1、浅谈团柏煤矿开采水害防治技术研究论文关键词：煤矿开采；水害防治；团柏煤矿；水文地质；“突水”预测 论文摘要：团柏井田位于霍州矿区的南部，汾河西侧，地貌形态为中低山区，地形切割强烈，沟谷纵横，地形复杂。文章论述了团柏煤矿区域水文地质特征及水害特点，提出了团柏煤矿水害分类治理技术，以翔实的资料分析了各种技术的特点，提出团柏煤矿开采水害防治的主要措施。 团柏井田位于霍州矿区的南部，汾河西侧，地貌形态为中低山区，地形切割强烈，沟谷纵横，地形复杂。霍州矿区面积 843.22km2，地质储量 77.4 亿吨。近年随着开拓范围不断扩大，开采深度向下延深，矿区各矿的水文地质条件日益复杂，多种水害类型逐渐显现。
2、因此，矿区防治水任务日趋繁重，防治水工作，特别是奥灰水害防治工作在确保煤炭安全、有序和高效生产方面的重要性突显出来。 一、团柏煤矿区域水文地质特点 霍州矿区有太古界、元古界和下古生界的寒武系和奥陶系地层。团柏井田位于霍州矿区的南部，该区断裂十分发育，近东西向、近南北向、北东向和北北东向断层相互切割，小断层密集、陷落柱也很发育，水文地质条件十分复杂。在团柏井田之西有一穿过回坡底井田的地下分水岭。分水岭之西为龙子寺泉域，之东为团柏井田所在的郭庄泉域。郭庄泉是山西第二大岩溶泉，自流量 7.19m3/s。北起吕梁馒山、将军山的灰岩补给露头面积约 1400km2，主迳流带沿吕梁山东麓自北向南东南经白龙井
3、田南部于下团柏断层与汾河交汇处泄出。团柏回坡底井田在郭庄泉排泄区之西，自然对于这一井田，越向东越接近排泄区的部位，奥灰岩溶越发育。危害下组煤开采的是两个含水层，奥灰和 K2 灰岩。下组煤与奥灰的距离在全国是最薄的，11 号煤平均 25m，最薄处仅 15m，10 号煤平均 36m。K2 灰岩是 9 号煤顶板，为充水含水层，厚 2.7511.4m。从1996 年开始施工下组煤斜井和巷道共发生 K2 底板突水事故 6 次，都是在接近 K2 时，突水量 150380m3/h。 二、团柏煤矿面临的主要水害 （一）顶板水水害 1、2 号煤层开采直接充水水源为煤层顶板的下石盒子组（K9、K8）砂岩裂隙含水层
4、，但由于该含水层富水性较弱，因此，对煤层开采不会造成影响。在某些块段构造的向斜轴部附近水量可能相对集中，但一般水量有限，采取一定的防治水措施的情况下也不会形成水害事故。K2 太灰含水层是该煤层直接充水水源，煤层开采将完全揭露该含水层，由于该含水层水量相对丰富，对煤层开采将会造成大的影响，因此，在回采中必须采取物探、钻探和适当的防治水工程等措施，减少其对回采期间的影响，以保证煤层安全回采。但经过首采区开采对其揭露疏放后水量有所减少，开采过程中影响也相对减少。 （二）煤层底板水水害 底板水主要为 K2 太灰水和 O2 奥灰水。近 5 年要回采的 1 号煤层底板最低标高为+520m，要回采的 2 号
5、煤层底板最低标高为+475m，而 K2 太灰含水层水位标高为 480m，O2 奥灰含水层水位标高为 520m 左右，因此，1、2 号煤层相对这两个含水层基本不带压，再加上中间有小隔水层的存在，对开采也基本不受影响。O2 含水层是下组煤开采防治的重点。9、10、11 号煤层存在严重带压开采现象，所以，采掘中在充分利用本溪组有效隔水层的同时，必须采取一定的带压开采措施，预防或减少水害事故的发生。 团柏井田生产和废弃小煤窑较多，据不完全统计有 110 多个，由于小煤窑边界不清，在采掘工程中很可能揭露小煤窑发生老窑突水，因此，小煤窑的边界控制也是防治水非常重要的工作。 总的来看，上组煤开采水文地质条件
6、比较简单，开采过程中形成水害的可能性不大。由于下组煤位于 K2 含水层和 O2 含水层之间，为带压开采，且煤层底板有效隔水层厚度很薄，矿井水文地质条件复杂，因此，下组煤开采防治水工作严峻，开采过程中要做好采取充分的防治水技术措施，以防发生重大水害事故。 三、团柏煤矿开采水害防治措施 在总结以往煤矿突水淹井事故经验的基础上，团柏煤矿的水害防治采取以防为主，供、疏、堵相结合的合理方针，重点做好下组煤开采防治水工作。 （一）完善矿井水文地质观测系统 团柏矿区防治水害必须从加强水文地质工作，查清矿区水文地质条件入手，建立和完善矿区主要含水层地下水动态观测系统。主要要做的工作如下：通过井田水质动态分析研
7、究井田各含水层矿化度的变化，可以间接推断各含水层的自然补给条件；提前探测富水区域，做好水文地质预测预报；运用瞬变电磁法对含水断层陷落柱位置精确定位；红外测温法直观了解井下岩层含水状况；超前钻探预测地层水文地质条件；用水化学分析法可有效预测地层不同区域水文地质条件变化。团柏井田下组煤开采来看，越向东开采水文地质条件越复杂：奥灰强富水；必须疏干的 K2 灰岩条件也复杂，水位与奥灰相同，存在奥灰补给通道，水量大（11-0 单孔涌水量 105m3/h） 。因此在中、东部开采下组煤之前，应先进行专门水文地质勘探，勘探主要解决的问题：奥灰富水性；K2 疏干水量和受补通道；底板保护性能；安全评价；安全开采技
8、术方法与布局。 （二）发展“突水”预测预报技术 实现突水预测预报的可视化和适时化，推进矿井防治水信息系统集成。团柏煤矿的防治水工作的重点放在下组煤开采上，采用综合物探、化探和钻探等到手段，查明陷落柱、断层和裂隙密集等地质“异常体” ，以及封闭不良钻孔。并采用留设防水煤柱或底板加固等到手段对地质异常体进行改造，做到采煤工作面底板不出水或不出大水，以节约排水费用，保护水资源和生态环境。据涌水量预测结果，适当加大矿井和采煤工作面的排水能力，以防不测。首先要做好探水工作。探水又有两种方法，一是钻探。按规范要求探水，有疑必探，先探后采，11 号煤落差 1m以上的断层都在探水的考虑范围。掌握 10 号煤采
9、掘资料，凡 10 号煤揭露的陷落柱、大于 3m（含 3m）的断层、特别破碎带、底板涌水点必探。11 号煤采掘中发生底板涌水的必探。二是物探。考虑到实际效果，采用井下瞬变电磁法，坑透法配合。物探主要用于 11 号煤开采，在首采的23 个工作面中必用。其次，要采取必要的隔离措施。实施采区隔离和上山与下山隔离及泵房隔离，这就要设置防水煤柱和防水闸门。再次是加固措施。对已知陷落柱和断层，利用探水孔对薄弱处进行注浆加固，需要时补充注浆钻孔。对底板重破碎带，底板涌水处和物探验证了的异常区进行注浆加固，重点是 11 号煤。小流量钻孔的注浆可用能调节流量的高压计量泵。最后是留设煤柱。导水陷落柱（经探水）留煤柱
10、。断层煤柱留设（是否留和柱宽）按矿井水文地质规程公式计算。原则上10 号煤 10m 以上，11 号煤 5m 以上断层的下降盘要留煤柱，此落差以下断层是否留煤柱看具体情况，包括探水与注浆的结果。另外疏放 11 号煤底含水也是重要的。为创造采煤的干燥条件，并利于发现奥灰涌水的征兆，对 11 号煤的充水含水层：底灰及贴身石英砂岩含水夹层（统称 11号煤底含）进行疏放。疏放可利用现有水平巷和上山巷打放水钻孔，孔间距可作 50m 考虑，根据降压效果（测压）调整钻孔密度。 （三）完善开采艺术 在采掘过程中为防止底板出现灾害性突水，应坚持先探后掘、先探后采和先注浆后掘进，先注浆后回采的技术原则。为了节约工程
11、量和保证安全，在采取钻探、物探、化探等综合手段时，应坚持物化探先行，钻探验证的技术方法，以杜绝采掘巷道误揭导水陷落柱和导水断层。 （四）建立强大的抗灾排水能力 这是团柏煤矿防水害的最基本的措施。预计西部常规最大突水量为1800m3/h，因此除有矿井正常涌水量的排水能力外，抗突水的非常排水能力应达到 3000m3/h 以上。采用直排式（一级排水） ，还应有配套的水仓容量和供电系统与管路系统。 四、结语 1团柏煤矿的水害要分类治理，重点治理下组煤水害。 2团柏煤矿开采一定要实施科技治水战略，做到安全发展。 参考文献 1王永红，沈文中国水害预防及防治M北京：煤炭工业出版社，2003. 2张光德，李栋臣矿井水害防治M徐州：中国矿业大学出版社，2003.
