底板灰?guī)r水治理模式研究

肖 紅,梁海洋,李 濤

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院, 江蘇徐州市 221008)

底板灰?guī)r水治理模式研究

肖 紅,梁海洋,李 濤

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院, 江蘇徐州市 221008)

基于桃園煤礦地質(zhì)資料,對(duì)該礦區(qū)應(yīng)用4種治理模式開(kāi)采的工作面的水文地質(zhì)條件進(jìn)行了分析,并且將各種治理模式的經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比,確定了不同水文地質(zhì)條件下最經(jīng)濟(jì)可行的灰?guī)r水治理模式。

底板突水;治理模式;水文地質(zhì);治理成本

煤層底板突水是一種復(fù)雜的地質(zhì)及采動(dòng)影響現(xiàn)象,是煤層下覆承壓水沖破底板隔水層的阻隔,以突發(fā)、緩發(fā)或滯發(fā)的形式進(jìn)入采空區(qū)或工作面,造成礦井涌水量增加甚至淹沒(méi)礦井的自然災(zāi)害,因此研究底板突水的防治十分必要。本文依據(jù)桃園礦近年來(lái)采區(qū)工作面的水文地質(zhì)資料,就承壓水體上10煤開(kāi)采中底板灰?guī)r水的治理模式的適用區(qū)域和經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行分析和研究。

1 治理模式簡(jiǎn)介

對(duì)部分條件較好的10煤,礦區(qū)充分利用隔水層進(jìn)行了“帶壓開(kāi)采”。對(duì)條件較為復(fù)雜的工作面,本著先查治后回采的原則,分別采用了“疏水降壓限壓開(kāi)采”、“局部加固抗壓開(kāi)采”和“局部加固疏水降壓限壓開(kāi)采”等對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施。

疏水降壓限壓開(kāi)采則是根據(jù)礦區(qū)實(shí)際提出的新型治理模式。其原理是先于或同于工作面回采時(shí)通過(guò)打鉆孔等手段把富水區(qū)域的水抽放出來(lái)。但不是降到承壓層以下,而是讓承壓層承受一定的水壓,從而進(jìn)行限壓開(kāi)采。

局部注漿加固技術(shù)則是將斷層薄弱帶和含水層注漿加固改造為“等效隔水層”。由于隔水層厚度的增大和底板抗水壓性能的提高,從而保障了10煤的安全開(kāi)采。

局部加固疏水降壓限壓開(kāi)采是指在疏水降壓后再對(duì)斷層薄弱帶注漿加固以提高灰?guī)r突水系數(shù)的臨界值。

2 應(yīng)用各治理模式的工作面條件分析

2.1 “帶壓開(kāi)采”工作面

自1991年以來(lái),桃園礦采用“帶壓開(kāi)采”模式共回采了10個(gè)工作面,其中5個(gè)工作面安全回采,各工作面開(kāi)采條件見(jiàn)表1。由表1可知,位于一采區(qū)的1012等4個(gè)工作面,在突水系數(shù)高達(dá)0.074的情況下,仍然實(shí)現(xiàn)帶壓安全開(kāi)采,這是由于一采區(qū)處于礦井南翼,底板含水層富水性弱。而且對(duì)落差大于10m的斷層在兩側(cè)都留設(shè)了防水煤柱。位于二采區(qū)的1022等4各工作面則多數(shù)都發(fā)生突水事故。

表1 帶壓開(kāi)采工作面數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 “疏水降壓限壓開(kāi)采”工作面

由表1可知,在二采區(qū)多數(shù)工作面中,帶壓開(kāi)采已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求,故桃園礦進(jìn)行了“疏水降壓限壓開(kāi)采”的生產(chǎn)實(shí)踐。由表2可知,4個(gè)工作面雖然最終都安全開(kāi)采,但均出現(xiàn)了不同程度的突水現(xiàn)象。由于這4個(gè)工作面所在二采區(qū)處于桃園礦的北部,構(gòu)造較為發(fā)育,太灰?guī)r裂隙發(fā)育較多,不利于注漿改造。而二采區(qū)富水性強(qiáng),最大涌水量為169 m3/h,適合疏水降壓。這表明,在富水區(qū)域,由于不是降到承壓層以下,采用“疏水降壓限壓開(kāi)采模式”在經(jīng)濟(jì)上是可行的。但是在應(yīng)用上,該技術(shù)還存在一定的缺陷。

表2 疏水降壓限壓開(kāi)采工作面數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.3 “局部加固抗壓開(kāi)采”工作面

自2000年3月以來(lái),礦區(qū)采用“底板局部注漿”模式,安全開(kāi)采了三采區(qū)的4個(gè)工作面,工作面開(kāi)采條件見(jiàn)表3。由表3可知,由于局部注漿加固的效果,斷層薄弱帶和一灰?guī)r二灰?guī)r已被改造成為“等效隔水層”,由于抗水性能的提高,保障了10煤的安全開(kāi)采。

表3 注漿加固抗壓開(kāi)采工作面數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.4 “局部加固疏水降壓限壓開(kāi)采”工作面

由表2可知,在富水性極強(qiáng)區(qū)域,采用“疏水降壓限壓開(kāi)采”模式的工作面都有不同程度的突水,突水原因多是斷層導(dǎo)水,說(shuō)明該技術(shù)在應(yīng)用上有一定的缺陷。針對(duì)這種情況,桃園礦對(duì)4,6采區(qū)1041等9個(gè)工作面在疏水降壓限壓后,又進(jìn)行了局部的注漿加固,實(shí)現(xiàn)了安全開(kāi)采。工作面開(kāi)采條件見(jiàn)表4。

表4 局部加固疏水降壓限壓開(kāi)采工作面數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由于4,6采區(qū)也處于礦井北翼,富水性較強(qiáng),適合疏水降壓限壓開(kāi)采這種模式。在疏水降壓限壓開(kāi)采的基礎(chǔ)上又進(jìn)行局部注漿加固,將斷層薄弱帶和一灰二灰改造成了“等效隔水層”,則在水壓降低的情況下,增大了隔水層厚度和提高了抗水壓性能,提高了灰?guī)r突水系數(shù)的臨界值。

3 各治理模式經(jīng)濟(jì)成本對(duì)比分析

一水平各治理模式下10煤產(chǎn)量、工程投入總額和噸煤治水成本見(jiàn)表5。由表5可知,疏水降壓限壓開(kāi)采的成本要比注漿加固的要低,而局部注漿加固疏水降壓限壓開(kāi)采的成本則是最低的。

表5 各治理模式的治水費(fèi)用分析

4 結(jié) 論

(1)帶壓開(kāi)采模式適合淺部條件較好的煤層,但是因留設(shè)斷層防水煤柱造成了資源的浪費(fèi)。對(duì)于以后的深部開(kāi)采,這種模式是不安全和不經(jīng)濟(jì)的。

(2)在富水性一般,構(gòu)造裂隙不甚發(fā)育的區(qū)域,通過(guò)注漿改造,可將斷層薄弱帶和含水層改造成為等效隔水層,提高隔水層厚度和底板的抗水性能。

(3)在富水性較強(qiáng)和構(gòu)造較發(fā)育的區(qū)域,局部注漿加固疏水降壓開(kāi)采模式較為適用,因?yàn)椴皇鞘杞档匠袎簩右韵?并且對(duì)底板局部注漿加固后有效地提高了底板抗水性能,故在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都是可行的。

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2009-09-22)

肖 紅(1984-),女,山西忻州人,碩士研究生,主要從事水文地質(zhì)與工程地質(zhì)方面的研究。