【能源人都在看，点击右上角加'关注'】作 者 方 刚1,2,3,梁向阳2,3,黄 浩2,3,夏玉成1,靳德武2,3,刘 洋2,3作者单位 1. 西安科技大学 地质与环境学院；2. 中煤科工集团西安研究院有限公司；3. 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室研究背景 陕北侏罗纪煤田为我国14个特大型煤炭生产基地之一,目前煤炭资源开采主要集中在榆林、神木、府谷等地区,区内包括神府矿区、榆神矿区、榆横矿区等若干大型矿区,所开采的煤炭资源丰富、煤质优良、地质构造简单、生产成本低廉,是我国未来重点建设发展的产煤主体区域。
随着近年来的煤炭资源开发利用强度逐步增大,浅部煤层已逐渐开采殆尽,区内矿井向着更深部的煤层进行掘进开采,而在榆横矿区(北区)规划有大海则、可可盖、小纪汗、袁大滩、西红墩、巴拉素、乌苏海则、红石桥、波罗等多个大型井田,目前总体均处于筹建阶段,矿区内煤层埋藏自东向西逐渐变深,区内中部矿井煤层埋深基本在450m以上,由此引起的在深部煤层开发利用过程中所产生的相关矿井水害问题日趋严重,与此相对应的矿井防治水保障技术研究则显得尤为重要,矿井安全生产形势严峻、迫在眉睫。
榆横矿区(北区)位于陕北侏罗纪煤田中部,区内规划的煤矿井田面积均在150~300km2,可采煤层较多,在未来数十年内具有巨大的发展潜力和可观的经济效益,在陕北煤炭生产基地中占据着重要的战略位置。
但近年来均不同程度地受到各类水害的影响,其中发现的高承压煤层水害问题为全国乃至世界罕见。
以往普遍认为,煤层作为地史时期形成的致密有机沉积层,具有一定的隔水性,而目前发现的此类高承压富水煤层在行业、领域中均实属首次。
从矿井防治水角度出发,先期完成煤层富水条件下的安全生产,进而实现煤炭资源的高效回采,后期开展煤层水资源的合理利用,有着深远的理论意义和重要的研究价值。
摘 要 陕北侏罗纪煤田榆横矿区(北区)是我国重要的煤炭生产基地,区内大型矿井分布较多,煤层埋藏相对较深,在采掘过程中发现有富水煤层问题。
为研究区内煤层富水机理及采掘过程中的水害问题,以巴拉素煤矿2号富水煤层注浆堵水治理工程为例,通过对水文地质条件和地下含水层之间水力联系情况分析,查明了区内各含水层水文地质特征及类型,确定了2号煤层水为立井井筒过煤层段的主要充水水源,并提出了富水煤层注浆治理保障新技术。
通过抽水试验、水化学测试,发现区内地下水含水层主要为第四系松散层潜水含水层、白垩系下统洛河组孔隙-裂隙含水层、侏罗系中统直罗组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤顶板延安组碎屑岩类裂隙含水层、2号煤层含水层等。
第四系松散潜水含水层和白垩系洛河组孔隙裂隙含水层之间水力联系密切,其他含水层之间均未发现水力联系。
根据现场实际及多次实践,确定以“引流注浆、帷幕封堵”为总体思路,运用“井下打钻,地面拌浆,管道输送,高压灌注”的方法,完成2号煤层富水区段的封堵。
研究及实践结果表明:通过多种材料结合、钻探注浆等组合工艺实施后,在副立井井筒马头门煤层揭露区段及待掘巷道周围形成了有效的止水帷幕,将掘进巷道与富水煤层隔开,最大程度地减小井筒涌水量,超出预期目标完成注浆堵水任务,副立井井筒总涌水量由最初的150m3/h(最高200m3/h)衰减至竣工时的11m3/h,注浆堵水率约为93%,实现了对富水煤层大量出水有效封堵的目的。
文中图片 井田位置及四邻关系示意副立井2号煤层与其上覆主要含水层距离抽水试验曲线井田2号煤层扫描电镜注浆堵水工程技术路线注浆孔平面布置注浆孔设计剖面注浆孔开孔位置示意钻孔注浆工艺流程副立井涌水量衰减曲线