晋煤集团赵庄矿井3煤层顶板水防治方法探析

第11卷第3期(总第70期) 煤 矿 开 采 V01．11 No．3(Series No．70)

2006年6月 Coal Mining Technology June 2006

赵庄矿井3#煤层顶板水防治方法探析

封云杰

(晋城煤业集团赵庄矿，山题晋城048007)

[摘要】 针对赵庄矿井39煤层顶板水淋水大，在矿井基建施工中出现不同程度的大量涌水，

严重影响矿井施工进度，结合实际提出34煤层顶板水防治的几种方法，对矿井投入生产后能够有效防

治蔟掇水魏王作方法遗行了分析。

[关键词】 顶板水；防治；疏水降臁；预测预报

[中图分类号]TD745 [文献标识码]B [文章编号]1006-6225(2006)03-0069-04

Roof Water Prevention Method醒3娜Coal Seam in Zhaozhuang Colliery

土和粗一粉砂等组成，大气降水为其主要来源。区

1矿井概况

逡径流不鼷曼，局部可通过断层破碎带赢接补给下

赵庄矿井位于沁水煤田东南部，是晋城煤业集 部含水层。受地形地貌控制，水位较浅，区内富水

团投资建设的矿井。井田地层共含煤15层，3”煤 性差异较大。一般单位涌水量为0．0075—19．00L／

层是全区稳定觞主要可采煤层之一。矿井初步设计 S·m，渗透系数0．9l～24。00nu／d，水质类型属

只采3”煤层，现主、副斜井、副立井、回风立井、 HCO，及SO。一HCO。

型。第四系含水层是3’煤层间

井底车场、主要运输及回风大巷等主体工程均已完 接充水水源，可广泛接受大气降水，并经过缓慢地

成，正在施工盘区巷道及设备安装。 懑上而下渗透，李}绘下伏各砂岩含水屡以及下部灰

在整个基建施工过程中矿井涌水量要比原来预 岩含水层隐伏露头。

测大，4个井筒的施工均进行预注浆防治水。尤其 2．2 二迭系上统石盒子组Km砂岩含水层

在采瘸综合机械亿设备沿煤层预板摄进施工中 二迭系上统石盒子缰含水层戮Km砂岩最具代

(如北翼辅运大巷、西翼回风大巷等)，由于巷道 表性。区内K，。砂岩呈厚层状中细粒砂岩，以中粒

顶板淋水大导致注锚固剂困难，施工速度慢，掘进 为主，局部发育细粒，分选差，孔隙含水为主，厚

效率低，造成巷道支护工作难度增大，严重影响掘 度3．5～27m，距38媒顶板110m左右，是38煤溪

进工作面正常开展。由此推测3”煤层顶板淋水较 板主要充水水源，它间接接受大气降水补给，水质

大，将会对矿井投产后产生许多不安全因素，因此 类型属HCO，及SO。一HCO，型。

必须对3。煤层瑷板水防治方法进行研究，确保矿 2。3 二迭系下统石盒子缝上部K。砂岩含水层

井投产后不发生水害事故。 二迭系下统石盒子组上部K。砂岩中厚层状，

中粗粒砂岩，分选中等，磨圆度差，多为钙质胶

2 38煤层】奚板主要含水鼷

结，局部松散结构，属孔隙裂隙含水层，平均厚度

赵庄井田3”煤层顶板由第四系松散岩层和二 6m，下距3。煤层顶板

约50m。

迭系石盒子组和山西组构成。34煤层顶板主要有5 2．4二迭系下统下石金组酶砂岩含水层

个含水层，为第四系松散岩类含水层组、二迭系上 二迭系下统下石盒组K8砂岩为下石盒组与t11

统石盒子组K10砂岩含水层、二迭系下统石盒子 西组的分界砂岩，中一厚层状，中细粒石英砂岩，

组上部K9砂岩含求层、二迭系下统下石盒组K8 节理发育，富水性强，乎均厚度4m，距3。煤层联

砂岩含水层、二迭系下统山西组3。煤层顶板砂岩 板约35m，可通过38煤层顶板裂隙直接下泄。

含水层。以第四系含水层和二迭系砂岩为主。 2．5二迭系下统山西组3”煤层顶板砂岩含水层

2．1 第疆系松散岩类含水层组 该含水砂岩位予啦匿组中上部，是38煤基本

第四系松散岩类含水层组主要Elj松散沉积物组 顶砂岩，开采3。煤时直接充水含水层，中一厚层状，

成，厚度变化较大，约100～250m，含水层由砂黏 中一细粒砂岩，裂隙发育，裂隙多被方解石充填，

f收稿翻期】2005一t1—29

[作者简介】封云杰(1970一)，熙，山西芮城人，工程师，现任矿地测黧主任助理。

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总第70期 煤矿开采 2006年第3期

钙质硅质胶结，富求性强，0～28m厚度，平均厚

度7m，距38煤顶板4m左右。

3井田水文地质条件分析

赵痤井团位于辛安泉域西南范围，区内以宽缓

褶曲构造为主，受边界断层构造影响，井田水文地 质条件存在菠异。 原始水存在状态及水径流方向巷：j蕊形成后地F水不径流方向

銎1 巷遂形成前后地下永径流方向交亿

井酲衮部38煤层预板砂岩水文缝质条件较为

尽可能沿井田煤层浅部走向布置，以减少矿井投产

复杂，庄头断层落差50—280m，使井田内3。煤层

初期高额排水费用。该矿井初期先采井阴东部浅部

顶板砂岩岩层及3”煤层底板石炭系薄层灰岩与断

煤层，且沿煤层搦进大巷。 层对盘奥陶系强含水层对接，实现强含水层直接李b

4。2疏永降压 给，是本送地下含水层遴水边界。

根据3。煤层顶板各含水层赋存条件分析，由

井田西南3”煤层顶板砂岩水文地质条件中等

于各泥岩隔水层的存在，在开采过程中导水裂隙带

复杂，受山区地形影响，奥陶系灰措和石灰系灰岩

以外戆上覆砂岩禽水层K，。和第四系松散地层含水

搦露，大气降水枣}给蹩箕主要进水特征。

层，不会对矿井开采造成直接影响。顶板淋水治理

并田西北区域3。煤层顶板砂岩水文地质条件

工作研究重点为K。，K。和3”煤层顶板砂岩含水

简单，各含水层自由补给条件差，开采条件较好。 层。根据顶板砂岩含水层特点，合理布置采掘巷道

赵庄矿3”煤层顶极含水层受褶姨构造影噙，

帮工作露，采鬟巯导、排放、配备合理撵水设备，

地下水径流条俘差。正常情汉下，煤层顶板淋水是

是矿井防治水有效措施。

主要涌水水源，加强煤层顶板水治理工作，对于矿

通常情况下，由于38煤层顶板因开采引起的

井采掘安全和高效生产，有着极其重要的意义。

裂隙带砂岩含水层水量有限，采用合理骧放手段，

4 38煤层顶板水防治穷法 可以保证采煤工作面正常圈采。

4．1合理布鼠巷道 具体做法是：沿工作面一匕、下巷向顶板砂岩含

水层布置疏放钻孔，进行顶板砂岩含水层疏放降

在矿井来投产之前，先期掘进的井底车场以及 采送主要运输巷道，是井下煤层顶板砂岩含水层的 压，使采煤区段形成无水带。觅图2。

排泄突破口。其表现是顶板淋水通过巷道周边裂

隙、锚索和锚杆钻孔大量排泄，随着掘进工作面向

前推进，巷道淋水跟隧工作瑟前移，原巷遂预板瘩

水点水压和水量随时间而逐渐减缓甚至干涸。在巷

道低洼部位(几乎所有巷道为全煤巷掘进，往往

楚向斜轴部)，巷道淋水可长期保持相对稳定趋

势。此时对巷道顶板淋水取样分拆，当水样钙离子

图2疏放钻孔布置 含量随水压、水量减少时，顶板淋水不会保持很

久，具有典型的易于疏于型；若水样钙离子含量随 根据顶板砂岩含水性，K。砂岩和3”煤层顶板

预板潜水水压水量稳定丽保持常量，可以判定预板 砂岩的含水量相对丰富，并且位于开采裂隙范围之

含水层具有稳定的补水性，需对上伏含水层的水文 内，是采煤工作面顶板淋水主要水源。按照K8砂

地质条件进行勘察，采取有效技术措施。 岩含水层及其特性，疏放钻孔一般布置间距lOOm

另外，糍井底车场及其运输、开采巷道形成 左右，深度为35～60m，以铺透磁砂装含水层， 后，地下水通过巷道周边裂隙会大量涌渣，改变了 豆最大毳深不超过开采裂隙带为宜。在巷道低洼区

原来矿区地层含水封闭状态，在向斜轴部、盆状构 (向斜轴部)可适当加密疏放钻孔间距，以达到良

造底部、局部低洼处形成排泄日，从而引起区域内 好的顶板水疏放效果。

顶板含水层原径滚方向改变。冕图l。 瓣于井圈内盆状构造区，采用钻孔蘸水效果较

因此，为了达到矿井合理布置巷道，减少排水 差时，应沿工作谣巷道垂直方向掘进疏水巷，并设

费用目的，矿井初期投产工作面和主要运输巷道， 疏水钻孔，以取得较好顶板疏水效果。见图3。

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封云杰：赵庄矿井38煤层顶板水跨渗方法探横 2006年第3期

超过巷道掘进过程中最大水爨(除非有陷落柱、

开放性断层存在)。

5结论与建议

赵庄矿地表无大型水源，大气降水补给条件

差，其含水性极强的奥陶系灰岩埋藏较深。区内楚

层宽缓，地质结构以褶曲为主交伴有断层及陷落

棱，初期以34煤层顶板水为矿井主要涌水源。

开

銎3筑承巷与魏水镑藐布鬟

展矿井水文地质预测预报，对矿井安全生产具有长

掘进工作面巷道顶板淋水过大，影响综机掘进 远指导意义。

效率，并造成巷道支护困难，可在巷道两侧上布置

5．I井疆水质动态分橱 疏水钻孔，集中排放，也可利用锚秆锚索镭孔，澄

本区石炭二迭系砂岩裂隙含水系，广泛覆盖在

放顶板水。首采工作面回风巷施工中顶板淋水大，

奥陶系石灰岩之上，水质为HCO．Na或HCO，， 采取向顶板以75。角打探眼放水，效果很好。

SO。一Na，Ca，Mg型，水质ca离子含量普遍低予

当预测巷道通过集中涌承较大地隧，巷道掘进 粪陶系灰岩岩溶水。本区砂岩裂隙水与岩溶水基本

困难时，超前施工探放水钻孔，提前疏放巷道顶板 无水力联系，除庄头断层附近，存在煤层顶板砂岩

港承，达到工作殛顼板淋水减小或巯于的效果。 与断瑟对盘奥灰对接，水文地质条件因此复杂、水

巷道疏水降聪对于媒屠底板含水层同样有效。 质有所改变外，其他地区水质成份差异不大。但由

当煤层底板涌水较大时，采煤工作面底板鼓裂，支 于本区地下含水层受褶曲构造影响，水质中Na离

架失稳，同样会造成工作西条件恶亿。此时，在底 子含量摆对变化不大，这是本送地下水径流条件

板含水层向斜部位或下巷内，采用小石门加钻孔疏 差，岩溶水补给条件不足的有力证明。

放，可达到明显效果。 研究井阴各含水层矿化度的变化，可以间接推 4。3利黑先掘巷遭和王俸磷提羲探放水 断各含永瀑的垒然李}给条谗。地下水孛魄离子、

4．3．1超前疏水

HCO，离子和Mg离子的差异可直接证明地下水的

当数条平行巷道施工时，其中1条巷道有意识 径流条件和其相互补给条件。赵庄井田奥陶系灰岩

超蓠一定距离提蘸掘进，造成巷道工作西颈板水提 埋藏较深，若窭瑰地下水中Ca，Mg，SO。离子镳

前释放，形成条带式泄水疏干区，为滞后施工的其 高，Na+K离子偏低时，应警惕断层或岩溶陷落

他巷道创造良好的施工条件。北翼辅运大巷、西翼 柱导水现象。

运熙大巷、西翼胶带大巷等先于掘进，虽然施工中 5．2 提蓠探溯富水区域，徽好水文遗质预淡预掇

顶板涌水大，掘进困难大，但后施工的巷道北冀进 地质资料表明，本井田以边界断层地垒构造为

风大巷、西翼辅运大巷掘进中顶板无水，取得理想 主要特征。区内地层为宽缓褶醵，矿井正常涌水量

效果。 以煤层顶板砂岩水为主。针对纯种特点，矿井应采

4．3．2截流疏水 用预防为主，疏放、强排结合治水方针。

当采煤工作丽区段两条平行布置的运输巷和回 5．2．1瞬变电磁法

溉巷形成螽，煤援项板水囊然下澄，在两条平行巷 以瞬变泡磁、微重力及高密发电法激发二次磁

道之间可形成一个顶板无水区，煤层顶板含水层在 场，可有效了解探测距离内地层密度变化规律，瞬

径流方向上游截麟，下游含水层水量爨然减少，形 变电磁法对含水岩层较为敏感，可对含水断层陷落

成采煤工作面区段之闯的疏于区。 柱位置精确定位。

根据赵庄矿34煤层各含水层水文地质条件分 5．2．2红外测温法 概，采嚣工作面形成后，顶板含水层可通过运输大 可在井下30～50m

范围进行超前非接触安全

巷、工作面巷道、开切眼(采空区)澄水，构成 探测。根据测量温度变化绘制温度曲线图，直观了

一个顶板水封闭切割区域，顶板裂隙带高度75m 解井下岩层含水状况。此方法猩焦作、皖北、淮

左右以上泥岩层共有良好的隔水作用，底扳出嚣 南、淮北矿送均进行避成熟应用。

组、太原组距奥灰较远，在采煤工作进行过程中， 5．2．3超前钻探

区段内作业条件良好，工作面顶板涌水量一般不会 这种方法是矿井常采用的预测地层水文地质条

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总第70期 煤矿开采 2006年第3期

件有效方法之一，但离于钻探费用囊，需用钻场， 化学分析需在地瑟建立不同含水层观溅钻魏，在并

在高压水条件下，需特殊技术措施，在工作面一般 下不同出水点提取水样，进行长期水质分析化验、

不宜使用。 对比，由此推断采掘范围水文条件变化规律。

5。2．4水化学分析法

本逸二迭系砂岩裂隙含水与石灰岩岩溶永水质 【参考文黻】

有着明显熬异。如顶板砂岩水Na+K高，Ca，Mg

[1]王永红，沈文．中国水害预防及防治[M]．北京：煤炭工

低，s0。低，而底板灰岩水Na+K低，Ca，Mg

渡出版社，2003．

离，SO。高。当有奥灰水参与时，矿纯度较低。当

[2】张光德，李椽蠢．矿著承害耱渗[麓]．徐翊：中国矿韭大学

存在岩溶陷落柱时，由于石膏膏溶作用，可产生大 出版社，2003．

量H：s气体。利用布置在采区大巷附近采区边界 [3]山西省第六地质工程勘察院．山西省沁水煤田离平矿区赵庄 防水煤柱内的水文观测孑L，对矿井各含水层进行长 勘探区勘探(糖囊)地质报告[R】。山西：出西省第六地

获工程勘察茨。2002． 襄水位监测、水讫学分析，可有效预测地层不同区

[责任编辑：邹正立]

域水文地质条件变化，从而指导矿井安全生产。水

(上接57页) 变彩，增加了煤仓的安全蹙备系数，提离了煤仓抵

水泥：425。普通硅酸盐水泥，在井下存放期不 抗煤矸冲击的强度，防止嗣岩风化，而且能提高煤

超过7d。 仓表面的光滑度，使煤仓不易堵塞，有利于安全正

黄砂：中粗粒河砂，含水率5％～7％，密度 常使用。

1550kg／1TI’以上。

3联合支护与反井施工法安全性比较 瓜子片：粒径5—15mm，密度1500kg／m3。颗

粒级配为5～7mm占25％～35％，7—15mm占 (1)单一混凝土支护是一种被动的承载支护

碡5％～55％，15mm以上占20％以下。 方式，两联合支护是主动支护方式，蓖喾毙后者稳

速凝剂：红星I或红星Ⅱ型，井下有效期不超 定性差，易变形，处理煤仓变形不安全。

过72h。 (2)单一支护浇筑时，从上而下分段浇筑工

2。3锚阙安装质量要求 序繁琐，不利于安全旌工，联合支

护浇筑在瓣手架

锚秆安装前要将黢内的水及岩粉用压风清翔干 上及下丽上进行，工序篱单，有剃于安全施工。

净，首先将锚固剂装至孑L底，然后插入锚杆杆体， (3)单一支护在永久支护前需拆除临时支护，

用风动搅拌器搅拌30s，待6min后上好锚杆盖板， 工序环节多，而联合支护是在临时支护基础上进行

拧紧螺丝。 永久支护，是双重支护，消除了临时支护的拆除带

安装后的锚杆托盘要紧贴岩面，拧紧螺母增加 来的隐患，有利于安全。

预应謇岳磊篝篙鬈器5。0mkmN：经锚杆挝力4结论所有锚杆的锚固力不低于 ，经锚杆挝力 „。

仪检测不合要求的，重颓补打锚杆。 “锚网喷+溉凝土”联合支护施工工艺篱单，

锚杆安装后即可挂网，网与网之间压茬 操作方便，劳动强度小，提高了单进，节约了材

100ram，用124铁丝联接。 料，增强了煤仓的支护强度。通过计算联合支护的

2。4联合支护曲作震原理 材料费、人工费均毙单一支护低。

联合支护主要依据锚杆支护作用原理。锚杆支 朱仙庄矿避6年施工的107煤仓、875煤仓、

护主要是通过锚杆与围岩的相互作用改变围岩的受 877煤仓等近10座煤仓，经过多年的使用证明比

力状态，提商围岩的强度，充分利用围岩自身承载 以前单一支护施工的煤仓支护效果更好，取得了更

力来抵抗圈岩嚣力。 好的经济效益。

锚网、喷浆的作用主要是对仓体进行全封闭支 总之，在稳定性较差的围岩中施工煤仓，采用

护，有效防止了片帮危及仓下人员安全，同时扩大 “锚网喷+混凝土”

联合支护是一种行之有效的方

了锚杆的承藏作羯瑟，有利于保护灏岩熬完整。 法，是一穗技术先进、安全可靠的支护方式。

浇筑混凝土提高了阐岩的稳定性，使煤仓不易 【责任编辑：邹正立]

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赵庄矿井3#煤层顶板水防治方法探析

作者： 封云杰， FENG Yun-jie

作者单位： 晋城煤业集团,赵庄矿,山西,晋城,048007

刊名：

煤矿开采

英文刊名： COAL MINING TECHNOLOGY

年，卷(期)： 2006，11(3)

被引用次数： 0次

参考文献(3条)

1.王永红.沈文 中国水害预防及防治 2003

2.张光德.李栋臣 矿井水害防治 2003

3.山西省第六地质工程勘察院 山西省沁水煤田高平矿区赵庄勘探区勘探(精查)地质报告 2002

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