张延颖-葛泉矿煤层高承压岩溶含水层上带压开采下组煤技术探索

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1、张延颖:葛泉矿煤层高承压岩溶含水层上带压开采下组煤技术探索张延颖长期以来，在华北地区开采受奥灰水威胁的9号煤资源，一直是煤炭行业面临的难题，虽开采才甚众,却全部因遭受水害而中止。由冀中能源控股的金牛能源葛泉矿与煤炭科学研究总院西安研究院共同完成的葛泉矿东井《双层复合高承压岩溶含水层上带压开采下组煤综合防治水技术》，使这一技术得到解决。并形成了一整套以煤层底板注浆改造为主体的带压开釆综合防治水技术，被专家评定为“达到了国际先进水平”。能源意识使创新触角向下组煤延伸金牛能源葛泉矿，年设计能力为60万吨，开釆煤层为2号、2号下、5、7号、8号及9号煤层，1989年投产以来,一直

2、在2号、2号下、5号煤层进行生产。由于地质构造，使该矿井田南翼F13断层的东北部分抬起，构成了独立块段，下组煤赋存较浅，其9号煤层厚度为4.89m,储量为892.4万吨。下组煤距奥陶纪灰岩很近。奥陶纪灰岩为强含水层，水压很高。开釆下组煤如同在灌满水的劣质容器上从事生产，稍有不慎，碰破容器，强大的水压便会把矿井淹没，其风险性极高。但强烈的能源意识和科学创新精神，却使他们瞄准了这个极具挑战意义的课题进行了不懈探索。分析资料，他们发现这块煤层距奥灰顶面的隔水层厚度为38〜55m,奥陶系灰岩水水位标高为+40m左右，-150水平煤层承受的水压为1.9Mpao如果对煤层底板隔水层及

3、本溪灰岩含水层进行注浆加固改造，并采取有效的高承压岩溶含水层上带压开采下组煤配套防治水措施，-150水平以上的下组煤即可具备高承压岩溶含水层上带压开采下组煤的水文地质条件。也正是基于这些原因，金牛股份公司于xx年,投资1.49亿元，在这块煤层中新建了可年产30万吨煤炭的葛泉矿东井,以科学的态度、攻关的精神把创新的触角向下组煤延伸。试采区走向长约2200m,倾斜宽约1900m,面积3.8km2o位于试采区西侧的首采工作面1192的直接充水水源为9号煤层底板下伏本溪灰岩含水层和顶板大青灰岩含水层，其中本溪灰岩含水层由于厚度较大，富水性强，且与奥陶系灰岩含水层之间存在密切的水力

4、联系。要确保试采圆满成功，就必须在巷道掘进阶段，应该对煤层底板导水通道进行精细探查；在工作面回采前，对煤层底板隔水层及本溪灰岩含水层进行注浆加固与改造；在工作面回采过程中，还应对底板水害及采动破坏深度进行监测。为此，该矿将首采1192工作面防治水工作的基本思路确定为：在巷道掘进阶段，对顶板大青灰岩含水层进行合理受控疏放，对掘进头前方垂向导水构造进行探查并对薄弱区段进行超前预注浆；在工作面回采之前，对煤层底板进行注浆加固，补强其阻水性能。同时，对本溪含水层进行全面注浆改造，将其改造为相对隔水层；在工作面回采过程中对工作面底板水害和煤层底板采动破坏深度进行动态监测，预防突水灾

5、害，实现工作面的安全回采。透彻分析对首采面进行正确评价河北金牛能源集团葛泉矿高承压岩溶含水层上带压开釆下组煤的试采工作面1192,为倾斜长壁工作面，倾向长约400m,走向宽75m,工作面巷道均沿9号煤层底板掘进，煤厚4〜6m,倾角约10。，在工作面巷道掘进阶段，共揭露断层9条，其中，落差在5m以上的断层1条，落差均小于2m断层8条，断层发育密度约0.8条/100m,且干燥无水。1192工作面采用综合放顶煤开采工艺，顶板管理方式为全部垮落法。1192工作面底板至奥灰含水层的隔水岩层为由浅部向深部逐渐增大，厚度为41〜45m,其中，切眼附近为41~42m,停采线附近为44〜4

6、5m。岩性以粉砂岩、细砂岩、灰岩和铝土质泥岩为主，其中，粉砂岩、细砂岩占总厚度的75%左右；本溪灰岩厚度占总厚度的18%强；泥岩厚度占总厚度的5%左右。科学认为，这种软硬相间具有一定厚度的隔水层结构在未受构造破坏的情况下，具有较好的阻水性能。但本溪灰岩含水层与奥陶系灰岩含水层之间的隔水层厚度最薄处仅为8m,却很容易受构造破坏使二者发生水力联系，使本溪灰岩含水层局部富水性增强，进而使隔水层的阻水性能下降。为安全完成首采面试采，他们通过钻探和对本溪灰岩水显示出奥陶系灰岩水的水文地质特征进行分析，在掌握了1192工作面9号煤底板至本溪灰岩间距为14.6-23.7m,岩层结构以粉

7、砂岩、砂岩为主，裂隙发育程度较高，阻水性能一般，底板裂隙发育方向多为30-35°,本溪灰岩承压水在局部地段存在原始导升高度，底板裂隙密集发育段可直接到9#煤底板等相关数据后，认为工作面开采过程中存在有本溪灰岩水沿导水裂隙上升，并突破9号煤层底板对井巷工程充水的危险性，及工作面本溪灰岩与奥陶系灰岩含水层之间隔水层，存在奥灰水垂向越流补给现象或其它形式的补给方式后，他们又根据1964至2002年38年奥灰水位动态观测统计资料，及工作面附近奥灰孔实测水位标高，以及采动对底板扰动破坏深度等方面，对组织力量对工作面的高承压岩溶含水层上带