煤礦回采工作面突水水源分析研究與綜合利用

朱俊魁 張 洋

（河南能源化工集團義煤公司千秋煤礦地測科，河南 三門峽 472300）

本文通過：對千秋礦礦井水源進行了綜合分析研究，包括礦井水來源，水害治理措施及方案，將礦井水凈化處理后進行綜合利用，變廢為寶。對節能減排水資源化合理利用，解決礦區缺水問題具有重大的環境價值和經濟效益。

1 礦井水文地質基本情況

千秋煤礦水文地質條件中等，地表廣為第四系粘土黃土覆蓋，基巖零星裸露地表。有石河、澗河兩個季節性河流從礦井淺部穿過，石河為南澗河的支流，于下石河處匯入南澗河，石河平時無水，澗河正常涌水量為800m3/h。井田內從下往上有五個弱含水層，每個含水層間均有穩定的隔水層，含水層儲水空間不發育，富水性較弱，煤層底板以下無承壓水，礦井水害主要為老空水及老頂礫巖空隙裂隙水。另據礦井2009 年以來涌水量實際觀測資料分析，礦井平均涌水量174.4 m3/h，最大涌水量489.6m3/h。

2 礦井充水因素分析

根據義馬區域和千秋礦井田水文地質特征，地表水與地下水的補、徑、排條件，以及礦井突水情況與涌水量變化情況，千秋礦井田充水主要由大氣降水、地表水、老窯水、含水層、斷層等因素所造成，現分析如下：

2.1 大氣降水

大氣降水是礦井充水的主要因素之一。區域內年均降水量700.2mm,其中七、八、九三個月降水占全年降水量的50%以上，由于季節性差異較大，冬春干旱少雨、夏秋暴雨致使河谷、河流形成洪峰，因此地下水具有集中降水補給、常年消耗等特點，反映在礦井涌水量上，一般3～6 月涌水量相對較小，9 月開始增大，可一直持續到12 月，甚至翌年1～2 月，分析其原因，是由于地表大面積被第四系松散黃土層覆蓋，滲透性相對較差，基巖僅在溝谷中可見，但其范圍與面積小，直接接受大氣降水的補給與水量有限，加之厚層泥巖、砂質泥巖對含水層水力聯系的阻隔，致使礦井涌水量季節性十分突出。尤其是澗河、石河河床和河漫灘以及基巖裸露區。

2.2 地表水

千秋井田及附近地表水體不發育，流經井田淺部東部的澗河、石河均為季節性河流，春冬水量較小，雨季可形成洪峰，對礦井充水有不同程度的影響。依據煤層賦存特征與開采塌陷裂隙影響程度以及地表水的影響程度，

2.3 含水層

主要為礫巖孔隙水、裂隙承壓水和潛水含水層，次為泥灰巖巖溶裂隙承壓水與潛水含水層，據抽水試驗和礦井揭露分析，均為弱富水含水層，除第四系礫石層單位涌水量和滲透系數大于1 以外，其它含水層均在0.5 以下，但由于橫向上富水性分布不均，加之開采塌陷裂隙改變了原有的補、徑、排條件，使某些地段含水層與大氣降水、地表水、采空區積水之間形成了水力聯系是經第四系礫巖層下補侏羅系中上統礫巖含水層，并沿其順層徑流，間接地補給礦井，其補給緩慢、水量小，涌水形式多呈淋水或滴水。

2.4 斷層的導水性及對礦井充水的影響

3 工作面突水水源分析

21172 工作面位于21 下山東翼采區，為21171 工作面的二分層，橫跨21151 工作面。該工作面直接頂為灰色、深灰色泥巖，致密塊狀，賦存穩定，厚度9.4m～13.5m，隔水性較好。上部為中上侏羅系雜色粉砂巖、細砂巖、礫巖組成，以礫巖為主，交替出現的混合巖層。該層厚度大，含水性不穩定。侏羅系上統、中統巨厚礫巖孔隙—裂隙潛水—承壓含水層是造成煤層頂板充水的主要含水層。該含水層雖然整體上含水性較弱，但存在局部強含水段。該層厚度大，含水性不穩定。砂巖和礫巖整體為弱含水層，但由于砂、礫巖層裂隙發育極不均勻，局部存在因裂隙強烈發育而形成的強富水區段。由于21151 工作面和21171 工作面回采后，頂板垮塌后與上覆含水層導通，使工作面出水,造成老塘內有大量積水。兩個工作面回采結束后，老塘一直有水流出，水量在10 m3/h,老塘內蓄積了一定量的積水。

F3-6 斷層是引起21172 工作面頂板出水主要因素，21172 工作面掘進期間，上巷見滴水現象，預計F3-6 斷層有水害影響。F3-6 斷層在千秋煤礦二水平東大巷已揭露落差9m～13m,在21172 工作面上巷揭露落差為11.0m，F3-6 斷層為張性正斷層，構造斷裂使隔水層與含水層發生位移巖石破碎，它是造成礦井充水和透水的主要通道，斷層帶有導水現象。在21172 工作面回采時，上下巷揭露證實，上切口西194m，上切口下85m 為F3-6 斷層尖滅位置，為富水區域，構造斷裂，上巷偶見滴水現象，下巷未見。

2011 年6 月11 日，21172 工作面回采至切眼西180m 時，工作面下巷老塘開始出水，6 月13 日工作面老塘出水已到7m3/h，6 月28 日已經遞增到21m3/h，7 月9 日已經增加到65m3/h，緊接著7 月14 日工老作面老塘出水已達80m3/h，8 月4 日猛增到208m3/h，10 月9 日第增到270m3/h，2012 年1 月3 日達到362m3/h。

截止2014 年9 月21172 工作面正常涌水量穩定在120～140m3/h，累計出水量為550 萬m3。水色清、無味、涌水量較穩定，經過多次水質化驗研究分析充分證明，水源來于中統巨厚礫巖含水層水，可以進行綜合利用。

4 礦井水的資源轉化利用

目前全國有70%的煤礦缺水,其中40%的煤礦嚴重缺水。由于水資源的嚴重不足,影響了我國煤炭工業的進一步發展。事實證明,礦井水資源轉化利用,不僅是推行煤炭行業清潔生產、發展循環經濟的主要內容,也是煤炭生產持續發展的需要，礦井水資源化利用途徑是礦井水凈化處理后回用于生產和生活中,不僅可以減少深井水的開采量,節約地下水資源,還保護礦區地下水和地表水的自然平衡。處理后的礦井水一般先用于煤炭生產加工,其次用于生態、礦區生活用水,如仍有剩余,則需要根據礦井水水質、水量大小,或達標排放,或作其他用水。

5 結論

千秋煤礦在礦井新井工業廣場建成了一座現代化礦井水處理廠,礦區每年可利用凈化礦井水100 萬m3,回收了大量煤泥,減少了排污費,年獲經濟效益90 萬元。不僅使千秋礦區礦井水資源得到充分、合理利用,還大幅度降低了現有供水成本,獲得了豐厚的經濟回報。

（1）千秋煤礦礦井面積大，戰線長，生產用水量大。自2006 年以來井下生產用水非常緊張，用水問題急需解決。21172 工作面回采時，在頂板老塘水采取埋設管道將水自壓到下巷口沉淀池，經過沉淀、過濾、消毒后，將水排至二水平清水倉直接供井下使用,滿足采掘工作面生產需要的工業用水。

（2）也做為礦井地面工業用水，將一部分礦井水排至井上水倉，只需要去除礦井水的懸浮物即可滿足要求,凈化過程需要加人混凝劑。不需再加液氯消毒,即可直接用于浴室、鍋爐房或沖刷廁所及地面澆花、打掃衛生等。

（3）也可以做為生活用水。凈化后的礦井水達到國家飲用水水質標準時,可以做為飲用水直接供應用戶,彌補自來水供應的不足。此類用水需要對礦井水進行深度處理。

（4）用于井下灌漿。可以將一部分水源回灌到地下,補充地下水資源,降低采煤引起的地表沉降。

（5）可以作為農業用水。用于農業灌溉、水產養殖等，可減輕農民負擔。

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