高承压强富水含水层下采煤顶板水防控技术研究
摘 要：本文针对巴彦高勒煤矿3-1煤开采区顶板含水层厚度大、水压高、大导高、富水性极不均一、延安组顶板含水层与与侏罗系底部含水层双层高承压砂岩孔隙裂隙含水层复合为一个含水体的复杂水文地质条件，开展防治水技术研究，探索出一整套以煤层顶板含水层可控疏放为主体的高承压强富水含水层下采煤的综合防治水技术，为本区3-1煤开采提供技术支持的同时，对其他矿区相似条件下煤层开采具有重要的借鉴意义。 关键词：采矿工程；水文地质；防治水技术；研究 DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.207 1 研究内容和方法步骤 （1）研究内容：根据《巴彦高勒井田水文地质补充勘探报告》，影响巴彦高勒煤矿3-1煤开采的主要含水层，是导水裂缝带影响范围内的3-1煤顶板延安组砂岩孔隙裂隙含水层和直罗组底部砂岩孔隙裂隙含水层。即这两层含水层是3-1煤采区工作面防治水工作的主要目标。 由表1可以看出，水化学类型均为SO4-Na型，这种较高的矿化度和水化学类型是地下水在含水层中长期溶解的结果，表明含水层水以静储量为主，补给、径流条件较差。 综合上述，由于巴彦高勒煤矿3-1煤顶板含水层埋藏深、水压大、水量大、富水性分布不均一、工作面回采后涌水量峰值难以预计、顺槽不具备自然排水能力、峰值涌水量可能超过排水系统的排水能力，为了提前可控引流、截流疏放、消峰平谷、减少采后落地涌水量、排除隐患、减少不可控因素，避免回采过程中涌水量峰值的出现、造成工作面被淹等事故，非常有必要提前开展顶板疏放水工作。 以沉积地质研究与分析为基础，以物探富水区查找为指导，以井下群孔预疏放为主，采后顶板垮落自然疏放残余水量的联合疏水方式。采取增加疏水孔数量，增加含水层裸孔段长度等措施提升疏水效果，缩短顶板水疏放时间，提高放水效率，是3-1煤顶板防治水防控技术的主要研究内容。 （2）方法步骤：根据巴彦高勒煤矿3-1煤层顶板水害防治方案的选择结果及顶板水预疏放中面临的主要问题，结合首采面具体地质与水文地质条件、生产条件，工作面顶板水防治方案总结为以下5个方面： ①综合勘探、精细探查。针对主要充水含水层复杂的沉积特征，在地面地质、水文地质勘探、三维地震勘探的基础上，在井下采用水文地质物探、钻探手段对顶板含隔水层沉积状态进行全方位精细探查，进而研究沉积规律对矿井充水方式的控制作用，指导防治水工作；②动态监测、预测预报。在精细探查和超前探查基础上，采用井上下结合的矿井水情监测系统对矿井水位（水压）、水量、水温、水质等参数进行动态监测，做到提前发现、超前治理；③统筹兼顾、优化设计。在矿井初设阶段即充分考虑水文地质因素，尤其是沉积因素。将工作面走向与沉积条带方向呈夹角布置，虽然初期矿井涌水量波动幅度较大，但通过初期疏放，为后续工作面开采提供安全保障。矿井排水系统和采区排水系统设计在按照预测涌水量设计的同时留有一定余地，以应对可能的涌水量波动；④可控疏放、消峰平谷。对回采工作面导水裂缝带范围内的顶板水进行可控预疏放，避免集中涌水，实现工作面采后涌水平稳泄放，缓解周期性涌水对排水系统的压力；⑤减小扰动、循环利用。采取减小顶板导水裂缝带发育高度的技术手段，尽可能减少对上覆含水层的扰动破坏，保护地下水资源和生态环境。同时对矿井水进行循环利用，实现全复用、零排放。 2 取得的效果 通过对3-1煤工作面顶板水的提前疏降，取得了以下效果： （1）通过疏放水尽可能释放直罗组底部含水层和延安组上部含水层静储量，降低水头压力，使其呈不承压状态，保证工作面回采过程中涌水平稳，不出现峰值涌水量，冲击工作面及矿井排水系统，防止水害事故的发生； （2）通过首采工作面疏放水，降低周边工作面顶板水头压力，为周边工作面开采创造有利条件； （3）进一步查清直罗组底部含水层和延安组上部含水层的富水性分布规律，了解底部隔水层的分布情况及赋存状态，从而为疏放水的可行性和可靠性、合理地调整工作面布局，为提高矿井开采3-1煤层的安全程度提供科学依据； （4）为下一步顶板水突涌预防方案选择，确定钻孔疏放、回采疏放和顶水采煤的可行性提供了可靠的第一手资料。 本文受山东能源淄矿集团高承压强富水含水层下采煤顶板水防控技术研究科研项目支持。 作者简介：刘飞（1981-），男，河南永城人，助理工程师，研究方向：采矿工程管理。