范各莊礦奧灰水防治對策

李洪恩邢中四

（1.河北能源職業技術學院，河北省唐山市，063004；2.開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業分公司，河北省唐山市，063199）

范各莊礦奧灰水防治對策

李洪恩1邢中四2

（1.河北能源職業技術學院，河北省唐山市，063004；2.開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業分公司，河北省唐山市，063199）

范各莊礦北翼水文地質條件復雜，煤系基底奧灰富水性強，發育有斷裂構造、巖溶陷落柱等垂向構造，因此，奧灰水為該區域重點防范對象。為確保安全生產，分析評價了煤礦開采中是否存在突水危險，提出防范水害發生的技術措施。

斷裂構造 巖溶陷落柱 奧灰水 突水危險 對策

開灤范各莊礦水文地質條件復雜，煤系地層為富含孔隙承壓水的第四系沖積層所覆蓋，煤系基底奧陶系馬家溝組中賦存巖溶裂隙承壓水，煤系地層砂巖裂隙發育，直接或間接接受上、下含水層的補給，加之斷裂構造發育及特殊的導水地質體（巖溶陷落柱）的存在，進一步加劇了礦區水文地質條件的復雜化。近年來，根據對范各莊礦北翼區域統計，僅在井口向斜軸部，就發生過204裂隙出水、2176采面出水、2171采面9號陷落柱突水、208高水位異常區平7孔突水；塔坨向斜區先后揭露了14個陷落柱，奧灰水已經導致數次突水，因此，奧灰含水層是范各莊煤礦安全開采水患防范重點。為了確保安全生產，本文分析了煤礦水害成因，進而提出相應的防范突水事故措施，對安全開采具有極其重要的現實意義。

1　北翼地質構造

范各莊礦位于開平煤田東南翼，地層走向為NE～SW向，傾向NW，傾角為8°～24°。范各莊礦北冀區域內以褶皺和陷落柱構造發育為主要特征。褶皺由北往南依次為塔坨向斜、北二背斜、井口向斜。已發現的陷落柱大部分發育在此區域，且集中于井口向斜軸部附近。斷裂構造多為正斷層，礦區地質構造如圖1所示。

2　水文地質情況

2.1主要含水層

范各莊礦主要含水層自上而下分別為第四紀含水層、5#煤層頂板含水層、5#煤層～12#煤層含水層、12#煤層～14#煤層含水層、14#煤層～唐山灰巖間含水層、奧灰巖溶含水層，其中奧灰巖溶含水層為強含水層。

圖1　礦區地質構造圖

14#煤層～唐山灰巖間裂隙承壓含水層厚度為40 m，該層節理裂隙發育，北部唐山灰巖中有溶洞存在。其含水性由北向南，由淺至深逐漸減弱。單位涌水量為0.036～0.665 L/s·m，滲透系數為0.275～46.83 m/d。水質類型為HCO3-Ca·Mg型。

奧灰巖溶含水層構造裂隙和巖溶發育，在塔坨向斜至井口向斜區巖溶發育且有較大溶洞存在，單位涌水量可達6.593 L/s·m，滲透系數為31.87 m/d，水質類型為HCO3-Ca·Mg型。

2.2礦井充水水源及充水通道

第四系沖積層厚度在井田北部為50 m左右，到井田南部已達500 m以上，大氣降水直接補給第四系含水層，第四系含水層再通過基巖露頭補給煤系地層各含水層。礦井主要充水水源為煤系地層各含水層水、奧灰水和老空水，其中，對煤礦安全影響最大的為奧灰水。

礦井充水通道包括斷裂構造、巖溶陷落柱構造、地震裂隙、采動裂隙、導水鉆孔、巖溶塌陷和天窗，其中，導水斷裂帶和巖溶陷落柱是礦井充水最主要通道。

2.2.1巖溶陷落柱充水

據統計，影響12#煤層的陷落柱有2#、7#、8#、10#、12#陷落柱，其中2#、8#、12#陷落柱為邊緣充水型，陷落柱內充填物壓實緊密，風化程度強，柱內水力聯系不好，只是陷落柱邊緣發育的次生裂隙充水，井下揭露時一般以滴、淋水或涌水為充水形式，涌水量不大，經一段時間的疏放，涌水量大幅度減少或疏干；7#陷落柱為疏干類型，陷落柱內充填物壓實緊密，風化程度極強，邊緣裂隙水已被疏干，揭露時有少量滴水、小淋水或無水；10#陷落柱為全充水類型，陷落柱內充填物未被壓實，水力聯系好，奧灰水直接導通到陷落柱上部，井下一旦揭露即發生突水，其突水量大而穩定。巖溶陷落柱分布情況如圖2所示。

圖2　巖溶陷落柱分布圖

2.2.2斷裂帶導水

根據井下突水點資料，井田內中小型斷裂構造突水特征和斷裂結構面力學性質及其展布和現代地應力環境密切相關。本區斷裂構造以NEE和NE向最為發育。突水與構造密切相關，統計表明，突水點最大涌水量與斷層密度呈正相關關系，隨著斷層密度增大，煤層底板突水點最大涌水量也增大。

3　北冀突水危險性分析

12#煤層距下部奧灰承壓含水層160～220 m，最大水壓8.0 MPa，底板有效隔水層厚度8～50 m不等，隔水層厚度呈現由東北向西南厚度逐漸遞減的趨勢。根據對北翼區域突水系數測算，絕大部分區域突水系數大于0.06 MPa/m，只有一小部分在0.06 MPa/m以下。因此北翼區域12#煤層受底板承壓水威脅。同時還由于巖溶陷落柱及導水斷裂構造的存在，奧灰水一旦被導入煤系地層，將成為礦井水的直接補給水源，從而存在一定的安全隱患。范各莊北冀水文地質剖面圖如圖3所示。

范各莊礦近年來通過對208區域綜合立體勘探，基本上查清了高水位異常區的水文地質條件和10#陷落柱的形態及其富水性。本區域總的涌水量為31 m3/min，突水頻繁，水量長疏不衰，又存在巖溶陷落柱和高水位異常區，范各莊礦北冀12#煤層開采面臨突水危險。

圖3　范各莊北翼水文地質剖面圖

4　防治奧灰水對策

根據以上分析，礦井主要防范的水害對象是煤系基底奧灰強含水巖層突水及以斷層、陷落柱為主的垂直導（含）水構造。分析了礦井地質及水文地質條件和受水害威脅程度，為確保安全帶壓開采，經過多年的探索和實踐，確定了北翼12#煤層安全開采防治水對策。

（1）加強地質、水文地質預測。根據上部煤層采掘工程中揭露的巖溶陷落柱、斷裂構造的發育情況、范圍及展布規律，對下部煤層進行預測。

（2）在未開采區域，采用多種物探、化探手段對隱伏導水構造進行探測。發現水文異常后，再采用鉆探進行驗證，進一步查明導水構造影響范圍、導水性及富水區域，并對鉆孔涌水量、水壓、水溫的變化進行觀測，水樣進行化驗分析，判斷水源。

（3）根據探測的斷裂構造、巖溶陷落柱的范圍及其導水性，留設防（隔）水煤柱，重要部位采用留設煤柱和注漿加固雙重防范。

（4）對于12#煤層北翼帶壓開采區域，應在開采之前，對煤層底板進行注漿治理改造，在保證注漿質量的前提下，注漿后可以實施正常帶壓開采。

（5）在受奧灰威脅的區域內進行采掘活動，必須構筑水閘門、水閘墻，把重點防范區域與礦井其它區域隔離開來。

（6）在工作面回采過程中，要加強動態監控，建立可靠的防治水預警系統，確保煤層開采安全。

5　結論

范各莊礦北翼水文地質條件復雜，煤系基底奧灰富水性強，發育有斷裂構造、巖溶陷落柱等垂向構造，因此，奧灰水為該區域重點防范對象。為了確保安全生產，提出加強水文地質預測預報，采用物探先行，鉆探驗證，對隱伏導水構造進行探測。對導水或有導水傾向的構造留設防（隔）水煤柱，對不導水構造或薄弱區域進行注漿加固，增加有效隔水層，提升隔水能力。開采12#煤層帶壓開采區域時，對底板進行注漿加固改造。為防止突水災害發生，構筑水閘門、水閘墻，隔離危險區。在工作面回采過程中，除利用井上下地下水觀測網，還引入物探監測的新方法、新技術加強動態監控，確保安全開采。建立健全防排水系統，制定水害事故應急預案防患于未然等一整套防治水對策。這些防治水措施實施后，能夠為煤礦的安全回采提供有效的保障。

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［5］ 劉洪磊，楊天鴻，于慶磊等.范各莊礦12煤底板突水過程模擬分析［J］.煤田地質與勘探，2010（3）

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（責任編輯 張艷華）

Prevention countermeasures for Ordovician limestone water at Fangezhuang Mine

Li Hongen1，Xing Zhongsi2
（1.Hebei Energy College of Vocation and Technology，Tangshan，Hebei 063004，China；2.Fangezhuang Mining Company of Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063199，China）

Hydrological condition is complicated at North wing of Fangezhuang Mine.Ordovician limestone groundwater-bearing there was strong at coal measure basement，and vertical structures such as fractural structure and karst collapse column developed.Therefore，Ordovician limestone water is focal objects to be guarded in this mining area.In order to guarantee safety production，this paper analyzed and evaluated whether there were water-burst danger potentials during mining，proposed technical measures to prevent water disaster.

fractural structure，karst collapse column，Ordovician limestone water，water inrush risk，countermeasure

TD745.2

A

李洪恩（1965-），河北省海興縣人，高級工程師，主要從事礦井地質與水害防治教學與科研工作。