论文部分内容阅读
【摘 要】矿井开采深度不断延伸，奥灰水水压逐渐加大，对深部开采带来很大的水害威胁，鹤煤八矿通过对本矿井奥陶系灰岩含水层进行水害威胁分析，采区带压开采技术，对奥灰水水害威胁进行有效防治。
【关键词】奥陶系灰岩含水层；水害威胁分析；带压开采安全技术措施
前言
随着浅部煤炭资源的枯竭，矿井开采深度不断延伸，来自煤层底部奥陶纪灰岩高承压水的危害日趋加剧，对深部开采带来很大的水害威胁。《煤矿安全规程》规定，在承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值时，可以“带压开采”，但因我国地质条件复杂，开采方法各异，带压开采理论、技术还不够完善 ，以至于矿井突水事故时有发生，因此带压开采的研究多年来一直是许多矿井防治水人员关注的问题。鹤煤八矿随着开采深度的延伸，即将面临来自奥灰水的威胁，为有效防治水害，鹤煤八矿防治水人员积极探索带压开采技术。
1.概况
鹤煤八矿始建于1958年6月，1960年5月投产，通过改扩建，2006年核定生产能力为81万t/a，本井田第三系砾岩裂隙孔隙含水层直接覆盖于二1煤露头之上，对开采有直接充水作用，属于水文地质条件中等矿井。
奥陶系中统马家沟灰岩，出露于井田西部，总厚599.70米，奥陶系灰岩含水层，主要以碳酸盐岩组成，灰岩岩溶发育，距离二1煤124.66～164.57米，平均152.30米，富水性强，含水量大，由于奥陶系灰岩西山大面积广泛出露，以大气降水补给为主。井田西部奥陶系灰岩出露区，裂隙发育有三组，平均每3～4米发育裂隙一条。奥陶系灰岩含水层，距离二1煤124.66～164.57米，平均152.30米。在浅部奥陶系灰岩水通过断层有可能补给八层灰岩和二1煤底板砂岩含水层，成为回采二1煤的间接充水因素。
2.水害威胁分析
奥灰水水位海拔标高为+116～137m，年升降幅度3～5m，现八矿奥灰水水位海拔标高为+117m左右。奥灰距离矿区主要开采煤层山西组二1煤层150～180m，距太原组一11煤层约30m。生产矿井现在开采活动在海拔标高-400～-600m之间，二1煤层底板承受奥灰水压42kg/cm2～73kg/cm2。由于太原组、本溪组地层阻隔，正常情况下开采二1煤层奥灰水不会进入矿井。安全隔水层厚度和突水系数计算如下：
（1） 根据《煤矿防治水规定》，附录四提供的安全隔水厚度计算公式：
……①
式中：t—安全隔水厚度（m）；L—采掘工作面底板最大宽度（3.8m） 取工作面老顶初次来压步距20m；γ—隔水层岩石的容重（22.5MN/m3）；KP—隔水层岩石的抗张强度（26Mpa）；P—底板隔水层承受的水头压力6.95Mpa。
（2） 奥陶系灰岩安全隔水厚度
根据补堪报告，奥陶系灰岩的原始水位标高为116.87—120.34米，取其最大值。矿井现最低标高为-575米，因此，奥陶系理论水头压力为6.95Mpa。带入①式计算出t=29.9米。奥陶系灰岩含水层距离二1煤层平均距离为152.30米，远远大于29.9米的安全隔水厚度。
（3） 突水系数计算：T=P/M……②
底板隔水层承受的水头压力6.95Mpa；奥陶系灰岩的原始水位标高为116.87—120.34米，取其最大值。矿井现最低标高为-575米，带入②式计算出T=0.043Mpa/m。小于《煤矿防治水规定》要求的不大于0.1Mpa/m。
综上所述，矿井的二个主要含水层的隔水厚度均大于所需的安全隔水厚度，属于安全带压，但是由于奥陶系灰岩含水量较大，一旦发生突水，将造成矿井被淹。因此，对奥陶系灰岩含水层矿井应采用以防为主的防治水措施，即采取措施防止奥陶系灰岩突水。
3.带压开采安全技术措施
防止奥陶系灰岩突水的措施主要是：在矿井开拓巷道必须通过落差较大的断层时，必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水工作原则，对断层的导水性进行超前探测，在断层导水的情况下采取注浆的方式进行堵水，在斷层不导水的情况下，在断层附近进行采掘活动时必须留设防水煤柱，以防止因采掘活动导致断层产生迟后导水效应。
因此，在上述情况下，鹤煤八矿在开采二1煤层时，采取带压开采安全技术措施：
（一）、综合探查，查清水文地质条件
①地面采用三维地震、钻探、井下采取直流电发仪、超前探测等技术手段，查明矿井水文地质条件，探明落差大于20m断层的位置、产状及导水性，了解奥灰至开采煤层的间距及其变化，了解奥灰与含水层之间的水力联系。
②坚持奥灰地下水观测，并坚持定期（每月三次）观测，了解掌握奥灰水水位动态。
（二）、定期矿培训中心组织职工进行防治水及水害避灾知识的学习，认真学习挂红、挂汗，空气变冷，出现雾气，顶板淋水加大，底板鼓起，有臭味等突水征兆，让每个职工都能清楚的知道发生水灾事故后，应该采取的急救措施，熟记自己所在的地区的避灾路线，并定期进行水灾事故演习。
（三）、定期安排人员检查矿井或地区的防水或密闭的情况，并将检查情况记录在记录本上，确保矿井或地区的防水或密闭的可靠性。
（四）、矿井每年进行一次联合排水试验，确保矿井综合排水能力达到《煤矿防治水规定》要求。
（五）、留设防水煤柱是防止奥灰突水的主要措施。在查明断层的基础上，对矿区较大规模的断层（落差大于80m），按有关规程留设防水煤柱界线，防水煤柱内不准进行任何采掘活动；对中等规模的断层（落差30～80m），防水煤柱留设根据断层的导水性确定。
（六）、突水后封堵治理措施。奥灰水水压高、水量大，水源充沛，不易疏干，一旦发生突水，必须进行封堵。采用地面打钻注浆封堵突水点、切断突水水源的防治水措施。
4.结语
鹤煤八矿采取奥陶系灰岩水含水层带压开采安全技术，为深部“带压开采”提供了技术支持，有效控制了奥陶系灰岩水对矿井安全生产的威胁，为矿井进行深部开采提供了有力的安全保障，具有很好的推广应用价值。
【关键词】奥陶系灰岩含水层；水害威胁分析；带压开采安全技术措施
前言
随着浅部煤炭资源的枯竭，矿井开采深度不断延伸，来自煤层底部奥陶纪灰岩高承压水的危害日趋加剧，对深部开采带来很大的水害威胁。《煤矿安全规程》规定，在承压含水层与开采煤层之间的隔水层能承受的水头值大于实际水头值时，可以“带压开采”，但因我国地质条件复杂，开采方法各异，带压开采理论、技术还不够完善 ，以至于矿井突水事故时有发生，因此带压开采的研究多年来一直是许多矿井防治水人员关注的问题。鹤煤八矿随着开采深度的延伸，即将面临来自奥灰水的威胁，为有效防治水害，鹤煤八矿防治水人员积极探索带压开采技术。
1.概况
鹤煤八矿始建于1958年6月，1960年5月投产，通过改扩建，2006年核定生产能力为81万t/a，本井田第三系砾岩裂隙孔隙含水层直接覆盖于二1煤露头之上，对开采有直接充水作用，属于水文地质条件中等矿井。
奥陶系中统马家沟灰岩，出露于井田西部，总厚599.70米，奥陶系灰岩含水层，主要以碳酸盐岩组成，灰岩岩溶发育，距离二1煤124.66～164.57米，平均152.30米，富水性强，含水量大，由于奥陶系灰岩西山大面积广泛出露，以大气降水补给为主。井田西部奥陶系灰岩出露区，裂隙发育有三组，平均每3～4米发育裂隙一条。奥陶系灰岩含水层，距离二1煤124.66～164.57米，平均152.30米。在浅部奥陶系灰岩水通过断层有可能补给八层灰岩和二1煤底板砂岩含水层，成为回采二1煤的间接充水因素。
2.水害威胁分析
奥灰水水位海拔标高为+116～137m，年升降幅度3～5m，现八矿奥灰水水位海拔标高为+117m左右。奥灰距离矿区主要开采煤层山西组二1煤层150～180m，距太原组一11煤层约30m。生产矿井现在开采活动在海拔标高-400～-600m之间，二1煤层底板承受奥灰水压42kg/cm2～73kg/cm2。由于太原组、本溪组地层阻隔，正常情况下开采二1煤层奥灰水不会进入矿井。安全隔水层厚度和突水系数计算如下：
（1） 根据《煤矿防治水规定》，附录四提供的安全隔水厚度计算公式：
……①
式中：t—安全隔水厚度（m）；L—采掘工作面底板最大宽度（3.8m） 取工作面老顶初次来压步距20m；γ—隔水层岩石的容重（22.5MN/m3）；KP—隔水层岩石的抗张强度（26Mpa）；P—底板隔水层承受的水头压力6.95Mpa。
（2） 奥陶系灰岩安全隔水厚度
根据补堪报告，奥陶系灰岩的原始水位标高为116.87—120.34米，取其最大值。矿井现最低标高为-575米，因此，奥陶系理论水头压力为6.95Mpa。带入①式计算出t=29.9米。奥陶系灰岩含水层距离二1煤层平均距离为152.30米，远远大于29.9米的安全隔水厚度。
（3） 突水系数计算：T=P/M……②
底板隔水层承受的水头压力6.95Mpa；奥陶系灰岩的原始水位标高为116.87—120.34米，取其最大值。矿井现最低标高为-575米，带入②式计算出T=0.043Mpa/m。小于《煤矿防治水规定》要求的不大于0.1Mpa/m。
综上所述，矿井的二个主要含水层的隔水厚度均大于所需的安全隔水厚度，属于安全带压，但是由于奥陶系灰岩含水量较大，一旦发生突水，将造成矿井被淹。因此，对奥陶系灰岩含水层矿井应采用以防为主的防治水措施，即采取措施防止奥陶系灰岩突水。
3.带压开采安全技术措施
防止奥陶系灰岩突水的措施主要是：在矿井开拓巷道必须通过落差较大的断层时，必须坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的探放水工作原则，对断层的导水性进行超前探测，在断层导水的情况下采取注浆的方式进行堵水，在斷层不导水的情况下，在断层附近进行采掘活动时必须留设防水煤柱，以防止因采掘活动导致断层产生迟后导水效应。
因此，在上述情况下，鹤煤八矿在开采二1煤层时，采取带压开采安全技术措施：
（一）、综合探查，查清水文地质条件
①地面采用三维地震、钻探、井下采取直流电发仪、超前探测等技术手段，查明矿井水文地质条件，探明落差大于20m断层的位置、产状及导水性，了解奥灰至开采煤层的间距及其变化，了解奥灰与含水层之间的水力联系。
②坚持奥灰地下水观测，并坚持定期（每月三次）观测，了解掌握奥灰水水位动态。
（二）、定期矿培训中心组织职工进行防治水及水害避灾知识的学习，认真学习挂红、挂汗，空气变冷，出现雾气，顶板淋水加大，底板鼓起，有臭味等突水征兆，让每个职工都能清楚的知道发生水灾事故后，应该采取的急救措施，熟记自己所在的地区的避灾路线，并定期进行水灾事故演习。
（三）、定期安排人员检查矿井或地区的防水或密闭的情况，并将检查情况记录在记录本上，确保矿井或地区的防水或密闭的可靠性。
（四）、矿井每年进行一次联合排水试验，确保矿井综合排水能力达到《煤矿防治水规定》要求。
（五）、留设防水煤柱是防止奥灰突水的主要措施。在查明断层的基础上，对矿区较大规模的断层（落差大于80m），按有关规程留设防水煤柱界线，防水煤柱内不准进行任何采掘活动；对中等规模的断层（落差30～80m），防水煤柱留设根据断层的导水性确定。
（六）、突水后封堵治理措施。奥灰水水压高、水量大，水源充沛，不易疏干，一旦发生突水，必须进行封堵。采用地面打钻注浆封堵突水点、切断突水水源的防治水措施。
4.结语
鹤煤八矿采取奥陶系灰岩水含水层带压开采安全技术，为深部“带压开采”提供了技术支持，有效控制了奥陶系灰岩水对矿井安全生产的威胁，为矿井进行深部开采提供了有力的安全保障，具有很好的推广应用价值。