疏水工程.doc

疏水降压工程可行性分析及论证 摘 要朝川矿区岩溶水是一个相对独立的水文地质单元，张村井田靠近西南部寒武系灰岩露头的补给区，在岩溶水系统的补给-迳流带上，受寒灰露头补给影响，存在寒灰高水位异常区域，高水位异常区域的存在严重影响张村矿采区规化，采掘正常合理布置，高水位异常必须查明，张村矿通过多种手段及方法客观查明矿井水文地质状况。在借鉴兄弟矿井疏水降压基础上，内外条件兼备下，经过分析、论证，决定实施疏水工程并制定疏水工程设计及措施，以确保工程施工安全。 关键词 疏水降压 工程 可行性分析 论证 前言 平顶山市瑞平煤电有限公司张村矿位于河南省汝州市朝川矿区中部，主采煤层二1煤层，主采二1煤底板分布有石炭系薄层灰岩和寒武系灰岩，裂隙岩溶发育，富含岩溶承压水，太原组七灰 L7分布较稳定，厚度6-8m,上距煤底板10m，是煤层底板直接充水层。寒武系灰岩是区域最富水的强含水层，上距煤层底板45m，裂隙岩溶发育，富水性强，补给较充沛，是煤层底板间接充水层。 朝川矿区岩溶水是一个相对独立的水文地质单元，有独立的补给、迳流和排泄条件，张村井田、朝川井田同属此单元。（如图1所示）张村井田靠近西南部寒武系灰岩露头的补给区，在岩溶水系统的补给-迳流带上，朝川井田远离西部的补给区，在岩溶水系统的迳流排泄区，朝川矿开采较早，在开采过程中曾多次发生底板突水事故。矿区岩溶水的补给来源①大气降水在矿区西南部条带状灰岩露头区入渗补给。石炭寒武系灰岩在矿区西南部呈条带状裸露于地表，其中中上寒武统白云岩含水层裸露带出露面积为15km2。②朝川水库以及朝川河上游地表水的渗漏补给，③第4勘探线灰岩“天窗”附近，第四系孔隙水下渗补给岩溶水。 F8 F3 朝川一井 朝川二井 蜈绍矿 三井 -1500m -1000m 张村井田 黑龙庙井田 牛庄井田 F1 F4 F3 刘洼正断层 二1 二1 C Є P Q Q 二1煤等埋深线 断 层 二1煤露头线 岩 溶 补 给 区 水 图1 水文地质单元及边界示意图 F3 由于张村矿中型构造较为发育并切割含水地层，并使之发生水力联系，断层垂向导水使太原组簿层灰岩岩溶水与寒武系岩溶水有密切水力联系。虽然相邻朝川矿多年的降水对对张村矿产生一定的影响，但在寒灰露头带，底板寒灰水位仍居高不下，由寒灰水文观测孔可知22-87钻孔0 m，井下一号-157 m，井下二号-246m；石炭系18-90钻-196，井下一号-240，井下二号-218 m，寒灰水总体上在张村矿承西高东低趋势，矿区水文地质条件复杂，矿井防治水任务艰巨。 二、疏水降压工程必要性 （1）开采煤层直接充水含水层处在采动破坏带内 根据对张村矿二1煤开采水文地质问题的初步研究，开采二1煤时，平均破坏深度达到15m，由于太灰距二1煤底板平均10m，所以太灰为二1煤开采过程中的直接充水含水层。太原组上部灰岩水由于距离煤层较近，处在直接破坏的范围内，这部分水是一定会出来的，需要进行预疏放。 （2）直接充水含水层与间接充水含水层受构造影响，存在垂向或水平水力联系 本区对二1煤威胁最大的是下伏的寒武系灰岩含水层。寒武系灰岩含水层厚度大，静储量大且有一定的动水量。二1煤层与寒灰之间有平均45.34m的太原组地层可以充当隔水层，太原组发育的1～5层灰岩一方面与其他砂、页岩隔水层相互结合，从整体上起到对寒灰水的阻隔作用，另一方面有可以作为薄层含水层，在天窗、断裂、构造发育地段等，形成导通寒灰及二1煤的导水通道。 （3）临近矿井经验 相临矿井朝川处于岩溶水系统的迳流排泄区，根据朝川矿井疏放水经验，利用矿井突水点放水及对物探异常区域采取泄水巷与疏水钻孔相结合的方法疏放底板岩溶水，取得较好效果，-250m水平以浅回采过程基本不存在底板承受水威胁。 （4）矿井西部高水位异常区域 由于矿井寒岩水西部存在西高东低的趋势，为保证二1煤能安全回采，经讨论原本对22勘探线以西煤量不予开采，等查明高水位异常的原因并采取一定的技术处理确保二煤回采不发生突水事故方可开采，压煤量较大。目前，二煤采掘接替紧张，并且浅部小煤矿越界侵采现象严重，为缓解接替紧张局面，并能截住小煤矿侵采，必须采取措施查明高水位异常。并且在查明以后，可根据物探成果采取上堵中注下疏的防治水措施，截断岩溶水向深部的补给，径流，为深部开采提供安全保障。 通过以上分析可知由于采动破坏的影响，太原组上部处在影响范围之内。由于断层、裂隙带等构造的影响，寒灰及太灰之间可能存在比较密切的水力联系。实际上，在开采二1煤的过程中，已没有阻隔寒灰水的十分稳定可靠的隔水层，特别是随着开采深度的下延，水压加大，发生底板突水的危险日益加大。 三、疏水降压可行性分析 1、矿井主要充水含水层属于直接充水含水层。 当含水层作为煤层的直接顶板或底板时，由于缺乏工程层位与含水层之间的隔水保护层，含水层中的水会直接进入巷道或工作面给矿井生产造成影响或灾害。在这种水文地质条件下，往往需要采用预疏水技术防治矿井水害。 2、矿井水文地质条件已经查明 为查明矿井的水文地质条件，特别是岩溶水的补给、迳流和排泄条件，张村矿作了大量的工作，井下电法物探、地面瞬变电磁勘探、三维地震勘探、水文钻探、示踪连通试验等地质探查与防治水工作，宏观上已查明矿井的水文地质条件，为开展高水位异常区域防治奠定良好的技术基础，提供了资料保证。 3、新型物探手段有助于疏水降压成功应用 张村矿为提高井下防治水水平，生产中变被动防水为主动治水，提高防治水技术含量，购买了电法仪，瑞利波等物探仪器，其物探在探测掘进前方80m是否存在含水导体、底板80m内富水区域非常可靠、灵敏。并且经常去科研机构学习并与兄弟单位技术交流，物探设备在张村矿有着良好的应用基础和较好的实用经验。 为了彻底消除-250m以浅二1煤开采过程中底板突水的威胁，在经过充分分析的基础上，在内外条件兼备的条件下，决定实施此次疏水降压工程，以太灰水和寒灰水为疏放目的层。 四、方案的提出及评价 方案一巷道布置在采区西翼，沿二1煤层掘进，工程量1000m。 优点①安全系数高。泄水巷层位布置在二1煤层中，二1煤底板直接隔水层，再加上石炭系中部隔水层及下部铝土层隔水层，在掘进过程中采取一定措施，可确保安全掘进。②由于泄水巷布置在煤层中，施工进度较快，施工工期短，前期工程造价低。③煤巷施工中，如果经过钻探证明巷道底板水量较小或水压不大，巷道可重复利用，作为回采工作面巷道使用。 缺点①如果巷道发挥其作用，作为泄水巷长期放水，那么就要留设保护煤柱，巷道两边压煤较多。②随着时间的延续，泄水巷受周围采动影响，承受采动矿压及自重力影响，巷道变形严重，后期必须要投入大量的人力、物力进行巷修，维修量大。③泄水巷道设计为小上坡巷道，二煤煤层沿走向起伏较大，沿煤层掘进需多次调整巷道方向，给今后采掘面的设计带来不利因素。④沿煤层掘进必须施工疏放水钻孔，施工配套疏放水钻孔费用高，钻孔开口为煤层，施工及维护难度大。 方案二巷道布置在采区西翼，沿一8煤掘进，工程量1000m。 优点①泄水充分。泄水巷直接顶板为L7灰岩，泄水效果较明显。②一次投资，长期受益。由于泄水巷顶板为灰岩，强度大，硬度高，好管理，巷道维修量较小。③由于泄水巷布置在灰岩下面，不影响二1煤正常的采掘布置，下面泄水巷可与位于其上的采掘接替面同时布置，同时施工，互不影响。并且不压阶段煤柱。④放水钻孔掘进深度小，工期短，经济。 缺点①由于巷道施工在灰岩中，巷道底板有效隔水层厚度变小，其底板受地应力影响局部变薄或在岩石破碎带、断层带附近，无法挡抵高水压水头，有突水可能。②为确保安全掘进，在掘进中相配套的防治水工程（超前钻探，物探，泄水钻孔及相关设备设施），工程造价大，工程速度由于受以上因素的影响，工期相对较长。 张村矿施工泄水巷的目地，是在确保安全的前提下，最大限度的疏水降压。目前，张村矿拟定的二种方案，本着经济合理，技术可行，方案最优，疏水效果最佳，工程质量最好的原则，根据以上分析定方案二为张村矿-250m泄水巷的首选方案。 五、泄水巷防治水工程设计 该疏水工程施工期间的防治水原则是一是正常区段以超前物探为主，对物探异常进行钻探验证；二是对泄水巷底板进行直流电法物探，在泄水巷底板物探富水异常区有选择的打观测孔和疏放孔，实施疏水降压。；三是加强排水工作，完善排水系统； （1）排水系统设计 ①水窝 泄水巷要求在巷道钻探处设置水泵窝，规格要求宽3.0m，深3.0m，泵窝底板低于巷道底1.5m，工字钢或锚网支护，帮顶要求背牢刹实。 ②排水管路及设备选型 泄水巷安装2趟6寸排水管路和三台水泵，单台排水能力不小于80m3/h，紧跟掘进工作面，扬程符合巷道高差需要。 （2）物探工程设计 ①物探方法及设备 主要采用高分辨及瑞利波物探技术方法联合探测，物探低阻异常须进行钻探验证，确保掘进安全。 ②物探工作量 自巷道开始掘进，每掘进40m物探一次，物探有效距离不小于60m，每循环掘进必须保证不少于20m的超前距。 ③物探成果 为确保掘进速度，尽量减少对生产的影响，且保证掘进安全，要求物探成果必须在井下物探后当班内提交出来，根据物探结果及时发出地质、水文地质书面预报。 （3）泄水巷疏水孔设计 ①钻孔布置原则 本次泄水巷疏放水源为太灰水与寒灰水。本设计原则上每隔100 m实施底板探测，根据物探结果和施工现场情况确定孔位。 ②钻窝工程布置 本次设计钻窝规格深宽高4.5m4.0m3.5m。 ③施工疏水钻孔设备选择 施工疏水钻孔设备选用MK3型全液压钻机1台。 ④钻孔结构设计 套管深度为16m，Φ128mm，试压压力要达到20Kg/cm2，试压合格方可钻进。 六、采取的措施 （1）必须完善井上下主要含水层的水文长期观测系统，太灰含水层和寒灰含水层；通过掌握各含水层的水位变化及其相关性，可以推断各含水层之间的水力联系。 （2）采用物探措施，主要是井下直流电法、瑞利波等探测下伏含水层的富水性分区情况，垂向导水通道的发育情况等。 （3）工程技术人员坚持到施工现场，充分撑握岩层赋存状况，收集该工作面水文地质、地质资料，加强该工作面水情、水害分析预报工作。 （4）同时，施工队在编制施工作业规程时，仍要对可能存在的水患进行分析，编制出有针对性的应急救援预案并进行演练，掘进队要对掘进工作面施工人员进行矿井防治水基本知识培训，作业人员要熟悉透水征兆，避灾路线。 （5）相关业务科队（生产技术科、调度室、安检科、通安队、机电科）深入井下，到施工工作面进行安全检查，行使职能，齐抓共管，共同努力，消除安全隐患，确保安全与生产。 七、总结 通过对实施疏水工程进行分析、论证而最终确定疏水方案继而配套相应的防治措施，为确保工程安全施工创造了条件。