底板灰岩水治理模式研究

肖 红,梁海洋,李 涛

(中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏徐州市 221008)

底板灰岩水治理模式研究

肖 红,梁海洋,李 涛

(中国矿业大学资源与地球科学学院, 江苏徐州市 221008)

基于桃园煤矿地质资料,对该矿区应用4种治理模式开采的工作面的水文地质条件进行了分析,并且将各种治理模式的经济成本对比,确定了不同水文地质条件下最经济可行的灰岩水治理模式。

底板突水;治理模式;水文地质;治理成本

煤层底板突水是一种复杂的地质及采动影响现象,是煤层下覆承压水冲破底板隔水层的阻隔,以突发、缓发或滞发的形式进入采空区或工作面,造成矿井涌水量增加甚至淹没矿井的自然灾害,因此研究底板突水的防治十分必要。本文依据桃园矿近年来采区工作面的水文地质资料,就承压水体上10煤开采中底板灰岩水的治理模式的适用区域和经济成本进行分析和研究。

1 治理模式简介

对部分条件较好的10煤,矿区充分利用隔水层进行了“带压开采”。对条件较为复杂的工作面,本着先查治后回采的原则,分别采用了“疏水降压限压开采”、“局部加固抗压开采”和“局部加固疏水降压限压开采”等对应的技术措施。

疏水降压限压开采则是根据矿区实际提出的新型治理模式。其原理是先于或同于工作面回采时通过打钻孔等手段把富水区域的水抽放出来。但不是降到承压层以下,而是让承压层承受一定的水压,从而进行限压开采。

局部注浆加固技术则是将断层薄弱带和含水层注浆加固改造为“等效隔水层”。由于隔水层厚度的增大和底板抗水压性能的提高,从而保障了10煤的安全开采。

局部加固疏水降压限压开采是指在疏水降压后再对断层薄弱带注浆加固以提高灰岩突水系数的临界值。

2 应用各治理模式的工作面条件分析

2.1 “带压开采”工作面

自1991年以来,桃园矿采用“带压开采”模式共回采了10个工作面,其中5个工作面安全回采,各工作面开采条件见表1。由表1可知,位于一采区的1012等4个工作面,在突水系数高达0.074的情况下,仍然实现带压安全开采,这是由于一采区处于矿井南翼,底板含水层富水性弱。而且对落差大于10m的断层在两侧都留设了防水煤柱。位于二采区的1022等4各工作面则多数都发生突水事故。

表1 带压开采工作面数据统计

2.2 “疏水降压限压开采”工作面

由表1可知,在二采区多数工作面中,带压开采已经不能满足生产要求,故桃园矿进行了“疏水降压限压开采”的生产实践。由表2可知,4个工作面虽然最终都安全开采,但均出现了不同程度的突水现象。由于这4个工作面所在二采区处于桃园矿的北部,构造较为发育,太灰岩裂隙发育较多,不利于注浆改造。而二采区富水性强,最大涌水量为169 m3/h,适合疏水降压。这表明,在富水区域,由于不是降到承压层以下,采用“疏水降压限压开采模式”在经济上是可行的。但是在应用上,该技术还存在一定的缺陷。

表2 疏水降压限压开采工作面数据统计

2.3 “局部加固抗压开采”工作面

自2000年3月以来,矿区采用“底板局部注浆”模式,安全开采了三采区的4个工作面,工作面开采条件见表3。由表3可知,由于局部注浆加固的效果,断层薄弱带和一灰岩二灰岩已被改造成为“等效隔水层”,由于抗水性能的提高,保障了10煤的安全开采。

表3 注浆加固抗压开采工作面数据统计

2.4 “局部加固疏水降压限压开采”工作面

由表2可知,在富水性极强区域,采用“疏水降压限压开采”模式的工作面都有不同程度的突水,突水原因多是断层导水,说明该技术在应用上有一定的缺陷。针对这种情况,桃园矿对4,6采区1041等9个工作面在疏水降压限压后,又进行了局部的注浆加固,实现了安全开采。工作面开采条件见表4。

表4 局部加固疏水降压限压开采工作面数据统计

由于4,6采区也处于矿井北翼,富水性较强,适合疏水降压限压开采这种模式。在疏水降压限压开采的基础上又进行局部注浆加固,将断层薄弱带和一灰二灰改造成了“等效隔水层”,则在水压降低的情况下,增大了隔水层厚度和提高了抗水压性能,提高了灰岩突水系数的临界值。

3 各治理模式经济成本对比分析

一水平各治理模式下10煤产量、工程投入总额和吨煤治水成本见表5。由表5可知,疏水降压限压开采的成本要比注浆加固的要低,而局部注浆加固疏水降压限压开采的成本则是最低的。

表5 各治理模式的治水费用分析

4 结 论

(1)带压开采模式适合浅部条件较好的煤层,但是因留设断层防水煤柱造成了资源的浪费。对于以后的深部开采,这种模式是不安全和不经济的。

(2)在富水性一般,构造裂隙不甚发育的区域,通过注浆改造,可将断层薄弱带和含水层改造成为等效隔水层,提高隔水层厚度和底板的抗水性能。

(3)在富水性较强和构造较发育的区域,局部注浆加固疏水降压开采模式较为适用,因为不是疏降到承压层以下,并且对底板局部注浆加固后有效地提高了底板抗水性能,故在经济和技术上都是可行的。

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2009-09-22)

肖 红(1984-),女,山西忻州人,硕士研究生,主要从事水文地质与工程地质方面的研究。