高承壓強富水含水層下采煤頂板水防控技術研究

劉飛　尹慶國

摘 要：本文針對巴彥高勒煤礦3-1煤開采區頂板含水層厚度大、水壓高、大導高、富水性極不均一、延安組頂板含水層與與侏羅系底部含水層雙層高承壓砂巖孔隙裂隙含水層復合為一個含水體的復雜水文地質條件，開展防治水技術研究，探索出一整套以煤層頂板含水層可控疏放為主體的高承壓強富水含水層下采煤的綜合防治水技術，為本區3-1煤開采提供技術支持的同時，對其他礦區相似條件下煤層開采具有重要的借鑒意義。

關鍵詞：采礦工程；水文地質；防治水技術；研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.207

1 研究內容和方法步驟

（1）研究內容：根據《巴彥高勒井田水文地質補充勘探報告》，影響巴彥高勒煤礦3-1煤開采的主要含水層，是導水裂縫帶影響范圍內的3-1煤頂板延安組砂巖孔隙裂隙含水層和直羅組底部砂巖孔隙裂隙含水層。即這兩層含水層是3-1煤采區工作面防治水工作的主要目標。

由表1可以看出，水化學類型均為SO4-Na型，這種較高的礦化度和水化學類型是地下水在含水層中長期溶解的結果，表明含水層水以靜儲量為主，補給、徑流條件較差。

綜合上述，由于巴彥高勒煤礦3-1煤頂板含水層埋藏深、水壓大、水量大、富水性分布不均一、工作面回采后涌水量峰值難以預計、順槽不具備自然排水能力、峰值涌水量可能超過排水系統的排水能力，為了提前可控引流、截流疏放、消峰平谷、減少采后落地涌水量、排除隱患、減少不可控因素，避免回采過程中涌水量峰值的出現、造成工作面被淹等事故，非常有必要提前開展頂板疏放水工作。

以沉積地質研究與分析為基礎，以物探富水區查找為指導，以井下群孔預疏放為主，采后頂板垮落自然疏放殘余水量的聯合疏水方式。采取增加疏水孔數量，增加含水層裸孔段長度等措施提升疏水效果，縮短頂板水疏放時間，提高放水效率，是3-1煤頂板防治水防控技術的主要研究內容。

（2）方法步驟：根據巴彥高勒煤礦3-1煤層頂板水害防治方案的選擇結果及頂板水預疏放中面臨的主要問題，結合首采面具體地質與水文地質條件、生產條件，工作面頂板水防治方案總結為以下5個方面：

①綜合勘探、精細探查。針對主要充水含水層復雜的沉積特征，在地面地質、水文地質勘探、三維地震勘探的基礎上，在井下采用水文地質物探、鉆探手段對頂板含隔水層沉積狀態進行全方位精細探查，進而研究沉積規律對礦井充水方式的控制作用，指導防治水工作；②動態監測、預測預報。在精細探查和超前探查基礎上，采用井上下結合的礦井水情監測系統對礦井水位（水壓）、水量、水溫、水質等參數進行動態監測，做到提前發現、超前治理；③統籌兼顧、優化設計。在礦井初設階段即充分考慮水文地質因素，尤其是沉積因素。將工作面走向與沉積條帶方向呈夾角布置，雖然初期礦井涌水量波動幅度較大，但通過初期疏放，為后續工作面開采提供安全保障。礦井排水系統和采區排水系統設計在按照預測涌水量設計的同時留有一定余地，以應對可能的涌水量波動；④可控疏放、消峰平谷。對回采工作面導水裂縫帶范圍內的頂板水進行可控預疏放，避免集中涌水，實現工作面采后涌水平穩泄放，緩解周期性涌水對排水系統的壓力；⑤減小擾動、循環利用。采取減小頂板導水裂縫帶發育高度的技術手段，盡可能減少對上覆含水層的擾動破壞，保護地下水資源和生態環境。同時對礦井水進行循環利用，實現全復用、零排放。

2 取得的效果

通過對3-1煤工作面頂板水的提前疏降，取得了以下效果：

（1）通過疏放水盡可能釋放直羅組底部含水層和延安組上部含水層靜儲量，降低水頭壓力，使其呈不承壓狀態，保證工作面回采過程中涌水平穩，不出現峰值涌水量，沖擊工作面及礦井排水系統，防止水害事故的發生；

（2）通過首采工作面疏放水，降低周邊工作面頂板水頭壓力，為周邊工作面開采創造有利條件；

（3）進一步查清直羅組底部含水層和延安組上部含水層的富水性分布規律，了解底部隔水層的分布情況及賦存狀態，從而為疏放水的可行性和可靠性、合理地調整工作面布局，為提高礦井開采3-1煤層的安全程度提供科學依據；

（4）為下一步頂板水突涌預防方案選擇，確定鉆孔疏放、回采疏放和頂水采煤的可行性提供了可靠的第一手資料。

本文受山東能源淄礦集團高承壓強富水含水層下采煤頂板水防控技術研究科研項目支持。

作者簡介：劉飛（1981-），男，河南永城人，助理工程師，研究方向：采礦工程管理。