新义矿业底板奥陶系灰岩水疏水降压开采技术研究

马合飞

摘要：新义矿业防治水工作的重点和难点是对底板奥灰水的防治，该含水层水压大，存在突水风险。只依靠底板全覆盖注浆加固措施，存在“防治水费用高、工程周期长、制约接替”等问题，且难以彻底消除突水风险，为了破解这一难题，新义矿业摸索开展了疏水降压项目，通过开展系列性的放水实验，对底板奥灰水的疏降，效果显著，具有现实可行性。

关键词：疏水降压;奥灰水;带压开采;底板水防治

1矿井概况

新义矿业是由义马煤业集团股份有限公司控股并与商丘中原腾达物资贸易公司合资兴建的煤炭企业。矿井于2011年4月竣工投产，设计和核定生产能力均为120万吨/年。井田范围内仅二1煤层可采，开采标高-200～-600m，煤层平均厚度4.81m，煤层平均倾角+5°，可采储量1.12亿吨。

井田地质构造简单，水文地质条件中等，矿井主要水害威胁来自底板奥灰水，项目实施前水位标高+111.9m，水压为4.3-5.1MPa。矿井最大涌水量547.5m3/h，目前正常涌水量380m3/h。

2矿井水文地质条件

2.1主要含水层和隔水层

主要含水层：第四系冲积、洪积砂、卵石孔隙含水层、平顶山砂岩裂隙含水层、上、下石盒子组砂岩裂隙承压含水层、山西组砂岩孔隙裂隙承压含水层、太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层、奥陶系灰岩岩溶裂隙承压含水层。

主要隔水层：本溪组铝土质泥岩或铝土岩隔水层、二1煤层底板至L7灰岩顶部之间的砂质泥岩和泥岩隔水层、山西组顶界上部的紫色泥岩和砂质泥岩隔水层。

2.2矿井充水水源

矿井内地表水系不发育，对矿井充水作用微弱。二叠系和上、下石盒子组砂岩含水层，整体富水性弱，多为静储量，含水层与二1煤层距离远，对矿井开采影响较小。

奥陶系灰岩含水层厚度大，是矿井主要的充水水源。该含水层岩溶裂隙发育程度和富水性极不均一，距离二1煤层底板平均约为58m。正常情况下，受本溪组隔水层阻隔，一般不构成矿井涌水，但如果有断裂构造导通、钻孔或矿压、水压联合作用下与二1煤层构成水力联系时，会造成矿井涌水或突水，影响矿井安全生产。

3疏水降压项目方案设计

3.1水位降深。根据2018年版《煤礦防治水细则》附4-2采煤工作面安全水头计算公式，突水系数临界值取0.06MPa/m，煤层底板隔水层厚度取平均值58m，即Ps=0.06×58=3.48MPa，一水平上山采区俯采工作面停采处煤层底板承受水压应不高于3.48MPa，安全起见，将现采掘区域奥灰含水层水头标高降至不高于-60m、突水系数不大于0.05MPa/m为目标[1]。

3.2疏水量。设计疏水量400m3/h，后期根据放水试验效果，将适时调整疏水量。

3.3疏水孔和观测孔设计

3.3.1疏水孔：设计疏水孔5个，矿井东翼2个，西翼3个。观测孔：疏水降压试验设计观测孔5个（不包括已有的3个井下长观孔）。

3.3.2放水试验

放水试验分为单孔放水试验和群孔干扰放水试验，其目的各有侧重，单孔放水试验，以稳定流方法为主，必要时辅以非稳定流放水，流量小、工期短、疏水少，重在求取渗透系数K、单位涌水量q等水文地质参数;群孔干扰放水试验流量大、工期长、疏水多，通过大幅度降低水位，重在“暴露”试验区的水文地质“边界”条件以分析地下水的补径排条件，了解地下水的可疏性[2]。

4施工情况和水位变化情况

工作开展以来，共计施工放水孔5个、观测孔5个，累计进尺1561.7m，钻孔最大出水量121.3m3/h，累计涌水量达到400m3/h以上，2021年9月-12月完成了单孔放水试验。2022年元月份开始进行群孔放水试验。

截至4月8日放水量稳定在280m3/h左右，累计放水量达到51.3万m3，奥灰水从放水实验前的初始水位+125m降到+5.9m，累计降深119.1m，与建井初始水位（+275m）相比，累计降深269.1m，目前12060工作面停采线处突水系数为0.062MPa/m。

5疏水降压配套的措施

5.1新义矿业成立了疏水降压工作专班，编制了《疏水降压工程群孔放水期间管控措施》。完成了西翼轨道大巷6寸主排水管延伸工程，总计工程量铺设240m。

5.2完成了西翼回风大巷Φ300mm排水管路铺设工程，共计铺设管路Φ300mm抽放管1900m，利用Φ500mm抽放管路1400m，铺设直径100mm连接管600m。不仅增大了放水量也为缓解井上下供水提供了水源。

5.3对井下所有放水孔安装流量表和过滤器完成，优化了井上下排水系统改造，增加一趟排水管，完成了地面矿井清水外排的管路连接工作。

6下一步重点工作

6.1在西翼轨道大巷第六联巷以西进行瞬变电磁底板探，圈定富水异常区，再施工1到2个放水孔，新增放水量120-150m³/h，将放水量提升至400m³/h左右。

6.2优化地面供排水系统，充分利用外排净水，直接向地面宿舍楼、办公楼、澡堂、食堂等供水，取消水源井取水，保障地面生活用水。通过与政府沟通，可有偿向周边村镇、企业及新安县城北新区供水，提高矿井水利用率，降低水资源税[3]。

6.3优化工作面防治水设计，开展“疏水降压开采+异常区加固”防治水技术。

7结论

奥陶灰岩水的防治是制约矿井发展的瓶颈，新义矿业积极通过疏水降压的实验，目前效果明显，能够实现矿井“安全带压开采”，该项目实施不仅能够改变以往的防治水路线，还可带动和提升矿井防治水工作水平。更为重要的是可以大幅度降低矿井防治水费用，预计年均减少防治水费用1500～2000万元，促进矿井扭亏增盈。也为新安煤田邻近矿井、河南能源乃至全国其它类似水文地质条件矿井提供经验借鉴。

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.煤矿防治水细则[S].北京：煤炭工业出版社，2018.

[2]李松营，张春光，杨培，等.水文地质条件时空差异与防治水对策研究[M].北京：煤炭工业出版社，2016.

[3]国家煤矿安全监察局.中国煤矿水害防治技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2011.