08-黄陇煤田顶板巨厚含水层防供水综合技术研究-2016年第4期

黄陇煤田顶板巨厚含水层防供水综合技术研究

邢延团

(陕西长武亭南煤业有限责任公司,陕西咸阳713602)

[摘㊀要]㊀为了有效治理黄陇煤田4号煤层顶板巨厚洛河组含水层水害威胁,提出通过布置井下疏放水钻孔对含水层下段进行适当疏放,利用含水层各向异性条件而形成的双层水位使得洛河组含水层下段得到疏放,同时利用井下供水管网将其直接利用㊂以亭南矿为例,采用改进的钻探技术和方法施工井下大仰角㊁大深度钻孔达到洛河组含水层疏放目的,从而减小了工作面正常涌水量并延缓工作面出水时间㊂不仅有效解决了洛河组含水层不可疏干与威胁矿井安全之间的矛盾问题,同时为黄陇煤田顶板水害防治提供了新的思路㊂

[关键词]㊀巨厚含水层;疏放水;顶板水害;排供结合[中图分类号]TD745．22㊀

[文献标识码]B㊀

[文章编号]1006-6225(2016)04-0134-04

Waterproof and Supply Synthesis Technique of Extra Thickness

Aquifer in Roof of Huanglong Coal Field

[收稿日期]2015-11-30

[DOI]10．13532/j．cnki．cn11-3677/td．2016．04．034[作者简介]邢延团(1965-),男,山东淄博人,工程硕士,高级工程师,亭南矿副总工程师,主要从事地测防治水方面的研究㊂[引用格式]邢延团．黄陇煤田顶板巨厚含水层防供水综合技术研究[J ]．煤矿开采,2016,21(4):134-137．

㊀㊀黄陇煤田为中国14个大型煤炭基地之一,是 十二五 期间重要能源生产基地㊂区域内影响矿

井安全的一个主要问题是顶板白垩系洛河组含水层水害威胁[1]㊂由于其含水层距离煤层较远,厚度大,富水性中等,导致工作面出水不规律,严重影响矿井工作面环境,威胁矿井生产安全㊂

目前,对于顶板水害评价与防治方法主要有 三图-双预测 法[2]㊁留设合理煤岩柱[3]㊁采用特殊采煤方法㊁疏干开采[4]和其他数学方法[5]等,其中对顶板水害防治最有效的方法为含水层疏干,并在‘煤矿防治水规定“中对其进行了相关规定㊂但是,由于黄陇煤田水文地质条件较为复杂,顶板主要充水含水层与煤层距离较远,含水层厚度大且富水性相对较强,导致采用疏干开采时存在疏放水钻孔成孔困难,钻孔疏放水量较小等问题㊂同时,一直以来相关水文地质勘查成果均认为白垩系洛河组含水层不可疏放,只能采取被动防治措施,使得相关矿井防治水工作极为被动,并发生多次水害事故㊂

本文提出通过改进工艺,在井下施工大倾角㊁大孔深疏放水钻孔,对洛河组含水层进行试验性疏放㊂结合前期工作面回采过程中发现的含水层上下水位不统一,存在双层水位的情况,对洛河组下段进行疏放㊂此方法改变了传统的含水层会整体疏干的认识,进一步消耗含水层静储量,减小含水层下段水压,对顶板导水裂缝带发育有一定的控制作用,从而延迟了工作面出水时间,减小工作面涌水量㊂同时,通过水质分析和井下供水管网的建立,实现了排供结合一体化,保护区域生态环境㊂本次研究打破了对巨厚中等富水含水层不可疏放的认识,对科学治理顶板巨厚洛河组含水层水害提供了新思路㊂

1㊀含水层疏放可行性评价1．1㊀含水层水文地质条件分析

陕西黄陇侏罗纪煤田发育地层自老到新主要有:三叠系㊁侏罗系㊁白垩系㊁新近系及第四系,其中主要含水层为侏罗系直罗组砂岩裂隙含水层㊁白垩系宜君组砂砾岩含水层㊁白垩系洛河组砂岩裂隙含水层㊁第四系孔隙含水层㊂其中,对矿井威胁最大的为白垩系洛河-宜君组砂岩裂隙含水层,平均厚度约250m,含水层距离煤层约为120~200m 左右,地面单孔抽水试验显示其单位涌水量多数在

0．2L /(s㊃m)左右㊂总之,白垩系含水层厚度大,富水性中等,静储量较为丰富,整体疏降存在

困难㊂

1．2㊀地下水补给条件分析

区域范围内白垩系含水层总体补给条件较好,区域年平均降水量为561．4mm,地下水以大气降水㊁松散含水层㊁地表河流补给为主,区域地下水系统补给面积较大,且研究区所处位置为泾河 马莲河二级地下水系统地下水径流-排泄区域㊂通过4

31第21卷第4期(总第131期)

2016年8月煤㊀矿㊀开㊀采

COAL MINING TECHNOLOGY

Vol．21No．4(Series No．131)

August㊀2016

区内各矿井白垩系水位长期观测资料可看出,经过矿井井下涌水的长期疏降,虽形成局部的降落漏斗,但并未造成大面积的区域性地下水位下降,整体而言白垩系补径排条件较好㊂但是,通过区域内钻孔分段水位观测发现,在工作面回采之后,洛河组上下段水位存在较大差异㊂例如彬长矿区胡家河井田401101工作面回采过程中洛河组上下段观测孔水位降深差异达到150m左右,表明在井下疏放水条件下,巨厚洛河组含水层存在双层水位的现象,这一现象为洛河组下段疏放奠定了基础㊂

1．3㊀疏降工程施工工艺

一直以来,在矿区范围内井下施工洛河组含水层钻孔存在距离远㊁容易塌孔等特点,成孔较为困难㊂通过长时间技术积累,对钻孔施工工艺㊁钻孔布置㊁钻机选择及护孔方法等方面进行改进和修订,研究出一套大仰角㊁大孔深㊁分段隔离的井下钻孔施工工艺,为洛河组含水层疏放提供了基本的技术支持[6]㊂

综合上述各因素,通过井下钻孔对洛河组含水层进行完全疏干可行性较差㊂但是,结合工作面开采实际情况,利用疏放水形成的含水层双层水位,对洛河组含水层下段进行疏放,达到消耗静储量㊁降低含水层下段水压,延缓工作面出水时间,减小工作面初期涌水量,达到 消峰平谷 的目的,从而有效控制工作面涌水情况㊂

2㊀工程概况

2．1㊀矿井及工作面概况

亭南煤矿位于陕西省咸阳市亭口镇亭南村,设计生产能力3．0Mt/a,主采煤层为侏罗系延安组4号煤㊂井田内地层由老到新依次为:三叠系上统胡家村组(T3h),侏罗系下统富县组(J1f),侏罗系中统延安组(J2y)㊁直罗组(J2z)㊁安定组(J2a),白垩系下统宜君组(K1y)㊁洛河组(K1l)㊁华池组(K1h),上第三系(N),第四系(Q)㊂4号煤位于侏罗系中统延安组,厚度1．00~23．24m,平均厚度11．05m㊂疏放水工程位于矿井二盘区西部206工作面,工作面总回采长度2230m,倾向宽度为200m㊂主采4号煤层倾角为0~6ʎ,煤厚13．6~ 20．2m,平均厚度为18．3m㊂

2．2㊀水文地质条件

亭南井田范围内含(隔)水层发育与区域水文地质条件一致,从下到上主要为侏罗系延安-直罗组砂岩裂隙含水层㊁白垩系宜君组砂砾岩含水层㊁白垩系洛河组砂岩裂隙含水层㊁第四系孔隙含水层,其中侏罗系含水层富水性较弱,不会影响矿井生产㊂白垩系洛河-宜君组含水层富水性中等,厚度大,是矿井开采主要威胁含水层(图

1)㊂

图1㊀4号煤和含隔水层空间位置关系

2．3㊀疏放水工程施工

2．3．1㊀钻孔施工工艺

通过系统总结以往钻孔施工经验,选取合适位置进行钻进㊁采用大功率钻机施工高角度钻孔㊁下入长距离套管进行护壁,从技术上打破了以往成孔困难的问题,为洛河组含水层疏放提供了条件[6]㊂2．3．2㊀钻孔结构与布设

通过分析工作面地质与水文地质概况,结合工作面范围内构造影响,在亭南矿206工作面灌浆巷共施工5个疏放水钻孔,总进尺1603m㊂钻孔施工参数与位置见表1和图2㊂

表1㊀206灌浆巷疏放水钻孔参数

孔号

钻孔与切

眼距离/m

孔深/

m倾角/(ʎ)终孔进入洛河

组垂距/m

终孔水量/

(m3㊃h-1) 1号230325．55585．6126

2号428316．55574．182

3号660318．55572．865

4号860317．55053．560

5号1070325．05680．6

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图2㊀钻孔布置平面示意

2．3．3㊀钻孔水量变化情况

自2014年8月19日开始,逐步施工井下钻孔并对洛河组含水层下段进行疏放,随着钻孔的施工,总疏放水量增加㊂之后单孔水量逐渐减小并趋

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邢延团:黄陇煤田顶板巨厚含水层防供水综合技术研究2016年第4期