朱仙庄矿治理“五含”煤炭1000万余吨

时间:2021-03-06 21:27来源:中国企业报看安徽作者:张万学

安徽省淮北矿业历时4年多，投资5个多亿，在朱仙庄煤矿地表下220米到480米“五含”水中建成一条地下“长城”，长3.2千米，平均高约70米，有效宽度40米的隐蔽、落底式“帷幕截流墙”进行疏干开采，此工程项目规模堪称“三峡大坝”，填补国内顶板侧向补给水害治理领域的空白。

帷幕截流疏干开采
朱仙庄矿治理“五含”煤炭1000万余吨
作者：张万学

安徽省淮北矿业历时4年多，投资5个多亿，在朱仙庄煤矿地表下220米到480米“五含”水中建成一条地下“长城”，长3.2千米，平均高约70米，有效宽度40米的隐蔽、落底式“帷幕截流墙”进行疏干开采，此工程项目规模堪称“三峡大坝”，填补国内顶板侧向补给水害治理领域的空白。去年，朱仙庄煤矿“五含”下首采面8105工作面成功开采煤炭116万吨，这不仅是对“五含”帷幕截流、疏干开采综合治理项目的检验，也为该矿“五含”另外10个采煤工作面回采积累了成功经验，提供了技术依据和安全保障。

“经济再困难，也要上工程、上技术，彻底根治水害”
朱仙庄井田北部被面积约9平方千米的侏罗纪第五含水层覆盖，含水层富水性极强，压覆大量煤炭资源，严重威胁矿井安全生产。2015年2月，该矿因“五含”水影响被迫封闭“五含”覆盖区下采煤工作面，采掘活动遵循避开“五含”、不扰动“五含”的原则。但是“五含”下直接压覆煤炭资源量超过1000万吨，“五含”水害若不根治，矿井北翼将面临接替断线无煤可采的困境。针对煤层顶板强富水含水层，传统的以防为主留设防水煤柱措施已不能保证安全开采，致使矿井产量和效益大幅度下降。
为了治理水害，解放煤炭资源，2015年，淮北矿业大胆创新，与中煤科工集团西安研究院共同攻关“五含”水治理项目，以根治朱仙庄矿“五含”水害。淮北矿业组织开展了朱仙庄矿“五含”地质及水文地质补勘。在查明“五含”条件的基础上，经淮北矿业组织专家多次论证，最终确定建设一座“长距离、大埋深、高承压、混合介质、地下隐蔽、落底式帷幕截流墙”。通过建立帷幕墙，直接阻隔来自帷幕墙外侧“五含”水、间接阻隔奥灰水、太灰水向墙内“五含”的补给，利用地面、井下疏放钻孔对墙内“五含”水进行疏放，实现“帷幕截流、疏干开采”。
当时正是淮北矿业经济困难的时刻，公司领导班子一致认为只有上工程、上技术，才能彻底治理灾害，才能保障矿井长治久安、高效发展，集体研究决定实施朱仙庄矿“五含”帷幕截流疏干开采项目。

“科学研究，勇于创新，全面实施帷幕截流、疏干开采项目”
2015年，朱仙庄矿通过施工高密度三维地震勘探、区域地质及水文地质补充勘探工程，精准查明了治理区内8煤层、“五含”赋存情况、构造和边界特征和“五含”压覆区太灰、奥灰顶界面深度及构造发育情况。
通过地面群孔抽水试验，该矿获取了“四含”“五含”水文地质参数，查明了“四含”“五含”、太灰、奥灰等含水层之间的水力联系、补给方向及径流途径。通过分段注浆试验查明预设帷幕墙附近“四含”“五含”的可注性，为帷幕截流工程实施的可行性提供了可靠的技术支撑。在充分考虑区域地质及水文地质条件复杂性的基础上，合理确定帷幕墙的位置，满足“两端搭界、顶底有界”的技术要求。经充分论证设计在8煤隐伏露头线外侧平均约120米的位置，建设长度约3.2千米，有效宽度40米，高60～80米的地下帷幕墙。通过帷幕墙的建设有效阻隔矿井内、外“五含”水之间的水力联系，间接阻隔奥灰水、太灰水向帷幕墙内“五含”的补给，为疏干开采打下切实有效的安全基础。
帷幕截流墙在西线“四含”“五含”直覆区采用地面直孔分段压入式注浆方法，在东线“五含”段采用地面水平定向孔分段压入式注浆方法。直孔设计94个，孔间距20米，两排交错布孔，水平孔设计10对20个孔组91个分支孔，并排布置，水平段交错布置，每个水平孔的分支孔上下间距为20米。帷幕截流工程建设完成后，要求截流效率达到85%以上，墙内“五含”水位疏降至-350米以下，残余补给水量≯300m3/h，帷幕墙体“五含”压水试验的透水率≯1.0Lu。
帷幕截流工程总共施工完成钻孔202个，总钻探进尺7.4万米，注浆70.7万吨。通过放水试验检验，帷幕墙过水量每小时96立方米，帷幕截流率达95%以上，远高于设计的截流目标。
自2018年8月放水开始至今，累计放水量400万立方米，现88采区放水量每小时50立方米，墙外“五含”水位-40米，墙内“五含”水位-376米，疏降中心水位-390米，墙内外“五含”水位差达350米，比“三峡大坝”水位差还高。通过在线实时监测，各类含水层水位基本稳定，墙体运行正常。
“五含”帷幕截流、疏干开采工程是一个庞大复杂的系统工程，帷幕截流是主体，而疏排工程的建设，水位、墙体稳定、地表沉降、井筒变形监测系统的建立是保证安全疏干的关键。帷幕截流工程施工的同时，配套工程同步跟进，施工完成地面直疏孔9个，建成井下直排系统，建立了46个覆盖各含水层的地面水文长观系统，建立了地表沉降监测系统、井筒及工广主要建筑物变形监测系统和帷幕墙稳定性监测系统。形成了一套多角度、全要素的监测网络，为帷幕截流效果评价、帷幕墙安全运行及后期的安全开采等提供了可靠数据支撑。
2018年11月12日，淮北矿业在朱仙庄矿召开“五含”帷幕截流效果评价专家咨询会，与会专家一致认为工程各项指标均已达到设计要求。
该项目的成功实施，填补了国内顶板侧向补给水害治理领域的空白，“帷幕截流、疏干开采”对于矿井水资源的保护和水害防治，以及矿区生态文明建设等工作有着重大意义，必将对淮北矿业集团未来发展产生深远影响。

“疏干开采再紧一扣‘安全阀’，确保实现‘零出水’”
为了保证“五含”下工作面安全开采万无一失，该矿充分认识“五含”的差异性、不均一性，在开采前，朱仙庄矿对“帷幕截流、疏干开采”工程再紧一扣，坚决做到不疏干不掘采、疏干效果验证不达标不掘采。
为解决如何实现“五含”下安全开采的难题，该矿积极与科研院所合作，进行科研攻关。重点开展了“五含”工程地质研究、“五含”下开采煤层覆岩地质分类与安全煤岩柱留设研究、“五含”采动覆岩岩移与地表沉陷变形规律研究、“五含”下开采采动应力场对帷幕墙的影响等16项科研项目，确定了88采区“五含”下分区开采方案，坚持“一面一研究”“一面一验证”“一面一评价”的原则，确保实现安全开采。
该矿采取“地面+井下”“顺层定向孔+常规孔”方式对疏降区进行探查验证，利用88回风上山、8煤顶板钻场等多地点、多层位、全覆盖向疏降区“五含”内施工顺层定向孔进行全方位精准探查，为工作面开采设计打下安全基础。
针对“五含”下开采工作面，在开采前制定切实有效的专项安全技术措施，明确不同区域的采煤方法，建成工作面自流排水系统和“双泵”“双仓”“双管路”“双路电”强排系统。煤底段必须进行底板硬化，走向每隔10米进行一次煤厚探查，动态验证安全煤岩柱高度，严格顶板及放煤管理，严禁过度放煤，保证工作面正常匀速推进，实时水情监测，做到水情动态一日一分析，发现异常及时预警。该矿通过多措并举，治防并重，为“五含”下工作面安全开采提供坚实保障。
目前，朱仙庄矿“五含”下8105工作面已实现安全开采，累计采出资源量116万吨；866工作面已安全回采过半，为朱仙庄矿高质量发展增添了后劲。

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