张双楼煤矿-500m水平西三、西四采区水害分析及防治

张双楼煤矿-500m水平西三、西四采区水害分析及防治

张双楼煤矿-500m水平西三级和西四级采区位于西田以西、西翼水库两侧。水文条件复杂。1997年4月19日，斜井突然发生洪水，最大洪水为1631.3mh，并被西井淹没。主要原因是受巷道临近的F15断层附近次一级构造影响,减小了9煤底板与四灰之间的有效隔水层厚度,致使高压四灰水突出。张双楼煤矿为缓解矿井采区接续紧张、矿井向深部延深加快安全生产难度大的不利局面,决定开采西三、西四采区,并对该区域的防治水工作进行了分析,采取了相应对策,取得了较好效果。1地下水水土资源张双楼井田走向长13.5km,倾向长2.6km,位于丰沛复背斜的北翼,基本上为单斜构造。井田东为张双楼—徐庄断层,西为鸳楼断层,北为三河尖—姚桥断层的南下降盘,南为基岩地层隐伏露头。井田内断层、陷落柱发育,地质勘探揭露大中型断层21条,井下巷道揭露陷落柱2个,地震勘探探测8个。近EW向F9和NE向F11断层将井田划分为3个水文地质单元,F9断层以南、F11断层以东为一单元,水文地质条件中等,F9断层以南、F11断层以西为二单元,水文地质条件复杂,F9断层以北深部地区为三单元,水文地质条件简单。西三、西四采区采位于二单元,断裂构造与陷落柱发育,影响7、9煤开采的主要水害因素是导水裂隙带内顶板砂岩水,第四系底砾层、下石盒子组分界砂岩、太原组四灰及奥灰等则是间接充水水源。奥灰含水层在井田南部有14km2的隐伏露头区,水位高、水压大,含水量丰富,通过底砾层、基岩风化带、构造破碎带和陷落柱等向矿井补给,是矿井地下水的总补给水源。7、9煤顶、底板岩性特征见图1。多年开采实践证明,西三、西四采区水文地质条件复杂,10个陷落柱主要集中在西三、西四采区内,其中在井下山西组地层巷道揭露2个陷落柱,周边有出水现象。由于遇到陷落柱能及时采取有效的措施,保证了矿井的安全生产,因此,9煤开采时陷落柱有导通奥灰水的可能,存在突水危险。2西三和西四矿区油气防治水资源保护2.1灰水疏放量大,出现了1.为了保证西三、西四采区开拓与工作面的安全回采,防止底板四灰突水,从1998年7月起对西三、西四采区的太原组进行疏水降压(见图2)。1998年7月21日～11月7日,在西三采区1号放水巷迎头施工3个平孔,均达到目的层四灰,工程量275m,最大涌水量170m3/h,正常涌水量80m3/h;1999年2月～1999年4月施工2号放水巷,巷道长128m,迎头见陷落柱,右肩窝有一出水点,水量11.3m3/h,因担心陷落柱突水而停头。1999年12月12日,在陷落柱外段放水巷附近施工了2个立孔,均揭露四灰,工程量140m,最大涌水量70m3/h,正常涌水量40m3/h。从1998年8月第一个孔出水到2008年底,西四采区四灰总放水量6.25Mm3,水26孔四灰水位已降至-79m,下降39m,水6孔水位降至-150m,下降70m。为进一步加快西三、西四采区四灰水的疏放速度,2006年8月～2008年1月22日先后在西四采区-290m回风道、-376m车场、西四-500m放水巷,共3个水平施工6组18个孔,总工程量为1861m,到2008年3个水平放水钻孔总涌水量为490m3/h。-376m车场放水钻孔水压已经降至1MPa,-290m水平东西两翼各有一组放水钻孔已基本不再出水,四灰水位明显下降。自2006年8月西四实施放水以来到2008年12月底,总放水量为7.65Mm3。随着矿井产量提高、采掘速度加快,进入2009年后采掘头面向西三、西四采区转移,为进一步加快该区域四灰水的疏放速度,在西三-290m回风巷施工立孔2个,工程量146m,最大涌水量185m3/h、-500m变电所施工1个钻孔,工程量126.9m,最大涌水量134m3/h。放水钻孔出水后,地面水6四灰观测孔至2009年8月已经观测不到水位,地面水20四灰观测孔至2009年12月已经观测不到水位,保证了-500m水平西三、西四采区9802、9602工作面的安全带压回采。通过加大疏放四灰水力度,至2010年6月底,西四采区-438m车场四灰放水钻孔水压0.6MPa,西三轨道上山二平台四灰放水钻孔水压1.1MPa,水头压力均在该两采区安全带压开采允许值以内。截止到2010年6月底,西三、西四采区累计放水18.934Mm3。9煤底板四灰水位从-79m,到2010年6月底下降至-320m,累计水位降幅241m,水位疏降速度为78500m3/m。2.2富水砂底砾层段异常2008年12月～2009年1月,采用地面瞬变电磁法对西三、西四采区水文地质情况进行了补充勘探,基本测网点2270个、加密点1030个、检查点188个,总面积达3.08km2。通过探查得出:第四系底砾层段普遍含水,但南部相对较强,而北部相对较弱;7、9煤顶板砂岩层段低阻异常范围较大,而十二灰和奥灰附近的富水范围较小。即从上往下异常幅度逐渐减弱、异常边界往南位移。从异常性质上来看主要异常条带在隐伏露头附近沿地层走向展布,异常边界自浅往深向南退,异常条带明显近南北向延伸,进一步证明各主要含水层隐伏露头附近裂隙发育并通过隐伏露头风化带接受奥灰水的补给,查明了西三、西四采区水文地质条件,为采区的开拓、工作面回采的防治水提供了技术依据。2.3工作面正常掘进活动验证根据地面物探资料,为了保证掘进安全,防止盲目进入富水带或导水裂隙带,西四采区9802工作面在2008年掘进时,在井下采用直流电法超前探测技术,一次超前探测80m,在探测范围内如果无异常区,一次可掘进60m,再进行探测的方法,依次循环,如发现异常段则留足安全距离后进行钻探(见图3),保证了9602工作面掘进时的安全。在9802工作面回采前采用矿井瞬变电磁法探测技术,对顶底板、工作面内异常区进行水文钻探验证,疏放了顶板砂岩水及底板四灰水,将底板四灰水头值控制在安全值以下,保证了工作面的正常回采。在9802工作面取得成功经验后,西三、西四采区先后成功开采了9602、9604、9606、9804等工作面,通过井下物探、钻探查出了9606工作的陷落柱以及9804边缘9806工作内陷落柱的导水性,保证了西三、西四采区各工作面安全生产。2.4矿井防治水措施结合主产实际积极开展有关底板突水机理研究,从影响突水的因素—水源(水量、水压)、地质构造、隔水层强度、采矿活动及地应力等方面着手,根据“下三带”的理论,开展矿井防治水工作。张双楼煤矿9煤开采时,底板实际隔水层厚度只有22m,参照有关规范以及一些矿井防止底板突水方面的经验资料,以及张双楼煤历年开采资料研究,9煤开采时底板太原组4灰安全水压应该控制在1.54MPa以下,符合《煤矿安全规程》第二百七十条规定的要求。3积极研究工作面多年开采实践证明,张双楼煤矿山西组7、9煤的开采受底板四灰高压水威胁,西三、西四采区断层、陷落柱多构造复杂,有导通奥陶系灰岩水的可能,水文地质条件复杂,但通过影响工作面回采的水害因素分析研究,采取了井下疏放水降压、将水压控制在安全水