煤矿水文地质工程（精选十篇）
煤矿水文地质工程 篇1
改革开放以来, 我国开始大力发展工业, 煤炭工业的发展为我国经济发展做出了极大的贡献, 不仅提升我国的人均GDP, 改善了人民的生活水平, 也为社会的和谐发展和提高我国综合国力做出了贡献。如今我国的工业运行主要是依靠以煤矿为主的矿物质燃烧, 所以发展工业就应该对煤矿的开采勘探技术进行完善和革新, 在确保煤矿开采量的同时, 保证开采煤矿安全工作的落实。
1 煤矿水文地质的内涵
早在18世纪中期, 美国就开始了煤矿的开采工作, 但由于没有专业的设备也只是少量的开采。直到19世纪80年代时, 经历了工业革命的英国发明了专门的开采设备, 率先进行了大规模的煤矿开采作业。煤矿开采是高危行业, 在管理不当, 专业技术不达标, 措施不完善的情况下, 时常会引发严重的事故, 不仅危胁施工人员的生命安全, 损失国家和企业的财产, 还对我国工业发展的正常运行产生影响。因此, 在煤炭开采施工前, 必须对井田地质情况做出详细的分析;对水文地质进行勘察和研究;提高安全技术措施的严密性;培训员工的工作专业性, 在有安全保障的情况下进行开采作业。在煤矿开采工程中, 水文地质勘察是一项必不可少的环节, 也是制定施工设计的基础。
从概念上分析, 水文地质指的是研究地下水的科学, 专家们根据矿区的含水层空隙性质分为松散孔隙含水层, 裂隙含水层, 岩溶含水带等。这三种水文地质情况会对煤矿的开采产生较大的影响。含水层的含水量以及岩性的主要成分, 都决定了采矿作业能否顺利进行, 所以, 它是是采矿设计中的关键环节, 是施工技术人员在制定措施时必须研究的对象之一。其中, 松散孔隙含水层属浅层地下水, 岩性主要成分是黏土、砂岩以及砾岩, 具有厚度小, 富水性不均的特点。裂隙含水层的岩性由于分布均匀, 其成分没有明显的特征。受地下水补给, 水主要赋存于裂隙中, 具有含水性差的特点, 但往往多数水害事故都因裂隙有关。岩溶含水带的岩性成分主要以石灰岩为主, 分布极不均匀。与松散孔隙含水层和裂隙含水层不同的是, 它具有较大的集中径流和集中排泄的消耗量。
2 煤炭水文地质工程中存在的问题
煤矿水文地质的主要问题就是充水, 水文充水的因素有许多, 主要可以从充水水源、充水通道、充水强度等三个方面进行研究。充水水源多数以自然风化和岩层构造的间隙水直接充水, 也会有间接的充水方式, 如基岩的裂隙水等。充水通道的方式比较多种, 在自然界中充水通道方式有岩层裂隙的演变和基岩的纹理演变, 这是充水的天然通道。同时也有由于人工对煤矿的开采和施工产生的岩层裂缝, 这也是含水层通向煤矿层的通道。充水强度指的是通过定性分析和定量预测评价来反映矿井水文地质条件的复杂程度及充水量大小。因此, 这三个方面需要大量的勘探数据分析和现场经验积累来总结煤矿的水文地质规律。
3 煤矿水文地质勘探的意义
在制定煤矿开采设计之前, 技术人员需要对煤矿水文地质进行勘察, 对采矿区的涌水量进行科学的估测, 设计煤矿区施工中的供水量和施工排水方案, 排除施工中由于水文地质不稳定而出现的开采事故。
1) 对采矿区的涌水量进行估测, 有利于技术人员掌握矿区的水文地质特点和条件。对采矿区的岩性和充水原因进行研究, 排除不利的因素;对采矿工作的效益进行评估, 给施工一个完善的设计, 能够确保施工的正常进行。在能源需求大的21世纪, 国民经济的发展需要大量的能源开采来支撑, 煤炭是我国的主要能源之一, 煤炭的开采对于我国经济的发展有着重要的作用。随着对煤矿开采力度的增加, 对煤矿水文地质工程勘探技术的要求也越来越高, 完善地质勘探对于整个煤矿开采工作有着非常重要的作用。
2) 煤矿区施工供水和排水方案的设计, 是对施工顺利进行的一个重要基础。在开采施工中, 需要一定量的水供给。这就要求技术人员要对供水通道进行勘探和研究, 对自然充水通道和人为充水通道进行科学的整合, 计划出一条安全可靠而又稳定的供水通道。在施工过程中, 还需要完善一个排水方案, 将多余的水通过安全的通道排出, 从而不影响煤矿的开采。将排水通道和供水通道进行整合, 降低施工的成本, 提高工程效率, 确保计划的安全性和稳定性, 从而提高工程的收益。所以施工前对煤矿水文地质进行勘探是一项必不可少的工作。
3) 施工的安全是施工的基础, 工程只有在安全稳定的情况下, 才能提高工作效率, 提高煤矿的质量, 从而为社会的发展做出贡献。对水文地质进行检测还可以有效地预测施工中有可能出现的施工事故, 从而改变原有设计, 不断地完善工程系统, 保障人员的生命安全和企业的利润。
4) 水文地质工程能够帮助煤矿工作人员对地质情况有深入的了解, 能够分析具体的地质环境, 进行适宜的划分方式等。其次, 在了解地面的地质情况后, 还能够对地下地质情况有较准确的判断, 初步掌握观察区域的地质规律, 并用于科学研究, 进一步完善对煤矿的开采工作, 为后期地质勘察工作奠定基础。
4 煤矿水文地质工程勘探的技术研究
4.1 地下水化学同位素的探究
随着时代科技的发展, 同位素在煤矿水文地质勘察中得到了广泛的应用。利用同位素的特点, 可以对煤矿区的地下水源产生和发展的过程做出相应的研究, 还可以对地下水补给的情况进行科学的分析, 判定补给的方向, 补给的数量, 补给的强度, 补给的广度等。化学同位素的应用使得水文勘探变得简单。
4.2 煤矿水文地质物探研究技术
综合物探技术是地震勘探和电法勘探的结合技术, 这项新型的技术解决了煤矿开采时遇到的水文地质构造问题。在对水文地质进行物探时, 先是运用地震勘探仪对三维数据进行分析, 再结合运用原有的地震地质数据, 做出煤矿区的地质构造模型图。最后利用电法对煤矿区进行勘探, 使用电磁对计划开采地区的岩层水文地质进行详尽的数据分析, 并结合之前地震仪勘探的数据, 对水文地质进行更完善的研究。随着地震勘探技术和电法勘探技术的研究, 物探的勘探手段也越来越进步, 在煤矿水文地质工程中占据着重要的作用。
4.3 计算机遥感技术
随着计算机时代的到来, 计算机遥感技术也被运用到了煤矿水文地质的勘探中。计算机遥感技术精确地对地下水的分布进行检测, 并且利用计算机进行制图和计量, 是现代的勘探重要手段。同时还可以结合使用三维激光扫描技术, 将三维激光扫描技术应用于煤矿勘探中, 能够快速对空间中的物体进行扫描, 并获取到相关的三维信息, 构建起三维数据库, 进行立体化、高精密度的测量, 实现测量技术中的一大突破, 这是地质测绘工程研究中的里程碑。
4.4 RS技术
在煤矿水文地质工程勘探中还有一项应用十分广泛的技术———RS技术, RS技术的应用效果较好且勘探准确, 不需要多过的人工操作。并且应用在煤矿水文地质工程中具有较多的优势, 这是因为RS技术能够对煤矿地表沉陷范围与沉陷深度进行检测, 对煤矿内部地下水的情况、煤矿中的污染情况以及对煤矿所处地的边坡稳定性进行准确的勘探。但是, 在开展RS技术进行煤矿勘探的过程中, 还要注意几点: (1) 建立有效的RS基准站, 最好是将基站的位置选在地势较高的地方, 提升精准度。 (2) 保证不受外界环境的干扰, 比如高压电线、无线电发送源等容易对RS基站的工作产生影响, 要避免这类建筑。
5 结语
随着经济的发展, 科技也在不断的发展。煤矿水文地质工程中存在的充水问题, 对施工有着重要的影响。但在技术人员的不断研究发展中, 利用科技手段也逐渐地克服了开采中的困难。同时, 利用化学同位素、物探技术、计算机遥感技术等方式, 对煤矿开采进行了科学完善的勘探。这些勘测手段不仅为施工制定科学计划提供了依据, 提高施工的安全性和施工效率, 还对人类的生产生活水平的提高, 企业效益增长, 社会的发展做出极大的贡献。
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煤矿水文地质工程 篇2
1.矿井地质工作的目的及其意义分析
对于矿井地质工作而言，其目的即确保矿井生产以及建设过程的安全性，同时尽可能加快煤矿建设和发展速度，并最终实现煤炭资源的充分利用。具体而言，矿井地质工作过程中，必须明确矿井周边的地质情况，并针对那些可能对煤矿生产过程产生影响的地质条件进行勘查，并为煤矿生产和建设提供相应的地质资料，同时深入现场、掘进头以及煤炭回采工作面进行工作，以便及时找到地质条件对煤矿生产所带来的影响，此外还要注意对煤矿储量进行动态掌握。煤矿的开采过程必须在复杂的地质体内进行，并对地质体中的煤层进行开采。对于煤矿的开采而言，其开采技术本身必须建立在复杂的地质条件基础上，以最大程度的促进煤矿的发展。因此，必须对矿井地质工作给予足够的重视，以确保煤矿开采的安全可靠性和经济合理性。
2.煤矿井下矿井地质问题
由于目前煤矿井下矿井地质中存在许多亟待解决的问题，因此，加强对煤矿井下矿井地质问题的研究刻不容缓，以下分别论述。
第一，勘查工作的执行不到位问题。进行煤矿的井下矿井地质勘查活动，主要将岩性空间的分布、水文以及瓦斯地质、煤层厚度以及地质的构造等问题处理得当，目前很多煤矿进行井下矿井地质工作勘查的时候，没有掌握充分的地质资料，对于开采以及勘查的各种条件尚未明确，具有比较大的盲目性，丢煤事故也比较容易发生，存在很大的安全隐患。
第二，本身的地质条件比较复杂。部分煤矿地势以及地表的高度差很小，无隔水层，很难进行开采，因此，煤矿钻出的孔质量不合格，不方便进行地面的封孔，探放水后才能进行采掘。部分由于井田范围不达标，产生各种积水问题。
第三，塌陷问题严重。部分煤矿由于进行采矿的时间比较长，采矿的强度也比较大，极其容易造成严重的积水、塌陷问题。部分煤矿倾角很小，地势也相对平坦，尽管目前塌陷程度比较小，但又加剧趋势。
第四，水环境的问题。首先，随着煤矿区井下采矿的日益增多，很多含水层被抽干了，水位也逐渐见底。其次，逐渐扩大的采矿量还直接造成了倒塌问题，加剧了采矿地区的旱情。最后，由于采矿的一些污水没有很好的处理，影响了矿区附近居民的正常饮水。
第五，监测以及监督的力度不够。首先，没有对煤矿井下矿井地质条件本身存在复杂性有一个深刻的认识和分析。其次，很多不合格的煤矿井下矿井仍然进行煤矿井下矿井地质工作，国家的进入门槛低，该行业良莠不齐。最后，很多地质灾害现象都没有得到很好的监测。除此之外，还存在老窑以及断层透水、塌陷问题、冒顶问题、瓦斯爆炸以及瓦斯中毒问题。
3.改进煤矿井下矿井地质问题的措施
针对目前煤矿井下矿井地质问题，提出了以下改进措施。
第一，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要加大勘查工作的执行力度。严格按照程序，进行煤矿的井下矿井地质勘查各项活动，在确保具有完全的地质资料并且具备完全的勘查条件情况下，实地进行考察，才实施煤矿井下矿井地质活动，防止不安全事故发生。
第二，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要减少水环境问题产生。首先，要封孔并且隔开含水层，防止水质交换。其次，合理化采矿方法，选择合理的方案进行开采，防止水污染。再者，尽量使得矿井的涌水量不要太大。采用的技术包括截流和堵水的技术，防止矿井涌水量过大。
第三，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要防止塌陷问题加深。制定合理的开采方案，对开采量、开采时间、开采强度选择适合的最大最小值，局限好开采上下限，防止部分煤矿由于开采时间过长、强度过大等情况造成的积水、塌陷问题，对于目前没有塌陷情况，或者塌陷情况较小的煤矿，要加大保护力度。
第四，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要完善好煤矿井下矿井地质的图纸以及台帐，要了解好煤矿井下涌水量资料、水质成果、含水层的分布以及井下突水点等情况，根据实际情况对地质的图纸以及台帐进行调整以及补充，保证一年进行一次大的整改。
第五，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要加大监测以及监督力度。一方面，由于目前本身煤矿井下矿井地质条件本身存在复杂性，因此，要监测并调查好相应的环境地质问题，做出适当的分析，尽量将开采对环境造成的伤害降到最低。另一方面，相关部门要加大对矿井的监管，严格取缔不合格的煤矿井下矿井，提高进入煤矿井下矿井行业的门槛，缩小开采范围以及数量，对煤矿井下矿井的地质灾害进行监测和管理，发现不正常现象，及时制止。
第六，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要实行煤矿井下矿井。责任保护制，谁污染了煤矿井下矿井地质环境，就应该有相关的负责人进行环境问题的治理，谁从煤矿井下矿井地质工作中有所得益，就要进行相应的防治工作。从而促使企业按照科学发展观、构建和谐社会相关要求进行煤矿井下矿井地质工作，维护环境和谐，保持环境的良性发展。
第七，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要处理好开采阶段的问题。首先，保证减少对土壤结构的破坏，才进行基坑开挖。其次，采用矸石充填的方式，综合进行开采，保护煤柱。最后，要封堵好导水通道，减小充水。最后要利用煤矸石进行塌陷坑的填充以及建筑材料的制造等。
第八，为了改进煤矿井下矿井地质问题，要注重闭坑问题。要通过帷幕注浆一些积水量相对多的闭坑矿井，使得含水层被切断，减小污染，对后期塌陷位置进行复垦，重建矿区系统。
4.结论
综上所述，要加大勘查工作的执行力度，采取减少水环境问题措施，防止塌陷问题加深，完善好煤矿井下矿井地质的图纸以及台帐，加大监测以及监督力度，行煤矿井下矿井责任保护制，处理好开采阶段以及闭坑阶段的问题，才能更好的保证煤矿井下矿井地质工作的进行，促进企业经济效益。
【参考文献】
煤矿开发中水文地质研究的作用 篇3
关键词：煤矿开发；水文地质
中图分类号：TD741 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）18-0171-01
水文地质问题是煤矿勘察过程中极容易被忽略的问题，但它在工程设计和施工的过程中却有着重要的作用。为了提高煤矿勘探工作的质量，我们要对勘探中的水文地质问题进行细致分析，采取措施，消除由于水文地质问题产生的事故，提高煤矿开发的效率，提高煤炭生产企业的经济效益。
1 福建省煤炭产区的特点及常见问题
①福建省煤矿常见的水文地质特征。在福建省，多数煤矿企业都位于山区，并且煤矿矿区多属于剥蚀地貌，在这种地貌环境下，容易出现地表被剥蚀的情况。并且矿区所在地是亚热带季风气候，其特点是秋冬季节少雨，春夏季节多雨，总的来说，年降水量较大，这又加剧了矿区的侵蚀程度。在福建省，煤矿井田的主要隔水岩组包括文笔山组隔水岩组和童子岩组第二段，其主要成分是泥岩、砂质泥岩等，是比较稳定的隔水岩组。但这并不意味着本地的水文地质环境有利于煤矿的开发中作，在本地进行煤矿开采的过程中，矿井充水的情况十分常见，对本地煤矿开发造成了十分不利的影响。
②煤矿的矿井充水现象。矿井充水是影响煤矿开发和煤矿生产安全的一个重要问题，导致矿井充水的因素有许多，比较常见的有大气降水，基岩裂隙承压含水层、断层裂隙带导水等。矿区地下水的主要来源是大气降水，雨水通过风化带、断裂破碎带进入潜水含水层，可以说大气降水量的多少对矿井水量有着极大的影响。在煤矿进行开采的过程中，由于承压水局部位于煤层顶底板附近，容易被穿透，但是，通常情况下，这一岩层中的水量不大，不会对矿井产生太大的影响。断层裂隙带引水是对煤矿生产安全影响较大的问题。
2 水文地质问题对煤矿开发的影响
①水文地质问题的产生将制约矿区开采的进度。在煤矿进行开采的过程中，如果矿道内有地下水汇集的情况出现，掘进的进度会受到影响，后期的开采工作也会受到相应的影响。
②水文地质问题会破坏矿山的地质环境。在一些溶岩富集的地区，在排水的过程中，会带出大量的泥沙，这些泥沙会对矿区力学平衡产生严重的影响，致使地表水经由坍塌处流进矿道里，甚至引起矿井被淹没的事故。
③水文地质问题会引起矿井冒顶事故。软化岩和软化围岩地质环境下，地质环境比较不稳定。在受到水流长期冲击的情况下，能够发生结构的改变，内部颗粒变得分散，岩石整体的强度会随之减弱，如果这种情况下在进行煤矿的挖掘活动，就可能由于强烈震动产生冒顶的事故。
3 煤矿开发中水文地质研究的作用
3.1 水文地质研究有利于提高煤矿开发过程中的生产安全
进行煤炭资源的开发和利用要以安全生产为前提，而水文地质研究工作是有助于保障煤矿生产安全的重要工作。在进行煤矿设计、施工以及生产的每一个环节，都不能忽略水文地质研究工作的重要性。根据《矿井地质规程》的要求，在煤矿进行开采之前，一定要办理相关手续，等待地质工作人员对水文地质环境进行分析、研究，得出结论后才可以进行开采工作。
进行水文地质研究，能够对煤炭矿区的自然地质条件有更加充分的了解，然后根据水文地质研究的结果进行采掘工作规程的编程工作。在这个过程中，我们会对煤矿区地质构造有更加深刻的了解，预见煤炭钻探、采掘过程中可能出现的隐患。在矿区进行水文地质研究，有助于我们正确预测煤矿内岩煤层结构变化等情况，保障煤矿开发的安全性。地质部门对矿区水文地质情况进行分析，有助于有效掌握采空的积水状况，从而预防透水事故的发生。
3.2 水文地质研究工作有利于提高煤矿技术生产安全
不同的煤炭矿区所处的地质环境存在着很大的差异性，矿区的岩石性质比较不同，矿山煤层情况和生产规模也有较大不同。因此，在矿区进行水文地质研究是十分必要的，详细的水文地质研究结果能够为煤矿设计工作提供充足的事实依据，有助于根据矿区具体情况进行具体的安排。必要的水文地质研究能够帮助煤矿工程设计人员搜集充足的矿区资料，方便工程设计人员进行分析、研究，有利于设计人员根据矿区地质变化制定施工计划。
在煤炭生产部门进行生产的过程中，《矿井地质规程》是一项需要严格遵守的章程。地质工作人员按照相关规定利用水文地质研究技术对矿区的地质情况进行正确的预测报告，这些研究对煤矿进行安全生产将起到巨大的作用。我们福建省的煤矿多数都处在山区，并且多属于侵蚀、剥蚀地貌，地质条件比较复杂，因此更应该注意水文地质研究工作的进行。
据统计，福建省煤矿安全事故中，造成三人以上丧生的事故中有四分之一以上是由水害事故引起的。在福建省，常见的煤矿水害事故包括老、空窑积水区的透水事故，地表水涌入造成淹井，栖霞组灰岩裂隙—岩溶水突水事故等等。这些事故造成了很多的人员伤亡。在这中情况下，进行必要的水文地质研究就显得特别重要。在煤矿开采的过程中重视对水文地质情况进行研究，可以使煤炭生产企业，对本地水文、地理状况有更加深刻的了解，根据这些情况，预见可能发生的煤矿事故，采取必要的防范措施，减少煤矿生产事故的发生，降低煤矿事故造成的人员伤亡和经济损失。
3.3 水文地质研究对煤矿开采有着重要的经济效益
对煤矿水文地质情况的研究能够为煤矿日常工作提供必要的依据，不但有利于煤矿进行安全生产，还能保证煤矿开采的经济效益。在煤矿生产的过程中，我们常常会遇到断层地质构造，巷道出现淋水等状况，利用水文地质研究技术，地质工作人员能够对欲掘前方含水情况进行准确预测，为煤矿生产挖掘工作提供便利。众所周知，煤炭生产是一项高劳动强度、危险系数也很高的工作，进行准确的水文地质研究有助于煤炭开采工作的顺利进行，提高煤炭挖掘的工作效率，提高工作的安全系数，进而提高整个煤矿的经济效益。
4 结 语
随着经济社会的不断发展，社会对能源的需求量在不断增加，煤炭作为我国生产领域一项非常重要的能源，它对我国工业的发展、人民生活水平的提高有着重要的影响。然而，在煤炭生产的过程中，不断有煤矿事故发生，许多煤矿工人在事故中丧生。为了保障工人安全工作的权力，提高煤炭生产企业生产效率，继而提高经济效益，我们一定要进行必要的水文地质研究，以科学的技术为煤矿开采工作保驾护航，保证煤矿开采工作的安全，实现最大的经济效益。
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徐凤庭煤矿煤层地质分析及工程布置 篇4
一、矿产资源概况
(一) 煤田地质概况。该区域所属煤层地质构造位置处于中朝准地台 (Ⅰ) 胶辽台隆 (Ⅱ) 太子河-浑江古拗陷 (Ⅲ) 的南翼。
(二) 煤层地质特征。矿区内出露的地层有新生界第四系、侏罗系中统大堡组、侏罗系下统长梁子组。第四系 (Q4) :分布于矿区南部。主要由冲、洪积层砂、砾石组成, 厚度2～10m。大堡组 (J2d) :出露于矿区的北部。主要由灰色砂岩、砂质页岩、页岩组成, 厚度80～100m, 与下部长梁子组地层为平行不整合接触。长梁子组 (J1c) :出露于矿区中部、北部。主要由灰色、灰白色砂岩、灰色粉砂岩、黑色页岩夹煤层组成。矿区内的Ⅰ、Ⅱ煤层即在此地层当中。
(三) 构造。褶皱构造:矿区处于新开矿区东西走向向斜轴部东端隆起段, 为一轴向北东背斜构造。矿区内褶皱构造发育, 背斜轴走向近北东30°, 两翼倾角45°～50°, 煤层受背斜构造控制, 中间隆起向北东倾没。断裂构造:区内断裂构造主要有三组形式, 分别为东西向、北东向和北西向。东西向断裂形成时期较早, 北东向和北西向次之。东西向断裂主要发育于矿区的西部, 多为实测断层, 距离矿区较远, 北东向 (实测) 和北西向 (推断) 断裂分别发育于矿区的东部和西部, 与矿区最近平距分别为170m和270m。三组断裂对矿区内煤层开采不构成直接威胁。
(四) 岩浆岩。区内出露的岩浆岩有粗面岩 (τ) 和正长岩 (ξ) , 分布于矿区的南部和东部。根据《辽宁省区域地质志》 (1980年) , 二者应为印支期侵入岩, 是区内煤系地层的沉积基底, 与煤系地层不整合接触。另外, 在巷道中间有灰白色流纹岩和流纹斑岩顺层或穿层侵入到煤层中, 对煤层有一定的破坏作用, 总体上有影响。
(五) 煤层特征。矿区内两个可采煤层均赋存于长梁子组地层当中, 由上而下分别为:Ⅰ煤层和Ⅱ煤层。
Ⅰ煤层:倾向北西25°, 走向北东75°, 倾角较陡, 平均50°, 平均真厚度3.0m, 顶板为页岩, 底板为砂岩, 无夹层。该层煤揭露于矿区的北西部, 在主平硐靠近斜下+249m标高巷道处揭露, 埋藏深度30～240m, 控矿巷道延长近110m, 在+249m标高以上现已形成大范围采空。
Ⅱ煤层:揭露于矿区的中部, 受褶皱构造的影响, 煤层为一个中间隆起向北东倾没的背斜构造。背斜轴走向北偏东30°, 两翼倾角46°～50°, 煤层厚度14～24m, 顶底板均为砂岩, 无夹层。该煤层为现在矿山的主采煤层, 井下控矿巷道延长近260m。目前井下开采标高在+157 m～+127m之间, 埋藏深度88m～285m, 采空区标高在158～249m。
(六) 煤的物理性质。Ⅰ、Ⅱ煤层均为无烟煤:呈黑灰色, 条痕色为深黑—深灰, 似金属光泽, 块状构造, 疏松易碎, 容重1.4m3/t。
(七) 煤的化学性质。根据矿山煤样的《煤炭工业分析报告单》的化验结果, 无烟煤:灰分为44.05%, 挥发分为7.84%, 水份为5.58%, 发热量为14.64～18.84MJ/kg。该煤炭不含有毒有害物质, 灰分偏大, 发热量一般, 煤质一般, 比较适合民用取暖。
二、矿区煤层地质条件特征
(一) 矿井瓦斯等级、瓦斯涌出量。煤矿瓦斯等级经煤炭科学研究总院沈阳研究院鉴定, 矿井瓦斯相对量3.09m3/t, 绝对量0.10m3/min, 鉴定等级为“低”, 全矿井二氧化碳相对量4.73m3/t, 绝对量0.64m3/min。鉴定审批后属于低瓦斯矿井。
(二) 煤尘爆炸性、煤炭自燃倾向。根据煤炭科学研究总院沈阳研究院对该矿开采煤层煤尘爆炸性和煤炭自燃倾向鉴定报告表:该矿煤尘爆炸指数为9.25%, 不爆炸;煤炭自燃倾向鉴定为Ⅲ类不易自燃。
(三) 水文地质条件对煤层影响分析。矿井正常涌水量为4～5m3/h, 雨季涌水量为40m3/h, 雨季涌水量较大。补给主要来源第四系松散堆积物浅层孔隙水, 水文地质条件简单。
(四) 工程地质条件。煤层围岩为砂岩、砂质页岩及薄层页岩, 裂隙不甚发育, 较坚固致密岩石。砂岩普氏硬度系数f=5～15, 页岩普氏硬度系数f=4～5, 抗压强度R=50～150Mpa, 中等稳固———稳固性岩层。工程地质条件属于第三类层状岩类, 工程地质勘探复杂程度为简单型。
(五) 环境地质条件。矿山开采方式为地下开采, 开采上限为367m, 下限为100m, 上覆地表没有居民区和电力设施, 采空区相对应地表无建筑物, 位于山坡之上, 暂时对地形地貌景观影响不大。矿区处于地震烈度带等级为Ⅵ级, 矿山井下没有发生过因冲击地压引起的矿难事故, 属于基本稳定区。根据矿区地质环境现状, 确定矿区地质环境类型为第二类:矿区地质环境质量中等。
三、布置采掘采掘作业工程
(一) 水平划分。根据开拓系统水平的划分、煤层构造的影响以及两层煤分布的关系, 井田划分二个采区。一采区:可以作为首采区, 位于井田中部片东部, 走向延长近210m, 倾斜延长近80m。通过+127m水平运输大巷沿煤层在底板岩层中向上掘送一对上山, 两翼开采。开采对象为Ⅱ煤层背斜的东翼。二采区:为接续采区, 位于井田中部偏西部, 走向延长140m, 倾斜延伸160m, 在+127m水平运输平巷沿煤层底板岩层中向上掘送一对上山, 开采Ⅱ煤层背斜的西翼部分。
1.区内巷道布置。一采区, Ⅱ煤层背斜的东翼, 煤层走向延长近210m, 且由于煤层倾角较大, 平均真厚度15m, 因此采用短臂式水平分层开采方法较为适宜。将采区上山设在煤层走向上的中部, 将采区布置为两翼开采。通过+127m水平运输大巷沿煤层底板倾斜向上掘送一对平行的上山, 分别为溜煤上山和回风上山。溜煤上山, 主要用于溜煤兼行人上山入风、动力电缆的输送、排水等。其中溜煤道与行人道用200*400mm砌筑的砖墙隔开, 上山高1.8m, 溜煤道宽1.5m, 行人及入风道宽3.6m, 巷道采用锚网支护, 断面为矩形;+127m回风上山通过联络巷与回风大巷相连接, 主要用于采区的回风及运料。
2.区段巷道布置。在采区上山两侧沿煤层走向分别掘送区段运输顺槽和区段回风顺槽, 通过底板绕道式平车场来连接运输顺槽与入风连接, 回风顺槽与回风上山连接。两顺槽对掘贯通形成采煤工作面, 从而构成工作面生产系统。工作面呈伪倾斜布置, 倾角25°～30°。下一区段顺槽与上区段间留设区段煤柱为10m。
3.二采区布置。二采区布置在Ⅱ煤层背斜的西翼部分, 接续布置方法同一采区。
(二) 采煤方法。根据上述煤层赋存特征, 首采区选择走向短壁后退式采煤方法。
四、结语
在矿山生产期间, 结合矿井煤层地质的特点来分析调整矿井的工程布置施工工作, 要多种方案经对比论证, 保证技术上可行, 经济上合理, 适时地进行相应工艺的优化设计, 才能提高矿山高效运行和节能经营的新途径, 探索出适合矿山发展的方向。
参考文献
[1].凤城市爱阳镇潘家徐凤庭煤矿地质储量核实报告
煤矿水文地质工程 篇5
【关键词】水文地质；煤矿；防治水
依据矿井充水水源及水源进入矿井的途径和方式，矿井水害可划分为五种，即地表水水害、老窑水水害、孔隙水水害、裂隙水水害及岩溶水水害。矿井水进入矿井的方式有渗水、滴水、淋水、突水（涌水、溃水）。其中因井巷或工作面与含水层、被淹巷道、地表水体或含水的裂隙带、岩溶带、顶板冒落带、构造破碎带等接近或沟通而产生的涌水或溃水事故，由于来势猛、时间短、水量大，故称突水。突水灾害的突发性强，人身伤亡大。
1.矿井生产阶段煤矿防治水工作基本任务
（1）有计划、有针对性地进行矿井水文地质调查、勘探和观测工作，查明矿井的各种充水因素，分析研究地下水的规律，写出水文地质情况分析报告，为防治水工作提供技术依据，并根据生产计划安排的需要，不间断地提供水情资料和年、季、月水害情况预报。
（2）查清矿井及附近地面水流系统的汇水情况、疏水能力和有关水利工程的情况，掌握当地历年降雨量和最高洪水位的资料，以便结合矿井具体条件建立疏水、防水和排水系统。
（3）建立健全地下水动态观测系统，在受水害威胁的地区，必须坚持“有疑必探、先探后掘”的原则。
（4）建立健全井下防排水设施，根据矿井可能发生水害事故实施水害防治工程和增加排水能力。
（5）根据地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、开采时围岩性质及岩层移动特征等因素，合理留设各种防水煤柱。
2.煤矿水文地质资料对矿井生产的影响
（1）对矿井安全的影响。水文地质资料准确与否直接影响到矿井的生产安全。如矿井充水性图是综合记录井下实测水文地质资料的图纸，是分析矿井充水规律、开展水害预测、制定防治水措施的重要依据，其资料的准确性将对矿井的安全生产产生重要的影响。2008年12月26日某矿32100工作面，由于对工作面西侧F913断层的导水性估计不足，在工作面采至其附近时突然出水，出水量达到500-4090m3/h。造成矿井淹井，2个月后才恢复生产。
（2）对水文地质调查工作的影响。矿井须搜集、调查和核对其范围内正在开采的小煤矿和废弃老窑情况，并在矿图上标出其井口位置、开采范围、开采年限、积水情况、出水地点的水情变化等。做好一切预防透水的准备工作，确保矿井安全。如某矿2006年11月26日，其井田内一小煤矿因采断层煤柱突发02水，最大突水量达700m3/h。该矿立即采取防治水应急预案，由于防范得当，才避免了淹井事故。
（3）对采区、采掘巷道及工作面布置的影响。水文地质资料直接影响到采区设计、采掘巷道布置，并对生产造成重大影响。如某矿2001工作面，原设计走向长880m，切眼位于矿界煤柱线上。由于临界小煤矿采掘情况不详，所以运输巷掘至距原设计切眼140m处便打钻探测，当打到70m时探到老空并有积水涌出，随即留设防水煤柱并重新布置开切眼。减少储量10多万t，对生产造成重大影响。
（4）对地质储量的影响。地质储量是否准确，不但对采区、采掘巷道布置产生影响，还对采掘接替、设备选型等产生重要影响。如果实际储量比提供的储量小，那么将会缩短工作面的生产周期，造成采掘接替紧张，并造成设计巷道和所选设备的浪费；如果提供的地质储量比实际储量小，则实际情况与上述情况相反，必将带来巨大的资源浪费。如某矿2005工作面，在未摸清其南侧F916断层的位置及导水性的情况下，便留设了防水煤柱。后在开采三分层时在运输巷打钻70余米尚未揭露该断层。由于接替紧张，也为了避免资源更大的损失，工作面运输巷在钻孔处扩大了45m，增加储量6万t。但是后来的小煤矿开采证实，该断层还向南偏移100余米，且断层不导水。由于地质资料不清留设防水煤柱过大，造成20多万t的储量损失。
（5）对水文预报的影响。水文预测预报是指导煤矿井巷施工和生产的一种重要手段，主要表现在：可避免重大透水事故的发生；为制定安全技术措施提供依据，指导安全生产。如某矿在2502工作面回采期间，对其上部的2202工作面老空水进行疏放。
在对老空区的开采及范围等各原始资料不清的情况下，盲目对老空区积水作出估计，预计老空积水8000m3，而在实际放出了25000m3后，积水仍未放完，不得不又掘一条1500m长的专用泄水巷来缓解工作面排水压力，累计共疏放老空积水431553m3，造成工作面2个月不能正常生产。
3.加强煤矿防治水工作的建议
矿井水文地质工作是防治水工作的基础，是保证煤矿正常安全生产建设的一项重要基础工作。在地质勘探及防治水工作方面，应该采取一系列措施，来保证安全高效生产。
随着科学技术的进步，煤矿生产与建设过程中的装备、工艺、技术都有了极大的提高，可是矿井开采越来越深，受矿井水害的危险越来越大，煤矿突水事故频繁发生。针对我国目前煤矿水害及其防治技术现状，应该提高新条件下煤矿水害防治技术与装备，形成适合新的地质与生产条件的水害安全保障技术体系和监控体系，以改变目前煤矿水害频繁发生的局面。
（1）组织专业矿山水害防治技术队伍，对我国近几年以来所发生的重点水害全面调查、分析和研究总结，找出新条件下煤矿水害频繁发生的原因、特点、趋势、规律及主要问题，做出矿井水害论证报告和水害隐患评估报告，编写今后矿区防治水工作的基本纲领性文件，为矿区水害安全工作提供决策基础资料。
（2）结合目前矿区采矿模式及采矿特点，重新评估矿区水害特点、水害类型、水害模式和水害威胁程度，重新形成新条件下矿区水害调查和评估研究报告；并针对不同水害类型的矿井，提出具有操作性的水害安全保障技术规程和操作规范，用以指导矿区煤矿水害防治工作，为矿区水害安全工作提供决策技术支持。
（3）建立矿区水害防治技术研究中心。这一中心将适时分析研究水害问题，不断创新煤矿水害防治技术和相关手段与装备。依托各高等院校，将出现的问题作为研究课题，共同解决疑难问题。
（4）加强在下列方面的煤矿水害防治基础理论与技术研究工作：①新的采矿条件下矿井突水机理研究。随着开采的不断延伸，多年来沿用的突水系数理论已不足以适应新形式的要求。②新的采矿条件下煤层隔水底板的防突水效应研究。过去的研究成果主要集中于水量和水源，而对突水通道，尤其是煤层底板隔水层的防突水效应研究工作很少。随着深部开采疏降难度的加大，深入研究煤层底板隔水层的防突水效应，进而充分有效地利用隔水层的自然防突水能力。
（5）建立由技术专家、抢险和特种救护人员共同组成信息化和专业化的矿山水害快速反应队伍，以应对矿山水害发生后的抢险救灾工作。 [科]
【参考文献】
[1]种义锋.浅议水文地质对煤矿防治水工作的重要性[J].矿山机械，2007，（11）.
[2]李新云.王河煤矿突水规律分析及矿井防治水对策[J].中州煤炭，2008，（01）.
煤矿水文地质工程 篇6
1 井巷工程地质的任务
1.1 井巷设计阶段
要降低围岩应力、提高围岩强度, 维护井巷稳定, 防范地压危害, 是进行井巷设计的指导思想。所以, 在井巷设计时, 要慎重选择工程地质条件较好, 采动影响较小的层位布置井巷。必须完成以下工程地质工作任务。
一要分析矿区范围内的地质稳定性, 对工程地质条件作出综合性的评价;二要测定岩体的物理力学性质, 查明影响岩土层稳定性的不同地质、水文地质因素, 确定围岩稳定性类别, 进行地质条件区划;三是提供井巷、硐室设计所需的地质资料, 提出施工时容易发生的地质问题, 并对处理这些问题提出技术措施。
1.2 井巷建设施工阶段
一般随着井巷工程施工, 进行地质观测、编录, 积累实际资料, 为后续工程作出地质预报。一般包括以下几个方面。一是划分和对比施工岩土层的岩性和层位, 确保巷道沿设计层位掘进;二是确定各种软弱结构面所处的部位、性质、组合形式及充填胶结状况;三是观测不同性质、规模的褶皱、断层和主要裂隙的产状要素和组合关系;四是观测井巷开挖后围岩的自撑时间, 判断井巷临空面各部位岩块的稳定性, 记录施工中出现片帮、冒落、软化、膨胀的井巷部位、性状和规模, 测量围岩应力、岩体位移、围岩松弛区的变化, 及支架承压的应力应变状态等;五是观测井巷和硐室的出水位置、出水形式、水压、水量、水质, 分析水源及其对围岩稳定性的影响;六是充分利用钻探、巷探、声探测等技术手段, 进行补充地质勘探, 进行岩体物理力学性质测试;运用地质类比方法, 对井巷前方和后续工程作出地质预报。
1.3 回采工作面回采阶段
一般查明回采工作面内煤层和顶板岩层的物理力学性质, 地质构造的力学属性和展布特征, 水和瓦斯的赋存状况和活动规律, 为分析采场地压出现的原因、作用状况和地压显现规律, 进行地压预测及采取防治地压活动措施提供地质资料。此阶段要重点查明以下几项内容。
一是调查顶板岩性。在对岩性进行详细的观察和鉴定之外, 同时, 应掌握岩石的强度数据。从方便可用出发, 通常用单轴抗压强度来代表岩石的强度。
二是统计顶板裂隙。在回采工作面中选择12个左右的个观测点, 观测顶板裂隙的组数、产状和性质, 分组测定线裂隙率或相邻裂隙的平均间距, 绘制裂隙玫瑰花图, 确定主要裂隙组。观测顶板裂隙, 需特别注意区分采动裂隙和构造裂隙。
三是测量顶板分层厚度。它是指同一岩层内, 两相邻层理弱面间所夹的岩层厚度。在回采工作面的控顶区和采空垮落区选择12个左右的观测点, 测量直接顶下位岩层中的分层厚度, 再取平均值作为顶板分类的指标。
2 井巷工程地质预报
井巷工程地质预报一般是在施工过程中, 按照所收集的反映岩体结构、地应力状态、岩土体的形变位移及松动破坏状况等有关工程地质方面的资料, 分析它性状的变化, 采用地质类比分析和岩体结构分析等方法措施, 对施工前方或后续工程的岩土体地质条件进行测报, 并根据它对施工方法及一些工程技术问题的处理提出措施和方法。井巷地质预报包括井巷施工时的地质预报和回采工作面回采时的地压地质预报。
2.1 井巷施工工程地质预报
2.1.1 预报内容
一是岩土层的物理力学性质测试数据;二是水文地质试验资料;三是工程地质岩组的划分与特性, 岩体结构类型的划分与特征, 岩体稳定性的定性与定量评价, 岩体失稳的可能部位和方式等。
2.1.2 图件
井巷施工地质预报。要尽可能采用图表为主的形式。按照需要编制工程地质柱状图、剖而图和平面图。图上要重点反映与工程稳定性有关的内容和资料。
2.1.3 建议或措施
井巷工程地质预报还要按工程地质条件, 提出合理的施工技术建议措施, 如安全、高效的钻爆工艺, 危岩的判定和加固措施, 特殊凿井的冻结深度, 注浆封水的技术方法, 探测地质变化的超前钻孔、探巷的深度, 水和瓦斯的预先抽放, 调整围岩应力的高压注水和开采解放层等。
2.2 回采工作面回采的地压地质预报
此类地质预报, 一般是对冲击地压和基本顶来压的地质预报。其预报的根据是煤层的埋藏深度和构造部位, 煤层及顶板岩层的物理力学性质、岩性组合和煤体结构特征, 构造应力的活跃和集中情况, 钻孔岩芯变形和煤层钻屑量等。若结合基本顶来压和冲击地压出现前的整体和一般征兆, 采场矿压动态观测, 采动应力集中, 基本顶初次来压和周期来压步距等资料, 能收到良好的预测效果。
3 不稳定岩体的施工措施
煤矿的不稳定岩体主要是指散体结构、碎裂结构和层状碎裂结构的岩体。在此类岩体中施工时, 一般要采取以下措施。
1) 尽可能减少对不稳定岩体的振动, 使其结构保持自撑力。要采用快钻眼放小炮, 或不爆破用镐掘的办法。
2) 减少不稳定岩体的暴露时间, 阻止或减轻围岩的松动变形。支护要紧跟掘进, 有的还需先支后挖。
3) 在遇地下水时, 必须及时排水, 抑制地下水的不良影响。
4) 在永久衬砌时, 散体结构中不能撤除临时支架, 防止塌方。在发生塌方后, 要防止采取出空法出渣, 来多少、出多少, 防止造成连锁反应, 出现更大的塌方。最好采用插板法从上到下清除渣石, 控制塌方事故发展。
5) 对压力较大、具有散体结构和层状碎裂结构的岩体, 要采用圆形、鸭蛋形、马蹄形全断面衬砌, 料石质量、形状及砌厚度也要有严格要求。
参考文献
[1]黄文祥.浅谈煤矿井巷漏垮冒顶的预防及其处理.大众科技, 2006.
[2]鲁大亮等.浅谈煤矿井巷漏垮冒顶的预防及其处理.中小企业管理与科技, 2011.
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[4]李金元.采场薄板矿压理论在矿压观测中的应用.太原科技, 2006.
煤矿水文地质工程 篇7
工程地质条件与地貌形态、岩性、地质构造以及水文地质条件密切相关, 分别叙述如下:
一、地貌形态
勘查区位于阿巴嘎煤田西南部, 地势与煤田总体变化趋势相一致, 西北部较高, 东南较低, 西北为低山丘陵区, 最高点海拔1308.60m;东南部为高平原区, 最低点海拔标高1191.50m;二者相对高差117.10m, 附近无地表水体或地下水露头。距本区东南方向900m的玛尼图煤矿斜井井口部位, 岩性松散, 力学性质极差, 属极软弱地层, 均需加强支护或采用混凝土砌碹。
二、地质构造
在勘查区及周边未发现新构造运动较剧烈活动的迹象, 可见晚近时期地壳稳定性较好。
三、水文地质条件
本区属大陆性半干旱季风气候区, 降水少, 且不均, 多集中在7、8、9月, 蒸发强烈。本煤田直接充水含水层的补给源以大气降水受降水少, 补给量有限。含水层富水性弱至中等, 含水较多, 水文地质条件简单至中等。
四、岩石工程地质特征
(一) 岩石物理力学性质概况
1.第四系冲积粉细砂、砂砾、中粗砂等, 区内零星分布, 据现场观察, 松散, 稍湿, 压缩性较大, 透水性好, 散体结构, 承载力低, 不宜作为各类工程建筑持力层。
2.中生界中下统阿拉坦合力群 (J1al)
为主要含煤地层, 本组全区分布。岩性组合主要以含砾砂岩、粗粒砂岩、中粒砂岩、煤层、砂质泥岩、泥岩组成, 胶结物以钙质为主, 胶结致密, 颜色为灰白色、灰色、灰黑色、黑色等。含D2、D1、C3、C2、C1、B6、B5、B4、B3、A3、A2、A1、Ⅱ3、Ⅱ2、Ⅱ1、Ⅰ4、Ⅰ3、Ⅰ2等18个煤层。
据岩芯观察, 阿拉坦合力群泥岩、砂质泥岩, 原始状态完整性较好, RQD值21-43%, 刀刻硬度为软。砾岩、砂岩多为钙质胶结, RQD值53-82%, 刀刻硬度为软、半坚硬和坚硬。泥岩、砂质泥岩易风化、破碎, 砾岩、砂岩抗风化能力均较强, 不易风化。
根据本次勘探的2个工程地质孔岩样物理力学测试成果统计结果见表1。
根据2个工程地质孔 (1302、1202) 岩样物理力学性质统计结果, D1煤顶30m至B5煤层底20m的范围内, 以软弱岩石为主, 自然状态单轴抗压强度R≤30MPa的软弱岩石占91.30%, 自然状态单轴抗压强度 (R) :30MPa
(二) 煤层顶、底板岩性特征、强度及稳定性
1.煤层顶底板岩性特征
煤层伪顶、直接顶底板以砂质泥岩、泥岩为主占83.33%, 余为砂岩、砾岩占16.67%, 即砂质泥岩、泥岩占绝大多数。
2.煤层顶底板岩石强度及稳定性评价
本勘查区主要可采的煤层为B5, 本报告对B5煤的顶底板稳定性进行评价。B5煤顶底板抗压强度平均为2.0MPa, B5煤顶底板抗压强度平均为2.35MPa, 即B5煤顶底板为软弱岩石。
⑴煤层顶、底板岩体质量系数法稳定性评价。
依据《矿区水文地质工程地质勘探规范》 (GB12719-91) 推荐的岩体质量系数法公式:Z=I.F.R/100评价
式中:Z为岩体质量系数;
F为结构面摩擦系数;
I为岩样完整系数;
R为岩块单轴抗压强度。
本区煤系岩体结构类型以层状结构为主, 结构面主要为节理、裂隙。
计算取值说明:岩体完整系数 (Ⅰ) 用煤层顶底板RQD值代替;结构面摩擦系数 (F) 取tgφ, φ为煤层顶底板岩石的内摩擦角。评价结果详见表2。
⑵煤层顶底板岩体质量指标法稳定性评价
M=RQD·R/300 (公式来源同岩体质量系数法)
式中:M为岩体质量指标;
R为岩块单轴抗压强度;
RQD为岩石质量指标。
评价结果详见表3。
⑶稳定性评价
B5煤层顶、底板围岩强度低, 全部为软弱岩石 (R≤30MPa) 。煤层顶底板岩性以砂质泥岩、泥岩为主。软化系数以<0.75为主, 大部分属易软化岩石。根据岩体质量系数 (Z) 半定量评价:岩体质量极坏, 不稳定。根据岩体质量指标 (M) 半定量评价:岩体质量以坏为主, 不稳定。二者的评价结果基本一致, 即岩体质量坏或差, 不稳定。
若采用长壁式综采, 因采空区面积大, 采高大, 地应力易产生局部集中。故开采中易产生冒落、垮塌、底鼓、挤出、膨胀、涌流和垮塌。建议在采矿过程中, 加强顶底板管理、监测, 预防顶、底板事故发生。
五、工程地质问题及防治建议
1.煤层顶底板稳定性问题
煤层顶、底板强度较低, 易软化, 开采中大部地段易产生冒落, 垮塌, 底鼓, 挤出, 膨胀, 涌流和垮塌等现象。建议根据具体情况, 选择合理的支护措施, 如大范围的易冒顶板, 可用液压支柱或留设煤柱防止冒落, 小范围的易冒顶板, 可用锚喷支护或钢丝网护顶, 确保安全生产。
建议:生产过程中, 应加强井巷岩变形监测, 对不良工程地质现象, 做到早发现, 先预防。
2.钻孔导水问题
本区钻孔全部按设计要求进行了封孔, 但未进行透孔检查, 质量不详, 若封闭质量不佳, 回采揭露时可能沿钻孔形成导水通道, 造成突水、涌砂并伴随动水压力的作用, 极易产生冒顶。建议回采钻孔周围边煤层时, 应超前探放水或留防水煤柱避开。
六、工程地质勘查类型及复杂程度
本区构造比较简单, 煤层直接充水层富水性弱至中等, 水文地质条件简单至中等, 正常情况下易疏干。
煤层顶底板围岩为层状结构, 强度较低, 且均匀性差, 各向异性明显, 主要工程地质问题为:采矿过程大部地段煤层顶底板易产生冒落、垮塌、底鼓、挤出、膨胀涌流和垮塌现象。
煤矿坑道水文地质钻探工艺 篇8
关键词：矿井水文地质,富存条件,系统参数级配,非平衡钻探工艺
1 煤矿坑道水文地质条件钻探的主要任务
矿井水患是威胁井下安全生产的重要灾害之一, 利用矿井水文地质钻探工艺方法探查地下水富存条件, 及早发现地下水对矿井的危害, 提前进行钻孔疏干降压治理或注浆封堵截流治理, 从而达到确保矿井安全生产目的。危害煤矿的地下水条件包括:岩溶水、老窑水、地表水等, 而煤矿坑道水文地质条件钻探的主要任务则是:
其一, 在矿井水文地质条件不明晰的情况下 (尤其是新建矿井) , 矿井巷道掘进、采煤生产中, 必须先进行超前钻探探查, 即先探后掘、边探边掘。不贸然掘进, 不茫然掘进。很多矿井发生水害的主要原因之一, 就是没有坚持执行先探后掘或是先探后采的方针而导致的; 其二, 对矿井未知的地下水富存情况, 尤其是岩溶水, 先要进行矿井普查性水文地质探查, 确定防治方法;即使一时无法探明的地下水存在情况, 也要在后续的掘进和采掘中进行超前钻探, 防止突水事故发生, 造成无法挽回的损失。对于已知的和未知的老窑积水、采空区积水等, 采用定向钻探方法进行疏干降压治理, 对于与地表水或其他水系连通的通道, 在留有足够的煤柱情况下, 对于薄弱层段进行注浆封堵截流治理; 其三, 对断层水力联系通道、裂隙发育带等, 进行水文地质钻探注浆封堵治理, 把水患的威胁解决在初始条件下。
2 矿井水的几种主要富存方式
(1) 岩溶水富存的方式是:
地域广大、水力补给充沛、涌水量大、水压高, 而且又是以溶蚀通道相联系, 因此, 对矿井的危害是长期的、又具有一定的突发性。
(2) 废弃的老矿井和老窑积水富存方式是:
在外界水系沟通较弱的情况下, 通过较长时间的积水, 其水的容积是一定的, 但是, 在地质条件或历史的工程条件不清楚的情况下, 该类储水条件具有一定的隐蔽性, 一旦因掘进或采煤揭露打通储水空间, 势必造成在极短的时间内发生突发性的涌水, 该类涌水势能大、突水能力强, 对人员、设备造成的危害极大, 几乎是不可控制的, 对矿井的危害具有毁灭性。
(3) 地表水系富存的方式是:
通过矿区的河流和邻近的水库等地表水系, 如果煤矿建在地表水系流域范围内, 地表水系通过第四系含水层或风化裂隙带或构造断裂带等与矿井水系沟通, 将严重影响矿井的安全生产, 使矿井的排水成本大大增加;如果煤矿建在水库流域范围内, 则水库的水压对地层造成很大的压力作用, 大大减弱了煤矿建设中预留的隔水煤柱或岩层的抗压性, 在采煤活动中产生的煤层顶板下落, 造成顶板应力的加大, 增大破坏性, 对煤矿安全生产产生很大的威胁。
3 煤矿水文地质钻探的几种布孔方式
煤矿水文地质钻探孔的布孔方式主要有以下几种:其一, 巷道掘进中的超前探孔。在灰岩地层中掘进巷道, 必须保证巷道掘进前方没有较大的富存水患威胁, 因此, 在巷道掘进中必须采取先探后掘、梯次推进的方式。采取的方式有两种:一种方式是在掘进巷道的旁侧开掘独立钻场, 使用坑道钻机进行与巷道平行推进的布孔方式进行超前探孔钻探;另一种方式是在掘进巷道的端头, 针对可疑地层或不明晰地层进行有针对性的超前探孔钻探。两种方式各有优势, 采取哪种方式要视具体情况而定。目前超前探孔的深度一般在150m左右, 采用的方式是在钻进中若发现较大的涌水情况, 即行采取适压注浆堵漏处理, 待水泥凝固后继续钻进, 即边钻边堵, 边堵边钻。在确保安全的前提下, 提高掘进速度。其二, 在采掘生产中, 对可疑地层、未知地层等进行定点、定位的布孔方式进行超前探孔钻探, 发现问题及时处理。其目的是消除疑虑, 探明地层, 任何的侥幸心理都会造成不可挽回的灾难, 这样的例子很多, 教训深刻。其三, 探查地表水系 (指降雨或地下水) 对矿井的影响。一般情况下, 埋藏较浅的煤层受地表水系的影响较大, 尤其是隔水层在受到采掘后冒落情况的影响, 顶板受到不同程度的破坏, 致使原本不受地表水系影响的地层, 产生了相互的连通, 导致了新的危险产生。煤矿井下水文地质钻探采取的是局部性布孔方式, 在水量不大时, 以疏排为主, 注浆封堵为辅。其四, 探查构造因素而导致的水力连通影响。矿区内地层受构造影响较大, 断层导致不同的水系相互联通, 尤其是导致灰岩水系与煤系地层连通, 其危害性大大增加。针对断层带采取的定向布孔方式, 在判明断层带的特性和水利联通的关系后, 对其进行注浆封堵, 截断水利联系通道, 确保矿井安全。其五, 探查灰岩溶蚀通道的水力危害影响。灰岩的溶蚀通道对矿井的危害极大, 但是在探查它的溶蚀通道中困难很大。有时候花了很大的代价, 打了不少的钻孔, 也没能找到其通道的位置, 可是在掘进中由于种种原因的存在, 导致涌出大量的岩溶水, 将矿井淹没。这种例子也很多, 危害很大。在探查灰岩溶蚀通道中, 钻探布孔的方式采用井字形立体布孔、放射状交叉布孔、超前探查布孔等多种方式, 这样可以控制和探查到较大空间的溶蚀通道, 比单一的同方向布孔具有较大的优势。其六, 探查老窑、封闭矿井的积水和瓦斯的危害影响。探查老窑和封闭矿井, 钻孔的布孔方式一般采用定位、定向方式布孔, 在解决水的问题的同时还要解决瓦斯、其他有害气体积聚的问题, 防止瓦斯和其他有害气体的突出造成双重灾难。
4 坑道钻机的能力参数选择
目前, 矿井坑道钻机可供选择的能力参数范围较宽, 根据矿井巷道的断面尺寸, 选择与之相适应的钻机, 可满足不同钻探工艺要求的钻探任务。对探知各类涌水, 或采用疏排方法疏干降压, 或采用注浆方法堵漏、填塞洞穴, 确保掘进安全。那么如何选择坑道钻机呢?首先, 钻机的外形尺寸是由矿井断面大小决定的, 同时钻机的外形尺寸也反映了钻机能力的大小;其次, 由岩石的物理性质决定钻机的能力参数。例如:在灰岩钻进中, 采用Ф74的复合片钻头钻进, 其钻进参数范围在:回转压力8~15MPa之间, 给进压力8~13MPa之间, 钻进速度0.3~2.5m/h之间, 所选钻机的系统压力值应达到21MPa, 回转转速<300r/min, 起把能力40kN左右, 既能满足钻进的需要。再次, 选择恰当的非平衡钻探工艺系统来满足实现钻机的能力。
坑道钻机的参数值近年来越选越大, 其主要原因不是决定钻进的因素, 而是决定起拔钻进的因素, 即处理孔内发生事故的能力。新建立的起拔钻进工艺系统, 从理论上和实践上解决了上述问题。
5 矿井水文地质钻探工艺
5.1 钻探设备系统及排渣系统
5.1.1 钻探设备系统
钻探设备系统包括:坑道钻机、钻具、泥浆泵、配套钻具等。
例如:设计钻孔参数为:孔径Ф94, 孔深200 m, 俯角-5°等, 选择钻机型号:ZDY1900S, 主要参数:转速<300 r/min, 最大起拔能力46 kN, 最大给进能力46 kN, 最大转矩1 900 N.m, 钻孔深度<350 m, 钻杆直径63.5 mm, 终孔直径Ф94, 钻机倾角0~±90°;泥浆泵型号:BW-250;主要配套钻具包括:Ф73水便, Ф89多功能扶正器或相应的矿用短钻挺等。
5.1.2 排渣系统
煤矿使用的排渣介质主要是清水和压力风, 在中深孔的钻进中又以清水介质为主, 煤矿井下建立的泥浆供水系统, 一般情况下是不循环的, 视巷道具体情况而定, 排渣方式多是采用钻场漫排方式排渣。通过井下供水水管给清水池持续补水, 由泥浆泵提供高压水进行钻进排渣。总体来说井下排渣系统是相对较为简单的。在煤 (岩) 渣较多的情况下, 要给泵吸水管的莲蓬头处铺设铁纱网, 阻隔煤 (岩) 渣被吸入泵体, 致使泥浆泵刚体磨损过快, 导致泥浆泵的使用寿命大大降低。
5.1.3 降尘排渣系统
煤层顶板极硬岩的钻进, 采取的工艺方式是冲击回转钻进, 单一采用压力风钻进中, 钻场的粉尘污染相当严重, 为了解决这个问题, 使用了水和风混合方式的钻进工艺, 能取得良好的钻进效果并大降低了粉尘污染。
5.2 矿井水文地质钻孔结构与钻具级配的选择
矿井水文地质钻孔的结构设计, 一般来讲是要求越简单越好, 便于施工、减少孔内事故的发生率。钻孔一般设计为二级结构, 开孔段先是钻进大孔径钻孔, 下孔口管并用水泥砂浆固结, 然后, 再行钻进水文地质钻孔。下孔口管的钻孔深度一般在10-20 m之间不等, 考虑水头压力、流量大小、排水的时间长短等因素具体而定;钻孔深度由50-200 m或者更深的中深孔不等, 考虑巷道掘进速度、考虑采煤爆破影响、考虑具体水文地质、瓦斯地质条件等综合因素而定。
钻具的级配以钻孔深度的要求而决定, 例如:在某矿新井掘进中, 为了探查奥灰水和其它煤系地层水, 确定的钻具级配为: Φ94 (复合片钻头) +Φ73 (外平钻杆1.5m) +Φ89 (合金扶正器) +Φ73 (外平钻杆60m) +Φ73 (水龙头) 。
孔口管的钻具级配为:
Φ133 (合金钻头) +Φ73 (外平钻杆) +Φ73 (水龙头) ;
孔口管为Φ108, 深度6m, 为了减少钻具级配关系, 尽量利用现有钻具系统, 在钻进工艺上进行控制, 满足大孔径的钻进要求。
各矿在水文地质钻探中的具体情况不尽相同, 因而, 钻具级配也有一定的差别, 总体来说影响不大, 通过非平衡钻探工艺的施工, 满足了水文钻孔的设计要求, 对探查各种含水体对矿井的威胁, 解决富水问题, 起到了很好的作用。
5.3 矿井水文地质钻孔施工中存在的问题及解决方法
矿井水文地质钻进中常遇到的问题有:其一, 钻进效率问题;其二, 裂隙与溶洞问题;其三, 煤系地层中风化带破碎含水问题;其四, 揭露老窑、废弃矿井突水问题等。
针对上述问题, 在工作中采用的解决方法分述如下。
其一, 在水文地质钻进中, 钻进效率低的情况反映较多, 主要存在的问题有:钻机参数的选型不合适, 钻头的结构和质量存在一定问题, 泥浆泵参数问题, 非平衡钻探工艺的实施问题等。
钻机参数选型根据水文地质岩石的可钻性来确定, 钻机的参数适合ZDY1900S钻机的参数基本能满足水文地质孔的钻进需求。若所选钻机的参数不适应岩石的可钻性, 转速、钻速、钻压参数的匹配调整不到所需的要求, 满足不了PDC钻头刻取岩石所需要的参数, 从而影响钻进的效率。
钻头是刻取岩石取得良好钻进效率的主要工具, 选择适合的钻头结构、切削刃布齿、水力布局、复合片质量等, 经过严格加工出的高质量PDC钻头, 能取得良好的钻进效率和进尺深度, 在煤矿使用复合片钻头时, 一般都是经过实际比较来确定的。
在煤矿的钻进中使用水力动力的方式有两种, 一种是使用泥浆泵, 另一种是使用矿自身的静压水。使用泥浆泵可以满足打钻时对水力刻取岩石所需的泵量、泵压要求, 若使用煤矿自身的静压水时, 由于静压水水压较低, 管路中损耗较大, 当水头到达钻头时, 钻头所需的水力压力已不能满足水力刻取岩石的需要, 从而影响钻进的效率。静压水的水量、水压不可调, 对不同岩石所需的不同水力参数无法实现, 因而, 在有条件的情况下, 应尽量使用泥浆泵实现钻进。另外, 泵量、泵压是判断孔内钻进情况的重要参数, 在孔内发生事故时, 运用泵量、泵压参数可以有效地实现处理事故的工艺方法。
非平衡钻探工艺的实施有自己的理论基础和使用工艺方法, 提高钻进效率要按照非平衡钻探工艺来实施。
其二, 裂隙与岩溶问题。在水文地质钻进中经常会遇到裂隙和岩溶问题, 裂隙存在的情况是, 裂隙发育程度的高低, 是否受到构造的影响, 与其它水力联系的状况等, 裂隙发育程度高的地层, 其结构完整性较差, 对钻进的影响也很大, 主要表现在钻进参数不稳定, 钻头不能均匀的刻取岩石, 易损坏钻头和发生孔内卡钻事故等。若当钻具沿着裂隙发育方向钻进时, 会沿着裂隙的发育方向跑钻, 无法实现目标层的钻进。在遇有裂隙的穿行钻进中, 一般采用的方式是使用适当长度的矿用短钻挺或岩心管, 保持钻具的刚性进行钻进。裂隙会导致清水泥浆漏失, 钻渣会充填裂隙而不能排出钻孔, 在这种情况下钻进要注意观察钻进参数的变化, 防止裂隙中的岩块掉落造成卡钻, 或是钻渣不能顺利排出时造成埋钻。孔内不排水的情况下不能贸然钻进, 要结合具体的情况进行科学的钻进。当钻头钻透岩溶时, 钻头会发生空钻现象, 如果不能及时改变钻进参数, 钻头会在溶洞中甩开, 造成钻头脱落或丝扣断掉, 造成不必要的事故, 这种情况在岩溶地层钻进中曾经多次发生过。
其三, 煤系地层中风化带破碎含水问题。煤系地层结构中的风化带破碎含水与水力连通关系影响钻进工作, 若水力连通通畅含水量较大时, 原则上停止钻进排水, 此时的地层结构一般较为破碎, 钻头无法均匀钻进, 发生卡钻的现象较为严重, 破碎带中的充填物会随着水力排出;若水力连通关系较弱, 汇聚的水量有限, 当聚水排出后, 风化带裂隙中的充填物不能全部排除, 泥、沙、碎屑物等会滞留在裂隙风化带中, 造成钻孔无法成孔, 堵塞钻头水眼, 卡埋钻具, 改变钻孔轨迹, 给继续钻进造成很大的困难。解决这类问题是在判断聚水量和水力连通关系后, 利用泥浆泵的高压水, 适当的对钻孔或裂隙带中的充填物进行清洗排渣, 处理干净后在行钻进, 在风化带的裂隙中钻进, 钻进参数很不稳定, 易损坏钻头、保直钻进难度增大、排渣困难, 因此在钻进中要观察钻进参数和泥浆参数的变化情况, 对出现的卡、埋、空钻等问题及时处理, 避免事故的形成。在风化带中钻进, 出现事故是要按照起拔钻进工艺方法, 从钻具级配、正反向一体化钻头、钻进工艺等多方面来系统解决。
其四, 揭露老窑、废弃矿井突水问题。老窑和废弃矿井等人为形成的储水环境, 对采煤和巷道掘进有着很大的危害, 尤其是对那些勘查不清楚的老窑和废弃矿井, 长期蓄积的大量水体, 因施工的原因一旦突入矿井, 必将造成极大的危害。对这些含水体进行钻探探查, 是保证安全生产的重要条件, 这些老窑、废弃矿井水长期处于死水状态, 滞留的水体和空间会聚集大量的有害气体, 一旦发生突水这些有害气体会随着泄水涌入巷道, 对人员造成极大的伤害。为了防止矿井突水事故的发生和避免大量有害气体涌入矿井, 必须进行超前钻探, 探明采掘前方的岩 (煤) 层中储水的富存状况。对钻探工艺参数的一般要求是, 钻深60 m、掘进30 m, 依次循环递进, 孔径≤Φ94 mm。探查水文钻探的钻孔不宜过大, 过大则会造成突水水压和水量增大, 给封孔和施工带来不便, 难以操作, 采用保直钻进工艺方法, 控制钻孔轨迹的变化, 满足巷道掘进或采煤的需要。发生老窑和废弃矿井突水时, 要做好人员的防护措施, 避免被有害气体伤及人身。
6 泥浆泵的选择
一般泥浆泵选择用BW-150型或BW-250型, 该类泥浆泵基本满足水文地质钻探对泵压量的需要。在钻进中泥浆泵压泵量参数与钻进参数匹配使用, 是获得良好钻进效率的保证, 也是安全钻进的技术保证。
7 钻探工艺的参数配合关系
从钻探工艺系统上来说, 其参数范围包括:钻探设备参数、钻探工艺参数、泥浆泵工艺参数等, 而系统参数的确定则是由钻探工艺参数决定的。有些煤矿在配备系统参数时选择不合适, 造成一定的麻烦。前面介绍了钻探设备、工艺、泥浆泵的参数配合关系, 可供选择, 作为煤矿本身来说, 选择确定一套适合本矿主导钻探需求的钻探工艺体系参数, 可大大方便设备选型的集中性、工艺参数的确定性、设备配件的统一性、维修保养的专业性。目前煤矿上的各型设备很多也较杂, 在较大的程度上不适应新技术、新工艺的要求, 因此, 整合钻探工艺系统配属关系是十分必要的。
8 结束语
顺和煤矿水文地质类型划分探讨 篇9
顺和煤矿是永城煤电 (集团) 有限责任公司在永城本部开发建设的第五对矿井, 设计生产能力0.6Mt/a, 服务年限期38.7a, 矿井共有三层可采煤层, 分别为二2、三2和三4煤层。矿井主采煤层为二2煤层。矿井水文地质类型是矿井防治水方案制定、中长期发展规划、矿井安全生产的基础依据。正确的对煤矿进行矿井水文地质类型划分, 对于分析和评价矿井水害危害程度, 排查矿井水害隐患, 防患于未然, 实现矿井安全、有序、高效生产, 具有十分重要的现实意义。本论文以《煤矿防治水规定》为明确标准, 在系统整理、综合分析矿井水文地质资料的基础上, 全面考虑矿井充水诸因素的影响, 确定顺和煤矿水文地质类型, 为矿井防治水工作提供了地质依据。
2 矿井水文地质条件
2.1 井田边界及其水力性质
本区东南部二2煤层露头外太原组及奥陶系石灰岩分布面积有限, 灰岩水对区内侧向可有少量补给;西北深部太原组灰岩埋深在-800m以下, 岩溶发育程度随深度增加而减弱, 地下水运移迟缓, 为相对的隔水边界;北部边界F8 (勘查区外) 断层为北升南降正断层, 北盘太原组石灰岩与南盘石盒子组地层接触, 可能为北部进水边界。
2.2 矿井含 (隔) 水层的分布规律及水文地质特征
按照井田内各含水层 (组) 的地质时代、岩性特征及富水性强弱, 区内主要含水层自上而下分为十个含水层组, 即新生界孔隙含水层组 (I) , 包括第四系全新统孔隙潜水-I1含水层、第四系更新统松散孔隙承压水-I2含水层、上第三系上新统孔隙承压水-I3含水层、上第三系中新统孔隙承压水-I4含水层;下石盒子组三煤组顶板砂岩裂隙承压水-II含水层组、山西组砂岩裂隙承压水-III含水层组、太原组灰岩岩溶裂隙承压水-IV含水层组, 包括上段灰岩岩溶裂隙承压水-IV1含水层、太原组下段灰岩岩溶裂隙承压水-IV2含水层;奥陶系灰岩岩溶裂隙承压水-V含水层组和岩浆岩裂隙接触带承压水-VI含水层组。
上述含水层组中, II、III分别属于三煤组、二2煤层顶板的直接充水含水层, 富水性较弱, 地下水以静储量为主。井田内无漏水孔, 单位涌水量0.001~0.008 L/s.m, 渗透系数0.0026~0.0583m/d。水质类型为SO4CL-Na Ca Mg、SO4HCO3-Na Ca Mg型。不同含水层水位标高差值很大, 三煤组顶板砂岩和二2煤层顶板砂岩的水位标高分别为+30.32m和+4.28m。砂岩裂隙水一般对煤层开采威胁不大。
石炭系灰岩与奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层均赋存于山西组二2煤层之下, 属底板充水含水层, 是今后矿井可能的充水水源。
2.3 矿井充水因素分析
2.3.1 地表水体对矿井充水的影响
井田内主要河流为薛沟、宋沟等, 地表无其他较大水系, 由于煤层之上有厚约359.41~439.70的新生界地层覆盖, 不同深度内又有相应的隔水层段, 对矿井基本无充水影响。
2.3.2 新生界含水组对矿井充水的影响
新生界底部砂岩少, 富水性较弱, 加上与基岩之间有约平均20~35m厚的基岩风化带隔水层, 对矿井一般无充水影响。
2.3.3 煤层顶底板砂岩裂隙水对矿井充水的影响
煤层顶底板砂岩裂隙水是矿井主要的直接充水水源, 但由于井田范围内砂岩富水性很弱, 渗透性差, 补给源不足, 易于疏干。通过永城其他矿井近几年实际揭露水文地质资料分析, 煤层顶底板砂岩裂隙水多为滴、淋水形式出现, 水量较小, 疏干期约4~6个月。
2.3.4 太原组上段灰岩、下段灰岩及奥陶系灰岩岩溶裂隙水对矿井充水的影响
太原组上段灰岩岩溶裂隙承压水是开采二2煤层时的间接含水层, 二2煤底板下距K3 (L11) 灰岩平均约55m, 其间又有较稳定的泥岩、砂质泥岩相阻隔, 正常情况不易发生突水。但在断层影响下, 当灰岩高于煤层或者与煤层对接时, 灰岩水有可能溃入工作面。
2.3.5 断层破碎带对矿井充水的影响
根据精查地质报告及实际揭露情况来看, 矿井范围内断层多为高角度正断层发育, 断层破碎带间充填多为断层泥, 起到隔水作用, 一般情况下不会发生大的突水威胁, 建矿至今未曾发生过断层破碎带突水的事例。一般来说, 断层破碎带是造成灰岩突水的主要媒介, 只要不破坏断层的自然状态, 不易发生突水。
2.3.6 陷落柱对矿井充水的影响
尚未发现陷落柱。
2.3.7 封孔不良钻孔对矿井充水的影响
井田内施工钻孔的周期长、单位多, 尤其是普查和详查穿过太原组灰岩的钻孔, 封孔质量往往较差, 容易造成灰岩承压水沿钻孔溃入工作面, 因此在施工过程中应对类似钻孔密切注意。
2.4 井田及周边老空区分布状况
顺和煤矿北邻薛湖煤矿, 南邻陈四楼煤矿, 由于矿井煤层埋藏深, 周边没有其他小煤窑存在, 周边不存在老空区的威胁, 但今后工作面回采结束后老空区内均会存在积水。
2.5 矿井涌水量及突水情况
2.5.1 矿井涌水量
矿井涌水量主要构成为顶底板砂岩水, 建井初期矿井涌水量随着采掘接替的延伸逐渐增大, 涌水量与单位开拓长度, 关系尚不明显, 但随着工作面的回采推进, 顶板砂岩水得到了很大程度的疏放, 矿井水量有一定的增大。目前实测矿井涌水量最大为80m3/h (开拓巷道水量及工业用水占45m3/h, 回采工作面回采初期来压, 顶板跨落, 底板采动裂隙构成的顶底板砂岩水占30m3/h, 其它水占5m3/h) , 现基本稳定在75m3/h左右。
2.5.2 突水情况
顺和煤矿建设以来, 未发生一起突水事故。
2.5.3 矿井涌水量构成分析
矿井直接充水水源为二2煤层顶底板砂岩裂隙水, 间接充水水源为太原组上段灰岩裂隙水, 通常情况下在巷道掘进期间太原组上段灰岩不会发生突水 (异常地质区域进行超前探注) , 回采工作面均对太原组上段灰岩进行底板注浆加固, 故矿井涌水量的构成为二2煤层顶板至冒落带的全部砂岩含水层的水量、二2煤层底板至采动裂隙带 (按20m考虑) 的砂岩裂隙水量、底板改造后的灰岩残留水量和井下作业用水。
2.6 矿井涌水量计算
2.6.1 公式计算法
(1) 二2煤层顶板正常涌水量。按照顺和煤矿设计产量, 近10年开采面积累计约4860000m2。
二2煤层顶板砂岩水采用承压转无压“大井法”公式进行计算:
经计算涌水量Q=139.7m3/h。
(2) 二2煤层底板正常涌水量。二2煤层底板砂岩水采用承压转无压“大井法”公式进行计算:
经计算涌水量Q=131.6m3/h
(3) 工作面底板改造后灰岩残留水量。根据邻近矿井经验, 工作面底板改造后灰岩残留水量累计约30m3/h。
(4) 井下作业用水量。采掘工作面打钻降尘、冲洗巷道、钻探操作用水等井下作业用水量, 约100 m3/h。
(5) 矿井正常涌水量。故矿井正常涌水量:Q=顶板水量+底板水量+工作面底板灰岩残留水量+井下作业用水=139.7+131.6+30+100=401.3m3/h。
(6) 矿井最大涌水量。按临近矿井经验, 矿井最大涌水量Qmax一般为正常涌水量的2.0倍, 故顺和矿井最大涌水量为802.6m3/h。
2.6.2 比拟法
紧邻顺和井田北部的薛湖煤矿设计年产120Mt, 自2008年投产以来, 矿井涌水量最大值为197.8m3/h。位于顺和井田南部的陈四楼煤矿水量呈“北翼小, 南翼大”的趋势, 与顺和煤矿相邻的北十、十二采区 (均已采, 累计面积2210680㎡) , 近三年正常涌水量最大值为90.7m3/h。
顺和煤矿近10年开采面积是陈四楼北十、十二采区开采面积的2.2倍, 开采二2煤层的厚度基本相同, 根据比拟法, 顺和煤矿近10年的正常涌水量约180 m3/h。
为安全起见, 采取“就高不就低”的原则, 取矿井涌水量计算值和比拟法计算值中的最大值, 确定顺和煤矿矿井正常涌水量为401.3m3/h, 最大涌水量为802.6m3/h。
3 矿井水文地质类型划分及防治水工作建议
3.1 矿井水文地质类型划分及结论
(1) 含水层性质及补给条件:受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层, 补给条件一般, 有一定的补给水源, 属中等类型。
(2) 单位涌水量:二2煤层顶底板砂岩裂隙水0.001—0.008L·s-1·m-1, 太灰上段灰岩裂隙水0.0084—0.0058L·s-1·m-1, 属简单类型。
(4) 开采受水害影响程度:采掘工程受水害影响, 但不威胁矿井安全。
(5) 防治水工作难易程度:防治水技术成熟, 防治水工作简单或易于进行。
综合水文地质类型划分标准的各项指标, 确定顺和煤矿矿井水文地质类型为中等。
3.2 防治水工作建议
(1) 坚持“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则, 做好采掘工作面的水害预测评价, 根据工作面评价结果采取相应的防治水措施。
(2) 充分利用先进的物探技术, 对断层、陷落柱及底板富导水性进行探查, 同时根据物探结果采用钻探手段, 对富水区域进行注浆改造, 确保矿井安全生产。
(3) 井田以前所施工的部分钻孔封孔质量存在问题。因此, 建议在今后的生产过程中, 凡采、掘工程穿越钻孔、或距钻孔较近时, 应引起充分注意, 并采取先探后采, 防止突水事故发生。
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煤矿地质构造分析与评价 篇10
关键字：褶皱；断裂；沉积；煤矿事故；
中图分类号： F407.1 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-09-00-01
煤炭资源作为我国的主要资源，其发展历程相当漫长。我国的地质构造为煤层的生存提供有利条件同时，也使得我国在进行煤炭开采中遇到了极大的问题，矿井事故频频发生，如何避免事故，发挥地质构造优势，是我国煤炭业的关注焦点。
一、易赋存煤层的地质构造
（一）地质构造的形成及分析。地质构造是在内、外力的作用下，通过地壳运动致使岩层和岩体发生的一系列外形变化。通常地质构造可分为水平构造、倾斜构造、褶皱及断层。其不同的构造对人类有着不同的作用，特别是褶皱和断裂，对煤矿的建设、煤炭的开采有着非常重要的影响。
（二）褶皱与断裂。褶皱与断裂由于其构造的特殊性，使得煤层极易赋存，我国的大部分煤层都存在于褶皱和断裂之中，其影响着煤矿的建设类型、矿井的结构及煤炭开采方式等等，更为重要的是，褶皱与断裂的构造在为我国提供资源的同时，也使得开采煤炭过程中，遇到了严峻的问题。
1、褶皱。通常，褶皱是在多种力的作用下所形成的折曲，在改变岩石表面结构的情况下，依然使岩石保持其完整性和连续性。褶皱的大小不尽相同，但是最重要的组成部分都为背斜和向斜。相对来讲背斜更容易累积煤层，当倾斜角度较大时，井筒要设在背斜轴部，相反当倾斜角度较小时，由于轴部相对平坦，应该布置开拓巷道。
2、断裂。与褶皱成因类似，在地壳的运动下，使得岩石产生了较的的变化。根据变化程度，断裂可分为三个层次：一是劈理。是指岩石发生微小的断裂，没有完全破坏内部相连结构；二是节理。其位于中等断裂程度，是指当岩石裂开但并未发生位移的状态；三是断层，也是断裂中最严重状况，岩石发生完全断裂和位移，内部相连结构完全破坏。其为我国煤炭开采带来了不小的困难。
二、煤矿地质构造易引发的问题
（一）矿井突水事故
1、地质构造成因。（1）断层和次生构造过于发育。由于次生构造的影响，岩体发生严重变形，导致地层倒转，煤层不够稳定，加之违规开采，极易导致突水发生。（2）褶皱背斜倾斜角过大。倾斜角过大容易使得局部直立倒转，大气降水通过熔岩裂隙向老窑注水，从而通过煤层及其断裂处向矿井充水，致使突水事故的发生。
2、解决措施。（1）在开采中要遵守规则，如不可违规开采隔水层及在老空边界进行空巷挖掘采煤等等。（2）一旦突水事故发生，必须保持镇静，进行迅速地抢险。首先要进行应急排水，其次对防水墙进行封堵，内部人员要配合外部人员的搜救，以节省时间。
（二）瓦斯爆炸事故。通常瓦斯以两种形式存于煤矿中，一种是在空气中的游离状，另一种是依存于煤层中的吸附状，根据各煤矿发生瓦斯爆炸事故的调查，大部分为吸附状瓦斯。
1、地质构造成因。一般瓦斯事故是在主、客观因素共同的作用下发生的，在以岩石断层的状态下，矿井通风设备差，造成瓦斯聚积于巷道顶部，是瓦斯爆炸最普遍的原因。
2、解决措施。（1）改善通风方式。安装良好的通风设备，积极为矿井进行通风，避免瓦斯过度聚积 ，降低矿井内瓦斯的浓度。（2）杜绝火源。一是杜绝岩层断落时的火花及其它机器设备火花，二是杜绝一切明火，从根本上防制瓦斯爆炸事故的发生。
（三）火灾事故。火灾事故既有人为因素，也有客观因素。矿井一旦火灾事故，难以找到火源，作业人员也难以逃生，因此引起了大部分煤礦的重视。而地质构造是不可忽略的原因之一。
1、地质构造成因。在褶皱及断落岩层的优良条件下，赋存了相对较厚的煤层，但是由于次生结构的影响，致使煤层发生急剧倾斜，是煤矿产生火灾的原因之一。
2、解决措施。（1）提高警惕性，规范操作。发生火灾的原因是多样的，因此作业人员必须时刻保持高度的集中力，注意观察在作业中是否出现反常现象。另外，必须遵守规则进行煤炭开采，在回采过程中，更要小心谨慎，不可随意放炮、吸烟等等。（2）保证灭火工具的正常使用。矿井作业人员必须全部熟练掌握灭火方法，要保证灭火工具的有效性，一旦发生火灾，要保持镇静，及时进行扑灭。
三、减少地质构造对煤矿的不利影响，提高煤炭开采利用率
（一）实地勘测。在矿井建设前，需要进行详细的实地勘测。既要了解地质，也要了解岩体的状态。根据地质构造，设置合理的巷道，建设最优的煤矿。
（二）充分的准备工作。根据当地的地质构造及煤矿的自身特点，要有一套完善的方案，对易发生的问题进行预测，另外还要准备多种解决措施，以便在作业过程中能够具体问题具体分析。
（三）提高技术人员的专业性。技术人员的专业性与煤矿的安全紧密相关，因此，各个煤矿要把培养技术人员，提高其专业水平作为重中之重，定期对其进行培训及现场模拟，保证事故发生时，能做最好的处理。
（四）良好的现场管理。现场管理贯穿于煤炭开采始终，提高管理人员警惕性，保证作业秩序，监督规范操作，能够有效地避免由于地质构造所带来的不利影响。
四、对煤矿地质构造的评价
煤矿地质构造属于不可抗力因素，褶皱和断层由于其自身特点既有利于煤层的沉积，为煤矿的建设带来了便利，为我国煤炭资源的开采提供了可能性，但也是煤矿事故频发的不可忽略的原因之一。因此我国的各个煤矿，应该积极利用地质构造的有利因素，消除不利因素，不断提高科学技术水平，逐步将高新技术引入煤炭开采，特别是在预警、勘测方面，通过人为控制，不断减少不利影响，尽量避免一切事故的发生，积极发挥我国的地质构造优势，进一步发展我国煤炭行业，促进我国煤炭资源的高效生产。
五、结束语
作为煤炭的生产大国和消费大国，我国一直致力于煤炭的开采。充分利用地质构造的优势，不断总结以往的经验和教训，逐渐减少矿井事故的发生，直至完全避免是我国当前的重要课题。
参考文献：
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[2]王文静. 煤矿地质灾害安全评价与损失预测研究.[D].山东：山东科技大学，2011（06）.