煤矿复杂水文地质与防治水技术探究

煤矿复杂水文地质与防治水技术探究摘要：本文以A煤矿为研究对象，从矿区含水层、相对隔水层、矿区地下水补给与径流、坑道水文地质几方面分析A矿区复杂水文地质特征，通过涌水量、充水水源、充水通道、充水强度介绍A矿井充水条件及因素，并对S4576工作面开展防治水，对涌水量的控制效果、高压注浆技术应用成效、系统稳定性验证进行检验A煤矿整体开采面积为21.6km²开单位产能约300万t/a用该煤炭资源具有含量丰富、埋藏浅、煤层厚度大等特点经过审查批准开允许对1～12号煤层进行开采当前主要开采2号煤层A煤矿地势东北高、西南低平均海拔约1050m田煤矿内地势平缓西部和北部被大青山环绕东部和南部地形平坦开阔用但是随着资源开采工作推进受地下水以及地质情况等因素影响开采期间容易发生水害严重降低开采安全性用2煤矿复杂水文地质特征分析受A煤矿地理位置以及地质条件因素影响矿产资源呈现带状分布开煤层顶板与底板岩石分别为砂岩、石英岩#煤矿内含水层主要分布在第四系冲洪积黏土孔隙含水层、冲洪积亚黏土孔隙含水层、残坡积亚黏土孔隙含水层、岩浆岩裂隙含水层、构造角砾岩裂隙含水层、大理岩和白云岩岩溶裂隙含水层其含水层参数见表1A煤矿含水层参数厚度(m)123弱4弱562.2相对隔水层A煤矿相对隔水层有两部分分别位于F15断层、为主岩石整体粒径在1～4mm之间胶结物为泥质为主用煤矿进入运动状态后受挤压作用影响用F15断层岩石出现严重破碎开当F15断层破碎岩石为高岭岩经过泥质填充后开透水性以及感水性下降最终在矿带上形成相对隔水层1用②A煤矿平行矿体出现在断裂带上其断层由砂质泥岩、粉砂岩、石英砂岩、泥岩、细砂2.3矿区地下水补给、径流①补给：降雨是A煤矿地下水补给的主要途径开该煤矿地下水具有雨季水位上升快、伴有强烈交替的特点地下水水流自西北流向东南在雨季降水后雨水渗透至地下水系统田沿着矿区地形完成坡降运动最终汇入地下径流开补充A煤矿地下水用地下水位上升会导致岩层土壤饱和开降低土壤强度增加煤炭开采风险特别是在雨季用地下水位受降雨补给上升开采难度增大用②径流：A煤矿地表径流自西北流向东南开与地下径流流向保持一致开同样经过渗透、坡降运动部分地表水会补充地下水2.4矿山坑道水文地质现状A煤矿2号煤层有两段矿井在开采期间出现渗水情况开经检测发现出水量不大用一矿段是由粉砂岩、砂质泥岩、磁铁石英岩等构成岩层倾角50~70°岩层多为浅层裂缝经测试开—矿段出水量平均值98.58m³h用二矿段是由石英岩、花岗岩等构成岩层倾角50~70°裂隙发育差因此开采期间未出现严重的涌水、出水问题2但是巷道出现局部淋滤水情况开经测试开二矿段出水量平均48.89m³/h用3矿井充水条件及因素我国对矿井涌水量有明确规定要求相对涌出量在66.25m³/h以内最大涌出量在82.92m³/h以内经过对开采2号煤层涌水量进行检测(见表2),得出最大涌水量达58.6m³/h,相对涌水量达49.00m³/h,均在标准指标范围内，说明2号煤层各项充水因素处于稳定状态，按照规定能达成目标生产效能300万t/a。2号煤层产能达到300万t/a时，预测矿井相对涌水量达到65.26m³/h,最大涌水量达到82.69m³/h³。为了确保2号煤层安全开采，降低水患发生概率，需要科学设置排水量，以《煤矿在用主排水系统安全检测检验规进行分析，提高2号煤层防水害能力。10月11月12月3.2矿井充水水源根据表3井口标高参数可以看出，矿井井口标高均大于周围洪水位标高，说明矿井进口处于安全环境，在开采期间不易受洪水影响。该煤矿东部处于沟谷地区，煤炭资源埋藏较浅，地层整体向西北倾斜，该矿段接受两条地表径流补给，造成地下水位较高，同时，大气降水也会为其补充水源，将水带入巷道开采区或采标高(m)洪水位标高(m)回风立井3.3矿井充水通道充水通道与矿井顶板以及地质构造息息相关，一旦顶板岩层出现裂隙，造成煤矿岩层破碎带，将形成充水通道。另外，在矿井开采施工期间，由于不当的钻孔封堵施工，会导致矿井出现充水通道。当前，随着2号煤层开采工作推进，煤炭资源基本采空，矿井内部留有积水，而F15断层横穿2号煤层，可能导致开采期间出3.4矿井充水强度结合A煤矿2号煤层最大涌水量达58.6m³/h,相对涌水量达49.00m³/h,为了解该煤矿充水强度，利用富水系数计算公式：将A煤矿各参数代入式(1),得出Kg<2m³/t,说明A煤矿的充水强度低。4复杂水文地质煤矿防治水技术应用分析4.1地质勘察4.1.1水文地质勘察水文地质勘察是煤矿防治水工作开展的前提，基于水文地质勘察数据了解工作面岩层结构、资源分布、岩体性质和地质情况等数据，同时，水文地质勘察能详细了解煤矿地下水分布情况，并联合信息技术对其进行动态监测分析，实时掌握地下水变化情况41。以勘察数据为依托编制防治水技术实施方案，起到强化防治水技术应用效果的作用。S4576工作面水文地质勘察时采用电阻成像技术以及地震反射法。首先，利用地震反射法对S4576工作面发射地震波，通过地震波反射特性了解地层参数。S4576工作面经过地震反射法勘察，了解到该煤矿地质结构复杂，存在多处断层情况，直接影响煤层连续性，增加煤矿地下水检测难度，加大资源开采风险。其次，电阻成像技术主要通过电阻差异了解煤矿地下水分布情况。S4576工作面出现多处低电阻区域，说明地下水较多。4.1.2勘察数据分析S4576工作面水文地质勘察详情见表4,对勘察数电阻率高中中等低高4.2设置防水隔离层4.2.1无煤安全隔离带的设置基于S4576工作面地质勘察数据，含水层与煤层是由透水性不强的黏土层、砂岩层等构成，将其作为防水材料，在含水层与煤层之间形成天然无煤安全隔离带，其宽度需要根据工作面的水文地质情况而定，以强化隔离带的防水效果为设置目标，增加含水层活跃强4.2.2监测与评估系统部署为确保防水隔离层施工质量，需要对其持续监控与检查为保证效果检验的精准性，可借助现代化质量检测技术以及系统，在防水隔离层周边布设智能化检测设备，得出防水隔离数据#该监测系统是由传感器与压力计组成，能实时采集防水隔离层地下水位以及压力，通过通信网络将监测数据上传中央控制器，并对数据进行分析，施工人员可根据数据评估防水隔离效果用一旦发现防水隔离效果不达标，及时分析制定调整措施，施工效果达到预期后方可继续施工用4.3灌浆技术S4576工作面断层结构复杂，要想保证灌浆技术落实到位，需积极开展施工勘察，掌握断层结构情况首先，为确保勘察数据精确与全面，需借助现代化地质勘察设备，获取S4576工作面断层结构参数用本次勘察活动期间，发现断层宽度变化幅度较大，说明该工作整体走势呈现东西延伸，落差18m,倾角60°断层长度在4.3.2选择灌浆材料灌浆材料的渗透性是重点考量要素用灌浆材料的流动性与扩散性达标，确保材料布满断层每个角落根据S4576工作面断层结构特征，对灌浆材料的固化速度、流动性、渗透性要求较高，以低黏度的化学树脂材料为主，综合多种因素，确定以环氧树脂作为主要灌4.3.3灌浆施工首先，根据S4576工作面断层地质数据制定灌浆择适合的灌注材料以及灌注方式，并且需要控制灌浆材料灌注速度以及压力，切实保障S4576工作面断层灌浆施工质量，强化煤矿阻断水施工效果其次，灌注施工时，要控制好灌浆料灌注速度与灌注量，要求环氧树脂灌浆液能够充满S4576工作面断层缝隙根据煤矿灌浆施工质量要求，规范灌浆施工行为，一旦发现环氧树脂的性能以及状态出现问题，停止灌注，及时调整用若灌浆区域出现纵向高低差大的情况，需要从低洼处灌注，避免出现注灌浆不饱满的4.4优化水泵配置S4576工作面采用智能化水泵系统，各设备能够独立运作，实现自动化控制根据S4576工作面水文地质特点，科学设置水泵安装位置，确保能够全面采集地下水数据在水泵系统运作期间，设置地下水位风险阈值，检测到地下水位达到风险阈值后，水泵系统将触发自动调节模块，自主排水用5复杂水文地质煤矿防治水技术应用效果分析相对涌水量为60.00m³/h,均在规定的标准数值内，说5.2系统稳定性验证S4576工作面防治水施工结束后，需对工作面岩层稳定性进行检测，确保施工后S4576工作面岩层各项指标在标准