山西大漢溝井田斷層、地下水對礦井生產的影響分析

向濤

摘 要:大漢溝井田的斷層及地下水對礦井生產和開拓都有直接的影響,未來礦井開拓和生產時應留足斷層防水煤柱,以防斷層導水影響礦井正常生產,并避開地下水評價危險區,在過渡區注意防水監測。

關鍵詞:斷層地下水安全區過渡區危險區

中圖分類號:TD745 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(a)-0058-01

山西大漢溝礦井位于靜樂縣杜家村鎮東北10km處的青羊尾村一帶,井田位于山西黃土高原的中北部,植被稀少,地形較為復雜,切割劇烈。井田內大部分為第四系黃土覆蓋,部分基巖出露,總體地形東南部高,西北部低,井田內含煤地層為二疊系下統山西組和石炭系上統太原組。

井田內地表屬典型的山谷地形,無地表水體,但汛期時有季節性河流。平時無水,雨季時有洪水。地表水水害的影響主要來自于大氣降水,大氣降水通過第四系表土層潰入井下,且井田煤層傾角較大,東部有露頭,大氣降水通過煤層露頭滲入,對井下安全生產有一定影響。

1構造對礦井充水的作用和影響

斷層對含水層和隔水層的影響形式不同,對隔水層主要是破壞其隔水巖層強度、降低其隔水性能;對含水層來說,由于巖層錯位,既可破壞含水層的連續性、降低其含水性,也可使含水性弱的含水層與含水性強的含水層對接,使其相互發生水力聯系,從而使含水性弱的含水層的富水性增強。

本井田內有1個鉆孔揭露斷層,揭露斷點1個,沖洗液最大漏失量0.63m3/h。通過對比分析認為其走向近東西,向東延入奧陶系灰巖,傾角70°,落差60m,定名為F5斷層。大漢溝煤礦生產過程中揭露過4條落差在1.0m～2.5m的斷層。井下遇斷層時常發生淋水、滴水現象,有時會涌水,但水量不大,1～3月即可疏干。

綜上所述,斷層是否導水主要取決于斷層破碎帶性質及斷層兩盤含水層的相互接觸關系。據此分析,本井田的東部露頭處F5斷層,使井田內的煤系含水層與對盤的奧陶系石灰巖含水層對口接觸,形成導水邊界,斷層導水。因此,未來礦井開拓和生產時應留足斷層防水煤柱,以防斷層導水影響礦井正常生產。

2地下水動態變化對礦井開采的影響

2.1 孔隙水

第四系和第三系孔隙水含水量不大,為弱富水性,對礦井的充水作用較小。

2.2 裂隙水

為石炭～二疊系砂巖裂隙含水層,直接充水層為煤層頂底板砂巖,間接充水層為煤層頂底板上覆或下伏的砂巖裂隙含水層,二者均對礦井的充水有一定影響。

2.3 巖溶水

本井田巖溶水可分為兩種類型。一種是石炭系層間巖溶水,大部分為間接充水層,對礦坑充水有一定的影響;另一種是奧陶系石灰巖巖溶水,為間接充水層。井田奧灰巖溶水水位標高為+1498.04m,2號煤層的底板標高為1850m～950m,2下號煤層的底板標高為1850m～950m,3號煤層的底板標高為1850m～950m,4號煤層的底板標高為1900m～900m,5號煤層的底板標高為1850m～900m,由此可見,井田內2號、2下號、3號、4號、5號煤層除東部高于奧灰水標高外,大部分存在帶壓,在開采深部煤層時,底板標高逐漸降低,底板承受的奧灰水壓逐漸增大,煤層開采將受到奧灰水威脅。根據《煤礦防治水規定》計算突水系數。

突水系數計算采用公式:

式中Ts為突水系數(MPa/m);

P為隔水層底板承受的水壓(MPa);

M為隔水層厚度(m)。

2號、2下號、3號、4號、5號煤層底板到奧灰頂面巖層厚度分別為95.01m、88.78m、 78.45m、63.34m、33.50m,則2號、2下號、3號、4號、5號煤層的最大突水系數分別為0.07MPa/m、0.07MPa/m、0.08MPa/m、0.10MPa/m、0.19MPa/m。

根據突水系數計算公式,計算出三區(安全區、過渡區、危險區)范圍(表1)。

(1)2號煤層。

底板突水系數為0.06MPa/m時,該處煤層底板標高為1011.36m,因此2號煤層開采水平在1011.36m以上時可視為安全區。

底板突水系數為0.10MPa/m時,該處煤層底板標高為623.56m,因此2號煤層在最低開采水平至1011.36m時,為過渡區。

(2)2下號煤層。

底板突水系數為0.06MPa/m時,該處煤層底板標高為1043.27m,因此,2下號煤層開采水平在1043.27m以上時可視為安全區。

底板突水系數為0.10MPa/m時,該處煤層底板標高為680.90m,因此,2下號煤層在最低開采水平至1043.27m時,為過渡區。

(3)3號煤層。

底板突水系數為0.06MPa/m時,該處煤層底板標高為1096.18m,因此,3號煤層開采水平在1096.18m以上時可視為安全區。

底板突水系數為0.10MPa/m時,該處煤層底板標高為775.98m,因此,3號煤層在最低開采水平至1096.18m時,為過渡區。

(4)4號煤層。

底板突水系數為0.06MPa/m時,該處煤層底板標高為1173.58m,因此4號煤層開采水平在1173.58m以上時可視為安全區。

底板突水系數為0.10MPa/m時,該處煤層底板標高為865.05m,因此4號煤層在最低開采水平至1173.58m時,為過渡區。

(5)5號煤層。

底板突水系數為0.06MPa/m時,該處煤層底板標高為1326.44m,因此,5號煤層開采水平在1326.44m以上時可視為安全區。

底板突水系數為0.10MPa/m時,該處煤層底板標高為1189.70m,因此,5號煤層開采水平在1189.70m～1326.44m時,為過渡區。

5號煤層在最低開采水平至1189.70m時,為危險區。

3結語

本井田的東部露頭處F5斷層,使井田內的煤系含水層與對盤的奧陶系石灰巖含水層對口接觸,形成導水邊界,斷層導水。井田內2號、2下號、3號、4號、5號煤層除東部高于奧灰水標高外,大部分存在帶壓,在開采深部煤層時,底板標高逐漸降低,底板承受的奧灰水壓逐漸增大,煤層開采將受到奧灰水威脅。因此,未來礦井開拓和生產時應留足斷層防水煤柱,以防斷層導水影響礦井正常生產,并避開地下水評價危險區,在過渡區注意防水監測。