矿井水文地质分区与涌水特性分析.pdf

2017 年 11 月2017 年第 11 期 单位m 图 1矿井水文地质分区划分示意图 0引言 新华矿为典型的深部开采矿井，在其开采过程中 最为突出的典型问题便是工作面顶底板的涌水现象。 现阶段，新华矿待采水平为211 m水平 （ 埋深超过800 m ） ，但该层底板同奥灰层顶面间距较短，加之突水系 数超过0.11 MPa/m，使得怎样实现接下来掘进过程中可 能出现的突水问题成为困扰矿井生产安全的关键所在[1]。 基于此背景，分析以往新华矿工程实践数据，对矿井 水文地质分区进行分析，并对其深部开采涌水特性开 展总结，从而为新水平的开采作业提供坚实依据。 1矿井水文地质分区研究 结合矿井地质状况特点，可知新华矿以地处向斜 轴部井口区域的地层呈现急倾斜向缓倾斜转变的过渡 带充当界限，显示出各异的水文地质特性。综合分析 以往多年地质资料，基于矿井煤层底板岩层产状特性 将整个矿井水文地质划分为4个一级区，同时结合煤层 底板渗透特点，划分出10个亚区。再综合井下突水特 性、掘进深度增加引起的水文地质变化规律等数据， 最终将矿井生产所涉及区域的水文地质划分为2个水文 地质区，其分别为山前水文地质区与平原水文地质区， 并在此基础上进一步细化为5个水文地质亚区，其分别 为玉1亚区、玉2亚区、Ⅱ1亚区、Ⅱ2亚区、Ⅱ3亚区[2]。其 具体划分分区示意图如图1所示。 a 山前水文地质区由于同奥灰层含水带存在连续， 降雨会对其水文产生明显影响。这是由于奥灰层露头 部分裂隙发育完善且浅部裂隙多，深部裂隙少所致。此 外，Ⅰ1区域内存在逆掩构造，使得掘进作业处于奥灰 层下方，加之采动过程中的干扰，掘进作业时易于出现 顶板裂隙漏水现象；Ⅰ2区域存在断层，使得局部存在裂 隙渗流带，加之存在倾斜程度的突然变化，使得覆岩和 底板裂隙水中极易在开采过程中发生泄露。所以该区域 为由奥灰水和采空区水导致涌水频发的区域[3]； b 平原水文地质区。该区域Ⅱ1亚区处于向斜转折 的区域，地层存在由急到缓的变化，因此突水系数偏 低，不超过0.06 MPa/m；Ⅱ2亚区由于断层导水的存在， 加之采动现象的干扰，使得巷道顶板内存在破碎通道， 容易诱发淋水现象[4]；Ⅱ3亚区煤层埋深较大，加之东Ⅲ 断层切入奥灰层，使得该区域突水系数高达0.13 MPa/m。 所以该区域存在的水文问题主要是深部奥灰层涌水导 收稿日期2017-07-15 作者简介李平元，1971年生，男，山西阳泉人，1992年毕业于山 西煤炭工业学校矿井地质专业，工程师。 矿井水文地质分区与涌水特性分析 李平元 （ 山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045008 ） 摘要 矿井水文地质分区和涌水特性分析是确保井下生产作业安全高效开展的有力指导。结合以往生产实践资料对 矿井水文地质分区开展归纳分析，并基于此对矿井深部开采中的涌水特性进行总结，从而为矿井生产的更好、更安全开 展提供指导和借鉴。 关键词 矿井；深部开采；水文地质分区；涌水特性 中图分类号 TD741文献标识码 A文章编号 2095-0802-201711-0041-02 Analysis of Hydrogeological Partition and Water Burst Characteristics of Mines LI Pingyuan Hongsha No.1 Construction Co., Ltd. of Shanxi, Yangquan 045008, Shanxi, China Abstract Analysis of hydrogeological partition and water burst characteristics of mines serves as a potent guide to ensuring the safe and effective running of underground production. Combined with the production practice, this paper summarized and analyzed the hydrogeological partition of mines and concluded water burst features in deep mining so as to provide guidance and references for the better and safer running of coal mine production. Key words mine; deep mining; hydrogeology partition; water burst features （总第 146 期） 能源研究 西斜 反VI I 70毅80毅 反III 反IV O8孔 O6孔 孔 O5孔 北 O3孔 O4孔 东孔西孔 断 层 O7孔 西III 西II II1 II2 II3 东I 东III 东II 东IV 东VII48毅 55毅 80毅 36毅 40毅 35毅 东VIII 反V I1 I2 压扭性断层 扭性断层 一级划界限二级亚区划界限 断层向斜轴 张扭性断层 赵各庄井山边界 12煤层底板等高程/m （虚线为推） 钻孔编号 41 2017 年第 11 期2017 年 11 月 能源知识 致涌水频发的区域。 2矿井深部开采涌水规律分析 综合分析矿井由浅至深各水平开采过程中涌水现 象的各类数据，可知矿井深部开采过程中的涌水现象 具有下述规律 a 同矿井边界相连的各类外围条件是导致涌水现 象产生的外界要素。矿井地表东南区域外围虽然存在 水库，但整个井田并不存在同水库间产生水力联系的 裂隙通道；同时井田南侧下方为古生界山脉地层，为 地下水涌入井田提供了一定的便利；井田北侧和西侧 分别存在断层和由岩浆侵入而生成的屏障，导致整个 矿井类似处于一个封闭的水文地质环境中； b 井下涌水现象同构造地质环境息息相关。由于 地下推覆构造的存在，导致井下山前地质区域内Ⅰ1亚 区存在部分同掘进巷道煤层间隔很小的奥灰层地段， 构成第X水平待采煤层的上部覆岩奥灰层，这些岩层在 地层推覆构造的应向下容易生成裂隙，从而为作业面 顶板的涌水现象创造便利。此外，奥灰层破裂后也极 易发生陷落甚至生成塌陷坑，并因聚集水体造成工作 面涌水的水源[5]。 Ⅰ2亚区内鉴于同井田南侧山脉地层相连接，同时 该区域地势陡峭，导致其该区域内也容易产生裂隙带， 这种情况下，加之断层耦合的影响，导致掘进面极易 产生涌水现象[6]。 在平原水文地质区域内，地层的产状虽然变得平 缓，但由于开采深度超过800 m，区域内部分断层，诸 如东Ⅲ断层，存在直接切入下部奥灰层含水带的情况。 这种情况下，受到采动影响和奥灰水导水带的干扰， 极易导致开采过程中发生断层突水现象，尤其是在开 采深度超过800 m时，井下突水系数可达到0.11 MPa/m 的情况下，煤层在掘进作业中产生奥灰水突出现象的 几率进一步增大[7]。 鉴于上文相关分析可知，新华矿深部煤层掘进作 业时突水事故的发生既同其外围环境存在关联性，同 时也同煤层地质构造特性存在关联，此外与井下开采 深度的持续增加也息息相连。这是由于通过对矿井以 往资料的整理分析可知，伴随掘进深度的增长，井下 500 m750 m深度时，掘进作业中突水现象主要为顶板 突水为主，但采深超过800 m时，掘进作业中涌水主要 由奥灰水导致，特别是随着突水系数超过0.11 MPa/m且 裂隙发育程度较为完善时，发生涌水的风险更大。 3结语 水文地质环境的充分调查是保障井下生产掘进作 业获得安全有效引导的必要前提，特别是在深部开采 作业中，水文地质环境的充分了解更是实现突水灾害 等安全事故有效规避的关键所在。基于此，矿井生产 管理者理应对矿井水文地质的研究保持高度重视，聘 请专业力量，在结合矿井自身实际情况的前提下，对 矿井水文地质的分区开展详实探究，并在此基础上对 矿井的涌水特性加以总结，从而为井下生产作业的安 全、高效开展提供坚实支撑。 参考文献 ［1］ 高会春， 孙少龙， 刘东东.井筒涌水点观测资料在下组煤水文 补勘中的应用 ［J］ .煤炭技术， 20155 80-83. ［2］ 郭天辉， 樊雪莲.宁夏红柳煤矿水文地质特征及首采工作面涌 水分析 ［J］ .中国煤炭地质， 20125 30-34. ［3］ 苗鑫淼.李粮店井田巨厚松散层水文地质结构与涌水沉降研 究 ［D］ .徐州 中国矿业大学， 2015. ［4］ 原帅.解析超深涌水钻孔的钻探工艺及水文地质试验方法 ［J］ .黑龙江科技信息， 201521 43. ［5］ 张彬.干河井田水文地质规律及涌水特点分析研究 ［J］ .山 西焦煤科技， 20104 31-34. ［6］ 李建平.超深涌水钻孔的钻探工艺及水文地质试验方法研究 ［J］ .中国煤炭地质， 20121 32-34. ［7］ 艾启兴.金川矿区深部水文地质条件及 24 行主井涌水成因研 究 ［D］ .兰州 兰州大学， 2014. （ 责任编辑高志凤 ） 优化电气产品设计 随着智能化技术应用不断深入，其对电气工程持 续发展有十分积极的意义。电气产品设计具有很强的 综合性及技术性， 集机械自动化、 计算机科学及物理学 等多门学科为一体， 是一项十分复杂的工作。在电气产 品设计中， 需要将理论与实践结合到一起。传统电气产 品设计是基于大量实验数据， 并通过实际监测而实现。 显然这种设计方法的技术性不强，实际设计具有较大 的工作量， 难以保障工作效率， 同时存在设计缺乏科学 性与可靠性的问题。然而随着计算机科学技术发展与 广泛应用， 电气产品设计开始应用智能化装置， 进而实 现设计工作高效快捷。随着电气产品设计机械化程度 不断增加及计算机辅助设计广泛应用，使设计周期大 幅度缩短。电气产品设计模式也发生了转变， 从以往的 人工操作变为现在的智能化处理，其中遗传算法与专 家系统是电气产品优化设计中的两个主要方案。a 遗 传算法是指操作结构对象。这种结构的安全性与可靠 性较强。遗传算法能够自动指导优化工作， 并获取搜索 空间， 及时调整搜索方向。在产品优化设计中， 遗传算 法十分适用，因此在电气产品智能化设计优化中有着 广泛应用； b 专家系统是以某一领域的一个及以上的 专家提供的数据与知识为参考，利用合理的推理与逻 辑设计， 模仿人类专家处理问题的方式， 然后据此实现 处理实际生产中需依靠专家处理的问题，最大程度地 优化使产品设计工作。在优化设计中， 专家系统发挥着 十分重要的作用，尽管现阶段人们更多的是对其进行 研究， 而没有大量投入使用， 但是随着科学技术不断发 展， 其发展前景与发展空间是非常巨大的。 42