五举煤矿白垩系立井施工涌水量预测及防治研究

发布时间：2020-09-11 22:55

　　煤矿水害是与瓦斯、矿压、火灾、粉尘并列的矿山建设和生产过程中的五大灾害之一,给煤矿安全生产带来了巨大的威胁。五举煤矿主井、副井、风井穿越下白垩系六盘山群第一段(K1L1)的厚度分别为267nm、242m、244m,在井筒建设过程中出现了下白垩系含水层厚度大、富水性强、埋深大、治理艰难的技术问题,在该地区立井建设中还没有采用非冻结法成功通过涌水量如此之大含水层的先例。本论文通过一系列水文地质和涌水量预测分析,模拟研究不同工况下含水层水压头、渗流速度场及涌水量的变化规律;提出了“工作面预注浆十分段掘砌+壁后注浆”的井筒水害治理方案,并对关键施工技术进行研究设计;通过实施解决了该矿井建设难题,实现了安全顺利通过强含水层。本研究进行的主要工作及取得的成果如下:(1)通过资料收集系统总结了五举煤矿主井、副井、回风立井穿过地层的整体情况,重点研究了三条井筒穿越白垩系强含水层地层的结构、厚度、地层的水文地质特性;(2)依据井筒检查孔数据,采用理论解析法、类比法获得了井筒一次全段开挖工况下井筒的涌水量数据,对比实际存在较大差异,研究发现本地区白垩系涌水量预测与实际差异原因:采用数值计算方法模拟井筒不同工况下,水压头响应、渗流速度场、涌水量变化,发现了本区域立井开挖时白垩系裂隙含水层水压头、渗流速度场、涌水量变化规律;不同开挖工况支护与不支护条件下涌水量变化规律;(3)依据五举煤矿三条井筒白垩系水害特征、涌水规律研究,设计了“工作面预注浆+分段掘砌+壁后注浆”的立井施工水害治理方案,实施后安全顺利通过下白垩系含水层,综合涌水量控制在国家规范要求之内,实现了安全无事故,井筒施工质量合格,注浆法防治水的附加投资只相当于冻结法的28%,附加工期相当于冻结法的50%,为利用注浆技术治理白垩系裂隙岩体强含水岩层水害,探索出了一条安全可靠的技术之路。本论文通过对五举煤矿白垩系裂隙岩体含水层进行了深入研究,提出了立井施工“工作面预注浆+分段掘砌+壁后注浆”的方法,并且通过成功实施,达到了预期理想效果,实现研究目标,对陇东地区新建矿井及国内同类型地层立井施工具有非常大的借鉴价值和推广应用的意义。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TD745
【部分图文】：

井筒涌水量,涌水量预测,水能,大水

图 1.1 涌水量预测数学模型分类国井筒涌水量预测精度较低，80 年代对我国 50 个大水煤矿进行统计，预实测涌水量相比误差大于 50%的占 4/5,个别相差达 200 倍以上；影响井筒度的因素较多，其中最根本的影响因素是井田地质和水文地质条件的复杂用的井筒涌水量预测方法比拟法、解析法、水均衡法、数值法等；预测步预测井筒涌水量的水文地质模型，二是建立相应的数学模型，三是代入参型，并对解算结果进行分析和评价。比拟法分为水文地质比拟法和 Q-S 曲质比拟法是以水文地质及开拓条件相似的实际涌水量来推算预测涌水量，勘测条件时才采用；Q-S 曲线法是以小口径钻孔的抽水试验资料为依据来。解析法即地下水动力学法，其求解有赖于边界条件、开拓条件、含水层信息定量充分的涌水量预测。水均衡法仅适用于具有独立水文地质单元的测。数值法是在计算机上，用数值方法求数学模型的解，能使数学模型更地质条件并便于求解，但调整参数时难免有主观性，使预测产生偏差；也产中应用最广泛的涌水量计算方法[7]。水文地质资料丰富或有大型抽放水实验资料时，可使用数值法预测井筒涌

井田,范围图,地理位置

2.1 五举煤矿井水文地质特征2.1.1 井田基本概况（1）井田位置及范围五举井田行政区划属甘肃省崇信县新窑镇和灵台县龙门乡管辖。地理坐标位于东经106°56′30″～107°06′45″；北纬 35°03′45″～35°10′00′，其范围是由 68 个拐点所圈定的不规则区域，面积为 138.06km２。井田北至新窑镇政府，南达甘陕省界，西起新窑镇狼窝坝，东到灵台龙门乡，东西宽 16.0km，南北长 16km。五举井田位于华亭矿区赤城煤田南部，井田总体结构造型态呈西倾弧型单斜构造[25]。五举井田地理位置及范围见图 2.1 。五举煤矿煤炭资源地质储量 2.47 亿 t，有可采煤层 6 层，煤层平均总厚度 21.25m，矿井设计生产能力 240 万 t/a，服务年限 51a，采用立井-暗斜井开拓方式，主、副、风三条立井设计井深分别为 684m、652m、667m（含 15m 水窝），矿井配套建设 240 万 t选煤厂，设计总投资 30.29 亿元（不含选煤厂），设计建设工期 56 个月。

2 五举矿水文地质特征及井筒涌水量预测井田范围内地表出露及钻孔揭露的地层自老而新有：中上三叠统延长组（T2-3y），下侏罗统富县组（J1f），中侏罗统延安组（J2ya），中侏罗统直罗组（J2z），中上侏罗统安定组（J2-3a）），下白垩统六盘山群（K1L），新近系干河沟组（N2g）和第四系（Q）。具体地层结构，见附录二《五举井田综合柱状图（上、下）》。井田总体构造形态呈西倾弧型单斜构造，见图 2.2 井田及临区构造简图。整个井田构造形态为弧形西倾的单斜构造，煤层走向由北而南，由北东向转为南北向，再转为北西向。各煤层底板等高线也呈弧形形态。在单斜面上，由北而南，煤层被 DF6、DF10、DF7 逆断层切割破坏，但破坏范围不大。因此，整个井田在构造复杂程度分类上，可称为构造中等类别。

【参考文献】