采矿工程对矿井水文的影响与防治水措施

采矿工程对矿井水文的影响与防治水措施摘要:采矿工程对矿井水文产生巨大影响。不同的地质构造,不同的采矿方法,影响矿井乃至矿区水文不同变化。这些变化时刻影响和威胁采掘生产的安全和效能。针对这些不同变化,要进行相应的客观分析,细致的科学研究,才能制定应对方案,采用有效措施,确保采掘生产安全高效开展。关键词:采掘突水导水防治方法一、采掘工程对矿井水文的影响采掘对矿井水文地质条件的有利影响主要体现在:采掘活动引起第四系下组下段水位大幅度下降,有利于厚薄煤层提高开采上限,解放了原先防水煤柱压滞的煤炭;采掘活动使煤顶板砂岩水基本处于疏干状态,开采过程中基本不存在水害;采掘活动引起十灰、十四灰水位大幅度下降,减少了采掘工作面的涌水量及承压含水层的水压,减少了重特大突水事故发生的可能性。另一方面,采掘对矿井水文地质条件的不利影响有:采动活动引起第四系“三含”含水层水位大幅度下降,井壁受到垂向的压力,造成井壁破裂;大面积采掘造成采空区积水,给生产造成潜在的威胁;采掘将原先的不导水断层激活成为导水断层,从而诱发突水事故的发生。对策是加强地下水水位动态观测,为水害防治提供可靠的依据;加强采空区积水的分析排查,提前对采空区积水进行探放;加强断层导水性的分析,坚持“有疑必探、先探后掘、先探后采”的原则,避免因为断层导水诱发突水事故。二、影响因素分析1.地质构造因素对煤层顶板突水的影响由于煤层顶底板岩性和赋存条件等因素的关系,这个矿开采的主要充水水源为煤顶、底板砂岩水和侏罗系蒙阴组砂岩(红层)水,对生产和安全造成重大影响的突水水源为煤层顶板水。工作面是否会发生突水,关键在于其顶板冒裂带高度内是否有水体存在,而水体的存在又依赖于良好的裂隙含水空间和汇水条件,影响这两项因素的是褶皱和断裂等地质构造。因此,地质构造因素和3煤顶板突水有着直接的关系。对于砂岩、泥岩等碎屑岩,其空隙(含水空间)的发育主要并不决定于碎屑的粒度。因此,在地质构造发育区,尤其是针对向斜轴部和断层容易被活化的地区,采取一定的防治水措施。2.层间滑动构造与导水的关系煤矿开展层间滑动构造的发现及其对生产影响的研究,从理论和实践上揭示了过去长期使人困惑不解的一种地质现象,对今后矿井地质和防治水工作具有重要的启示和指导作用。层间滑动构造是指岩层在重力和地质应力作用下,沿某些岩层界面或层理棉发生滑动的地质构造。其对生产的影响表现为:层间滑动所造成的“沉顶”、“二合顶”及煤刺、煤脉、煤楔、煤包等改变了煤层的厚度,破坏了煤层的结构及顶板的完整性;由于层间滑动常常使煤层变薄、加厚或形成无煤带,给回采带来了困难;由于层间滑动的发生,滑面附近的煤色泽暗淡,性脆易碎,由滑面向外依次出现碎粉煤、碎粒煤和碎裂煤等构造煤,降低了煤质,影响了经济效益;当硬度差别较大的岩层相接触时,靠近界面的软岩层是滑动构造发育段,而这些软岩层(如泥岩)具有较好的隔水性,层间滑动的发生破坏了岩层的完整性和隔水性,沟通了上下含水层,导致隔水层导水,因此在矿井防治水工作中要把滑动构造作为导水的一个重要因素考虑。3.断层活化对煤层顶板突水的影响煤层顶板与其顶部侏罗纪红层的间距约为60~220m。回采过程中多数工作面未发生红层突水或水量较小;但4308和14301工作面却发生了红层突水,而且水量比较大。分析认为是采动的影响使工作面内的断层活化,增大了冒落带的高度,从而导通红层含水层所致,并且据此提出了防治红层突水的方法。此项研究指出:根据该矿的实践,在工作面上方冒裂带附近有红层含水层分布时,断层的活化影响能否导致红层突水,主要取决于:①当工作面推进方向与断层走向一致时,由于采动后断层两盘覆岩移动相对均衡,受采动影响的断层活化高度较小,不易发生红层突水;当工作面推进方向与断层走向垂直或近于垂直时,由于采动后断层两盘覆岩移动不均衡,受采动影响的断层活化高度较大,则易于发生红层突水。②在断层走向与工作面走向垂直或近于垂直时,当工作面推进方向与断层倾向一致时,工作面推过断层后,覆岩移动作用在断层面上的力是先拉后压,不易发生红层突水或突水后涌水通道易于堵塞、封闭,使涌水量衰减;当工作面推进方向与断层倾向相反时,由于断层面上受覆岩移动影响的作用力是先压后拉,易于形成局部导水通道,导致红层突水,且导水通道不易堵塞、封闭,涌水量不致衰减或衰减较慢。③断层与工作面位置相同时,正断层比逆断层、倾角大的断层比倾角小的断层、切穿整个工作面的断层比未切穿整个工作面的断层、落差大的断层比落差小的断层对突水影响大。④靠近停采线或离切眼远的断层比距切眼近的断层受采动影响的活化程度大,易发生红层突水。回采工作面应尽可能平行断层走向布置,当工作面走向与断层走向一致时,工作面应尽可能与断层倾向一致。三、防治方法1.流量测井法测定砂砾层渗透系数鉴于目前普遍采用的以抽水试验法、室内渗透试验法为主的求取砂砾层渗透系数的方法存在明显缺陷,在进行水文地质勘察时应用流量测井的手段,准确地求取砂砾层地层中各分层的渗透系数。施工中采用XY-II(L)多功能流速仪进行井液流速测量,点测法,每1m一个测点,钻孔中各测点均多次重复测量,重复测量的误差不大于5%。用测得的各点流速值乘以包网过滤器的内截面积即得到该测点的流量值。注水前测得的孔内流量数据即为自然状态下孔内各含水层之间在轴向方向上的水量交换情况,依据水头抬高值便可计算出各层的渗透系数。此方法能更准确地对含、隔水层进行划分和细分,并获取每个分层的渗透系数,比抽水试验法精度高,获得资料更翔实可靠。2.首采面水患研究与防治通过对首采区及首采面地质与水文地质资料的分析研究,找出了工作面存在水患的主要来源,并且对涌水形式、涌水量及对工作面的影响进行了预测,为有效采取防治水措施提供了科学依据。防治水措施如下:①地面防治水。尽快完善地下水水位观测系统,建立奥灰、红层下段、第四系下组水位动态观测网,并安装水位遥测仪,以实现高精度同步连续观测。同时,启封相关地质孔,以消除钻孔导水的隐患。②井下防治水。采前施工红层探放水孔,以减少回采中红层向1401工作面的涌水量;开展覆岩导水裂隙高度的探测工作,探测3煤回采以后的覆岩导水裂隙最大高度;开展矿压观测,及时分析采场的应力分布状况,准确掌握工作面的初次来压步距。3.开采底板突水研究与防治煤矿下组煤勘探程度较低,特别是水文地质勘探程度更低,现有地质资料不能满足设计和生产的需要。为进一步查明下组煤层的赋存条件及开采水文地质条件,进行大规模的补充勘探,查明十灰岩、十四层灰岩及奥陶系灰岩的水文地质特征、水位、富水性及奥灰水与十四灰水的水利联系,在此基础上找到合适的防治水措施,为下组煤安全开采创造条件。十灰、十四灰水对矿井生产构不成大的威胁,而矿井生产的主要威胁来自奥灰水。在十四灰沉缺区,底板隔水岩组缺少强度大的起骨架作用的地层,是岩组整体强度小的薄弱环节,开采前应注意采取防治措施,否则可能出现底臌突水事故。防治水措施如下:①井下探放水。按“矿井水文地质规程”的要求,煤层顶板导水裂隙范围内分布有含水层时必须防探顶板水。下组煤十灰岩含水层是16煤层的直接顶板,在煤层开采冒落带范围内,放水孔尽量结合地质构造条件布设在疏水效果较好的部位。根据煤矿资料,在掘进过程中有突水的实例,因此掘进进入断层或破碎带、裂隙发育区段时进行超前探水和打钻放水。②对十四灰水进行积极、有效的合理疏放。若出现某个点或面水压久疏不降甚至水量越疏越大,则其附近肯定有越流补给,必须查找其来水通道,在堵源之后才能进行有效疏放。疏水降压要合理,只要将水压降至安全线以下就可以了,但在计算突水系数时,必须用本块段的煤层与十四灰的最小实测层间距,并结合有无断裂构造破坏和采动对底板破坏深度等情况进行综合评定。③对奥灰水的基本对策是“避”和“堵”,对有可能出现的奥灰出水点或补给通道,必须在查明条件的基础上,本着安全可靠、技术可行和经济合理的原则,或留设煤岩柱不予触动,或进行注浆封堵,但封堵必须堵住来水通道。◆参考文献:[1]付民强、马庆福,地质构造因素与3煤顶板突水的关系,煤矿现代化,2006(增)[2]邵士谱、张玉华、牛磊,流量测井法测定砂砾层的渗透系数,煤矿现代化,2006(1)[3]张崇良、茹卫平、姜培良,北宿煤矿各含水层水化学特征分析,煤田地质与勘探,2005(Z1)[4]冯恩杰、付民强,东滩矿断层活化对3煤顶板突水的影响,煤田地质与勘探,2004(4)