鸟山矿首采区砾岩含水层下开采可行性研究

鸟山矿首采区砾岩含水层下开采可行性研究

吕继龙

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司地质测量部 154100

摘要：鸟山矿设计能力120万t/a，根据鸟山煤矿初步设计，首采区为一水平南四采区主要开采3号煤层，3号煤距石头庙子组砾岩裂隙含水层平均70m左右，一旦开采，导水裂隙带高度波及上部砾岩含水层，因此，鸟山煤矿首采区回采面临的主要问题就是顶板砾岩含水层威胁，本文主要针对3号煤层上部的砾岩含水层进行研究，以达到3号煤层安全回采。

关键词：砾岩含水层 导水 可行性 措施

1.引言

石头庙子组砾岩含水层厚度大，富水性具不均一性，相对富水异常区分布大部分位于构造破碎带附近，主要是断层附近区域，大致呈南北条状分布，特别是断层交汇、切割的密集带，往往是造成突水的导水通道。

2.砾岩含水层特征

根据水文地质勘探抽水试验资料，石头庙子组岩芯一般完整，坚硬，硅质胶结；局部受构造影响，岩芯破碎，裂隙发育。含水层单位涌水量0.1506～1.059L/s·m，富水性中等～强，正常地段一般裂隙较发育，富水性中等；局部断裂构造带及其伴生小断层密集部位裂隙发育，富水性强。该含水层矿化度为257.61～483.74mg/L，水化学类型主要为HCO3-Ca、HCO3-Na·Ca、HCO3-Ca·Mg·Ca型。石头庙子组砾岩含水层相对富水异常大致呈南北条状分布，相对富水异常区分布大部分位于构造破碎带附近，主要是F15、F34、F77等断层附近区域，而且异常区分布相对集中。

综上所述，砾岩含水层富水性具不均一性，受南北向断层及北东向断层影响，在断层带及其附近，特别是断层交汇、切割的密集带，裂隙发育、富水性中等-强，对煤矿安全生产存在直接影响。

对砾岩含水层开展的专题研究

3.1开展水文地质条件综合评价

1）主采煤层顶板主要含隔水层空间展布特征研究：对首采区主要含隔水层进行详细层段划分及含隔水性评价，对其空间展布特征进行分析。

2）地下水动力场研究：对首采区地下水补、径、排条件、地下水流场以及含水层之间的水力联系等进行分析研究。

3）水文地球化学研究：分别在矿区地表水、水源井、水文孔以及井下出水点等地点采取水样，在实验室通过测试地下水水化学组分，包括PH、矿化度、总硬度、总碱度、K⁺、Na⁺、Ca²⁺等离子来研究地下水的水文地球化学特征、赋存条件、各含水层水力联系等。

4）首采区水文地质条件综合分析及评价：对首采区水文地质条件进行综合分析及评价，掌握3号煤层上部砾岩含水层的富水性、导水通道、充水水源等，对煤层开采可行性奠定了基础。

3.2开展砾岩含水层充水规律研究

1）分析原始砾岩含水层的富水规律：综合鹤岗矿区其他矿井相关地质资料及采动对含水层的揭露情况，从含水层水文地质参数空间分布、地质构造控制作用、含水层揭露部位的涌突水特征与含水层露头补给条件方面，综合分析石头庙子组含水层富水特征。

2）运用沉积分析方法对含水层进行精细划分：通过分析地面三维地震探测成果，钻孔抽水试验、含水层厚度、岩性岩相测井、流量测井、简易水文观测、水化学测试数据等，运用沉积分析方法对含水层进行精细划分。

3）首采区煤层顶板含水层富水性分区研究：利用GIS的空间叠加技术综合评价首采区煤层顶板含水层富水性，并对首采区煤层顶板含水层富水性分区进行研究，为未来井下探放水设计以及顶板水害防控提供决策依据。

4）地下水渗流场的动态模拟：以矿井水文地质资料为基础、结合上覆含水层的分区特征，通过对砂岩裂隙含水层的赋存特点、含水层与煤层空间关系的研究，采用地下水模拟软件GMS建立矿区水文地质的概念模型和数值模型，模拟鸟山矿首采工作面井下疏排水以及开采过程中含水层地下水流场、含水层水位变化、含水层疏降时间，以及采动影响对砂岩裂隙水渗流场的影响。

3.3开展深部厚煤层综放开采覆岩破坏预计与实测研究

1)鹤岗矿区厚煤层综放开采覆岩破坏高度理论研究：结合矿区其他矿井导水裂缝带高度实测结果，综合采用统计回归、经验类比、理论分析、相似模拟和数值模拟的手段对鹤岗矿区厚煤层开采造成的覆岩破坏规律进行理论研究。

2）厚煤层综放开采覆岩破坏高度的实测研究：采用的方法为井下仰斜孔导高观测方法，实测的内容包括采前钻孔裂隙发育和采后采动裂隙发育特征，通过在首采工作面回采前布置采前观测孔，回采过程中布置采后“两带”观测孔，进行实测研究，得到鸟山煤矿覆岩破坏高度、覆岩裂隙分布特征。

3）覆岩破坏与顶板含水层渗流耦合研究：在覆岩破坏高度与特征实测的基础上，采用数值模拟建立覆岩破坏与渗流耦合的数值模型，与相关实验室与理论研究成果进行比较分析，研究煤层采动影响下裂隙岩体渗流量与采动应力的关系，指导矿井涌水量预计，为水体下安全开采提供依据，指导巨厚砾岩含水层下安全开采。

3.4

开展首采工作面掘采不同阶段涌水量预测分析

1）鹤岗矿区砾岩含水层下初采期间涌水量调查分析：系统调查矿区范围内砾岩含水层下工作面回采期间的涌水量，分析砾岩含水层初采期间的充水规律。

2）采掘条件下含水体结构及渗流特征演化研究：对矿井天然和采掘条件下含（导）水体渗流特征进行分析；并对采掘条件下不同阶段涌水量构成进行分析研究。

3）矿井不同采掘阶段涌水量预测：利用研究得出的鸟山矿井不同采掘阶段涌水量的预测方法，按照时空分区预测矿井涌水量的方法，分别对矿井首采区、掘进和首采面回采阶段涌水量进行预测。

4）矿井排水系统和排水能力评价：根据预测的不同采掘阶段的涌水量，依据《煤矿防治水细则》，完成对矿井、首采区和工作面排水系统的评价，并提出改进和完善排水系统的合理化建议。

4.首采区水害防治技术管理

4.1明确煤矿水害防治工作责任，健全工作体系

明确防治水组织机构，建立健全各级水害防治工作责任制，落实专门的防治水技术人员、探放水专业队伍以及探放水专用设备，明确责任，根据实际情况，建立健全水害事故应急救援预案，做到机构、人员、设备、设施、资金“五到位”。

4.2落实煤矿水害防治工作机制

严格监督水害防治技术措施审批，定期进行水患综合排查，查明矿井水文地质条件，不断开展对断层、含水砾岩层的普查工作，通过收集资料，建立防治水基础资料档案，落实保障防治水安全的技术措施、管理措施，提高矿井防范重特大水害的综合能力。

4.3 加强科技攻关，提高煤矿水害防治技术水平  　　与各科研院所开展水害防治技术攻关和科学研究，重点研究3号煤层上部含水层突水机理与防治技术，加大防治水科技投入，积极运用新技术和先进实用技术，同时不定期组织水文地质专家进行“会诊”，在确保安全的情况下方可生产。

5.结 语

鸟山煤矿3号煤层首采工作面的安全回采对鹤岗矿业公司长远发展具有重要意义，通过对3号煤层上部含水砾岩层的深入研究，摸清含水层的水文地质情况，强化水害防治理念，充分利用科技手段，确保鸟山煤矿3号煤层首采工作面安全回采。

参考文献

陈兆凤，黄坤升，骆志兵.崔木煤矿立井井筒松散砾岩含水层段壁后注浆技术[J].建井技术，2009（2）：7-9.  　　[2]李金斗，魏金山.大直径立井井筒砾石含水层快速施工[J].煤炭工程，2010（7）：32-35.

作者简介：

吕继龙，1969年9月出生，1994年毕业于阜新矿院水文地质与工程地质专业，现工作于黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司地质测量部，主要从事矿井水文地质技术及管理工作。