镇城底矿23113地质勘探及防治水措施研究_刘飞印.pdf

镇城底矿 23113 地质勘探及防治水措施研究刘飞印（西山煤电集团有限责任公司镇城底矿，山西太原030053）摘要：针对汾河的松散含水层有进入镇城底矿的风险，通过研究 23113 工作面上松散含水层相关的水层等情况，计算汾河床第四系松散含水层的水力坡度，研究汾河流域松散层水的补、径、排条件。通过密切监测工作面回采期间地表塌陷及松散层水位变化情况，制定针对性防治水措施，保证安全回采。关键词：地质；防治水；回采工作面中图分类号：TD745文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0259-021镇城底矿 23113 工作面概况镇城底煤矿位于西山煤田的西北部，地形是低山丘陵地，东面、南面、西面均是低山区。而汾河作为桑干河的一级支流，发源地位于郭家坪、坡屋村和左云县镇城底一带，自东北朝西南方向，经过增子坊和大马营地区，其中河床的宽为 100300 m。2地表松散层的勘探方案方案在通向汾河西侧方向的 23113 工作面布置了 9 个钻孔用来勘察，在现河床的方向布置 3 个钻孔用来勘察；在 23113 工作面附近布设 3 个勘察钻孔；在 23113 工作面通往汾河西侧范围布设钻孔 3 个勘察钻孔。全孔均下管，而含水层部分下入滤水管。其中，预计钻孔深度可达 2050 m，终孔的原则为穿过第四系的松散层并进入白垩系泥岩，全孔取芯，同时进行抽放水的研究试验1。3松散层勘探成果3.1含水层与隔水层经过仔细勘察，得到了关于第四系的松散水层相关的岩性包括园砾、粗砂以及上更新统砂砾石。其中有 13 层含水层，其厚度 6.012.4 m，同时有 34 层的隔水层，其厚度约为 1.124.1 m。在隔水层中，白垩系泥岩是主要的隔水层，其最大厚度为 85 m，均厚为40 m。在汾河床周围的含水层厚度都会增大，其中包括了单层厚度河总体厚度。根据前文所作的钻孔抽防水有关的研究试验，可以得出，该地区的涌水量大约在 3040 t/h 左右。3.2地下水的补给、迳流、排泄条件第四系松散含水层位于汾河现代河床、河漫滩、古河床及古河漫滩及较大支沟中，主要接受大气降水的垂直入渗补给和水平方向的侧向补给。地下水迳流方向为沿南东向北西方向（汾河现代河床），迳流坡度3.713.2。汾河床松散含水层迳流方向与汾河水方向一致，由北东向南西方向，迳流坡度 4.74.9。地下水位的动态变化同大气的降水量息息相关。在每年的春季和冬季，地下水位偏低，而在每年的夏季和秋季，地下水位偏高。期间，地下水水位偏高时，采取的排泄方式包括：林地苗木及农田的灌溉、居民生活用水、牲畜用水和向下游迳流排泄。枯水季地下水位低，夏、秋丰水季地下水位较高2。3.3地下水位的基本情况在勘察地区中，根据水井 1 中的资料可得，第四系周围的松散含水层的底板最低的埋深点在 46 m处，其中的标高为 1 377.1 m。含水层的岩性包括了主要的砂砾石、粗砾及园砾。因为其颗粒较粗，同时其孔隙率相较而言比较大，所以，地下的含水层不仅和大气降水量息息相关，同时也与地表水的深浅息息相关；在每年的枯水季，地下水位较低，而在丰水季，地下水位呈较高3。根据调查可知，在勘察地区的北部和南部存在机井，其基本的深度约在 40 m 左右，其中水井 1 有关的松散层的厚度在 46 m 处；而北部区域 ZK509 范围内的数据显示，松散层范围的厚度在 89 m 左右，ZK703在 23113 工作面处于 790 m 时厚度约为 9 m。综上可得出，汾河的大沙沟中部地区和河床地区两边河岸在东北方向通往白垩系的泥岩顶面相对较低，而在第四系的含水层的厚度相对较大，地下水量也较大。4镇城底矿 23113 工作面的防治水措施根据数据可知，镇城底矿在 23113 工作面中开采的长度为 4 155 m，而其宽度为 220 m，镇城底矿其煤矿厚度约在 7.827.4 m 范围内，平均厚度在 18.6 m处，盖山厚度约为 290 m。白垩系泥岩是直接隔水底板（位于松散含水层的上部），厚度大，隔水效果好、可塑性强。但是在 23113 工作面周围，顶板出现了垮塌，易导致导水裂隙带下泄，其破坏同时会影响隔水性能。最终致使地下水沿着断裂下流，但如若该地的地面塌陷程度大于 4.5 m，则白垩系周围泥岩的低处顶端面的地下水可能会倒流入塌陷区，导致大面积的水流产生下泄情况，对矿井生产产生巨大的威胁。因此，收稿日期：2022-04-22作者简介：刘飞印（1991），男，大专，毕业于山西煤炭职业技术学院矿山地质专业，从事煤矿地测防治水工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.099经验交流山西冶金E-mail:第 46 卷只有准确把握其地表水有关动态变化，同时采用合理有效地方法控制导水裂隙带的高度发育，才能够保证生产的安全，有效地防范地表水产生的威胁。8404 工作面导水裂隙带高度研究及控制。根据勘察和研究，在 23113 工作面的覆盖岩层周围有关的岩性以细粒砂岩和粉砂岩为主，含砾砂岩和中粒砂岩为次，两者相辅相成，为互层式结构。其中砂岩大多都胶结致密，同时岩石的饱和抗压度在 2040 MPa 范围内，所以采用矿区水文地质工程地质勘探规范（GB1271991）附录 F 的中硬岩类岩石冒落带、导水裂隙带最大高度的计算公式：Hm=（34）M，H=100M3.3n+3.8+5.1.式中：Hm为冒落带最大高度，m；H 为导水裂隙带最大高度，m；M 为煤层厚度，m；n 为煤层分层数。经计算23113 工作面开采厚度平均为 18.6 m，带入公式可得，冒落带高度最大在 74.4 m 处，导水裂隙带高度最高在 267 m 处。如果开采时，将煤层的最大厚度调至27.4 m，则其冒落带高度最高点在 109.6 m 处，导水裂隙带高度的最高点为 39 m。在此时开采全煤层的厚度，会对地表松散曾产生破坏性影响，地表水下泄成为必然。因此，合理控制开采煤层高度十分重要。综合上述可以得出，地区区域内松散层的厚度最高值约为 45 m，如若要保证安全生产、地表层塌陷在4.5 m 的范围内，同时不破坏白垩系泥岩隔水层，则必需把倒水裂隙带的高度控制在 0240 m 之内。但由于理论数值与实际数值有差距，结合两者，决定导水裂隙带要控制在 0200 m 的范围内。在 23113 工作面回采时，对地面做沉降观测时必须之举，布设 K3、K8、K9 钻孔，通过三个勘察钻孔观测水位变化，频率次数约为 24 h。如若在勘测过程中，产生了地面的沉降、涌水量剧增以及水位下降的情况，则应该立刻启动紧急措施。根据回采时间内的涌水量及相关的地表水水位观测结果，无论在开采前或开采后，都没有出现显然的改变，其改变的规律与前期勘察结果基本符合，不存在明显的地表下陷状况，同时工作面也没有出现涌水情况。虽然工作面回采之后，地表仍然出现了塌陷的情况，但是其松散层的地表水为并未发生下降，综合可以判断出此隔水层的可塑性相对较强，其地表在塌陷时并没有产生巨大的断裂损坏，只产生了弯曲变形，同时也能够维持较好的隔水能力，所以能够为厚煤层的安全开采提供有效保证。5结论1）通过对地表松散层勘探，掌握了汾河区域地表含水层情况，进一步明确了水文地质条件，确定了工作面开采地表水威胁程度，有效指导下一步防治水工作。2）结合松散层勘探成果，留设水文长观孔，建立了动态水文观测系统，对区域水文观测提供强大技术支持。3）切实有效指导工作面安全开采防治水技术方案，在保证不受地表水威胁情况下，提高工作面回采率，为矿井安全、高效、科学开采特厚煤层产生巨大经济效益。4）工作面不受地表水影响，且地表塌陷程度大幅减小，大大降低了工作面输排水费用及地表塌陷环境治理费用。参考文献1李文锋，郜双峰.煤层群下部“孤岛”工作面水害防治技术研究J.能源与环保，2019，41（10）：4.2李永顺.煤矿防治水技术研究与实践J.石化技术，2020，27（11）：2.3李凯凯.煤层群下组煤开采顶板水害防治技术研究J.煤,2018，27（1）：3.（编辑：赵婧）Research on Geological Exploration and Water Control Measures of Zhenchengdi Mine 23113Liu Feiyin（Zhenchengdi Mine,Xishan Coal Electricity Group Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030053）Abstract:In response to the risk of the loose aquifer in the Fen River entering the Zhenchengdi Mine,this article studies the water layersrelated to the loose aquifer on the 23113 working face.Calculate the hydraulic slope of the Quaternary loose aquifer in the Fen River Basin,and study the conditions for water replenishment,runoff,and drainage in the loose layer of the Fen River Basin.Close monitor of surfacesubsidence and changes in water level in loose layers during mining at the working face,and develop targeted water prevention and controlmeasures to ensure safe mining.Key words:geology;prevention and control of water;mining face260