劉家溝煤礦水文地質(zhì)條件分析及防治水對(duì)策

秦　波

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原　030006)

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劉家溝煤礦水文地質(zhì)條件分析及防治水對(duì)策

秦波

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西太原030006)

摘要:根據(jù)劉家溝煤礦的水文地質(zhì)條件，就該煤礦礦井的充水因素及充水水源進(jìn)行了分析，從防排水工程設(shè)計(jì)、太灰水的探測(cè)與疏放等方面，提出了相應(yīng)的防治水技術(shù)措施，為井下防治水工作的安全、有效開(kāi)展提供了保障。

關(guān)鍵詞:礦井，防治水，水文地質(zhì)，水源

劉家溝煤礦地處山西省境內(nèi)，現(xiàn)階段主要回采煤層為二疊系3號(hào)與4號(hào)煤，兩者均屬于上組煤，為有效提升礦井資源配采率，促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)久持續(xù)性發(fā)展，礦井決定對(duì)屬于下組煤的石炭系8號(hào)與9號(hào)煤層進(jìn)行回采以增加產(chǎn)量。但該礦井下組煤均存在我國(guó)華北地區(qū)常見(jiàn)的奧灰水水害問(wèn)題，由鑒于此針對(duì)劉家溝煤礦水文地質(zhì)條件展開(kāi)分析，并擬定切實(shí)可行的針對(duì)性綜采防治水措施就顯得極為必要。

1　礦井水文地質(zhì)概述

劉家溝煤礦井田面積約30 km2，已探明儲(chǔ)量近4億t，其中下組承壓水上煤炭?jī)?chǔ)量近2．5億t，近年來(lái)隨著易采煤層的日益殆盡，下組煤層開(kāi)采已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，但由于下組煤既上覆有太原組薄層灰?guī)r，又下伏有奧陶系高壓含水層，使得其回采時(shí)同時(shí)面臨著嚴(yán)重的頂?shù)装逋凰{。

1．1區(qū)域水文地質(zhì)

劉家溝礦地處黃河沿岸山西境內(nèi)的呂梁山系，屬于典型的黃土高原地貌，水文地質(zhì)單元隸屬柳林泉域。區(qū)域內(nèi)地下水多為承壓含水層，其中二疊系砂巖含水層在礦區(qū)內(nèi)存在廣泛出露，奧陶系與寒武系可溶巖局部出露在泉域的西部與北部，太原組灰?guī)r在中部溝谷中存在零星出露，這些出露區(qū)均可直接接受自然降水對(duì)含水層進(jìn)行補(bǔ)水。整個(gè)礦區(qū)范圍內(nèi)，石炭系與二疊系含水層屬于弱富含水層，奧陶系屬于強(qiáng)富含水層，其水流呈現(xiàn)由北向南的遷流趨勢(shì)。

1．2礦區(qū)主要含水層

1)奧陶系熔巖裂隙含水層組。該含水層組共包含兩地層，其一為中統(tǒng)馬家溝組，以深色層狀灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r為主，巖層中存在發(fā)育程度不均的巖溶裂隙，使得其富水程度存在顯著差異。其中，巖溶裂隙發(fā)育完善區(qū)域的巖層中富含溶孔、溶隙，呈現(xiàn)典型的蜂窩狀，溶蝕現(xiàn)象顯著且彼此連通性優(yōu)良，便于地下水在地層中的運(yùn)移。地層單位時(shí)間涌水量為2．73 L/(s·m);其二為中統(tǒng)峰峰組，巖層厚112 m左右，巖性以深色層狀灰?guī)r為主，由于整個(gè)礦區(qū)均地處埋藏區(qū)，這使得其巖層溶裂發(fā)育程度會(huì)伴隨深度的加深而增強(qiáng)，加之裂隙多充填滿各類泥質(zhì)，使得巖溶裂隙水的賦存與補(bǔ)充條件有限，富水性較差且水質(zhì)不佳。2)石炭系太原組巖溶裂隙含水層。石炭系太原組為所含煤層為下組煤，關(guān)鍵含水層有L1～L5薄層石灰?guī)r，其巖溶形態(tài)多為溶隙，不同裂隙間在連通性與開(kāi)啟度上存在顯著差別。巖層滲透系數(shù)與導(dǎo)水系數(shù)分別為0．013 m/d～0．003 8 m/d與0．41 m/d2～1．23 m/d2。

2　礦井充水因素與水源分析

2．1充水因素分析

1)開(kāi)采頂板冒裂帶。依照地質(zhì)勘測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)規(guī)定，結(jié)合頂板巖層強(qiáng)度特性，可計(jì)算得出下組煤回采時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶高度可達(dá)65 m，加之上組煤回采對(duì)底板的破壞帶深度為10 m，這使得下組煤回采時(shí)其冒裂帶裂隙可貫通上組煤采空區(qū)。2)斷層與陷落柱。在劉家溝煤礦的前期生產(chǎn)中共計(jì)揭露各類斷層20余條，這些斷層多為大角度的正斷層且斷層落差均在5 m以上，有著較強(qiáng)的導(dǎo)水性可對(duì)下組煤回采造成威脅。除此之外，上組煤回采中先后揭露陷落柱14個(gè)，雖僅有1個(gè)出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，但在下組煤回采作業(yè)中，受采動(dòng)影響陷落柱下部(灰?guī)r至奧灰?guī)r)存在轉(zhuǎn)化為導(dǎo)水通路的可能。3)地質(zhì)鉆孔封堵質(zhì)量不佳。早期礦井勘測(cè)作業(yè)時(shí)的各類鉆孔若封堵質(zhì)量不佳則有可能導(dǎo)致各含水層之間出現(xiàn)水力聯(lián)系。一旦巷道掘進(jìn)或工作面回采作業(yè)時(shí)揭露鉆孔就有可能導(dǎo)致封堵不良鉆孔變?yōu)閷?dǎo)水通路。

2．2充水水源分析

1)太灰含水層。8號(hào)與9號(hào)煤層上部頂板靠近L1灰?guī)r，巷道掘進(jìn)作業(yè)時(shí)該層灰?guī)r水可直接進(jìn)入巷道。此外，回采作業(yè)時(shí)頂板冒落帶高度一般為10 m～13 m，這使得垮落帶會(huì)覆蓋L2與L3灰?guī)r且裂隙帶貫通L4與L5灰?guī)r。由此可見(jiàn)，L1～L5灰?guī)r層為下組煤回采時(shí)的主要頂板充水源。2)上組煤老空積水。通過(guò)地質(zhì)勘測(cè)與數(shù)學(xué)計(jì)算可知，下組煤回采時(shí)產(chǎn)生的裂隙發(fā)育帶高度可貫通上組煤采空區(qū)，這使得采空區(qū)積水可通過(guò)貫通裂隙滲入下組煤回采作業(yè)面造成威脅。3)奧灰含水層。下組煤為承壓水煤層下部存在奧陶系中統(tǒng)上下馬家溝強(qiáng)富含水層，這使得下組煤回采作業(yè)時(shí)在底板破壞、陷落柱、斷層等要素的影響下極易發(fā)生底板突水事故，從而嚴(yán)重威脅作業(yè)的安全、高效開(kāi)展。

3　井下防治水措施

3．1防治水規(guī)范

劉家溝礦應(yīng)當(dāng)依據(jù)自身地質(zhì)特點(diǎn)制定長(zhǎng)期的防治水規(guī)范，從探明自身水文地質(zhì)條件著手，通過(guò)對(duì)太灰含水層實(shí)施疏干防水試驗(yàn)，對(duì)其富水性及各分層間的水力關(guān)聯(lián)予以探明，從而為下組煤回采時(shí)的涌水量計(jì)算及疏干工藝選擇提供依據(jù)。放水試驗(yàn)應(yīng)選擇下組煤前期開(kāi)采區(qū)域并針對(duì)性的構(gòu)建全面的地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)體系。

3．2防治水內(nèi)容

1)帶壓開(kāi)采危險(xiǎn)性分區(qū)。在礦區(qū)的前期水文地質(zhì)勘測(cè)中所獲得的大量勘測(cè)數(shù)據(jù)顯示，礦區(qū)內(nèi)各含水層的富水性一般呈現(xiàn)出顯著的分區(qū)不一性。礦區(qū)東部的地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度與復(fù)雜性均明顯高于西部，在具體的工作面布設(shè)中技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)依據(jù)工作面所處區(qū)域的奧灰水威脅程度，制定針對(duì)性的防治水技術(shù)措施。2)防排水工程設(shè)計(jì)。鑒于下組煤回采作業(yè)時(shí)會(huì)受到太灰水、奧灰水、上組煤采空區(qū)等多類水源威脅，這使得下組煤回采時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)其運(yùn)輸大巷的布設(shè)進(jìn)行嚴(yán)格設(shè)計(jì)，確保其所處層位、分區(qū)隔離狀態(tài)、排水工藝選擇、抗災(zāi)及避災(zāi)設(shè)計(jì)等方面均完全符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定，同時(shí)還應(yīng)對(duì)井下防水工程的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在設(shè)計(jì)圖上進(jìn)行明確標(biāo)示，作業(yè)時(shí)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。3)采掘工作應(yīng)開(kāi)展精細(xì)探測(cè)。對(duì)含水層富水性及導(dǎo)水性的探測(cè)是下組煤采掘作業(yè)中的關(guān)鍵。巷道開(kāi)掘前應(yīng)當(dāng)綜合運(yùn)用瞬變電磁物探、直流電法物探對(duì)掘進(jìn)端底板及前部的隔水層厚度、構(gòu)造特性等進(jìn)行探明并通過(guò)鉆探進(jìn)行核實(shí);工作面回采前則應(yīng)結(jié)合音頻穿透法、無(wú)線電透視法、鉆探驗(yàn)證等多種方法對(duì)回采面底板及煤壁后部的隔水層特性進(jìn)行探明，以便為回采作業(yè)的防治水提供指導(dǎo)。4)太灰水的探測(cè)與疏放。太灰水含水層作為下組煤的頂板直接充水源，在采動(dòng)影響下可直接滲入巷道與工作面。鑒于礦區(qū)內(nèi)的太灰含水層屬于弱富水性，則對(duì)其的治理主要采取疏干法。疏干的方式可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇巷道揭露疏干、工作面鉆孔疏干與頂板垮落自然疏干等多種形式，需要時(shí)還可進(jìn)行專項(xiàng)疏干作業(yè)。除此之外，若發(fā)現(xiàn)灰?guī)r水存在奧灰水補(bǔ)給則應(yīng)對(duì)補(bǔ)給來(lái)源與強(qiáng)度進(jìn)行探測(cè)，制定相應(yīng)的封堵措施，以確保疏干作業(yè)的順利開(kāi)展。5)上組煤采空區(qū)積水疏放。上組煤采空區(qū)積水多源于其頂板砂巖含水層，鑒于下組煤回采作業(yè)后其頂板垮落后裂隙帶可貫通上組煤采空區(qū)，從而導(dǎo)致滲水，因此在下組煤回采前應(yīng)當(dāng)對(duì)上部采空區(qū)積水范圍及分布進(jìn)行詳實(shí)的探測(cè)并進(jìn)行鉆孔疏放。

4　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)劉家溝煤礦下組煤回采面臨多種水害隱患的實(shí)際狀況，煤礦管理層應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)自身礦井的水文地質(zhì)分析，充分結(jié)合水文地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果對(duì)下組煤的帶壓開(kāi)采安全性進(jìn)行全面分析，并針對(duì)性的構(gòu)建完善的工作面排水體系，與此同時(shí)結(jié)合井下充水條件制定相應(yīng)的防治水作業(yè)規(guī)范，從而從根本上為下組煤回采作業(yè)的高效、安全、有效開(kāi)展提供保障，為礦區(qū)的長(zhǎng)久可持續(xù)發(fā)展提供動(dòng)力。

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Analysis on Liujiagou coal mine hydrology geology condition and water control measures

Qin Bo
(Shanxi Coal Geological Hydrology Research Institute，Taiyuan 030006，China)

Abstract:According to the hydrology geology condition of Liujiagou coal mine，this paper analyzed the water filling factors and water filling water source of this coal mine，from the waterproof and drainage engineering design，limestone water detection and sparse openness and other aspects，put forward corresponding water prevention and control technology measures，provided guarantee for the safety effectively development of underground water prevention work．

Key words:mine，water control，hydrology geology，water source

作者簡(jiǎn)介:秦波(1985-)，男，助理工程師

收稿日期:2015-10-20

文章編號(hào):1009-6825(2016)01-0094-02

中圖分類號(hào):P642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A