤采區(qū)水淹事故發(fā)生。

近年來(lái)，鎮(zhèn)城底礦在防治水工作中，根據(jù)礦井各種水害特征及其危害程度，不斷分析和研究礦井防治水工作程序，利用綜合防治水技術(shù)和方法開展各項(xiàng)工作，對(duì)各種水害制定防治技術(shù)方案，能有效防止水災(zāi)事故的發(fā)生，確保礦井安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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Research and Application of Comprehensive Water Prevention and Control Technology in Zhenchengdi Coal Mine

XU Bingkui

AbstractThe geological structure is complex in Zhenchengdi coal mine, the fault and collapse column develop, complicated hydrogeological conditions, belongs to mining with pressure. All kinds of water disasters seriously affect the mine safety production, especially the ordovician limestone fissure water. In recent years, according to all kinds of water disaster characteristics and damage degree in production of the mine, through analysis and research, summarizes the successful experience achieved in the activities of prevention and control of water, put forward the scheme and method of various corresponding prevention and control of water disasters technology, can effectively prevent flooding accidents, ensure mine safety production.

Key wordsZhenchengdi coal mine; Mine water disaster; Ordovician limestone water; Water prevention and control

中圖分類號(hào)：TD745+.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2016)02-0050-04

作者簡(jiǎn)介：徐兵奎(1976—)，男，山西永濟(jì)人，2011年畢業(yè)于山西大同大學(xué)，工程師，主要從事煤礦地質(zhì)工作(E-mail)994368515@qq.com

收稿日期：2016-01-11