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小煤礦開采水文地質(zhì)存在的問題及防治措施

時(shí)間:2024-09-08 11:47:52 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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小煤礦開采水文地質(zhì)存在的問題及防治措施

  系地層灰?guī)r含水層除接受滲漏補(bǔ)給外,在構(gòu)造影響下局部接受奧陶系灰?guī)r地下水的補(bǔ)給,下面是小編搜集整理的一篇相關(guān)論文范文,歡迎閱讀借鑒。

小煤礦開采水文地質(zhì)存在的問題及防治措施

  隨著資源儲(chǔ)量的不斷減少,開采深度的不斷加大,煤礦的開采環(huán)境漸趨復(fù)雜,水害問題突出,尤其是地方小煤礦,形勢更加嚴(yán)峻[1-5].因此,合理了解礦井水文地質(zhì)條件是保證煤礦安全生產(chǎn)的前提和必要條件,更是提高煤礦生產(chǎn)工作效益和良好社會(huì)效益的重要措施[6-11].

  1礦區(qū)概況

  目前,沙河市小礦井均處于停產(chǎn)階段,井田范圍均被第四紀(jì)沉積物覆蓋,勘探深度范圍內(nèi),地層自下而上為奧陶系,石炭系,二疊系及第四系。含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組。隨著多年的開采,煤炭儲(chǔ)量不斷減少,僅剩下組煤可供開采。礦井地質(zhì)構(gòu)造簡單,有少量巖漿巖侵入。

  2下組煤開采充水條件分析

  2.1礦井水文地質(zhì)背景

  礦區(qū)屬于邯邢水文地質(zhì)單元中基本獨(dú)立且封閉的百泉水文地質(zhì)單元。單元東北界為邢臺(tái)大斷層;西界為寒武系中統(tǒng)毛莊組相對(duì)隔水層;南界為北名河地下分水嶺。地下水總體流向?yàn)镹NE-NE向,至邢臺(tái)百泉排泄。

  2.2地表水對(duì)煤層的開采影響礦區(qū)范圍內(nèi)無大的地表水體,僅洪水季節(jié)有短暫水流。鄰近礦井多年的開采實(shí)踐證明,地下開采不會(huì)受到地表水系影響。因此,可以確定下組煤不會(huì)受到地表水影響。

  2.3含(隔)水層

  井田內(nèi)對(duì)開采9號(hào)煤產(chǎn)生影響的主要含水層有大青灰?guī)r裂隙巖溶含水層、本溪灰?guī)r裂隙巖溶含水層、奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

  (1)大青灰?guī)r裂隙巖溶含水層厚度2.25~9.63m,巖性為灰、深灰色石灰?guī)r,窩狀溶孔與小溶洞發(fā)育,裂隙多被方解石或泥質(zhì)充填或半充填。正常情況下可疏性較強(qiáng)。可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大青灰?guī)r含水層的可控疏降。

  (2)本溪灰?guī)r裂隙巖溶含水層厚度1.4~11.72m.巖性為深灰色含泥質(zhì)灰?guī)r,局部巖溶裂隙發(fā)育。富水性很不均一,局部可能與奧灰存在一定的水力聯(lián)系。巖溶裂隙聯(lián)通性好,可注性強(qiáng),進(jìn)行全面注漿改造后可形成穩(wěn)定的隔水層。

  (3)奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層平均厚度110~160m.巖性主要為巨厚層狀灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r等組成,巖溶裂隙發(fā)育富水性強(qiáng),補(bǔ)給量大,一般難以疏干,為礦井的間接充水水源,一旦存在隱伏構(gòu)造及導(dǎo)水裂隙,將成為主要補(bǔ)給水源和礦井突水水源。因而是下組煤安全開采的重點(diǎn)防治與預(yù)防對(duì)象。

  2.4地下水的補(bǔ)給徑流與排泄條件

  地下水的主要補(bǔ)給來源是大氣降水和溝谷河床滲漏。煤系地層灰?guī)r含水層除接受滲漏補(bǔ)給外,在構(gòu)造影響下局部接受奧陶系灰?guī)r地下水的補(bǔ)給。除奧灰含水層外,各含水層天然補(bǔ)給量較小,徑流條件較差。地下水徑流受地形、地質(zhì)構(gòu)造控制,形成7個(gè)徑流帶。受采礦、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活用水的影響,地下水主要以人工排泄為主。

  2.5礦井充水因素分析

  2.5.1充水水源

  (1)大青灰?guī)r裂隙巖溶含水層水。金磊礦單位涌水量為0.0011~0.29L/s·m,滲透系數(shù)為0.62~6.56m/d,富水性較弱;啟瑞礦單位涌水量為0.0037~0.18L/s·m,滲透系數(shù)0.1116~3.086m/d,富水性較弱;裕豐礦單位涌水量為0.00357~0.123L/s·m,滲透系數(shù)0.0024~2.91m/d,礦化度0.646~1.064g/L,富水性中等。含水層位于為9號(hào)煤頂板冒落范圍內(nèi),煤層開采后,頂板淋水更加突出,是煤層開采的直接充水水源之一。

  (2)本溪灰?guī)r裂隙巖溶含水層水。富水性中等,在局部與奧灰存在水力聯(lián)系的塊段富水性較強(qiáng)。是煤層開采的直接充水水源之一。含水層與上下軟巖層形成下組煤與奧灰含水層間的相對(duì)隔水層。

  (3)奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層水。金磊礦單位涌水量為0.883~18.15L/s·m,滲透系數(shù)為0.95~11.54m/d;啟瑞礦單位涌水量2.78L/s·m;裕豐礦單位涌水量0.0195~2.662L/s·m.開采下組煤時(shí),由于奧灰水的水壓力較大,富水性強(qiáng),可能會(huì)通過隱伏構(gòu)造或采煤裂隙涌入礦井,成為礦井的主要水患。因此應(yīng)采取有效的防治措施,保證安全。

  (4)老空水。礦井周邊小煤礦開采活躍,開采歷史較長,不同階段生產(chǎn)形成的采空區(qū)積水范圍、積水量不清楚。當(dāng)采掘工作面接近或揭露采空區(qū)積水時(shí),老空水將成為礦井的直接充水水源,老空水突水迅速,水量大,危害極大,要重點(diǎn)防范。

  2.5.2充水通道

  (1)斷層。金磊礦僅發(fā)現(xiàn)一條正斷層,設(shè)計(jì)的運(yùn)輸和回風(fēng)大巷將穿過該斷層,斷層的導(dǎo)水性及富水性未知。啟瑞礦掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)并揭露7條不導(dǎo)水?dāng)鄬樱刂瞥潭容^高。裕豐礦僅在邊界2條落差較大的斷層。礦井中其它區(qū)域不排除存在導(dǎo)水及富水?dāng)鄬拥目赡埽簩拥牟蓜?dòng)影響也可能造成斷層的活化而導(dǎo)水,尤其當(dāng)斷層導(dǎo)通奧灰含水層時(shí)威脅安全開采。為確保掘進(jìn)及回采安全,應(yīng)采取超前探放水措施,做到“有疑必探,先探后掘”的原則,保證安全生產(chǎn)。

  (2)陷落柱。煤礦中均未發(fā)現(xiàn)陷落柱,根據(jù)相鄰礦井資料,礦區(qū)具有陷落柱發(fā)育的條件,不排除在井田范圍內(nèi)存在導(dǎo)水陷落柱的可能,尤其是在采煤過程中,初始的地應(yīng)力平衡會(huì)遭到破壞,改變部分陷落柱的水文地質(zhì)特性,導(dǎo)通含水層水,形成礦井危害。因此,下組煤開采過程中應(yīng)引起注意,查明陷落柱的發(fā)育情況,預(yù)留安全煤柱及采取其它相應(yīng)的預(yù)防措施。

  (3)采煤引起的導(dǎo)水裂隙。礦井生產(chǎn)中,形成的冒落帶和裂隙帶可能聯(lián)通含水層水和老空水進(jìn)入礦井,底板裂隙帶將降低相對(duì)隔水層的阻水能力,尤其是采動(dòng)裂隙與導(dǎo)水構(gòu)造聯(lián)通誘發(fā)奧灰突水。成為礦井重要的充水通道。應(yīng)引起高度重視。

  3礦井涌水量

  根據(jù)大青灰?guī)r含水層所占比例折算,綜合利用單位降深法計(jì)算及富水系數(shù)比擬法分別可知,金磊礦礦井涌水量包括-109m和-220m兩個(gè)水平涌水量構(gòu)成,其正常涌水量和最大涌水量為分別為318m3/h、572m3/h.啟瑞礦礦井正常和最大涌水量分別為124m3/h、237m3/h.裕豐礦井正常和最大涌水量為32m3/h、60m3/h.

  通過以上的計(jì)算分析可知,開采下組煤時(shí)的礦井涌水量中頂板冒落范圍內(nèi)的大青灰?guī)r含水層水構(gòu)成了礦井涌水量的大部分水源,大青灰?guī)r含水層的厚度小,富水性弱至中等,一般情況下可以進(jìn)行可控疏降。其它充水水源中本溪灰?guī)r含水層巖溶裂隙發(fā)育程度受構(gòu)造影響,局部可能與奧灰存在一定水力聯(lián)系,奧灰含水層厚度大,儲(chǔ)存量及補(bǔ)給量大,一旦導(dǎo)通成為上覆含水層的主要補(bǔ)給水源,對(duì)礦井安全造成威脅。并且由于該區(qū)小煤礦生產(chǎn)形成的采空區(qū)積水范圍和積水量不清,當(dāng)采掘接近或揭露采空區(qū)積水時(shí),將成為直接充水水源,因此,應(yīng)引起足夠的重視。

  4防治水措施

  4.1巷道掘進(jìn)前防治水措施

  巷道掘進(jìn)前采用井上、下綜合探測技術(shù),以查明設(shè)計(jì)采掘區(qū)域可能存在的導(dǎo)水構(gòu)造、老空水分布、巷道底板及側(cè)方含水異常區(qū)的分布情況。對(duì)于圈定的含水異常區(qū),必須利用鉆探方法進(jìn)行探查。

  根據(jù)探查結(jié)果,制定相應(yīng)的治理方案與措施,為巷道安全掘進(jìn)奠定基礎(chǔ)。

  4.2巷道掘進(jìn)階段防治水措施

  (1)物探超前探。在巷道掘進(jìn)前首先采用綜合物探手段進(jìn)行超前探測,確定地質(zhì)異常體位置和范圍。鑒于物探結(jié)果的多解性,應(yīng)采用多種物探方法進(jìn)行互相印證,以提高探測結(jié)果的可靠性。

  (2)鉆探超前探。巷道迎頭至少布置3個(gè)斜下方的超前探查孔,以控制巷道正前方、兩側(cè)及底板含水構(gòu)造。實(shí)際超前距和套管按《煤礦防治水規(guī)定》執(zhí)行。

  (3)物探異常區(qū)驗(yàn)證。對(duì)綜合物探探測的異常區(qū)應(yīng)布置專門的鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證,鉆孔方位與個(gè)數(shù)依據(jù)異常體與待掘巷道的位置關(guān)系確定。

  (4)物探異常體治理。分析異常體與奧灰含水層是否存在水力聯(lián)系,并采取超前預(yù)注漿進(jìn)行治理后方可繼續(xù)掘進(jìn)。

  4.3工作面回采前防治水措施

  采用物探對(duì)一定范圍內(nèi)的底板、老空水、隱伏導(dǎo)水構(gòu)造及裂隙發(fā)育帶的情況進(jìn)行探測并利用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證,對(duì)已驗(yàn)證的導(dǎo)水構(gòu)造、富水異常區(qū)和底板薄弱帶進(jìn)行注漿加固并檢驗(yàn)效果至滿足要求為止,最大限度降低底板突水的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)影響范圍內(nèi)的老空水,提前進(jìn)行疏放。

  4.4工作面回采及采后防治水措施

  奧灰突水通過導(dǎo)水通道導(dǎo)升,且具有一定的滯后性,可將本溪含水層作為檢測層,通過檢測水位和水質(zhì)在開采前后的動(dòng)態(tài)變化做出預(yù)報(bào)。開展底板破壞深度檢測、底板水害預(yù)警等工作,回采結(jié)束后,建立水閘墻。

  4.5其他防治水措施

  對(duì)邊界及探測到的較大斷層預(yù)留防隔水煤(巖)柱,完善排水系統(tǒng),建立礦井防水應(yīng)急救援系統(tǒng),提高全員防治水培訓(xùn)。

  5結(jié)語

  目前該地區(qū)小煤礦僅剩9號(hào)煤可供開采,地質(zhì)條件相對(duì)簡單,礦井主要充水水源是大青灰?guī)r水和本溪灰?guī)r水,主要水患是奧灰水和老空水。在開采過程中,綜合利用物探、鉆探等超前探技術(shù)并采取合理的防治水措施來有效降低水害事故的發(fā)生,確保礦井的安全生產(chǎn)。同時(shí),也能夠?yàn)槠渌愃泼旱V實(shí)現(xiàn)煤層安全帶壓開采提供一定的參考。

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