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兖矿集团深井水害治理
时间:2019-06-11 15:32
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兖矿集团深井水害治理

如果用“汹涌澎拜”来形容陕蒙地区的深井涌水,估计多数人不会反对。

锦界煤矿2006年投产后矿井涌水量逐年增加,正常涌水量5000~5200m3/h,2011年9月23日矿井日最大涌水量达5499m3/h;榆阳煤矿开采到2个综放面时,涌水量1000~1200m3/h;柠条塔矿南翼首采面S1201开采到70m时,发生最大1200m3/h的涌水,造成停产,经济损失近2亿元……  “陕蒙能源基地主采煤层赋存条件、矿井水文地质条件及充水因素等差异较大,且水文地质条件相对复杂,矿井开采覆岩破坏规律、充水规律不清,有必要系统开展研究,分析不同条件水害特征,提出相应防控措施。 ”总工程师孟祥军说。   兖矿集团把晋陕蒙地区作为战略发展基地之一,2010年在陕蒙基地扎下根后,就着手进行水害处理,在前期进行深入调研、测量,掌握大量第一手资料后,2015年始选择金鸡滩、石拉乌素及转龙湾三个煤矿为研究对象,开始广泛的深井水害治理。

  提出四种顶板水害模式  辽阔的陕蒙大地、广袤的沙漠里,不时有珍珠似的“海子”给人惊喜。 知情人都知道,这里的地表水其实很丰沛,浅的地方地表以下半米就能见到水。 果然,记者在采访过程中多次见到当地居民掘沙建成的鱼池,一池清水,几尾游鱼,颇有江南水乡的风采。   金鸡滩煤矿位于陕北黄土高原北部、毛乌素沙漠东南缘的榆神矿区,石拉乌素煤和转龙湾煤矿都属于内蒙古东胜煤田,这些矿井水“主要接受大气降水的直接补给”。

  “在前期大量的调查和测量工作中,我们围绕陕蒙基地地质结构类型及富水规律、覆岩厚煤层开采导水裂缝发育特征和规律,研究了煤层开采关键隔水层时效变化及有效隔水层厚度,研究了巨厚砂岩水形成及涌突机理,形成陕蒙基地煤层开采充水模式及防治技术。 ”孟祥军说,“根据不同地区不同水温地质构造,我们确定这三个矿受三种不同的水害模式的影响。 ”  基于研究区地质、水文地质条件,在分析煤层上覆含隔水层空间赋存结构特征、矿井充水水源特征等基础上,课题研究将陕蒙能源基地煤层开采水害模式划分为四种类型:砂-土-基岩水害模式、高承压基岩水害模式、白垩系巨厚砂岩离层水害模式、地表水-薄基岩水害模式。

围绕四种水害模式,课题研究建立了导高薄板极限挠度理论、侏罗系煤层开采导水裂隙带发育高度预计公式;发现关键隔水土层釆动裂隙蠕变、水土相互作用渗透性变化规律,提出了松散砂层潜水下采煤防水保护层合理厚度的确定方法;建立了覆岩离层动态发育三角形离层域阶梯组合梁理论模型,揭示了煤层开采离层发育、水平破断距预计公式。   “在这些强有力的理论数据支持下,提出了陕蒙基地煤层开采4种顶板水害模式,研究实施了新的水害预计方法和防治关键技术。

”孟祥军说。

  采前疏放+采中排放  “金鸡滩煤矿是典型的砂-土-基岩水害模式。 ”金鸡滩煤矿矿长张传昌拿出已经束之高阁的108工作面生产图纸,“这个工作面我们已经采完。

工作面正常涌水量为/h,最大涌水量为/h。

”他说,108工作面采取采前疏放水治理水害,在工作面回采前3~6个月进行放水,“先疏后密”,迎着工作面推进方向布孔,总放水量达到60%~80%。

开采期间,在回风顺槽、辅助运输顺槽设置中转水仓,将距离切眼最近的低洼点作为周转水仓,分别安装潜水泵作为主排水设施。 为保证工作面开采期间防治水工作顺利进行,利用采空区作为储、排水空间。   “工作面推进0~500m范围内108工作面水量逐渐增大,随后趋于稳定。 ”张传昌说,“在理论分析、科学治理的基础上,108工作面实现了安全开采。 103工作面也是这样防治的水害。 ”  石拉乌素是典型的高承压基岩水害模式。

其201工作面为首采工作面,结合区域条件类似矿井实际排水经验,首采面采用“采空区过滤储水、辅助风巷排水”的总体方案,先在回风顺槽切眼端头施工48个孔探放水,至回采前累计疏放顶板水148万m3,至工作面钻孔全部拆除完毕,累计疏放顶板水万m,首采面采结束,回采期间未发生较大积水情况。

  转龙湾煤矿水害则属于地表水-薄基岩水害模式类型,北翼303工作面为首采工作面。 回采过程中,密切注意观测顶板裂隙淋水变化情况,并提前对顶板低洼处进行探放水工作。

以排水能力不低于最大涌水量倍安置排水设备,各顺槽回采前备有完好的排水设备和排水管路,采用动力独立供电系统,有专人负责维修和保养,确保设备的完好,直至工作面回采结束。

  对西北侏罗系煤田开发具普遍推广意义  2018年,《陕蒙能源基地矿井水害模式及防治关键技术》获得中煤协会科技进步一等奖。

  “我国对于覆岩导水裂缝带发育规律的研究,目前可处于国际先进水平。 早期我国地质学者就对我国煤矿开采覆岩破环的导水裂缝带做了大量的实测和理论研究,并根据不同覆岩岩性等,统计得出计算导水裂缝带高度的经验公式,并指导了许多煤矿的水体下采煤试验。 ”孟祥军说,“随着生产力水平的提高和发展,‘三下规程’中的导水裂缝带高度的预测公式不再完全适用,进而有必要对其进行新的探讨和研究。 ”  孟祥军介绍,陕蒙能源基地矿井水害模式及防治关键技术研究中,利用RFPA数值模拟软件,再现了厚基岩覆岩模型、厚风化带覆岩模型和厚土层覆岩模型内采动覆岩(土)裂隙演化过程,并分析了导水裂缝带发育规律,认为风化带能够耗散声发射能量,从而在一定程度上抑制了导水裂缝的发育;利用光纤感测技术,实现了采动过程中覆岩变形破坏的动态分布式监测;设计并实施了应力恢复条件下裂隙土层渗透性演化试验;利用TAW-1000岩石伺服控制测试系统对不同应力条件下的损伤砂质泥岩、细砂岩、粉砂岩的渗透性变化进行了测试。   孟祥军说,近年来,随着西部大开发建设,西部侏罗系煤田开采时也出现离层水害问题,由于采矿条件、地质及水文地质条件的特殊性,相比中东部矿井离层水涌水量增高、发育高度更高、治理难度更大,如何准确认识离层水害机理并采取切实可行的防控手段成为本课题研究的重要任务之一。

  “针对不同的水害模式提出了相应的防治措施体系,在3个矿井先期开采的首采区得到了很好应用,保证了矿井安全开采。 ”孟祥军说,“项目研究可为兖矿集团陕蒙基地矿井安全开采提供水害防治决策技术依据,经济效益巨大;同时相关关键科学问题研究,对我国西北侏罗系煤田开发具普遍推广意义,科学和技术意义。

原标题:兖矿“治水”保矿井安全开采。

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