榆神礦區南部中小煤礦突水危險性研究

侯高峰，蔣澤泉，崔邦軍

(陜西省煤田地質局一八五隊，陜西 榆林 719000)

榆神礦區南部中小煤礦突水危險性研究

侯高峰，蔣澤泉，崔邦軍

(陜西省煤田地質局一八五隊，陜西 榆林 719000)

論述了榆神礦區部分中小煤礦突水實例，分析了礦井突水的地質、水文地質條件，認為，榆神礦區薩拉烏蘇組含水層厚度大，富水性強，煤層埋藏淺，煤層開采后產生的冒落帶、裂隙帶發育到薩拉烏蘇組含水層底部，從而引起突水災害。本文提出了礦井突水預測的思路和方法，認為應該加強礦井水文地質條件研究，開展水文地質補充勘探，查明水文地質條件，做好防治水工作，減少礦井涌水量，保護薩拉烏蘇組含水層結構完整性。

煤礦突水;保水采煤;薩拉烏蘇組;榆神礦區

陜北侏羅紀煤田是我國儲量最大的煤田之一，神東、陜北兩大煤炭基地的主體位于該煤田，神東基地開發初期，曾經發生突水潰沙地質災害，據范立民(1992)研究，采煤產生的導水裂隙溝通第四系薩拉烏蘇組含水層，是造成頂板突水的主因，也是造成薩拉烏蘇組地下水水位下降、生態環境惡化的直接原因，保水采煤是陜北地區煤炭工業可持續發展的關鍵。為了確保煤礦安全，各大型煤礦綜采工作面投產前，要開展疏降水工程。其中榆神礦區南部，煤層埋藏淺，薩拉烏蘇組含水層厚度大，富水性強，部分中型煤礦開采過程中曾發生突水災害，淹沒礦井，造成巨大損失。同時，疏干薩拉烏蘇組地下水，誘發一系列生態環境問題。本文結合榆神礦區南部水文地質勘查成果，論述了礦井突水災害形成的條件及預測方法，為煤礦安全生產提供保證。

1 煤礦突水實例

榆神礦區東南部某煤礦年產15萬 t。開采3號煤，平均煤厚6.12 m，埋藏深度100 m，采用斜立混合式開拓，主斜井進風，立井出風，主斜井將原來的雙鉤串車提升改為機軌合一。采煤工作采用房柱式加刀柱式采煤法，運輸巷與回風巷均沿煤層底板布置。井田分為六個盤區，一、三、五盤區在礦井的南部，二、四、六盤區在礦井的北部，一盤區在掘進支護中，因出水而停止開采，三盤區已采完，目前正在五盤區生產。礦井最大涌水量150 m3/h，其中一盤區最大涌水量120 m3/h。

一盤區東邊與三盤區相接，北邊與二盤區相接，西南均為井田邊界，地面無建筑物和居民居住，地表均為沙土草地。一盤區東西長900 m，南北長800 m，現已掘一盤區運輸巷與一盤區回風巷各450 m，巷道為矩形斷面、巷道規格為寬5 m，高3.2 m，巷道為近水平巷道、巷道沿煤層底板布置。

2005年5月18日晚9時一盤區3106巷道在打錨桿時，鉆桿穿透煤層與上部含水層相通而出水，涌水量120 m3/h，錨桿長度為1.8 m。排水3個月水量仍不減，為了保證人員與礦井的安全，停止了一盤區所有的采掘工作，并設泵排水，其中5.5 kw潛水泵 3臺，每臺每小時排水 65 m3，2.2 kw、3 kw潛水泵各一臺，每小時排水15 m3。鑒于礦井最大涌水量為150 m3/h，在立井水倉安裝110 kw排水能力為150 m3/h的離心式水泵2臺，實際排水量80 m3/h，形成雙回路排水系統已保證礦井的正常排水。

由于在礦井突水處煤層沒有大面積開采，只是有煤層掘進巷道通過，經過近6個月的排水觀測，水量基本穩定。從目前情況來看，煤層大面積冒頂的可能性很小。根據臨近礦井上河煤礦2004年的突水情況，頂板冒落時的礦井最大涌水量為500 m3/h。該煤礦地形東高西低，一盤區巷道的底板比車場底板低3 m;又因一盤區現已掘出巷道800 m，西大巷已掘900 m，兩巷約1 700 m，可以儲水約20 000 m3，可以儲存2 d的涌水量，在及時排水的情況下，不會對其他井巷造成淹井事故。

2 礦井突水的水文地質背景

2.1 礦井突水的水源

研究區地下水主要賦存于第四系薩拉烏蘇組、離石黃土和侏羅系風化帶中，其中薩拉烏蘇組是最主要的含水層，礦井突水的水源主要是地下水。

薩拉烏蘇組孔隙潛水廣泛分布于研究區，與第四系風積沙一起，構成研究區唯一的具有供水意義的含水層，也是礦井突水的主要水源。勘查表明，地下水賦存條件較好，有利于接受大氣降水的下滲補給及側向補給，形成了比較富水地段。含水層巖性主要為粉細砂、細砂、粗砂。根據勘查成果，厚0～160 m，水位埋深2.30～4.00 m。據機井抽水試驗，降深 0.82 ～2.50 m，涌水量448.42 ～1 080.00 m3/d，單位涌水量5～6.329 L/s·m。薩拉烏蘇組地下水是礦井充水的間接含水層，但它卻是是礦井水的最主要來源。礦井涌水量大小，與薩拉烏蘇組厚度直接相關，如錦界煤礦，薩拉烏蘇組厚度大，礦井涌水量在2009年之前是3 800 m3/h，2010年后已經達到5 000 m3/h以上，成為陜北侏羅紀煤田及內蒙古東勝煤田區域內礦井涌水量最大的礦井。

另外，研究區還分布有離石黃土裂隙孔洞潛水和侏羅系基巖風化帶裂隙潛水。離石黃土主要為棕黃、灰黃色亞粘土、亞砂土，巖性均一，含鈣質結核，厚 4.46～76.01 m，水位埋深0.61～30.00 m。因所處地貌條件不同，富水性差異較大。黃土梁崗區，地形起伏較大，溝壑縱橫，不利于大氣降水的滲入補給，富水性較差。沙漠灘地區上覆分布有大面積的風成沙及薩拉烏蘇組沖湖積層，為大氣降水滲入補給提供了良好的條件。據附近SHK1950、Y23孔抽水資料，降深13.93～21.60 m，涌水量 46.40 ～107.40 m3/d，單位涌水量 0.039～0.058 L/s·m，滲透系數 0.112 ～0.174 m/d。侏羅系基巖風化帶，主要含水層是延安組頂部的風化帶，巖性為長石砂巖、泥巖、粉砂質泥巖不等厚互層組成，厚22～50 m，其賦存條件受地貌條件和上覆第四系含水層的富水性及含水層巖性控制，所以富水性變化較大。據常樂堡Y23孔抽水資料，降深 23.26 m，涌水量 20.48 m3/d，單位涌水量 0.01 L/s·m，滲透系數0.049 m/d。若上覆第四系為中更新統離石黃土裂隙孔洞潛水，其富水性較差。據井田東部Y24孔抽水資料，降深 16.50 m，涌水量 2.07 m3/d，單位涌水量 0.001 45 L/s·m，滲透系數0.003 m/d。若上覆第四系為全新統沖積層孔潛水，其富水性相對較好，是礦井突水的直接充水含水層。

2.2 礦井突水的形成原因

研究區礦井突水的形成，一是有較豐富的水源，即薩拉烏蘇組地下水和侏羅系基巖風化帶裂隙潛水;二是有突水的通道，礦井開采煤層的埋藏淺，不足100 m，煤層頂板基巖很薄，一般只有20 m左右，最薄處不到10 m，榆樹灣煤礦首采長壁工作面裂隙帶發育高度的數值模擬試驗表明，覆巖最大裂隙帶的高度為92 m。通過模擬表明在距工作面40～60 m處的地表土層出現了不同長度的裂縫，地表裂縫未和裂隙帶貫通，裂隙帶與地表土層裂隙之間，在傾向模擬時和走向模擬時分別有30.18 m的土層隔離帶.通過進行安全分析得到了最小安全防水煤巖柱的尺寸為95 m，表明數值模擬結果與工程開采實踐基本一致。因此，基巖厚度小于95 m就可能導致突水。因此，大面積的采空區形成后，必然導致地下水的大量涌入，引起地下水位下降和環境變遷。

2.3 礦井突水危險性預測

為了減少煤礦突水災害，針對榆神礦區特殊的淺埋煤層結構，筆者建議應做好突水災害預測的水文地質補充勘探工作，勘探的重點是薩拉烏蘇組的分布、厚度、水位埋深、富水性及補給徑流排泄條件、侏羅系基巖頂面形態、3號煤層上覆基巖厚度及巖石物理力學特性等，并編繪相關圖紙，計算煤層開采產生的裂隙帶高度，如果裂隙帶發育頂界達到薩拉烏蘇組含水層底部，則會發生突水災害，根據勘查資料，榆神礦區常樂堡、白鷺、常興、金牛等井田，具有突水危險性，采前必須采取一定的措施，預測礦井突水地段，保證煤礦安全。

3 礦井突水的防治

某礦井突水事故發生后，及時排水，封堵突水點，取得了較好的效果。在距一盤區巷口60 m的地方處在運輸巷與回風巷各打防水閘門1道，防水閘門距出水點約340 m，墻為磚混結構即紅磚與水泥沙漿筑成，沙漿標號為C10，墻體規格為寬×高×厚為4.9 m×3.1 m×1 m。閘門規格寬 ×高為750 mm×1 500 m，用1 cm鋼板做成，框用12b槽鋼制做，如有出水可以關閉防水閘門減少向礦井井底車場的流水，即時撤離人員。

范立民等認為，針對陜北侏羅紀煤田這樣的大煤田，煤炭資源分布極廣，而水、生態環境是稀缺資源。因此，要因地制宜，適度開發，科學開采。不宜開發的區域，如榆神礦區南部的部分井田，可以暫緩開發。具備采煤保水或薩拉烏蘇組不含水的區域，如榆神礦區深部的部分區域、新民區的一些井田，優先開發。但對于已經建設、又不具備保水條件的礦井，要合理選擇開采參數，留設足夠的保水煤柱，或采用充填開采方式，達到保水采煤的目的。

建議榆陽區各煤礦，聯合開展煤礦突水危險性預測研究，全面分析研究含水層、隔水層、煤層分布空間關系的基礎上，科學劃分采煤技術條件分區，根據開采條件分區確定采煤方法和防治水措施。對于生產礦井，定期觀測井下水量變化情況，發現水量增大要分析原因，及時采取合理的措施;政府部門要盡快調整榆神礦區總體規劃，慎重對待榆神礦區南部、榆神礦區禿尾河沿岸地帶淺埋藏煤層的開發問題，切實做到采煤、保水并舉。從長遠考慮，榆神礦區南部區煤層上覆基巖較薄，采煤形成的頂板“三帶”可與第四系含水層溝通，一方面對礦井的安全生產構成威脅，另一方面不利于地下水資源和生態環境的保護。因此，對于煤層埋藏淺且上覆薩拉烏蘇組含水較豐富的區域，盡量不規劃為開采區，若已建井開采，則要采取可靠的措施(如充填開采)，盡量減少礦井涌水量，保護地下水資源，保證地下水位的基本穩定，控制西部礦區生態環境惡化并不斷改善礦區環境。

4 結論

1)榆神礦區煤礦突水的水源主要是第四系薩拉斯烏蘇組潛水，其中礦區東南部局部地段含水層厚度大，煤層埋藏淺，突水危險性較大，應加強礦井防治水工作，做好礦井水文地質條件分類研究，必要時加強水文地質補充勘探，確保煤礦安全生產。

2)榆神礦區地處沙漠地區，生態環境脆弱，1992年范立民最早提出了保水采煤問題，隨后他經過長期研究與工程實踐，提出了實現保水采煤的兩個途徑。20年的開發實踐表明，保水采煤是榆神礦區面臨的重大難題，采煤條件下保護生態水位的穩定，是保水采煤的最終目標，必須通過采煤方法的改進和采空區充填技術，達到采煤與保水的統一。榆神礦區防治水工作的重點，也應該以防止地下水位下降為核心，既要保證煤礦安全生產，也要盡量減少礦井涌水量，保護薩拉烏蘇組含水層結構的完整性。

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Study on Water Inrush Danger of the Small and Medium－sized Coal Mine in the South of Yushen Mining Area

HOU Gao－feng，JIANG Ze－quan，CUI Bang－jun
(Team 185，shaanxi provincial coal Geological Bureau，YuLin 719000 shaan xi)

It is based on some of the small and medium －sized coal mine water inrush in Yushen mine area，analyzes the geological of mine well water inrush，the hydro－geological conditions.We think the aquifer thickness of Salawusu group is large，rich water，coals buried in shallow，and after coal seam exploitation，the caving zone，the fracture zone development to the bottom of the aquifer of Salawusu group which cause to sudden water－related disasters.The article puts forward some ideas and methods for mine well water inrush prediction，meanwhile，strengthens to study the well hydro－geological conditions，promotes the hydro－geological recharged investigation and find out the hydro－geological condition in order to do well in controlling water inrush，reducing the mine discharge，at last protects the Salawusu aquifer structure integrity.

Water inrush of the mine;Salawusu group;Yushen Mine area

P641.4+61

A

1004－1184(2012)03－0015－03

2012－03－12

侯高峰(1964－)，男，陜西富平人，助理工程師，主要從事煤田水文地質勘查工作。