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        北辛窯煤礦南翼大巷突水機理研究

        2019-06-04 01:11:44張穎鑫
        同煤科技 2019年2期
        關鍵詞:水質

        張穎鑫

        0 引言

        近年來,我國煤礦開采地質條件日趨復雜。其中奧灰水害造成的財產和生命損失極為嚴重,僅華北地區(qū)就有約160 億噸煤炭儲量受到影響[1]。同煤北辛窯煤礦位于寧武煤田北端、朔南礦區(qū)東南部,屬于大同煤礦集團有限責任公司在建主要礦井之一。礦井設計生產能力4.00 Mt/a,主采煤層為太原組2、5、6號煤層,南翼為主采區(qū),而南翼大巷奧灰水影響嚴重,多次發(fā)生涌水事故,對該礦安全生產構成一定危險。本文根據(jù)南翼大巷地質概況,結合國內外研究現(xiàn)狀[2-6],對南翼大巷突水機理進行研究,為礦井采取防治水措施提供了參考依據(jù)。

        1 礦井地質及水文地質條件

        根據(jù)礦井區(qū)域水文地質資料,井田地下巖溶水系統(tǒng)屬神頭泉域,井田位于神頭泉域南部。本區(qū)總體為一向斜構造,東、西兩側大面積出露寒武系、奧陶系,煤田多被黃土覆蓋,只在較大溝谷中有石炭、二疊系出露,含水層分為奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組,石炭、二疊系砂巖裂隙含水層組和第四系河谷沖、洪積砂、礫石含水層。奧灰?guī)r溶水屬神頭泉域,本區(qū)位于泉域南部,水位標高+1 060 m 左右。根據(jù)北辛窯礦井以往水文地質資料,井田內奧灰馬家溝含水層水位為+1 056.56 m~+1 077.13 m,含水層單位涌水量為0.309 3 L/s·m~1.061 4 L/s·m,含水層富水性表現(xiàn)為中等至強富水。根據(jù)區(qū)內自然條件和煤系地層含、隔水層的賦存情況,總體來說,井田內2#煤層為裂隙充水含水層為主的礦床,局部煤層低于奧灰?guī)r溶裂隙水,2#煤層水文地質條件中等,水文地質類型屬二類二型;5、6號煤層由于受奧灰水的影響較大,以底板巖溶裂隙充水含水層為主的礦床,水文地質條件復雜,水文地質類型屬三類三型。

        2 南大巷涌水情況特征

        2.1 工作面涌水情況

        (1)2015年3月1日,在+1 040 m 水平南翼回風大巷掘進至7號聯(lián)絡巷前334 m時發(fā)生底板突水(即1號出水點),突水量超過300 m3/h。根據(jù)巷道掘進揭露情況分析,該區(qū)段本溪組下部巖層破碎,且存在兩條小斷層,落差分別為0.6 m和4 m~5 m,而突水點巷道底部距奧灰含水層頂面約12 m(如圖1-a)。因此,存在掘進巷道直接與奧灰含水層導通的裂隙通道而發(fā)生突水。目前1#出水點水量基本穩(wěn)定在約300 m3/h。

        (2)2016年3月15日,在+1 040 m 水平南翼輔運大巷掘進至F11點前166.20 m時于巷道掘進頭右下角發(fā)生底板突水事故(即2#突水點),表現(xiàn)為底板裂隙涌水,最大突水量約340 m3/h。根據(jù)現(xiàn)場查看,掘進頭由于受構造影響地層節(jié)理發(fā)育,巖層破碎,有黃鐵礦、鋁土巖等分布,說明巷道底板已基本揭露上馬家溝組頂面的風氧化不整合接觸面(如圖1-b),突水水源基本可以確定為奧灰水。該出水點后來逐漸減小,目前水量約為215 m3/h。

        圖1 礦井南翼大巷突水點剖面示意

        3 突水機理分析

        3.1 突水水源分析

        根據(jù)北辛窯礦地址勘測資料,在南翼大巷井田范圍內,布置奧灰觀測孔BS1、BS2、BS3、BS4、BS5、BS6長期觀測斷層南部奧灰各長觀孔水位變化情況,如圖2。

        圖2 礦井各奧灰觀測孔水位下降情況示意

        3.2 突水機理分析

        南翼井田奧灰水觀測孔水質分析表如表1、表2。從表1化驗結果可以看出,本井田奧灰含水層水質類型表現(xiàn)為HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca、HCO3·SO4-Ca等,水質類型表現(xiàn)相對比較雜亂。而根據(jù)北辛窯礦井水文補勘太原組含水層組水質化驗結果統(tǒng)計資料,表2。太原組含水層組砂巖裂隙水水質類型基本為HCO3-Na·Ca 或HCO3·SO4-Na·Ca 型水,普遍表現(xiàn)為Na+含量較高,一般都在100 mg/l以上。

        表1 礦井水文補勘奧灰含水層水質分析統(tǒng)計

        表2 礦井水文補勘太原組水質分析統(tǒng)計表

        另外,根據(jù)周邊其它礦井奧灰含水層水質資料,陽煤集團榆樹坡煤礦奧陶系馬家溝組含水層水化學類型為HCO3-Ca 型或HCO3·SO4-Na·Ca,同煤浙能麻家梁煤礦奧陶系馬家溝組含水層水化學類型為HCO3-Ca·Mg。而從神頭泉域區(qū)域資料來看,北辛窯南翼大巷井田奧陶系馬家溝組含水層水化學類型也為HCO3-Ca·Mg。

        圖3 礦井兩突水點底板標高分布示意

        根據(jù)礦井兩次底板突水事故分析,1#突水點位于南翼回風大巷7號聯(lián)絡巷前334 m,該處巷道底板標高約為+1 045 m;而2#突水點位于南翼輔運大巷F11點前166.20 m處,該處巷道底板標高約為+1 058 m,說明礦井奧灰含水層水位標高大于+1 058 m,如圖3。但從2#突水點涌水強度和高度情況來看,該區(qū)段奧灰含水層富水性較強且水量比較豐富,奧灰含水層標高高出+1 058 m 僅數(shù)米內,且另參考北辛窯水勘報告奧灰水水位等高線圖,南翼三條大巷中奧陶系巖溶裂隙水水位標高為1 059 m~1 060 m,對礦井安全存在較大潛在威脅。綜合以上分析,該區(qū)域奧灰含水層水質類型基本為HCO3-Ca·Mg 或HCO3-Ca 型水,而從突水點水質化驗資料來看,水質Na 含量均偏小,水質類型為HCO3-Ca·Mg,經奧灰水水樣水質化驗資料對比,可以判別南翼大巷突水水源為奧灰水,南翼三條大巷奧灰水水位標高為+1 060 m左右。

        3.3 注漿治理

        南翼回風巷、膠帶巷、輔運巷通過奧灰水注漿治理,經過對1#、2#突水點及F8 斷層進行注漿治理,在南翼回風巷、膠帶巷、南翼輔運巷經鉆探驗證和在掘進過程中,均無出水現(xiàn)象,實踐證明在采取注漿治理措施后,確保巷道安全掘進。

        4 結語

        根據(jù)對同煤北辛窯煤礦南翼大巷突水水源以及機理分析,認為其南翼大巷突水,源為奧灰水,水位標高為+1 060 m 左右。故對其突水點附近優(yōu)先疏水降壓、進行井下物探和探放水工作,視涌水量變化情況實施注漿治理,實現(xiàn)了安全掘進,為今后礦井類似水文地質情況提供了積極有效的防治水手段。

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