山西原平国荣煤矿地下水灾害预测与防治研究

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我国是煤炭大国,在今后的很长一段时间,煤炭都将是我国最重要的可利用能源之一。长期以来,因为煤矿地下水灾害而带来的人身伤亡和经济损失严重。本文以山西原平国荣煤矿矿区为研究对象,查清分析该矿矿井的水文地质条件,研究矿井的突水机理,探索科学的矿井涌水量计算方法,预测煤矿地下水引发的灾害,提出地下水灾害有效防治措施,对确保煤矿矿井的安全生产,无论从理论上,还是在实践的需要上,都显得十分必要。本文得到以下主要成果和认识:   1、在矿区进行野外综合地质调查及收集资料的基础上,对原平国荣煤矿矿区范围内的地层岩性分布、地质结构、地质构造特征、工程地质条件以及水文地质条件等进行较系统和详细的分析和研究。   2、根据对矿区水文地质条件分析和研究可知,开采的2、5号煤层直接充水含水层为其顶板以上砂岩裂隙含水层,井田内存在不同程度的导水性和富水性。通过分析煤矿的充水水源和充水途径可知,该井田对煤层开采危害严重的是奥陶系灰岩,虽然其为煤矿充水的间接水源,但由于断层的存在,缩短了含水层与煤层之间的距离,由于奥陶系灰岩水具有静储量大、水压高等特点,一旦发生突水,涌水量大,难于疏干,潜在危害严重。   3、运用富水系数比拟法、解析法、水文地质比拟法等对矿井涌水量进行预测,并且还应用Excel对该矿的涌水量进行了估算。通过分析和预测可知,当开采水平为+100m时,矿坑的涌水量为15~55m3/h;当开采水平为+0m时,矿井涌水量最大可达68m3/h。   4、通过不同的计算方法对比分析可知,利用Excel的计算功能完成矿井涌水量计算,一定程度上,能够避免一些传统计算方法的效率较低、误差较大、容易出错、专业软件价格昂贵的缺点,在工程实践中具有实用参考价值。   5、通过原平国荣煤矿矿坑突水机理的研究分析可知,影响突水的因素有含水层的富水性、水压、结构面、工程采动和隔水底板这五个主要因素,其中结构面和高水压是主导因素,采动矿压是诱导因素,隔水层厚度是制约因素,而水源的存在是最基本的因素。   6、利用突水系数法和突水概率指数法对该矿分析得知,5号煤层的临界突水系数为0.05397MPa/m,2号煤层的临近突水系数为O.02169MPa/m。经过突水概率指数法分析得知0.06是此煤田发生突水的最小突水概率,只有当突水概率大于0.15时,才可能发生突水。   7、针对原平国荣煤矿的特点,提出了具体的地下水灾害防治措施。可以从地面防水和井下防水两个方面进行煤矿突水灾害的预防。在地表可开挖排水沟和防水堵漏等措施。井下预防可采用封堵涌水通道,修建防水闸门或水闸墙,提前疏水降压以及超前探水等措旅。
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