韩家洼煤矿煤层防治水评价与措施研究_房小夏.pdf

煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 0引言 我国煤炭资源赋存丰富， 且赋存形式多样， 不同 地区矿井的水文地质类型千差万别[1]。在水文地质条 件简单的区域， 煤矿在设计开拓、 准备以及回采系统 布置时比较简单， 不需要着重考虑矿井防治水工作[2]。 然而当矿井水文地质条件复杂时，在煤矿初步设计 时， 必须考虑矿井水灾的影响， 在布置采掘系统以及 工作面回采时， 必须做好相关矿井防治水工作， 以避 免矿井水灾的发生， 造成煤炭生产企业的重大财产损 失与人员伤亡[3]。所以， 合理、 科学的矿井水文地质类 型划分与详实、 严谨的矿井防治水作业， 是保障煤炭 生产企业安全、 高效回采的重要基础[4]。 本文严格遵照 煤矿防治水规定 [5]中相关要求， 以韩家洼煤矿 22、 25 近距离煤层开采时的水文地 质类型划分与防治水措施为实际工程背景， 利用现场 调研的方法对韩家洼煤矿含水层、 隔水层以及矿井充 水因素进行了分析， 利用现场实测与工程类比的方法 对矿井涌水量进行了计算， 从多个角度出发， 判定了 韩家洼煤矿 22、 25 煤层的矿井水文地质类型， 并 针对韩家洼煤矿的生产实际提出了行之有效的防 治水措施， 以期能够有效避免工作面回采以及巷道 掘进时发生突水事故。同时， 也为韩家洼后续煤层 开采设计的矿井水文地质类型划分与防治水作业 提供了理论与实践基础， 也为该地区条件相似的矿 井提供了借鉴。 1矿井概况 表 122、 25 煤层特征一览表 韩家洼煤矿位于大同市左云县。井田面积 4.5056km2， 生产规模为 90 万 t/a。交通运输条件十分 方便。井田范围内属黄土高原平缓丘陵区， 地势较为 平坦， 黄土冲沟发育。 区内地形总体上东南高西北低， 地貌形态类型属低中山区。 本井田内 22、 25 煤层总 韩家洼煤矿煤层防治水评价与措施研究 房 小 夏 （山煤集团煤业管理有限公司 ， 山西 太原 030006 ） 摘要 本文综合分析了韩家洼煤矿 22、 25 煤层的水文地质条件，详细分析了影响 22、 25 煤层 的含水层、 隔水层的性质， 系统整理了韩家洼煤矿的充水条件， 利用工程类比、 理论计算以及现场实测 的方法对矿井涌水量进行了计算， 综合多方面考量， 认为韩家洼煤矿 22、 25 煤层水文地质类型综合 评定为中等类型。并在此基础之上， 提出了一系列针对韩家洼煤矿生产实际防治水措施， 达到了良好 的效果。为水文地质条件类似的矿井提供了科学的参考方法。 关键词 煤矿 ； 水文地质 ； 条件类型 ； 涌水量； 防治水措施 中图分类号 TD745文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 05- 0090- 04 Study on uation and measures of preventing and controlling Water in Coal seam of Hanjiawa Coal Mine FANG Xiaoxia （Shanxi Coal Group Coal IndustryManagement Co., Ltd. , Taiyuan 030006 ， China ） Abstract This paper comprehensively analyzes the hydrogeological of22 and 25 coal seams in Hanjiawa Coal Mine, analyzes the nature of aquifers and aquicludes of22 and 25 coal seams in detail, and systematically refines the water filling conditions of Hanjiawa Coal Mine. The calculation ofmine water inflowis carried out byengineeringanalogy, theoretical calculation and on- site measurement. Based on various con- siderations, it is considered that the hydrogeological types of 22 and 25 coal seams in Hanjiawa Coal Mine are comprehensively classified as medium type. Based on this, a series of measures for actual water prevention and control in the Hanjiawa coal mine were put forward, which achieved good results. Itprovides ascientificreference ofwater controlfor coalmines which hydrogeologicaltypearesimilar tohanjiawa. Key wordsCoal mine hydrogeological type ; water inflow； measures for water control 煤层 号 煤层厚度层间距 结构及 夹矸 层数 稳定性 顶板岩性 底板岩性 可采范围 最小 - - 最大 平均m 最小 - - 最大 平均m 22 10.35- 15.82 11.78 16.18- 20.10 18.13 复杂 2- 5 稳定 细砂岩 砂质泥岩 全区 25 2.22- 7.66 3.07 较简单 0- 4 稳定 细砂岩 中砂岩 全区 90 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 体形态为单斜构造。全井田未揭露较大断层， 现主要 对近距离 22、 25 煤层进行回采， 22、 25 煤层特征 见表 1。 2矿井水文地质条件 2.1地表水体 韩家洼煤矿井田范围内， 不存在地表水体， 大气 降水均沿着地表沟壑流出，雨季在沟壑中产生洪流， 但由于洪流湍急， 流速较快难以对地下水进行有效补 给， 井田属于神头泉域补给径流区。 2.2主要含水层 1 ）奥陶系灰岩含水层。根据岩性划分下马家沟 组和下统亮甲山组。下马家沟组灰岩厚度 22～60m， 岩性为厚层状灰色石灰岩。亮甲山组灰岩厚度 100～128m， 岩性主要为灰色厚层状石灰岩。 奥灰水位 标高在 1165～1172.5m之间。 2 ）太原组含水层。 系砂岩裂隙承压含水层。 岩石 裂隙不发育， 埋藏深， 补给条件差， 富水性弱。 3 ）山西组砂岩含水层。裂隙不发育， 埋藏深， 补 给条件差， 富水性弱， 系砂岩裂隙承压水。 4 ）下石盒子组砂岩含水层。 系砂岩裂隙承压水， 裂隙不发育， 埋藏较深， 补给条件差。 5 ）风化壳。 不分地层时代。 但与地形、 岩性有关， 在河谷低洼处埋藏浅， 一般 40～50m 处， 与地表水、 冲 积潜水有水力联系， 水量较大。 6 ）第四系冲积层。 分布于乔鱼河河床， 岩性为砾 石混砂， 含水层厚 2.5m， 静止水位标高 1444m， 最大 出水量 604.8m3/d。 2.3主要隔水层 1 ） 本溪组主要由泥岩、砂质泥岩和铝土泥岩组 成， 厚度平均 35m 左右， 岩性细腻致密， 具有良好的 隔水作用， 为井田主要隔水层。 2 ） 太原组及山西组中相间于各砂岩含水层之间 的泥岩， 砂质泥岩厚度平均 26m 左右， 一般为相对隔 水层， 可起到良好的层间相对隔水作用。 但近地表处， 因风化作用影响， 裂隙发育， 其隔水性能较差。 3矿井充水条件分析 3.1大气降水 大气降水通过不同成因的基岩裂隙及松散堆积 物孔隙在裂隙沟通的情况下进入矿井， 成为矿井充水 的间接但重要的补充来源。 3.2地表水的渗入 该矿属低山丘陵区，大部分地区为黄土覆盖， 无 地表水体。 地表经流主要来原于时间短暂的雨季山洪 暴发， 雨后排泄很快， 入渗量小。洪峰流量 380m3/s， 对矿井影响小。 3.3地下水 1 ）第四系松散岩类孔隙潜水。矿区内第四系松 散岩类孔隙潜水含水层总体埋藏较浅， 主要由砂质粘 土、 砂土、 粉砂组成， 其富水性取决于砂砾大小及厚 度， 富水程度差异较大， 涌水量的大小受大气降水的 补给明显， 属中等 - 弱含水层。 2 ）二叠系砂岩含水层组。裂隙不发育， 埋藏深， 补给条件差， 富水性弱， 系砂岩裂隙承压水。 3 ）石炭系太原组。主要为砂岩、 灰岩层间裂隙、 岩溶裂隙含水层系砂岩裂隙承压含水层。 岩石胶结致 密， 裂隙不发育， 埋藏深， 补给条件差， 富水性弱， 为开 采煤层直接充水含水层， 对煤矿开采造成一定影响。 4矿井涌水量变化规律 4.1矿井涌水量变化工程类比 韩家洼煤矿位于我国的较为干旱的区域， 年降雨 量较少， 加之韩家洼煤矿属于整合矿井， 在原有小矿 以及小煤窑多年开采后， 已经将地下水排出， 故可以 认为矿井井下涌水量在不断减少， 这就说明在该区域 内矿井涌水量的大小与降雨量是明显呈现正相关的 关系的。 据原韩家洼煤矿 2008 年统计可知， 在大气降 水较少的时期， 矿井涌水量为 400m3/d， 在大气降水较 多的时期， 矿井涌水量为 600m3/d， 则可知， 在平水期 期间， 矿井涌水量为 500m3/d。整合前原韩家洼煤矿， 30 万吨 / 年， 矿井的正常涌水量为 500m3/d， 最大涌水 量为 600m3/d。 顶板淋水是原韩家洼煤矿的主要涌水方式， 经测 验， 淋出水为停滞型水。 4.2矿井涌水量预算 矿井涌水量的预算应当成分利用工程类比法， 即 含水系数法， 见式 （1 ） 。 QF q（1 ） 式中 Q 为预计矿井涌水量（m3/d ） ； Q 为区域含 水系数 （m3/d t） ； F 为矿井日产量 （t ） 。 通过原韩家洼煤矿 2008 年井下涌水量，确定该 矿井含水系数 2008 年 10 月 30 万 t/a，相应的矿井涌水量 Q1500m3/d，则涌含水系数为 q1500/3016.66m3（a/ 万 t d ） 。 91 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 重组后， 矿井生产能力提高到 90 万 t/a， 则可预计正常涌水量为 1500m3/d， 最大涌水量为 丰水期期间， 达到了 1800m3/d。 但从近几年的采掘情况分析看， 矿井采掘期间的 总涌水量在 17～19m3/h 之间， 基本不影响正常的掘进 和回采。 5矿井充水条件分析 根据 煤矿防治水规定 中的矿井水文地质类型 划分标准， 结合韩家洼煤矿 22、 25 煤层的具体地质 条件与生产实际进行评价， 矿井水文地质类型划分采 用就高不就低的原则， 将 22、 25 煤层的矿井水文地 质类型为中等类型， 见表 2。 表 222、 25 煤层水文地质类型划分表 6防治水工作建议 1 ）加大雨季及后期防排水工作。井田大面积出 露二叠系上、 下石盒子组地层， 接受大气降水和地表 水补给， 地下水易于集聚。 因此， 在雨季之前要对全矿 井的防排水设施进行严密的排查， 对隐患处及时进行 处理， 保障矿井排水系统的通畅， 确保排水系统能够 满足矿井生产需求。 在雨季及后续的几个月是矿井防 治水的重要时期， 特别要注意井田内河流的防洪。 2 ）加强对老窑采空区积水的探放工作。煤矿及 周边矿井采 （古 ） 空区面积较大。 今后应及时收集相邻 矿井采掘资料及老窑采空区积水资料， 积极开展 22 煤层采空积水区的钻探验证工作， 进一步圈定积水范 围， 核实积水量； 严格封堵 （填 ） 废弃井巷； 对探明的采 空区积水， 在井田巷道掘进或工作面回采时应引起高 度注意， 加强水情观测工作。根据查明的实际情况采 用探放水或留设保护煤 （岩 ） 柱等具体防治水措施。 3 ）做好下组煤层顶板的输放水工作。太原组 K2 砂岩是 22、 25 煤层的直接充水含水层， 由于补 给条件较差的原因富水性弱， 太原组含水层和上组 煤层采空区积水极易通过垮落带和导水裂缝带等 通道渗入下组煤层回采工作面， 对下组煤的开采构 成一定的威胁。因此， 必须做好 22、 25 煤层顶板 的放水工作。同时对 22、 25 煤层时应采用合理的 开采方法， 按有关规定控制煤层的开采高度， 加强 煤层顶板的支护管理。 4 ）完善井下排水系统。矿井下布设有较完善的 排水系统，主要巷道或工作面淋水由区域排水管道、 水仓、 水泵集中于中央水仓， 然后由中央水仓水泵至 副斜井排水管路排出井外。同时， 应当对矿井排水系 统进行经常性的维护，保障矿井排水系统的高效、 可 靠运行， 并保证一定的富裕量， 防止突发事件的发生。 5 ）制定矿井防治水预案。为有效预防矿井发生 突水事故，必须制定一些行之有效的防治水预案， 以 降低矿井突水事故所带来的财产损失与人员伤亡。 防 治水预案必须包括 水情预探测组织与管理、 矿井涌 水量与排水系统的管理与监测以及发生突水事故后 的紧急避灾路线与处置措施， 对矿井防治水工作应做 到事前有预报、 事中有方法， 事后有措施。 派遣专业人 员规范工人操作避免悲剧发生。 6 ）对构造进行超前探测。从井下工作面的采掘 情况看， 井田内断层比较发育， 所以， 在今后的采掘 过程中，要在地面和井下对断层及其它构造进行超 前探测， 一方面通过对构造的准确预报和判定， 可以 进行采掘工作面的优化和安全技术措施的制定， 保 证采掘工作面能够安全、 顺利施工， 另一方面可以预 测断层的含水、 导水性， 并且尽可能提高煤炭资源的 回收利用率。 通过以上构造探测和防治水措施制定， 可有效化 解灾害性透水事故的发生。但要真正搞好防治水工 作， 必须从思想上重视、 制度上完善， 真正认识到水害 的危险性， 组建强有力的防治水队伍， 加大防治水费 （下转第 95 页 ） 分类依据水文地质分类 所属 类型 受采掘破 坏或影响 的含水层 及水体 含 水 层 性 质 及补给条件 顶板含水岩 组 直接主要充水含水层为 C3t 砂 岩，但太原组砂岩埋藏较深， 且 井田内断层和陷落柱不发育， 该 含水层接受其他含水层补给性 差， 单位涌水量 0.0047L/s.m， 渗 透系数 0.004m/d， 富水性弱。 简单 单位涌水量 q L/s.m 顶板单位 涌水量 （C3t ） 0＜0.0047＜0.1简单 矿井及周边老空水分布 状况 矿井采空区 积水分布 22 煤 层 西 部 采 空 区 积 水 37714m3，东部采空区经物探未 见富水异常区。 东边邻矿长春兴 煤矿采空区积水有 5992m3。 中等 矿井涌水量 （m3/h ） 正常 Q10＜36.8预测值≤180简单 最大 Q20＜42 （预测值 ） ≤300简单 突水量 Q3（m3/h ）无简单 开采受水害影响程度 本煤层开采主要受太原组砂岩 水、 采空区积水和井田内老窑破 坏区积水的影响， 但因断层比较 多， 易导通含水层水或老空水。 中等 防治水工作难易程度 加强煤层采空区积水和老窑破 坏区积水的探放工作， 采取常规 的措施防止本矿及周边矿井采 （古 ） 空区和老窑破坏区积水透 水是可行的。 防治水工程量相对 较小， 易于进行。 中等 水文地质类型综合评定水文地质类型综合评定为中等类型 92 ChaoXing （上接第 92 页 ） 用的投入， 坚持 “预测预报， 有掘必探， 先探后掘， 先治 后采” 防治水原则， 不断总结经验， 完善防治水措施， 以达到安全生产之目的。 7结论 本文结合 煤矿防治水规定 中相关要求， 在对韩 家洼煤矿 22、 25 近距离煤层的水文地质烈性划分 与防治水措施进行了研究，利用现场调研的方法， 对 韩家洼煤矿的含水层、 隔水层与充水条件进行里面理 论分析， 利用工程类比的方法对矿井涌水量进行了预 测， 并结合矿井生产实际过程中的涌水量观测， 确定 韩家洼煤矿矿 22、 25 的水文地质条件为中等。同 时， 针对该矿的具体情况， 制定了相应的防治水对策， 有效避免了矿井突发水灾的可能性。同时， 也为韩家 洼后续煤层开采设计的矿井水文地质类型划分与防 治水作业提供了理论与实践基础， 也为该地区条件相 似的矿井提供了借鉴。 参考文献 [1] 王长申,武强,马国平,李文刚,白林.复杂条件下矿井水文 地质类型划分方法[J].煤炭学报,2016,41 （03） 696- 702. 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