淺談澄合礦區(qū)底板突水因素分析及防治建議

摘 要：隨著澄合礦區(qū)煤層開采深度的不斷加深，向深部開拓中引起的礦井水害亦日趨嚴(yán)重，底板水害事故頻發(fā)，給澄合礦區(qū)大水煤礦生產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，本文在澄合礦區(qū)調(diào)研井田地質(zhì)及水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了渭北煤田澄合礦區(qū)底板五大突水影響因素，即地質(zhì)構(gòu)造、底板巖層巖性及其組合特征、含水層的富水性、水頭壓力、礦山壓力，最后針對澄合礦區(qū)大水煤礦底板水害問題提出了針對性的防治技術(shù)及建議，給華北煤田大水礦區(qū)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：澄合礦區(qū)；底板水害；突水影響因素；防治技術(shù)

1 澄合礦區(qū)井田地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

澄合礦區(qū)地處陜西省澄城、合陽縣境內(nèi)，位于渭北煤田東部，區(qū)內(nèi)煤炭開采悠久，至盡已有600余年歷史，礦區(qū)東部長67公里，南北寬30公里，面積約1718平方公里。澄合礦區(qū)地貌以臺塬為主體，黃土覆蓋層較高厚，黃龍山橫亙于北部邊界，黃河由北向南流經(jīng)礦區(qū)東部邊界，洛河由北向南流經(jīng)西部邊緣，形成澄合礦區(qū)東西部自然邊界，黃土層常年受山洪與河流沖刷，形成塬、梁、峁、河谷相間的地貌。在礦區(qū)勘探區(qū)域內(nèi)以黃土臺塬、河谷灘地為主等地質(zhì)地貌概括；澄合礦區(qū)內(nèi)交通極為方便，西距西安市直線距離120km，公路運輸通暢，可直達渭南、西安、銅川、韓城及山西諸縣，與相鄰縣市均有高速公路及省一、二級公路相通；澄合礦區(qū)內(nèi)的氣候條件屬大陸性低濕度半干旱氣候區(qū)，氣候春季溫暖干旱，夏、秋季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年降雨量少，蒸發(fā)量大是澄合礦區(qū)氣候的主要特征。

1.1 井田區(qū)域煤層

澄合礦區(qū)煤層賦存于上石炭統(tǒng)太原群和下二疊統(tǒng)山西組地層之中，自上而下依次編號為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11號，煤層總厚8.72m。可采層5層，其中普遍可采煤層，為5號和10號煤層，局部可采層為4層，其余各煤層均為不可采煤層。

1.2 井田區(qū)域構(gòu)造

澄合礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯地塊東南部的渭北隆起東段，其東有近南北向的呂梁、太行隆起，北為鄂爾多斯地塊主體，西為北北西-北西向的六盤山構(gòu)造帶，南鄰東西向秦嶺褶皺帶。在渭北隆起與秦嶺褶皺帶之間，有后期發(fā)育的東西向渭河地塹系。

1.3 井田區(qū)域水文地質(zhì)情況

澄合礦區(qū)以黃土臺原為主體，地勢北高南低，地表坡降9～12%，地面標(biāo)高+558～+750m。地表為廣厚的黃土所覆蓋，僅局部河谷帶有基巖出漏，黃土層厚0～220m，在黃土覆蓋地區(qū)，沖溝極為發(fā)育，呈樹枝狀分布，呈現(xiàn)了典型的渭北黃土高原的地貌景觀。地表多為耕地，村莊較多，西部平坦，東部溝壑縱橫，地形比較復(fù)雜。大峪河流經(jīng)本井田約2200m，為澄城縣與合陽縣的界河，發(fā)源于黃龍山區(qū)，自北向南匯入洛河，年平均流量420～910m3/h，屬常年性河流，以大氣降水和第四系潛水補給。水庫位于本井田東部有一水庫，據(jù)井口350m左右，存水量約為2萬立方，水源來自大峪河，常年蓄水。

2 澄合礦區(qū)底板突水影響因素分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造主要是斷裂構(gòu)造，是澄合礦區(qū)井田5號煤層底板帶壓開采突水的主要控制因素之一，包括斷裂規(guī)模、斷裂密度、斷層導(dǎo)水性、裂隙發(fā)育程度等。

澄合礦區(qū)位于渭北煤田中部，井田5號煤層帶壓開采工作面若發(fā)生突水，大部分應(yīng)為揭露小斷層所引起，區(qū)內(nèi)構(gòu)造受到北秦嶺褶皺帶制約和渭河地塹影響，由于南北向擠壓應(yīng)力的作用，因而總體上為一近東西走向，傾向北，具有波狀起伏的平緩單斜構(gòu)造，斷層構(gòu)造在合陽、澄城一線以南和洛河以西較為發(fā)育，斷層走向以NEE向和近EW向為主，且多為正斷層，而在此線以北，斷層稀少，地質(zhì)構(gòu)造以短軸褶皺為主。斷層的交接、尖滅、轉(zhuǎn)彎、復(fù)合部位多呈拉張松弛狀態(tài)，巖層物理性能低劣，易于發(fā)生變形破壞與失穩(wěn)，經(jīng)承壓水的楔入而形成強滲通道。斷層越密集，導(dǎo)水性越好，越容易突水。

2.2 底板巖性及組合特征

目前董家河煤礦主采的5號煤，開采標(biāo)高+270m，底板隔水層厚度較薄的地方在25m左右，奧灰水位在+375m左右。澄合礦區(qū)王村煤礦斜井目前主采的5號煤與奧灰的間距為95～275m，目前為170～200m，突水系數(shù)按0.06MPa/m，正常情況下底板巖層可以抵抗最小5.7Mpa的水壓，一般情況能抵抗11.1Mpa的水壓，具有較強的阻水能力。煤層底板巖層巖性組合自上而下為：粉砂質(zhì)-泥巖-炭質(zhì)泥巖-石英砂巖-砂質(zhì)泥巖-煤6-砂質(zhì)泥巖-石英砂巖-粉砂巖-砂質(zhì)泥巖-石英砂巖-粉砂巖-石灰?guī)r-泥灰?guī)r-煤10-粘土巖-鋁土巖-奧灰，從組合特征來看，這類軟硬交替的巖層組合形式，對阻止奧灰突水起到了一定積極作用，為帶壓開采提供了有利的條件。

2.3 含水層的富水性

在進行澄合礦區(qū)井田5號煤層下底板突水預(yù)測預(yù)防工作中，應(yīng)加強對灰?guī)r巖溶的發(fā)育程度及富水性的調(diào)查。與澄合礦區(qū)井田底板突水有密切聯(lián)系的含水層為K2灰?guī)r和奧陶系石灰?guī)r，突水水源為奧灰水。為了探明澄合礦區(qū)K2灰?guī)r和奧陶系石灰?guī)r的富水性，在工作面掘進期間及回采前應(yīng)采用瞬變電磁法和直流電法等地球物理勘探對帶壓開采工作面下承壓水富水區(qū)進行探測，從澄合礦區(qū)歷次突水情況分析，結(jié)合所做的物鉆探資料，突水點絕大部分位于富水異常區(qū)內(nèi)。所以探明奧灰的富水性對于防治底板突水有著重大的意義。

2.4 含水層水頭壓力

澄合礦區(qū)目前主要開采5號煤層，據(jù)澄合礦區(qū)長期水文觀測孔的水位觀測資料，奧灰水歷史最高水位為+389.7m，目前已降至+375m。在+375m水位之下開采5號煤層都受到奧灰水的威脅，在斷裂、裂隙發(fā)育地段，更容易造成底板突水。

2.5 含水層水頭壓力

礦山壓力為澄合礦區(qū)井田內(nèi)礦井突水提供動力條件，受到開采深度、開采斜長和回采面積等因素的影響。

澄合礦區(qū)目前開采深度達到200～400m。上覆第四系巨厚黃土巖和二迭系的砂質(zhì)泥巖及中粒砂巖，累計厚度達107m，隨著煤層的開采，覆巖的周期性運動，巨厚第四系巨厚黃土巖和二迭系的砂質(zhì)泥巖及中粒砂巖積聚著巨大的勢能，當(dāng)覆巖發(fā)生斷裂將要跨落時刻，地表即將發(fā)生沉陷時刻，此時煤層底板受著巨大的支承壓力，會對底板巖體造成嚴(yán)重的破壞。

3 澄合礦區(qū)底板水害防治技術(shù)

澄合礦區(qū)承壓水體上采煤底板突水機理主要體現(xiàn)在降低水壓和采動影響強度是抑制底板巖層受采動、水壓破壞的根本途徑。防治底板突水的措施與方法是多方面的，歸納起來有以下幾種：加強礦井防排水系統(tǒng)、注漿加固改造底板隔水層巖性、疏降底板高承壓含水層水壓、選擇合理的開采方法和開采參數(shù)，減小采動影響等。

4 澄合礦區(qū)底板水害防治工作建議

文章對華北地區(qū)澄合礦區(qū)水害防治進行了敘述性的介紹，澄合礦區(qū)各煤礦可根據(jù)各礦區(qū)（井）的水史地質(zhì)條件選擇應(yīng)用，如果按照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、條例等的要求，選擇并開展適合礦井實際的防治水工作，有相當(dāng)一部分礦井水害事故可以避免。即便是有些事故實難避免，也會將水災(zāi)危害降低到最小程度。同時，由于目前防治技術(shù)方法和手段各有其使用的局限性和限制條件，加上我國煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)條件普遍復(fù)雜，所以對于煤礦水害防治工作中的技術(shù)難題還有待去攻克。同時，為了更進一步地做好煤礦水害防治工作，從根本上遏制煤礦重大水害事故的發(fā)生，各煤礦對于礦井水害防治工作要制訂綜合防范措施。為保證井下工作人員安全應(yīng)加強澄合礦區(qū)底板水害防治技術(shù)，同時對華北地區(qū)礦井水害治理起到借鑒作用。

參考文獻

[1]白海波，陳忠勝，張景鐘.徐州礦區(qū)奧灰?guī)r溶水突出的原因與防治[J].煤田地質(zhì)與勘探，2006，27（3）：47～49.

[2]沈光寒，李白英，吳戈.礦井特殊開采的理論與實踐[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1992.

[3]趙全福.中國煤礦防治水技術(shù)經(jīng)驗匯編[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1998.

作者簡介：趙斌（1987-），男，河北三河人，專科，技術(shù)員，主要從事地測防治水工作。