張長(zhǎng)文 孫銳

摘? 要：通過(guò)本次研究工作，詳細(xì)查明了研究區(qū)Ⅱ2a煤層頂板含水層分布規(guī)律、埋藏條件及水力聯(lián)系情況，根據(jù)鄰礦的相似情況及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行類比分析，并且建立回歸模型，得出計(jì)算綜放開(kāi)采條件下的冒裂帶高度預(yù)計(jì)公式。利用鄰區(qū)水文地質(zhì)資料及本區(qū)水文孔抽水試驗(yàn)資料，采用了數(shù)值法分別對(duì)研究區(qū)進(jìn)行涌水量計(jì)算，得到的結(jié)果和實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)基本吻合，這對(duì)礦井防治水有重要的意義，同時(shí)對(duì)煤層安全開(kāi)采防治水條件進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：安全開(kāi)采;礦井防治水;導(dǎo)水裂隙帶高度;礦井涌水量

中圖分類號(hào)：TD745? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）16-0066-02

Abstract： Through this research work， the distribution law， burial conditions and hydraulic connection of roof aquifer in Ⅱ2a coal seam in the study area are found out in detail. According to the similar situation and practical experience of adjacent mines， the analogy analysis is carried out， and the regression model is established. The prediction formula of the height of the caving zone under the condition of fully mechanized top coal caving mining is obtained. Based on the hydrogeological data of adjacent areas and the pumping test data of hydrological holes in this area， the numerical method is used to calculate the water inflow in the study area respectively. The results obtained are in good agreement with the measured data， which is of great significance to the prevention and control of water in mines. At the same time， the waterproof treatment conditions of coal seam safety mining are analyzed.

Keywords： safe mining; mine water prevention and control; height of water diversion fracture zone; mine water inflow

1 礦區(qū)充水因素分析

通過(guò)對(duì)該礦區(qū)往年的突水情況分析（鐵北礦井下突水因素分析表），得知影響本礦區(qū)的主要充水因素包括自然因素與人為因素。其中突水水源為煤層頂板含水層和采空區(qū)。突水通道主要是人工開(kāi)采破壞造成的頂板冒落，直接溝通上覆含水層。最大涌水量都在200m3/h以上，兩次都伴有潰砂現(xiàn)象，而且砂水比例在3：2以上。由于水文地質(zhì)條件具有時(shí)空變化的特點(diǎn)，所以礦井充水條件亦有特定的空間和時(shí)間涵義。就同一礦井而言，不同開(kāi)采煤層、不同開(kāi)采水平、不同采區(qū)及至不同工作面，其充水條件都存在一定的差異;對(duì)于同一礦井的同一個(gè)開(kāi)采煤層、開(kāi)采水平、采區(qū)或工作面的充水條件不同時(shí)期也不相同，有的雨季和旱季不一樣，有的采前和采后不一樣。因此就該礦井來(lái)說(shuō)，通過(guò)其突水實(shí)例的分析，可以看出Ⅱ2a煤層頂板含水層突水往往伴隨有潰砂現(xiàn)象，且涌水量較大，而目前采空區(qū)突水只有一次，水量為370m3/h。造成突水的原因都是人工開(kāi)采裂隙導(dǎo)通含水層或采空區(qū)。

2 鐵北礦區(qū)礦井涌水量預(yù)計(jì)

根據(jù)礦區(qū)實(shí)際情況，本次涌水量預(yù)測(cè)采用數(shù)值法。

（1）邊界條件概化

本次計(jì)算的邊界條件為了更接近計(jì)算區(qū)的實(shí)際邊界，以減少邊界條件的不確定性給計(jì)算帶來(lái)隨意性，本次計(jì)算區(qū)西北部以F22斷層為邊界，作弱透水邊界處理，東南部、東北部、西南部均概化為無(wú)限含水層，并根據(jù)抽水實(shí)驗(yàn)資料，在距抽水井400米左右的地方水位變化很小，將其作為定水頭邊界處理。

本次工作所研究的含水層為承壓含水層，且含水層富水性不均，為非均質(zhì)含水層，初步將其分為六個(gè)參數(shù)區(qū)。

（2）數(shù)學(xué)模型的建立

根據(jù)水文地質(zhì)邊界條件的概化，建立與其相適應(yīng)的數(shù)學(xué)模型：

（3）單元剖分

單元剖分包括三角形及四邊形網(wǎng)格剖分，且單元格數(shù)是根據(jù)模型的大小和類型來(lái)確定的。這里根據(jù)水文地質(zhì)單元條件，全區(qū)共剖分657個(gè)三角形單元，結(jié)點(diǎn)總數(shù)為359個(gè)，其中一類邊界結(jié)點(diǎn)為45個(gè)，二類邊界結(jié)點(diǎn)為15個(gè)，計(jì)算結(jié)點(diǎn)為284個(gè)。

（4）模型校正

本次模型校正以2006年1月12日17時(shí)～2月10日18時(shí)為校正模型時(shí)段，且將抽水穩(wěn)定時(shí)段分為3個(gè)時(shí)段，每個(gè)時(shí)段分為4個(gè)步長(zhǎng)，長(zhǎng)度分別為0.09天、0.16天、0.25天、0.5天;抽水穩(wěn)定觀測(cè)時(shí)段分為1個(gè)時(shí)段，并分為4個(gè)步長(zhǎng)，長(zhǎng)度分別為0.09天、0.16天、0.25天、0.5天。

（5）參數(shù)分區(qū)與計(jì)算結(jié)果

校正結(jié)果，全區(qū)共分9個(gè)參數(shù)區(qū)，參數(shù)結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)數(shù)值模擬得到不同分區(qū)的導(dǎo)水系數(shù)，及涌水量Q=693.0m3/h。與實(shí)測(cè)資料進(jìn)行比較，Q實(shí)為710.4m3/h?？梢钥闯瞿M結(jié)果還是很接近實(shí)際數(shù)據(jù)的。

3 鐵北礦區(qū)礦井防治水技術(shù)

通過(guò)研究分析，對(duì)鐵北煤礦頂板水防治提出如下技術(shù)措施：（1）補(bǔ)充勘探工程：鐵北礦區(qū)突水潰砂的治理的前提條件是對(duì)其水文地質(zhì)條件的查明程度。在目前對(duì)頂板各含水層富水、涌水特征沒(méi)有從根本上認(rèn)識(shí)的情況下，應(yīng)結(jié)合補(bǔ)充勘探、井下探放水工程。（2）加強(qiáng)“三帶”探測(cè)：為了獲取更多更豐富的“三帶”觀測(cè)資料以指導(dǎo)礦區(qū)今后開(kāi)采實(shí)踐，要進(jìn)一步加強(qiáng)覆巖結(jié)構(gòu)中斷裂構(gòu)造及頂板裂隙帶的進(jìn)一步探測(cè)工作，通過(guò)探測(cè)分析導(dǎo)水通道的位置及導(dǎo)水性的強(qiáng)弱程度。（3）疏干開(kāi)采：從礦井歷次沙水突水事故資料來(lái)看，Ⅱ2a煤層頂板含水層局部地段富集，且沿走向連通不好，多數(shù)突水點(diǎn)開(kāi)始水量較大，很快減小至干涸，說(shuō)明含水層補(bǔ)給條件不良。采用疏干方法易于形成降落漏斗，從而實(shí)現(xiàn)安全開(kāi)采。疏干方式可采用地面疏干，井下疏干或聯(lián)合疏干方式。

4 結(jié)論與建議

（1）首先結(jié)合區(qū)內(nèi)地質(zhì)鉆孔和水文孔資料，對(duì)鐵北煤礦Ⅱ2a煤層頂板含水層厚度、埋深、形態(tài)、分布范圍進(jìn)行了分析，查明了研究區(qū)Ⅱ2a煤層頂板含水層分布規(guī)律、埋藏條件及水力聯(lián)系情況。

（3）利用臨近礦井及本礦井抽水試驗(yàn)資料對(duì)礦床涌水量計(jì)算采用了數(shù)值法進(jìn)行了綜合分析對(duì)比，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比非常接近，此計(jì)算方法適合本礦區(qū)。

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