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        煤礦充水因素分析及水害防治措施

        2017-04-22 04:08:12田銀娥
        山西水土保持科技 2017年1期
        關(guān)鍵詞:水害礦坑導(dǎo)水

        田銀娥

        (晉城市水務(wù)局)

        煤礦充水因素分析及水害防治措施

        田銀娥

        (晉城市水務(wù)局)

        煤礦大量突水與透水,是原煤生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的水害事件,不僅影響安全生產(chǎn),而且極有可能危及礦工的生命安全。高平青龍同昌煤業(yè)礦井屬山西省煤炭資源整合背景下的單獨(dú)保留礦井,井田面積4.913 3 km2,批準(zhǔn)開(kāi)采3-15號(hào)煤層,生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a。為了保障安全生產(chǎn),預(yù)防水患災(zāi)害,詳細(xì)分析了其礦坑充水來(lái)源及其影響程度,提出了隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦坑涌水變化、在易發(fā)生水害地段預(yù)留保安煤柱與設(shè)置足額排水、加強(qiáng)安全防范教育并制定落實(shí)突發(fā)水害應(yīng)急預(yù)案等水害防治措施。

        煤礦 礦井充水因素 導(dǎo)水裂隙帶 水害防治措施 高平市

        煤礦大量突水與透水,是原煤生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到的水害事件,不僅影響安全生產(chǎn),而且極有可能危及礦工的生命安全?,F(xiàn)以高平青龍同昌煤業(yè)有限公司礦井為例,分析礦井可能的充水因素,探討預(yù)防水害的對(duì)策措施。

        1 煤礦簡(jiǎn)況

        高平青龍同昌煤業(yè)有限公司礦井位于高平市東北部的三甲鎮(zhèn)東、陳區(qū)鎮(zhèn)西區(qū)域,為貫徹山西省煤炭生產(chǎn)“資源整合、聯(lián)合改造、淘汰落后、優(yōu)化結(jié)構(gòu)”的指導(dǎo)方針,根據(jù)省政府晉政發(fā)[2008]23號(hào)《關(guān)于加快推進(jìn)煤礦企業(yè)兼并重組的實(shí)施意見(jiàn)》、晉政發(fā)[2009]10號(hào)《關(guān)于進(jìn)一步加快推進(jìn)煤礦企業(yè)兼并重組整合有關(guān)問(wèn)題的通知》文件精神,依照晉煤重組辦發(fā)[2009]44號(hào)《關(guān)于晉城市高平市煤礦企業(yè)兼并重組整合方案的批復(fù)》,同意該煤礦為單獨(dú)保留礦井。該煤礦始建于1983年,1985年建成投產(chǎn),斜井開(kāi)拓,年生產(chǎn)能力9萬(wàn)t/a;2002年進(jìn)行改擴(kuò)建,生產(chǎn)能力提高到30萬(wàn)t/a;2010年整合后的井田面積為4.913 3 km2,批準(zhǔn)開(kāi)采3-15號(hào)煤層,仍采用斜井開(kāi)拓方式,生產(chǎn)能力增至90萬(wàn)t/a。2014年10月,已完成整合改造,進(jìn)入聯(lián)合試運(yùn)行。

        2 礦井充水因素及分析

        2.1 充水來(lái)源及其影響程度

        2.1.1 大氣降水與地表水對(duì)礦坑充水的影響

        據(jù)調(diào)查收集的降水資料,高平市自1961年以來(lái),年降水量變幅在306.9-870.7 mm之間,年均降水量為586.1 mm,主要集中在7-9月。在汛期較大暴雨時(shí),溝谷內(nèi)可形成地表洪水。據(jù)勘查資料計(jì)算并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)分析,15號(hào)、9號(hào)和3號(hào)煤層,礦坑頂部冒落導(dǎo)水裂隙帶之間在多數(shù)地段可相互溝通。特別是主采3號(hào)煤層,礦坑頂板冒裂帶在部分地段已與基巖風(fēng)化帶溝通,甚至發(fā)育到地表。此類(lèi)地段,在汛期降水集中時(shí),大氣降水、季節(jié)性地表水將與礦坑之間產(chǎn)生直接或間接的導(dǎo)水聯(lián)系,從而使礦坑產(chǎn)生充水。

        2.1.2 冒落導(dǎo)水裂隙帶的裂隙水對(duì)礦坑充水的影響

        據(jù)該礦勘查資料,按相關(guān)規(guī)范分別計(jì)算導(dǎo)水裂隙帶高度。

        《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》給出的導(dǎo)水帶計(jì)算公式為:

        式中:Hf——導(dǎo)水裂隙帶高度,m;

        M——累計(jì)采厚,m;

        n——煤分層層數(shù)。

        《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》給出的導(dǎo)水帶計(jì)算公式為:

        3號(hào)煤層按一次采全高,據(jù)(1)式計(jì)算,冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為56.76-130.09 m,平均高度為94.76 m;按(2)式計(jì)算,冒(垮)落帶與導(dǎo)水裂隙帶高度之和為63.80-101.53 m,平均高度為82.60 m。3號(hào)煤層在井田北部及東南部埋深較淺處僅20 m左右,小于導(dǎo)水裂隙帶的高度,因此導(dǎo)水裂隙帶會(huì)在該區(qū)域的大部地段導(dǎo)通基巖頂部風(fēng)化帶及煤層、采區(qū),甚至發(fā)育至地表,從而受到地表水及淺層地下水的影響。

        9號(hào)煤層按一次采全高,據(jù)(1)式計(jì)算,冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為40.09-46.76 m,平均高度為42.53 m;按(2)式計(jì)算,冒(垮)落帶與導(dǎo)水裂隙帶高度之和為53.65-58.71 m,平均高度為55.55 m。9號(hào)煤層與3號(hào)煤層間距為48.22-59.10 m,按計(jì)算結(jié)果,9號(hào)煤層頂板冒(垮)落導(dǎo)水裂隙帶,在大部分地段內(nèi)可與3號(hào)煤礦坑溝通產(chǎn)生導(dǎo)水聯(lián)系,從而使礦坑產(chǎn)生充水。

        15號(hào)煤層按一次采全高,據(jù)(1)式計(jì)算,冒落導(dǎo)水裂隙帶高度為62.76-127.20 m,平均高度88.70 m;按(2)式計(jì)算,冒(垮)落帶與導(dǎo)水裂隙帶高度之和為69.31-100.40 m,平均高度為82.57 m。15號(hào)煤層與9號(hào)煤層間距為32.90-61.99 m,按計(jì)算結(jié)果,在井田大部地段內(nèi)大于9號(hào)煤層至15號(hào)煤層之間的間距,從而使15號(hào)、9號(hào)煤的采煤礦坑在相應(yīng)地段內(nèi)溝通產(chǎn)生導(dǎo)水聯(lián)系。因此,在大部分地段開(kāi)采15號(hào)煤層時(shí),各煤層礦坑頂板冒落導(dǎo)水裂隙帶將溝通其發(fā)育范圍內(nèi)的各含水層,與其有關(guān)的各類(lèi)地下水可通過(guò)冒裂帶間接向15號(hào)煤礦坑充水,成為礦坑充水的主要來(lái)源。

        2.1.3 構(gòu)造對(duì)礦坑充水的影響

        井田內(nèi)發(fā)育有褶皺構(gòu)造,也有斷層存在。在生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)對(duì)已查明的斷層及未發(fā)現(xiàn)的斷層或陷落柱等可能對(duì)礦坑產(chǎn)生的充水影響予以重視。在斷裂構(gòu)造附近等危險(xiǎn)地段作業(yè)時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)預(yù)防措施,如在斷層附近采煤時(shí)留設(shè)足夠的保安煤柱等,以提高警惕,預(yù)防水害事故。另外,在褶皺構(gòu)造的軸部,礦坑涌水量也會(huì)有一定程度的增大,也應(yīng)引起重視。

        2.1.4 井筒水對(duì)礦坑充水的影響

        井筒開(kāi)鑿將揭露15號(hào)煤層之上的所有含水層,相關(guān)地下水將沿井筒流下,不論哪一煤層開(kāi)采時(shí),都是礦坑充水的來(lái)源之一。

        2.1.5 生產(chǎn)井及老窯對(duì)礦坑充水的影響

        本井田內(nèi)3號(hào)煤已開(kāi)采多年,形成了大面積的采空區(qū)。在以后3號(hào)煤礦井關(guān)閉停止排水的封閉條件下,采空區(qū)冒落導(dǎo)水裂隙帶水位以下部分,將由礦坑充水通道轉(zhuǎn)化為真正意義上的含水層(帶),使采空區(qū)逐漸形成積水區(qū)。即使是利用原有井筒作為延伸礦井的一部分,在3號(hào)煤關(guān)閉采區(qū)通過(guò)溢流孔向外排水,流至水倉(cāng)最終排出地表的情況下,采空區(qū)內(nèi)也可能積蓄一定量的地下水。上部礦坑采(古)空區(qū)內(nèi)的積水,就像一個(gè)個(gè)地下“水庫(kù)”一樣,分布在井田下部煤層礦坑的上方或側(cè)方。據(jù)采(古)空區(qū)積水、積氣、火區(qū)調(diào)查報(bào)告及3號(hào)煤礦井充水性圖,井田內(nèi)共調(diào)查到3號(hào)煤采空積水區(qū)13處,單處礦坑積水量約為2 037-26 642 m3,總積水量約為13.36萬(wàn)m3。另?yè)?jù)調(diào)查到的一處井下出水點(diǎn),出水量為3.0 m3/h。各煤層礦坑頂板冒裂帶與其上煤層采空積水區(qū)溝通進(jìn)入生產(chǎn)礦井后,就可能造成水患事故。因此,在礦山采掘生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)對(duì)已大致查明的各采空區(qū)積水與其他可能存在水患風(fēng)險(xiǎn)的地段,皆應(yīng)予以高度重視,切實(shí)做好礦坑涌水量及其變化趨勢(shì)的監(jiān)測(cè)、探水與放水等工作,盡最大努力預(yù)防或避免突水、透水重大水患事故的發(fā)生。

        2.2 礦坑充水通道分析

        據(jù)井田水文地質(zhì)條件分析,礦坑充水通道主要為礦坑之上的巖石裂隙、冒落導(dǎo)水裂隙帶與井筒。另外,斷層、隱伏的陷落柱是另一類(lèi)導(dǎo)水性不同的礦坑充水通道。

        2.3 奧灰水對(duì)礦坑充水的可能性分析

        據(jù)有關(guān)資料,井田內(nèi)區(qū)域奧灰?guī)r溶含水層水位最高標(biāo)高為624-629 m,15號(hào)煤層最低底板標(biāo)高為667 m(據(jù)底板等高線圖),奧灰水位普遍低于9號(hào)、15號(hào)煤層底板。因此,不存在奧灰水對(duì)9號(hào)、15號(hào)煤層底板突水而形成礦坑充水的可能性。

        3 煤礦水害防治措施

        3.1 隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦坑涌水變化

        在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)嚴(yán)格按照“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原則,高度警惕采空區(qū)地下水對(duì)礦坑的影響,隨時(shí)監(jiān)測(cè)礦坑涌水的變化趨勢(shì)。

        3.2 在易發(fā)生水害地段預(yù)留保安煤柱與設(shè)置足額排水

        在易發(fā)生水害地段采煤時(shí),應(yīng)采取預(yù)留足夠的保安煤柱,配置足夠排水能力的設(shè)施,并在井口及工業(yè)場(chǎng)地修建符合要求的防洪排水溝渠。

        3.3 加強(qiáng)安全防范教育,制定并落實(shí)突發(fā)水害應(yīng)急預(yù)案

        在生產(chǎn)管理上,應(yīng)教育全體職工提高安全防范意識(shí),發(fā)現(xiàn)異常決不放過(guò),一定要追根問(wèn)底,消除一切僥幸心理,以杜絕水害隱患。同時(shí),要制定針對(duì)突發(fā)水害事件切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案,抓好實(shí)施保障能力落實(shí),以防止水患事故的發(fā)生,保證礦工安全與生產(chǎn)安全。

        TD745;TD82

        A

        1008-0120(2017)01-0031-02

        2017-01-15

        田銀娥(1970-):女,高級(jí)工程師;山西省晉城市澤州路1 195號(hào),048000

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