新義礦業(yè)底板奧陶系灰?guī)r水疏水降壓開采技術研究

馬合飛

摘要：新義礦業(yè)防治水工作的重點和難點是對底板奧灰水的防治，該含水層水壓大，存在突水風險。只依靠底板全覆蓋注漿加固措施，存在“防治水費用高、工程周期長、制約接替”等問題，且難以徹底消除突水風險，為了破解這一難題，新義礦業(yè)摸索開展了疏水降壓項目，通過開展系列性的放水實驗，對底板奧灰水的疏降，效果顯著，具有現(xiàn)實可行性。

關鍵詞：疏水降壓;奧灰水;帶壓開采;底板水防治

1礦井概況

新義礦業(yè)是由義馬煤業(yè)集團股份有限公司控股并與商丘中原騰達物資貿易公司合資興建的煤炭企業(yè)。礦井于2011年4月竣工投產，設計和核定生產能力均為120萬噸/年。井田范圍內僅二1煤層可采，開采標高-200～-600m，煤層平均厚度4.81m，煤層平均傾角+5°，可采儲量1.12億噸。

井田地質構造簡單，水文地質條件中等，礦井主要水害威脅來自底板奧灰水，項目實施前水位標高+111.9m，水壓為4.3-5.1MPa。礦井最大涌水量547.5m3/h，目前正常涌水量380m3/h。

2礦井水文地質條件

2.1主要含水層和隔水層

主要含水層：第四系沖積、洪積砂、卵石孔隙含水層、平頂山砂巖裂隙含水層、上、下石盒子組砂巖裂隙承壓含水層、山西組砂巖孔隙裂隙承壓含水層、太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層、奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓含水層。

主要隔水層：本溪組鋁土質泥巖或鋁土巖隔水層、二1煤層底板至L7灰?guī)r頂部之間的砂質泥巖和泥巖隔水層、山西組頂界上部的紫色泥巖和砂質泥巖隔水層。

2.2礦井充水水源

礦井內地表水系不發(fā)育，對礦井充水作用微弱。二疊系和上、下石盒子組砂巖含水層，整體富水性弱，多為靜儲量，含水層與二1煤層距離遠，對礦井開采影響較小。

奧陶系灰?guī)r含水層厚度大，是礦井主要的充水水源。該含水層巖溶裂隙發(fā)育程度和富水性極不均一，距離二1煤層底板平均約為58m。正常情況下，受本溪組隔水層阻隔，一般不構成礦井涌水，但如果有斷裂構造導通、鉆孔或礦壓、水壓聯(lián)合作用下與二1煤層構成水力聯(lián)系時，會造成礦井涌水或突水，影響礦井安全生產。

3疏水降壓項目方案設計

3.1水位降深。根據(jù)2018年版《煤礦防治水細則》附4-2采煤工作面安全水頭計算公式，突水系數(shù)臨界值取0.06MPa/m，煤層底板隔水層厚度取平均值58m，即Ps=0.06×58=3.48MPa，一水平上山采區(qū)俯采工作面停采處煤層底板承受水壓應不高于3.48MPa，安全起見，將現(xiàn)采掘區(qū)域奧灰含水層水頭標高降至不高于-60m、突水系數(shù)不大于0.05MPa/m為目標[1]。

3.2疏水量。設計疏水量400m3/h，后期根據(jù)放水試驗效果，將適時調整疏水量。

3.3疏水孔和觀測孔設計

3.3.1疏水孔：設計疏水孔5個，礦井東翼2個，西翼3個。觀測孔：疏水降壓試驗設計觀測孔5個（不包括已有的3個井下長觀孔）。

3.3.2放水試驗

放水試驗分為單孔放水試驗和群孔干擾放水試驗，其目的各有側重，單孔放水試驗，以穩(wěn)定流方法為主，必要時輔以非穩(wěn)定流放水，流量小、工期短、疏水少，重在求取滲透系數(shù)K、單位涌水量q等水文地質參數(shù);群孔干擾放水試驗流量大、工期長、疏水多，通過大幅度降低水位，重在“暴露”試驗區(qū)的水文地質“邊界”條件以分析地下水的補徑排條件，了解地下水的可疏性[2]。

4施工情況和水位變化情況

工作開展以來，共計施工放水孔5個、觀測孔5個，累計進尺1561.7m，鉆孔最大出水量121.3m3/h，累計涌水量達到400m3/h以上，2021年9月-12月完成了單孔放水試驗。2022年元月份開始進行群孔放水試驗。

截至4月8日放水量穩(wěn)定在280m3/h左右，累計放水量達到51.3萬m3，奧灰水從放水實驗前的初始水位+125m降到+5.9m，累計降深119.1m，與建井初始水位（+275m）相比，累計降深269.1m，目前12060工作面停采線處突水系數(shù)為0.062MPa/m。

5疏水降壓配套的措施

5.1新義礦業(yè)成立了疏水降壓工作專班，編制了《疏水降壓工程群孔放水期間管控措施》。完成了西翼軌道大巷6寸主排水管延伸工程，總計工程量鋪設240m。

5.2完成了西翼回風大巷Φ300mm排水管路鋪設工程，共計鋪設管路Φ300mm抽放管1900m，利用Φ500mm抽放管路1400m，鋪設直徑100mm連接管600m。不僅增大了放水量也為緩解井上下供水提供了水源。

5.3對井下所有放水孔安裝流量表和過濾器完成，優(yōu)化了井上下排水系統(tǒng)改造，增加一趟排水管，完成了地面礦井清水外排的管路連接工作。

6下一步重點工作

6.1在西翼軌道大巷第六聯(lián)巷以西進行瞬變電磁底板探，圈定富水異常區(qū)，再施工1到2個放水孔，新增放水量120-150m3/h，將放水量提升至400m3/h左右。

6.2優(yōu)化地面供排水系統(tǒng)，充分利用外排凈水，直接向地面宿舍樓、辦公樓、澡堂、食堂等供水，取消水源井取水，保障地面生活用水。通過與政府溝通，可有償向周邊村鎮(zhèn)、企業(yè)及新安縣城北新區(qū)供水，提高礦井水利用率，降低水資源稅[3]。

6.3優(yōu)化工作面防治水設計，開展“疏水降壓開采+異常區(qū)加固”防治水技術。

7結論

奧陶灰?guī)r水的防治是制約礦井發(fā)展的瓶頸，新義礦業(yè)積極通過疏水降壓的實驗，目前效果明顯，能夠實現(xiàn)礦井“安全帶壓開采”，該項目實施不僅能夠改變以往的防治水路線，還可帶動和提升礦井防治水工作水平。更為重要的是可以大幅度降低礦井防治水費用，預計年均減少防治水費用1500～2000萬元，促進礦井扭虧增盈。也為新安煤田鄰近礦井、河南能源乃至全國其它類似水文地質條件礦井提供經驗借鑒。

參考文獻

[1]國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水細則[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2018.

[2]李松營，張春光，楊培，等.水文地質條件時空差異與防治水對策研究[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2016.

[3]國家煤礦安全監(jiān)察局.中國煤礦水害防治技術[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2011.