下流的轮盘赌好玩吗
2019年08月22日 星期四
地質云 :English | 公務郵箱
中國礦業報訂閱

降服水患

——兗礦集團破解陜蒙能源基地礦井水害技術瓶頸紀實

2019-6-5 8:23:15 來源:中國礦業報 本報記者:劉艾瑛 通 訊 員 吳玉華

如果用“洶涌澎拜”來形容陜蒙地區的深井涌水,估計多數人不會反對。據資料顯示,錦界煤礦2006年投產后礦井涌水量逐年增加,正常涌水量5000~5200m3/h,2011年9月23日最大涌水量達5499m3/h;榆陽煤礦開采到2個綜放面時,涌水量達到1000~1200m3/h;檸條塔礦南翼首采面S1201開采到70米時,發生最大1200m3/h的涌水量,造成停產,經濟損失近2億元。

“陜蒙能源基地主采煤層賦存條件、礦井水文地質條件及充水因素等差異較大,且水文地質條件相對復雜,礦井開采覆巖破壞規律、充水規律不清,有必要開展系統研究,分析不同條件的水害特征,提出相應防控措施。”兗礦集團總工程師孟祥軍說。

兗礦集團把晉陜蒙地區作為戰略發展基地之一,2010年在陜蒙基地扎下根后,就著手進行水害治理。在前期進行深入調研、測量,掌握大量第一手資料后,2015年始選擇金雞灘、石拉烏素及轉龍灣三個煤礦為研究對象,開始廣泛的深井水害治理。

提出四種頂板水害模式

遼闊的陜蒙大地、廣袤的沙漠里,不時有珍珠似的“海子”給人驚喜。知情人都知道,這里的地表水其實很豐沛,淺的地方地表以下半米就能見到水。果然,記者在采訪過程中多次見到當地居民掘沙建成的魚池,一池清水,幾尾游魚,頗有江南水鄉的“風韻”。

金雞灘煤礦位于陜北黃土高原北部、毛烏素沙漠東南緣的榆神礦區,石拉烏素煤礦和轉龍灣煤礦都屬于內蒙古東勝煤田,這些礦井水“主要接受大氣降水的直接補給”。

“在前期大量的調查和測量工作中,我們圍繞陜蒙基地地質結構類型及富水規律、覆巖厚煤層開采導水裂縫發育特征和規律,研究了煤層開采關鍵隔水層時效變化及有效隔水層厚度,研究了巨厚砂巖水形成及涌突機理,形成陜蒙基地煤層開采充水模式及防治技術。”孟祥軍說,“根據不同地區不同水溫地質構造,我們確定這三個礦受三種不同的水害模式影響。”

基于研究區地質、水文地質條件,在分析煤層上覆含隔水層空間賦存結構特征、礦井充水水源特征等基礎上,課題研究將陜蒙能源基地煤層開采水害模式劃分為四種類型:砂-土-基巖水害模式、高承壓基巖水害模式、白堊系巨厚砂巖離層水害模式、地表水-薄基巖水害模式。圍繞四種水害模式,課題研究建立了導高薄板極限撓度理論、侏羅系煤層開采導水裂隙帶發育高度預計公式;發現關鍵隔水土層釆動裂隙蠕變、水土相互作用滲透性變化規律,提出了松散砂層潛水下采煤防水保護層合理厚度的確定方法;建立了覆巖離層動態發育三角形離層域階梯組合梁理論模型,揭示了煤層開采離層發育、水平破斷距預計公式。

“在這些強有力的理論數據支持下,我們研究實施了新的水害預計方法和防治關鍵技術。”孟祥軍說。

采前疏放+采中排放

“金雞灘煤礦是典型的砂-土-基巖水害模式。”金雞灘煤礦礦長張傳昌拿出108工作面生產圖紙,“這個工作面我們已經采完。工作面正常涌水量為455.79m3/h,最大涌水量為709.75m3/h。”他說,108工作面采取采前疏放水治理水害,在工作面回采前3~6個月進行放水,“先疏后密”,迎著工作面推進方向布孔,總放水量達到60%~80%。開采期間,在回風順槽、輔助運輸順槽設置中轉水倉,將距離切眼最近的低洼點作為周轉水倉,分別安裝潛水泵作為主排水設施。為保證工作面開采期間防治水工作順利進行,利用采空區作為儲、排水空間。

“108工作面推進0~500米范圍內,水量逐漸增大,隨后趨于穩定。”張傳昌說,“在理論分析、科學治理的基礎上,108工作面實現了安全開采。103工作面也是這樣防治水害。”

石拉烏素是典型的高承壓基巖水害模式,201工作面為首采工作面。結合區域條件類似礦井實際排水經驗,他們對首采面實施“采空區過濾儲水、輔助風巷排水”的總體方案,先在回風順槽切眼端頭施工48個孔進行探放水,至回采前累計疏放頂板水148萬立方米;至工作面鉆孔全部拆除完畢,累計疏放頂板水173.1萬立方米;至首采面回采結束,未發生較大積水情況。

轉龍灣煤礦水害則屬于地表水-薄基巖水害模式,北翼303工作面為首采工作面。回采過程中,他們密切注意觀測頂板裂隙淋水變化情況,并提前對頂板低洼處進行探放水工作。以排水能力不低于最大涌水量1.5倍安置排水設備,各順槽回采前備有完好的排水設備和排水管路,采用動力獨立供電系統,有專人負責維修和保養,確保設備完好,直至工作面回采結束。

具有普遍推廣意義

2018年,《陜蒙能源基地礦井水害模式及防治關鍵技術》獲得中國煤炭工業協會科技進步一等獎。

“我國對于覆巖導水裂縫帶發育規律的研究,目前處于國際先進水平。早期地質學家就對我國煤礦開采覆巖破壞的導水裂縫帶做了大量的實測和理論研究,并根據不同覆巖巖性特征,統計得出計算導水裂縫帶高度的經驗公式,并指導了許多煤礦的水體下采煤試驗。”孟祥軍說,“隨著生產力水平的提高和發展,‘三下規程’中的導水裂縫帶高度預測公式不再完全適用,有必要重新對其進行探討和研究。”

孟祥軍介紹,陜蒙能源基地礦井水害模式及防治關鍵技術研究中,利用RFPA數值模擬軟件,再現了厚基巖覆巖模型、厚風化帶覆巖模型和厚土層覆巖模型內采動覆巖(土)裂隙演化過程,并分析了導水裂縫帶發育規律,認為風化帶能夠耗散聲發射能量,從而在一定程度上抑制了導水裂縫的發育;利用光纖感測技術,實現了采動過程中覆巖變形破壞的動態分布式監測;設計并實施了應力恢復條件下裂隙土層滲透性演化實驗;利用法國TAW-1000巖石伺服控制測試系統對不同應力條件下的損傷砂質泥巖、細砂巖、粉砂巖的滲透性變化進行了測試。

孟祥軍說,近年來,隨著西部大開發建設,西部侏羅系煤田開采時也出現離層水害問題,由于地質及水文地質條件的特殊性,相比中東部礦井離層水涌水量增高,發育高度更高,治理難度更大。如何準確認識離層水害機理并采取切實可行的防控手段,成為本課題研究的重要任務之一。

“我們針對不同的水害模式提出了相應的防治措施體系,在3個礦井先期開采的首采區得到了很好應用,保證了礦井安全開采。”孟祥軍說,“項目研究可為兗礦集團陜蒙基地礦井安全開采提供水害防治決策技術依據,經濟效益巨大;相關關鍵科學問題研究,對我國西北侏羅系煤田開發具有推廣意義,科學和技術意義重大。”□

網站編輯:宮莉

返回新聞
下流的轮盘赌好玩吗