高莊礦己四采區(qū)涌水分析及水患防治措施

高莊礦己四采區(qū)涌水分析及水患防治措施
摘　要:采空區(qū)積水是影響安全生產(chǎn)的一大水害,如何避免水害事故的發(fā)生,做到安全生產(chǎn),是礦井生產(chǎn)中的大事。通過對高莊礦己四采區(qū)水文地質(zhì)條件全面系統(tǒng)的分析與評估,制定了相應(yīng)防治措施,經(jīng)工作面實施,使工作面安全、有效地完成了排水,順利地、保質(zhì)保量地使工程貫通。
關(guān)鍵詞:水文地質(zhì);采空區(qū)積水;防治措施

1　礦井概況
平煤集團公司高莊礦于1968年12月底投產(chǎn),分兩個水平開采戊、己煤層,一水平開采戊組煤層,設(shè)計生產(chǎn)能力0145Mt/a,于1991年報廢。二水平開采己組煤,在一水平井筒基礎(chǔ)上延深,開拓方式為立斜聯(lián)合開拓,中央并列壓入式通風(fēng),設(shè)計生產(chǎn)能力為0145Mt/a。
二水平共分四個生產(chǎn)采區(qū),分別是己一上山采區(qū),己一下山采區(qū),己三采區(qū)和己四采區(qū),其中己一上山采區(qū),己一下山采區(qū),己三采區(qū)己經(jīng)停采,現(xiàn)主采區(qū)為己四采區(qū),該采區(qū)正規(guī)采面基本回采完畢,采掘工作面為下分層。礦井大面積為采空區(qū),來自頂板砂巖水,斷層水,底板水及火成巖裂隙水,形成大面積采空區(qū)積水。
高莊礦存在水、火、瓦斯、煤塵、頂板等諸多的自然災(zāi)害中,水患問題是高莊礦采掘生產(chǎn)所面對的首要問題,現(xiàn)高莊礦所有采掘工程均為下分層開采,如何解決上分層采空區(qū)老空水對下分層開采的水害威脅,避免水害事故的發(fā)生,確保安全生產(chǎn),為高莊礦在生產(chǎn)中要解決的頭等大事,采空區(qū)積水是影響安全的水害因素,具有一定的靜儲量,水量大,并伴有大量的有害氣體,一旦透水來勢猛且破壞力極大,其經(jīng)濟損失是無法估算的。因此,了解礦水來源,制定水害防治措施,解放采空區(qū)積水下的呆滯煤炭資源,延長礦井服務(wù)年限是一項當務(wù)之急的工作。

2　采空區(qū)積水充水因素
（1）大面積采空區(qū)積水
在采動產(chǎn)生的礦山壓力與地應(yīng)力共同作用下,采動破壞加劇,破壞力加大,采動后產(chǎn)生頂板冒落帶、裂隙帶、沉降帶和底板破壞帶、完整巖層帶、原始導(dǎo)高帶。頂板砂巖裂隙水下滲到工作面。在采面局部地段,由于受構(gòu)造影響,在地應(yīng)力作用下,局部底板隔水層變薄,底板水涌出。己四采區(qū)于1994年開采,歷時12年,其下山兩翼工作面己基本采完(包括下分層)。為珍惜節(jié)約礦產(chǎn)資源,在布置下分層采面時將上分層的階段煤柱全部套采,致使上下各采空區(qū)相互聯(lián)通,而且在布置24052、24072、24092、24112、24152、24162工作面掘進期間均對上分層采空區(qū)進行過探放水,上述工作面除24092仍在開采外,其它工作面均己采完封閉,采空區(qū)積水又開始聚積,水位上升到一定標高后便開始沿采空區(qū)向下階段滲透,當?shù)叵滤畬ふ业阶匀煌ǖ篮蟊阌筛呦虻蜁惩o阻的自然下泄,由此己四采區(qū)下部采空區(qū)大量積水,甚至向外自流,其涌水量約為40m3/h。
（2）火成巖邊界裂隙水
1)己四采區(qū)地表均為厚層狀的火成巖,由于火成巖巖性很脆,采掘時,破壞了地應(yīng)力的平衡狀態(tài),隨地應(yīng)力的釋放,導(dǎo)致裂隙張開。當下部煤層采空下沉?xí)r,煤層頂部厚達300多米的火成巖會因下沉而產(chǎn)生裂隙,將由下而上所有火成巖裂隙水連通下滲至采空區(qū)。
2)火成巖與沉積巖接觸面邊界水。由于巖漿活動時,侵入體對原巖層產(chǎn)生巨大的擠壓撐開作用,當侵入的巖體溫度逐漸降低時,原巖層冷縮出現(xiàn)開裂,從而形成大量張性裂隙,尤其在接觸帶裂隙極為發(fā)育,常形成密集的裂隙破碎帶,這些裂隙一方面成為地下水活動的空間,另一方面也成為溝通鄰近含水層的導(dǎo)水通道。加之礦山生產(chǎn)活動的開采卸壓,在巖漿侵入體和圍巖周圍產(chǎn)生裂隙帶,為水的貫通提供了條件。
（3）小窯老空水
己四采區(qū)范圍內(nèi)地方煤礦即永興煤礦因采礦許可證到期,于2006年元月末被徹底關(guān)閉,據(jù)調(diào)查,該礦在生產(chǎn)期間每月排水電費高達16萬元之多(因該礦無水文地質(zhì)人員無法計算礦井涌水量),由于該礦在生產(chǎn)期間有多處于我礦四采區(qū)西翼24120、24140、24160等采空區(qū)聯(lián)通,從而導(dǎo)致我礦己四采區(qū)西翼采空區(qū)積水量增大,積水位上升。直接威脅24120、24140、24160等采面密閉的安全。目前,根據(jù)24162風(fēng)巷口及24160停采線附近觀測情況:密閉及密閉口上部老空水順24160采空外涌,兩處涌水量觀察約30m3/h。
通過以上綜合分析,預(yù)計己四采區(qū)采空區(qū)積水約62萬m3,此外有約100m3/h動水量補充。因此,需從管理和技術(shù)上采取措施,解決上分層采空區(qū)老空水對下分層開采的水害威脅,避免水害事故的發(fā)生,確保安全生產(chǎn)。

3　防治水害的具體措施
根據(jù)以上對高莊礦水文地質(zhì)條件全面系統(tǒng)分析與評估,針對高莊礦己四采區(qū)水害問題,高莊礦計劃在下部布置己16-17-24172掘進工作面,其目的是:①可以解放24172這塊受水害威脅的呆滯煤量,增加儲量,延長礦井壽命,并總結(jié)經(jīng)驗,探索礦井后期防治水途徑;②對下一步成功回收己四采區(qū)大巷煤柱打下良好基礎(chǔ),基本上解除水害對回收大巷煤柱的威脅,使工作超前運轉(zhuǎn)。廣大工程技術(shù)人員集思廣義,群策群力,充分論證,制定出探放水設(shè)計。建立健全煤礦防治水責任和工作體系,成立專門的防治水機構(gòu),明確責任,任務(wù)量化。各業(yè)務(wù)科室相互配合,各司其職,行使職能。針對分析結(jié)果,制定出相應(yīng)的防治措施。
1)礦總工程師組織相關(guān)業(yè)務(wù)科室及其各基層單位對中央水倉及泵房,己四采區(qū)水倉及泵房全面細致的檢查,對水泵的額定功率進行驗校,對排水管路進行檢修,對水倉開泵人員及變電所人員加強教育,對其講明當前排水工作的重要性及緊迫性,增加其責任感。使其全力以赴投入工作。對水倉及時進行清倉、維修、保證其儲水量。
2)相關(guān)業(yè)務(wù)科室(開拓科、調(diào)度室、安檢科、通風(fēng)科、機電科)深入井下,到施工工作面進行安全檢查,行使職能,齊抓共管,共同努力,消除安全隱患,確保安全生產(chǎn)。
3)對24120、24140、24162等采面的風(fēng)機巷密閉加強觀測,在24162風(fēng)巷口設(shè)一水窩,作永久排水點,鋪設(shè)排水管路4寸一趟,(排水能力50m3/h以上,揚程不低于40m的水泵)排至四采區(qū)水倉口,作到專管專用。
4)對排水管路重新規(guī)化,合理使用,使其資源配置最優(yōu)。
5)確保24172掘進工作面的排水設(shè)備及設(shè)施,符合設(shè)計要求,機巷鋪設(shè)4寸管路2趟,切眼鋪設(shè)4寸管路2趟,作到專管專用,敷設(shè)至己四采區(qū)水倉口,每個排水點工作水泵(排水能力50m3/h以上,揚程不低于45m的水泵)各三臺,二臺工作,一臺備用。
6)地質(zhì)測量科依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水工作條例》《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》等規(guī)程規(guī)定,堅持“預(yù)測預(yù)報,有疑必探,先探后掘,先治后采”的防治水原則,深入井下查看工作面情況,分析可能會出現(xiàn)的各種水患問題,及時發(fā)出水患預(yù)報,用于指導(dǎo)生產(chǎn)。
7)施工隊在生產(chǎn)前貫徹安全生產(chǎn)技術(shù)措施,并嚴格考核,作業(yè)人員熟悉透水征兆,避災(zāi)路線,在掘進過程中必須堅持“預(yù)測預(yù)報,有疑必探,先探后掘,先治后采”的防治水原則。加強水文觀測,發(fā)現(xiàn)異常情況及時匯報。
8)編寫重大水災(zāi)事故應(yīng)急預(yù)案及其演練。在探放水工程前,舉行一次演練,使在其作業(yè)人員按規(guī)定避災(zāi)路線,井然有序,有條不紊,忙而不亂撤離。
9)開鉆前,由開拓科、安檢科,機電科、施工隊、地測科、通風(fēng)科到施工現(xiàn)場組織現(xiàn)場驗收,對施工隊施工鉆場的工程質(zhì)量,泵窩、鉆窩、水泵排水量及臺數(shù),排水管路規(guī)格及趟數(shù)必須符合設(shè)計要求,并對水泵排水量實地測定,達到設(shè)計要求,鉆探前所有設(shè)備必須先作試運轉(zhuǎn),保證排水系統(tǒng)完善,運轉(zhuǎn)正常。
10)由施工隊抽調(diào)責任心強的水泵司機集中培訓(xùn),培訓(xùn)合格后上崗,對工作面排水點每班每個排水點二名水泵司機,并且有一名跟班干部,指揮協(xié)調(diào)排水工作中出現(xiàn)的各種問題。每個排水點串聯(lián)一部電話,定期匯報水情。
經(jīng)過采取以上措施,各部門大力協(xié)作,全體人員齊心協(xié)力,使24172回采工作面在3個月的時間內(nèi)安全有效地完成了排水。順利地、保質(zhì)保量地使工程貫通,確保了安全,為回收大巷煤柱奠定了基礎(chǔ),緩解了接替緊張的局面,為高莊礦在煤炭資源嚴重枯竭,收尾階段,職工穩(wěn)定,企業(yè)穩(wěn)定,奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。