扎赉诺尔煤业公司铁北煤矿Ⅱ2a煤层安全开采防治水条件分析

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　　摘  要：通过本次研究工作，详细查明了研究区Ⅱ2a煤层顶板含水层分布规律、埋藏条件及水力联系情况，根据邻矿的相似情况及实际经验进行类比分析，并且建立回归模型，得出计算综放开采条件下的冒裂带高度预计公式。利用邻区水文地质资料及本区水文孔抽水试验资料，采用了数值法分别对研究区进行涌水量计算，得到的结果和实测的数据基本吻合，这对矿井防治水有重要的意义，同时对煤层安全开采防治水条件进行了分析。
　　关键词：安全开采;矿井防治水;导水裂隙带高度;矿井涌水量
　　中图分类号：TD745        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）16-0066-02
　　Abstract： Through this research work， the distribution law， burial conditions and hydraulic connection of roof aquifer in Ⅱ2a coal seam in the study area are found out in detail. According to the similar situation and practical experience of adjacent mines， the analogy analysis is carried out， and the regression model is established. The prediction formula of the height of the caving zone under the condition of fully mechanized top coal caving mining is obtained. Based on the hydrogeological data of adjacent areas and the pumping test data of hydrological holes in this area， the numerical method is used to calculate the water inflow in the study area respectively. The results obtained are in good agreement with the measured data， which is of great significance to the prevention and control of water in mines. At the same time， the waterproof treatment conditions of coal seam safety mining are analyzed.
　　Keywords： safe mining; mine water prevention and control; height of water diversion fracture zone; mine water inflow
　　1 礦区充水因素分析
　　通过对该矿区往年的突水情况分析（铁北矿井下突水因素分析表），得知影响本矿区的主要充水因素包括自然因素与人为因素。其中突水水源为煤层顶板含水层和采空区。突水通道主要是人工开采破坏造成的顶板冒落，直接沟通上覆含水层。最大涌水量都在200m3/h以上，两次都伴有溃砂现象，而且砂水比例在3：2以上。由于水文地质条件具有时空变化的特点，所以矿井充水条件亦有特定的空间和时间涵义。就同一矿井而言，不同开采煤层、不同开采水平、不同采区及至不同工作面，其充水条件都存在一定的差异;对于同一矿井的同一个开采煤层、开采水平、采区或工作面的充水条件不同时期也不相同，有的雨季和旱季不一样，有的采前和采后不一样。因此就该矿井来说，通过其突水实例的分析，可以看出Ⅱ2a煤层顶板含水层突水往往伴随有溃砂现象，且涌水量较大，而目前采空区突水只有一次，水量为370m3/h。造成突水的原因都是人工开采裂隙导通含水层或采空区。
　　2 铁北矿区矿井涌水量预计
　　根据矿区实际情况，本次涌水量预测采用数值法。
　　（1）边界条件概化
　　本次计算的边界条件为了更接近计算区的实际边界，以减少边界条件的不确定性给计算带来随意性，本次计算区西北部以F22断层为边界，作弱透水边界处理，东南部、东北部、西南部均概化为无限含水层，并根据抽水实验资料，在距抽水井400米左右的地方水位变化很小，将其作为定水头边界处理。
　　本次工作所研究的含水层为承压含水层，且含水层富水性不均，为非均质含水层，初步将其分为六个参数区。
　　（2）数学模型的建立
　　根据水文地质边界条件的概化，建立与其相适应的数学模型：
　　（3）单元剖分
　　单元剖分包括三角形及四边形网格剖分，且单元格数是根据模型的大小和类型来确定的。这里根据水文地质单元条件，全区共剖分657个三角形单元，结点总数为359个，其中一类边界结点为45个，二类边界结点为15个，计算结点为284个。
　　（4）模型校正
　　本次模型校正以2006年1月12日17时～2月10日18时为校正模型时段，且将抽水稳定时段分为3个时段，每个时段分为4个步长，长度分别为0.09天、0.16天、0.25天、0.5天;抽水稳定观测时段分为1个时段，并分为4个步长，长度分别为0.09天、0.16天、0.25天、0.5天。
　　（5）参数分区与计算结果
　　校正结果，全区共分9个参数区，参数结果见表2。
　　通过数值模拟得到不同分区的导水系数，及涌水量Q=693.0m3/h。与实测资料进行比较，Q实为710.4m3/h。可以看出模拟结果还是很接近实际数据的。
　　3 铁北矿区矿井防治水技术
　　通过研究分析，对铁北煤矿顶板水防治提出如下技术措施：（1）补充勘探工程：铁北矿区突水溃砂的治理的前提条件是对其水文地质条件的查明程度。在目前对顶板各含水层富水、涌水特征没有从根本上认识的情况下，应结合补充勘探、井下探放水工程。（2）加强“三带”探测：为了获取更多更丰富的“三带”观测资料以指导矿区今后开采实践，要进一步加强覆岩结构中断裂构造及顶板裂隙带的进一步探测工作，通过探测分析导水通道的位置及导水性的强弱程度。（3）疏干开采：从矿井历次沙水突水事故资料来看，Ⅱ2a煤层顶板含水层局部地段富集，且沿走向连通不好，多数突水点开始水量较大，很快减小至干涸，说明含水层补给条件不良。采用疏干方法易于形成降落漏斗，从而实现安全开采。疏干方式可采用地面疏干，井下疏干或联合疏干方式。
　　4 结论与建议
　　（1）首先结合区内地质钻孔和水文孔资料，对铁北煤矿Ⅱ2a煤层顶板含水层厚度、埋深、形态、分布范围进行了分析，查明了研究区Ⅱ2a煤层顶板含水层分布规律、埋藏条件及水力联系情况。
　　（3）利用临近矿井及本矿井抽水试验资料对矿床涌水量计算采用了数值法进行了综合分析对比，计算结果与实际数据对比非常接近，此计算方法适合本矿区。
　　参考文献：
　　[1]张蔚榛.地下水非稳定流计算和地下水资源评价[M].科学出版社，1983.
　　[2]孙纳亚.地下水的数值模型和数值法[M].地质出版社，1988.
　　[3]煤矿防治水手册[M].煤炭工业出版社，2013.
　　[4]煤矿井采矿设计手册[M].煤炭工业出版社，1982.
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