矿井奥灰水带压开采技术分析及防治水措施

矿井奥灰水带压开采技术分析及防治水措施

岳守财

山西凯嘉能源集团有限公司 山西省介休市 032000

摘要 随着煤矿采掘活动进行，奥灰水已经给矿井带来了严重危害，在奥灰带压区，应进行以掘进工作面钻探为主的构造超前探测，特别是隐伏导水构造的探测。开拓掘进前，应使用钻探、井下物探等手段探测煤层中是否有隐伏的导水陷落柱、导水断层等，根据探测结果及时采取相应的防治水措施。

关键词：奥灰水；带压开采；水文地质类型；富水性

1、井田水文地质条件

1.1井田主要含水层

（1）奥陶系碳酸盐岩岩溶裂隙含水层。根据井田内施工的YZK-1水文钻孔，孔径为110mm，抽水试验结果表明奥灰溶裂隙含水层静止水位标高为+831.881m，涌水量为1.04L/s，单位涌水量为0.128L/(s·m)，渗透系数为0.011m/d，水质类型为HCO3-Ca、Mg型，矿化度小于0.5g/L，总硬度14.0，水温18℃。

（2）石炭系太原组层间灰岩裂隙岩溶含水层组。根据钻孔揭露，井田内太原组的灰岩位于13号煤层以下，岩溶裂隙亦不发育，10号煤层以上含水层以中细粒砂岩为主，厚度6.88～19.72m，全区平均厚度10.74m。

（3）二叠系下统下石盒子组砂岩裂隙含水层。该地层主要由砂岩、泥岩、砂质泥岩组成。井田内最大残留厚度为126.40m。井田北部磁窑沟煤矿补3号孔未对该含水层进行抽水试验。涌水量0.374～0.610L/s，单位涌水量0.0009～0.1870L/(s·m)，渗透系数为0.0023～2.0160m/d，水位标高为+968.69～972.69m，矿化度0.35g/L，总硬度11.16，pH值为6.8，水质类型为HCO3-Ca·Na型，富水性弱—中等。

1.2矿井充水通道

（1）构造对矿井充水的影响。井田位于河东煤田的北部，井田构造形态总体呈向北西倾伏的缓倾斜单斜构造，地层倾角3°～10°，一般8°，矿井生产建设中10号煤层南翼大巷揭露8条正断层，落差均小于5m，断层对煤矿开采影响较小。（2）封闭不良的钻孔。井田内有钻孔8个，其中YZK-1号为水文孔，其余5个钻孔为地质孔。钻孔突水的特点是水量不大，但水压高，来势凶猛，造成的危害不可小视。在无法确定其是否有威胁时，应设置防水煤柱或进行超前探放。（3）废弃井筒。井筒也是井下各含水层水力联系的通道之一。井田及周边开采历史较长，关闭报废的井筒（包括老窑、小窑、生产矿井等）数量较多，地表水有可能通过未封堵或封堵不严的井口灌入井下。开采前应进行彻查，及时封堵井口并登记存档，按规定留设保安煤柱，确保矿井安全生产。

2、矿井奥灰水带压开采技术条件评价

2.1煤层奥灰带压分区划分

煤层奥灰带压分区划分根据奥灰水能否进入采掘工作面发生突水、发生突水的危险性的大小，按《煤矿防治水细则》突水系数计算公式对开采区域进行计算分区。

2.2掘进巷道奥灰带压评价

（1）公式的选取。根据《煤矿防治水细则》，掘进工作面底板安全隔水层厚度的计算公式：

式中，P为底板隔水层承受的水头压力；Kp为底板隔水层的平均抗拉强度；γ为底板隔水层的平均容重；L为巷道底板宽度；t为安全隔水层厚度。

（2）参数的选取。①L为巷道宽度，取设计巷道宽度4.4m，松动圈为2m，则L=6.4m；②Kp为隔水岩柱岩体抗拉强度，根据井田南部上榆泉煤矿底板抗拉强度测试资料，10、11、13号煤层底板至奥灰顶界为软弱—坚硬—软弱—坚硬相间复合结构的岩层，岩体平均抗拉强度分别为1.98、0.49、0.23MPa；③γ为隔水岩柱平均容重，取24kN/m3；④煤层承受最大水压：10、11、13号煤层最大水头压力分别为1.6016、1.4751、1.6228MPa。

2.3突水系数法

根据《煤矿防治水细则》突水系数计算公式如下：T=P/M，P=(H₀－H₁+M)×0.0098（2）式中，T为突水系数；P为底板隔水层承受的水头压力；M为底板隔水层厚度；H1为煤层底板最低标高；H0为奥灰岩溶水水位标高。根据公式计算出10、11、13号煤层底板奥灰突水系数，其中井田西北角突水系数值最大，10、11、13号煤层最大突水系数值分别为0.014、0.015、0.027MPa/m。井田内奥陶系灰岩岩溶裂隙水位标高为+825～865m，井田内10、11、13号煤层均为局部带压开采煤层，煤层突水系数均小于0.06MPa/m。因此，工作面回采是相对安全的。

3、防治水措施

3.1导水构造防治水措施

构造破坏了岩层的完整性，常常成为含水层间的水力通道。构造的某一区段是否导水、导水性强弱、是沿破碎带上下连通还是仅水平接触导水，取决于断层的力学性质、断层带的成分结构、断层的后期改造、断层两侧岩层对接关系、含水层的水压以及采矿活动引起的围岩压力对断层的重新破坏作用。因此，在掌握构造的导水性之前，应该把断层作为导水断层对待，把陷落柱作为导水陷落柱对待。按照相关规定执行，留设防隔水煤岩柱。

3.2工作面防治水措施

（1）在工作面回采前6个月，建议利用音频电透视仪或其他物探手段对工作面顶底板进行探测，确定顶底板岩层的构造及其富水性，圈定出可能发生的突水危险区。（2）在工作面回采前，凡探测和分析认为存在富水区与工作面内部断层、陷落柱，必须打钻验证。确认为是富水区（包括断层、裂隙带）后，为防止采动过程中破坏加剧，对钻探水量大的钻孔应尽快进行堵水处理。

结语

综上所述，对井田水文地质的开采分析研究中，依据该矿井奥灰突水带压评价，应做好常规水文监测，采用物探、钻探、注浆等措施，同时也要将导水构造及底板薄弱位置处进行相应的排查分析，并建立相应的排水方案措施，确保开采工作有序进行。

参考文献

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