摘要：奧灰水及復(fù)雜的構(gòu)造帶嚴(yán)重地威脅著礦井的安全生產(chǎn)，因此帶壓開采的研究多年來一直是許多礦業(yè)工作者關(guān)注的問題，為實現(xiàn)帶壓開采安全，通過現(xiàn)場水文觀測孔的實測，從而達(dá)到實時監(jiān)測奧灰水突出的目的。啟動《構(gòu)造突水井下監(jiān)測井網(wǎng)實施與預(yù)報系統(tǒng)研究》科研項目基本完成了預(yù)定的任務(wù)。

關(guān)鍵詞 帶壓開采 奧灰水 水文鉆孔 監(jiān)測井網(wǎng)

1、概況

晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)，主采山西組3#煤層，從現(xiàn)有的地質(zhì)資料來看，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，陷落柱、斷層等構(gòu)造帶較多，開采3#煤層距奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層100～200m，奧灰水位標(biāo)高在620-675m，開采3#煤層標(biāo)高+200～+710m，奧灰水及復(fù)雜的構(gòu)造帶嚴(yán)重地威脅著礦井的安全生產(chǎn)，因此帶壓開采的研究多年來一直是許多礦業(yè)工作者關(guān)注的問題，但因我國地質(zhì)條件復(fù)雜，開采方法各異，理論、技術(shù)還不夠完善，以至于礦井突水事故時有發(fā)生，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。所以，開采引起的圍巖破壞與突水監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)的研究已成為當(dāng)務(wù)之急，是實現(xiàn)帶壓開采安全問題的根本。通過現(xiàn)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(tài)，水力聯(lián)系，地質(zhì)構(gòu)造等特性，認(rèn)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(gòu)造或采動引起的次生構(gòu)造使各含水層連通，形成滲透通道時，才會發(fā)生水力聯(lián)系，而對礦井突水危險最嚴(yán)重的是奧灰?guī)r承壓水（簡稱奧灰水），奧灰水突出時，首先要經(jīng)過滲透通道（主要是地質(zhì)構(gòu)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(jiān)測設(shè)備監(jiān)測此含水層的變化情況來監(jiān)測奧灰水的流動狀態(tài)，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(dá)到實時監(jiān)測奧灰水突出的目的。

晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)帶壓開采非常重視，2008年趙莊煤業(yè)打了一個水文鉆孔，峰峰組鉆孔涌水量達(dá)到了120m3/h，隨后啟動了《構(gòu)造突水井下監(jiān)測井網(wǎng)實施與預(yù)報系統(tǒng)研究》科研項目，在趙莊煤業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的決策下，礦上有關(guān)部門的大力協(xié)作下，經(jīng)過太原理工大學(xué)、焦作神龍水文地質(zhì)工程有限公司等單位近年的工作，該項目基本完成了預(yù)定的任務(wù)。

2、項目特點

2.1項目的主要研究內(nèi)容

1） 研究現(xiàn)采區(qū)趙莊煤業(yè)突水危險程度及其區(qū)域劃分。通過對井下趙莊煤業(yè)全區(qū)及其臨近區(qū)域工程地質(zhì)與水文地質(zhì)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(qū)域。

2）根據(jù)趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）開拓開采布局，研究設(shè)計構(gòu)造突水井下監(jiān)測井網(wǎng)，即水文觀測孔的布置方案；

3）精細(xì)水文地質(zhì)資料的勘測。水文地質(zhì)參數(shù)（水壓、水量、水質(zhì)、滲透系數(shù)）和各含水層之間的水力聯(lián)系；

4）趙莊煤業(yè)承壓區(qū)太原組薄層灰?guī)r含水層及峰峰組灰?guī)r含水層放水試驗，研究太原組石灰?guī)r層含水性與獨立性。

5）研究形成太原組灰?guī)r含水層性態(tài)變化的奧灰水突出監(jiān)測理論與技術(shù)。

6）根據(jù)所查明的水文地質(zhì)資料，編制現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）的突水監(jiān)測網(wǎng)；

7）觀測人員進(jìn)行培訓(xùn)及其掌握觀測后的數(shù)據(jù)處理。

2.2項目預(yù)期目標(biāo)

通過2009年和2011年在井下施工5個奧灰水監(jiān)測與奧陶紀(jì)灰?guī)r放水試驗鉆孔，太原組全孔取芯，并進(jìn)行鉆孔巖芯的力學(xué)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(yè)現(xiàn)采區(qū)范圍內(nèi)為基礎(chǔ)的底板含水層性態(tài)，形成了奧灰突水監(jiān)測理論，并編制了現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）的突水監(jiān)測網(wǎng)，形成趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)人工采集數(shù)據(jù)突水監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)，服務(wù)于趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)開采期間，確保礦井安全生產(chǎn)。

2.3項目關(guān)鍵技術(shù)

基于太原組石灰?guī)r層含水性與奧陶紀(jì)灰?guī)r含水性的相互獨立性，通過監(jiān)測太原組灰?guī)r含水層性態(tài)變化來監(jiān)測礦井奧灰?guī)r溶水的突出，形成人工采集數(shù)據(jù)奧灰突水監(jiān)測網(wǎng)。

2.4 任務(wù)完成的情況

通過在井下施工4個奧灰水監(jiān)測與峰峰組放水試驗鉆孔，太原組灰?guī)r全孔取芯，并進(jìn)行鉆孔巖芯的力學(xué)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(yè)以5個鉆孔為基礎(chǔ)的底板含水層性態(tài)，形成了奧灰突水監(jiān)測理論，并編制了現(xiàn)采區(qū)（一、三、五）的突水監(jiān)測網(wǎng)，形成趙莊煤業(yè)現(xiàn)采區(qū)人工采集數(shù)據(jù)突水監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)

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(wù)，主要工作成果如下：

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

2、組織設(shè)計了井下4水文觀測孔，鉆孔總進(jìn)尺為804m，并在施工期間對各含水層的水力參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場測試；

3、通過水文觀測孔的有關(guān)試驗，得出：

1） 太原組K5-K2石灰?guī)r地層厚度、混合涌水量和單位降深涌水量

太原組灰?guī)r長期孔口穩(wěn)定水壓值

太原組灰?guī)r的滲透系數(shù)

2） 奧陶紀(jì)灰?guī)r含水層：

孔口長期穩(wěn)定水壓值、單位降深涌水量和平均滲透系數(shù)

3） 太原組含水層與奧陶紀(jì)含水層是兩個完全獨立的含水體系。

4、在水文觀測孔鉆進(jìn)的同時，鉆取巖心，對煤層底板各巖層的物理力學(xué)參水進(jìn)行了實驗測定（抗壓、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、泊松比等）為底板抗?jié)B透能力的研究提供基礎(chǔ)參數(shù)。

5、由于礦井構(gòu)造較多，在開采的同時，進(jìn)一步深入構(gòu)造勘測。

6、提出了適合于趙莊煤業(yè)的奧灰突水監(jiān)測預(yù)報理論與原理；

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[5]王永紅，沈文，中國煤礦水害預(yù)防及治理[M].煤炭工業(yè)出版社，1997

作者簡介：

申曉峰（1985-），男，助理工程師，2007年畢業(yè)于山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，現(xiàn)在晉煤集團(tuán)趙莊煤業(yè)地質(zhì)測量部工作。