某煤矿开采防治水方案的设计

某 煤矿开采防治水方案的设计

杜祥海

中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆 400016

摘要：煤炭作为我国的主要支柱能源，对我国经济的发展具有特别大的推动作用。根据我国的数据研究体现，在我国未来经济发展需求下“煤炭”依旧会占据我国能源结构的主导地位。鉴于我国煤层地质、水文条件的复杂性，使煤炭在开采过程中受到了多种水体的威胁。经统计可知，由于突水事故所造成人员及经济损失位于各类因素所造成的直接经济损失。因此，本文根据新疆某煤矿煤层地质、水文等情况为其设计有效的防治水方案，为确保采煤工作面的安全生产奠定扎实的基础。

关键词：矿井；防治水；地质；物探；钻探

1、工程概况

本文以新疆某煤矿为例，此矿位于新疆南部，井田范围由10个坐标拐点圈闭，走向长4.0km，平均倾斜宽2.7km，面积约10.97km²。主要可采煤层有8层，设计矿井规模为2.4Mt/a，浅部为煤层火烧区，各煤层的火烧层、含水层为一特殊含水层，呈条带状分布在矿区的南北两边，以下₅和下₁₀号煤层火烧烘烤为主，火烧区最低标高为+1528.08m，最大火烧深度为340m，受烘烤影响段最大厚度为177m。受煤层火烧垮落、烘烤的影响，岩体裂隙极发育，贯通性极好，深度变化较大。该含水层含水丰富，为未来煤矿开采的主要水害隐患。

2. 火烧区段治理方案设计

2.1、火烧区治理方案

为防治周边火烧区积水涌入本矿井，最主要的地面治水方案是在本矿井与邻近矿井的火烧区连接处采用帷幕注浆的方式，采用多个钻孔呈直线布置分别打透煤层及烧变岩后采用注浆形成一道隔水墙，切断本区与邻近矿井内的火烧区烧变岩含水层发生水力联系。

2.2、 地面帷幕注浆工程

为防治周边火烧区积水涌入本矿井，最主要的地面治水方案是在本矿井与邻近矿井的火烧区连接处采用帷幕注浆的方式，采用多个钻孔呈直线布置分别打透煤层及烧变岩后采用注浆形成一道隔水墙，切断本区与邻近矿井内的火烧区烧变岩含水层发生水力联系。根据本区烧变岩的渗透特性，其裂隙率约为4%～6%，注浆压力采用1.0～1.5MPa，推测浆液渗透范围较大，半径可达4.0～6.0m。帷幕线按布置单排和双排灌浆孔两种方案考虑：单排孔方案孔距6.00m，估计单排孔注浆帷幕形成后，能止约60%～70%的透水量；为保证能形成宽15.0～20.0m的防渗墙，并确保防渗墙的止水效果，双排灌浆孔方案排距8.00m，估计双排孔注浆帷幕形成后能止约80%～90%的透水量。

2.3帷幕注浆工程量

本矿帷幕注浆工程量表见表-1

表-1 帷幕注浆工程量表

2. 火烧区积水疏放方案设计

3.1井下疏水方案设计

本次设计为节省初期投资，并有效的对火烧区进行探放水，保证矿井安全有序生产，对矿区范围内南北两翼的火烧区积水分为二期进行探放。一期疏排至一采区的最低火烧区边界，二期疏排至三采区的最低火烧区边界。一、二期疏水标高及水量详见表-2-3.

表-2 一期疏水标高及水量

表-3 二期疏水标高及水量

火烧区内积水通过井下探放时，需通过矿井的排水系统排出地面。在实际生产中，若计划放水时间缩短，应适当增加出水钻孔个数。单孔出水量应根据现场实际钻孔出水量为准，同时出水钻孔数也相应调整。

3.2 地面疏水方案设计

结合所有的工程资料的推断，该区域火烧区实际积水量可能小于理论计算的量，周围渗流补给量也可能偏小。本次地面疏水方案设计中，为保险起见，火烧区含水层渗流系数K取小值的平均值，即K=（3.112+0.3603）/2=2（取整），在实际生产过程中，应根据实测值进行校正。

根据本井田地质构造特征及矿井水文地质补充勘探成果，结合地面地形地质条件，本次设计在地面布置8个抽水钻孔。

3.3地面疏水排放

根据环评要求，地面疏水钻孔抽出的火烧区积水不能随意排放，需通过疏水管道排入风井场地内的集中水处理站。由于从地面抽出的火烧区积水属于地下潜水，水质主要为中等矿化度微咸水，可不经污水处理站处理直接排入集水池。

4、火烧区疏水方案确定

根据对井下疏水方案和地面疏水方案的经济和优缺点比较，鉴于烧变岩区平均放水量较大，井下探放水钻孔的主要任务为探水，为地面钻孔布置提供依据，放水工作由地面钻孔完成。

根据矿井首采工作的布置情况，可安全回采3～4年，所以本次设计矿井投产初期先布置ZKCS1一号抽水钻孔，作为实验观察孔，待抽水效果检验后，并结合井下生产情况逐步开展地面和井下探放火烧区积水工作。

结语

煤炭安全生产直接决定煤矿的产煤效率和作业人员的安全性。对于综采设备的安全性而言,可以通过优化其结构及控制策略实现;对于突水事故而言,需根据煤层地质水文特点设计基于先物探后钻探验证并配合注浆加固的手段.实现对煤层工作面的防治水工作。

参考文献

[1]方玉成.柴沟矿薄基岩顶巨厚煤层过沟开采防治水技术[].西安科技大学学报.2018.38(6) :66-74.

[2] 刘树新，杨晓.厚煤层采煤工作面探放水技术的应用D].煤炭技术,2016, 36(8):150-152.