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        XX保護層工作面底板巖溶水突水危險性評價

        2014-10-17 02:24:44李正鵬
        河南科技 2014年19期
        關(guān)鍵詞:雨山隔水層水力

        李正鵬

        (1.河南理工大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,河南 焦作 454000;2.河南寶雨山煤業(yè)有限公司,河南 洛陽 471300)

        1 試驗區(qū)情況

        1.1 地質(zhì)條件

        XX工作面掘進期間共揭露了兩條斷層,分別為DF2、F5斷層。DF2為三維地震勘探斷層,實際在工作面上順槽距切巷口向外110m處揭露,落差為2.8m,斷層位于工作面南部,對回采影響較??;F5為實際揭露斷層,在XX下順槽通尺290m處揭露,預(yù)計工作面內(nèi)最大落差2.4m,對回采影響較大。

        1.2 水文地質(zhì)條件

        1.2.1 頂?shù)装搴畬?/p>

        由于受巖性、埋藏及水文地質(zhì)條件的影響,含水性橫向、傾向及垂向上存在顯著的不均一性,尤其在傾向上,有隨埋藏深度的增加而逐漸減弱的趨勢。根據(jù)XX工作面補充鉆探情況分析,該含水層與工作面之間的隔水層厚度最小46m,觀測最高水位約+260m。該層屬巖溶裂隙弱富水性含水層,為一7煤底板間接充水含水層。

        1.2.2 頂?shù)装甯羲畬?/p>

        石炭系太原組中段砂質(zhì)泥巖或泥巖隔水層。巖石較致密,裂隙欠發(fā)育,自然狀態(tài)下,是阻隔太原組上段與下段灰?guī)r水力聯(lián)系的良好隔水層。

        1.2.3 老窯采空積水情況

        XX工作面位于一水平西翼,為寶雨山煤礦第一保護層工作面,東為12回風(fēng)上山,西為礦井邊界,南北均為未采區(qū),因此,XX工作面無老空水害威脅。

        2 煤層底板巖溶承壓水對安全生產(chǎn)的威脅

        根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》,突水系數(shù)是評價帶壓開采條件下煤層底板承壓水突水危險的重要依據(jù),因此,本次仍采用突水系數(shù)評價寶雨山礦XX工作面底板寒武系灰?guī)r巖溶水的突水危險。

        圖1 寶雨山礦2010-2011年巖溶水水位動態(tài)變化曲線

        寶雨山礦區(qū)各礦井正常生產(chǎn)均未對寒灰水進行疏放,整個礦區(qū)巖溶水水位多年來保持在動態(tài)均衡狀態(tài)。水位動態(tài)主要受降水因素的影響,巖溶水雨季獲得大氣降水補給后其水位上升,至11-12月份水位升至最高,此后水位逐漸下降,至次年4-5月份水位降至最低。年內(nèi)水位變幅最高可達100m,如2012年最高水位為+320m,最低水位只有+220m。XX工作面分布有7個水文觀測孔,各孔水位相差較大(圖1)。根據(jù)防治水工作安排,XX工作面回采期間,對寒灰?guī)r溶水不采取主動性的疏水降壓措施,預(yù)計其最高水位仍將在+320m左右。

        隔水層厚度取XX工作面7個鉆孔平均值46m。作用在煤層底板的水壓按工作面最高水位和工作面最低標(biāo)高計算,最高水位為+258m,最低標(biāo)高取+20m。作用在煤層底板的水壓最大值為2.4MPa。煤層底板承壓水突水系數(shù)為:

        根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》,一般情況下,在具有構(gòu)造破壞的地段臨界突水系數(shù)為0.06MPa/m,隔水層完整無斷裂構(gòu)造破壞地段臨界突水系數(shù)為0.1MPa/m。XX工作面斷層不發(fā)育,隔水層分布穩(wěn)定且完整。上述計算表明,帶壓開采一7煤,煤層底板寒灰?guī)r溶水突水系數(shù)小于臨界突水系數(shù)值。因此,除非工作面內(nèi)部仍有尚未發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)水通道,正常條件下,寒灰?guī)r溶水是很難突破隔水層涌入礦井的。

        3 水力擠出措施工藝及注水參數(shù)

        3.1 水力擠出措施工藝

        水力擠出措施工藝的進行可以比較有效地減少煤體結(jié)構(gòu)和突出應(yīng)力的不均勻性與不穩(wěn)定性,也能相應(yīng)減少水文地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,降低突水危險性。水利擠出措施一般包括煤層注水和鉆孔施工。由于寶雨山煤礦保護層(一7煤)工作面受煤層底板寒灰?guī)r溶承壓水、斷層水等水害影響,因此可利用水力擠出措施方式防治水害。根據(jù)寶雨山煤礦保護層的實際情況,在進行鉆孔施工的時候可打3~7個小直徑鉆孔,其中小直徑為91mm,進行高壓注水。使高壓注水的速度比水滲透的速度快一些,形成煤體破裂并向工作面自由端接近,使煤體工作面卸壓,達到防治水目的。

        3.2 水力擠出措施注水參數(shù)

        參加本次放水試驗的鉆孔共有7個,分別編號為01~07,01~04布置在工作面下順槽,05、06布置在工作面中順槽,07孔布置在工作面上順槽。

        放水孔布置:目的為疏水降壓,選擇鉆孔涌水量最大的03孔作為放水孔。

        觀察孔布置:結(jié)合已有的觀測孔,能夠查明區(qū)域內(nèi)水力聯(lián)系,選擇 01、02、04、05、06、07 孔作為觀察孔。

        孔號水位 02# 03#(放水) 05# 01# 04# 06# 07#鉆孔標(biāo)高m 23.2 24.5 40.6 20.1 25.3 41.8 83.6初始水壓mpa 2.17 2.34 1.92 1.50 1.22 1.16 0.79初始水位m 240.2 258.5 232.6 170.1 147.3 157.8 162.6水位降深m 42.0 61.0 27.0 22.0 19.0 37.0 13.0

        為了查明XX工作面7個水文觀測孔寒灰?guī)r溶水間的水力聯(lián)系,進一步確認(rèn)寒灰?guī)r溶裂隙含水層的富水性,進行了單孔放水—多孔觀測的放水試驗。將03#孔作為放水孔,所有鉆孔均作為觀測孔。放水試驗于2012年1月5日8點開始,打開03#孔閥門后,每間隔30分鐘觀測一次水壓(水位)和水量。試驗于2012年1月17日零點結(jié)束,共持續(xù)了280小時(11.7天)。放水試驗期間,放水孔(03#孔)流量一直沒有變化,始終在19.5m3/h,各觀測孔水位均有不同程度的下降。本次放水試驗暴露了寒武系灰?guī)r巖溶水的一些水文地質(zhì)特征,總結(jié)如下:各孔水力聯(lián)系密切程度不一,寒武系灰?guī)r富水性較差。

        4 安全開采的防治水技術(shù)措施

        4.1 根據(jù)帶壓開采安全技術(shù)措施,工作面回采過程中地測科、開采隊要密切監(jiān)測頂?shù)装逋凰髡?,制定各種處理預(yù)案,發(fā)現(xiàn)異常及時處置。

        4.2 加強職工安全教育,提高安全警惕,讓工作面施工人員都熟悉突水預(yù)兆、避災(zāi)路線,提高職工抗災(zāi)能力。發(fā)現(xiàn)水文地質(zhì)異常應(yīng)及時報告調(diào)度室。

        4.3 X工作面巷道均為正坡度施工,巷道內(nèi)已開挖有排水溝,工作面頂?shù)装逵克耆梢宰孕辛鞒觯⑶乙皶r清理排水溝,維護排水設(shè)施,確保排水暢通,保證工作面生產(chǎn)期間正常排水。

        5 結(jié)語

        寶雨山煤礦XX保護層(一7煤)工作面受煤層底板寒灰?guī)r溶承壓水、斷層水等水害影響。本文結(jié)合區(qū)域水文地質(zhì)資料,對工作面地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進行了全面分析,對煤層底板巖溶承壓水對安全生產(chǎn)的威脅進行了評估并制定了安全開采的防治水技術(shù)措施,有利于工作面的安全生產(chǎn)。

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