大平井田充水因素分析及水害防治策略

李磊

摘 要：為更好本文闡述了大平井田的水文地質特征，并著重分析了大平井田的充水因素，最后結合大平井田的充水因素，提出了相應的水害防治策略。

關鍵詞：大平井田；充水因素；水害；防治策略

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.069

大平煤礦于1986年建成投產，礦井核定生產能力90萬噸，主采二1煤層，立井單水平開采，面積約4.77平方公里。

1 水文地質特征

1.1 構造概況

大平井田位于新密煤田西南方向，嵩山背斜南翼。井田基本構造形態為軸向近東西、向東傾伏的大冶向斜，區內斷裂構造較發育，多為逆斷層。探明落差大于15m的斷層有16條，生產過程中揭露小于10m的斷層有100條，其中周山逆斷層構成井田的南部邊界，馬溝逆斷層構成井田東部邊界。

1.2 含水層與隔水層

（1）含水層。1）第四系砂、礫石孔隙含水層。平均厚度18.37m，主要由流砂、礫（卵）石組成，呈未膠結或半固結，富含孔隙潛水，但水位、水量變化動態不穩。2）二1煤層頂板砂巖裂隙含水層。主要由大占砂巖和香炭砂巖構成，厚度0～32.87m，致密堅硬，裂隙較發育，多被方解石脈充填，生產中多以頂板滴、淋水形式向礦坑充水，目前已基本被疏干。3）太原組灰巖巖溶裂隙含水層。其中上段L7和L8灰巖厚度2～13.90m，致密堅硬，巖溶裂隙不發育，單位涌水量為0.0024～0.038L/s·m，富水性差，為二1煤層底板直接充水含水層；下段L1～L4灰巖厚度4.75～23.79 m，巖溶裂隙不發育，富水性弱。4）奧陶系中統O2 m灰巖巖溶裂隙含水層，揭露厚度為2.05～73.50m。鉆孔抽水試驗單位涌水量為0.0141～18.79 L/s·m，該含水層巖溶裂隙發育，補給徑流好，富水性強，極不均一，在導水斷層的作用下，成為煤層底板水間接補給水源。

（2）隔水層。1）本溪組隔水層。主要為深灰色鋁質巖及鋁質泥巖，層位穩定，分布廣泛，可阻隔奧陶系灰巖水對上層的補給；2）太原組中段隔水層。主要為泥巖、砂質泥巖和細粒砂巖等。層位穩定，分布廣泛，一般情況下，阻隔太原組上、下段灰巖含水層之間的水力聯系；3）二1煤層底板隔水層。主要為砂質泥巖、砂巖等，層位穩定，全區分布，受二1煤層采動影響，無法阻隔太原組上段灰巖水進入礦井.

2 礦井邊界及其水力性質

礦井位于新密復向斜西南端，屬大平～超化～新鄭水文地質亞單元的一部分。礦井南、北部以二1煤層露頭為邊界，北部及南部外圍山區為石炭二疊系基巖出露區，為地下水補給邊界；東部以馬溝逆斷層為邊界，東南部以周山逆斷層為邊界，為地下水相對隔水邊界；西部及東北部為人為邊界，接受地下水的側向補給。二1煤層上下各含水層之間均有穩定隔水層，水力聯系較弱。對礦井安全生產威脅最大的水源是奧陶系巖溶含水層，該含水層出露面積大，補給條件好，是所有含水層中充水強度最大的含水層。

3 大平井田充水因素分析

3.1 充水水源

（1）頂板水。二1煤層頂板砂巖含水層主要為大占砂巖和香炭砂巖，鉆孔單位涌水量為0.018 L/sm，滲透系數為0.001～0.06 m/d，該含水層單層厚度小，裂隙發育不良，富水程度弱，補給條件差，工作面回采落頂后，頂板砂巖裂隙水通過導水裂隙帶充入礦井，目前該含水層水量已基本疏干。

（2）老空水。礦井周邊生產及廢棄小窯較多，其礦井水通過采空區多排入大平井田內，近些年礦井正常涌水量200 m3/h左右，其中對周邊小窯水的疏排量達80 m3/h以上，所以礦井及周邊小窯老空水成為大平煤礦充水的主要水源。特別是小窯老空水在大平礦采空區內的積聚，對大平礦安全生產造成較大水害隱患。

（3）底板水。二1煤層底板巖溶裂隙承壓水包括太原組上段L7-8灰巖與下段L1-4灰巖巖溶裂隙承壓水和O2m巖溶裂隙承壓水，其中L7-8灰巖含水層巖溶裂隙發育程度弱，富水性不均一，為二1煤層底板直接充水含水層，經多年疏放，目前已疏干。太原組下段L1-4灰巖巖溶裂隙承壓水和奧陶系灰巖巖溶裂隙承壓水為二1煤層底板間接充水水源，鉆孔單位涌水量為0.0141～18.79 L/sm，滲透系數0.0285～119.27m/d，該含水層巖溶裂隙發育，補給徑流條件好，富水性強，但極不均一，是二1煤開采期間的底板間接充水含水層，充水強度較大。

3.2 充水通道

（1）斷層導水通道。大平井田內存在周山、馬溝、吳莊等落差在100m以上的大型斷裂構造，自然狀態這些斷層具有一定阻水作用。根據探查和實際揭露，斷層存在導富水性不均一狀況，礦井水在疏干開采時，在地下水靜水壓力和礦壓的作用下，使斷層帶的富水性不斷加強，一旦巷道掘進、采煤揭露或接近斷層，二1煤底板下部灰巖含水層將直接或通過斷裂帶向礦井充水或突水。

（2）采動裂縫。大平井田在開采的過程中，由于礦山和地下水壓力的共同作用，使得井田采空區處的巖層遭到一定程度的破壞，并且產生巖層裂縫，這在另一方面又成為井田的導水通道，有利于井田中含水層淋水或者滲水的導出。

4 水害防治策略

4.1 老空水害超前探放策略

做好周邊小窯采掘活動與積水情況調查，與小窯積水區留足防（隔）水煤柱；沿空掘進期間堅持有疑必探，物探先行，鉆孔驗證原則，做好老空水超前探放工作；積極開展沿空留巷技術研究，減少空區內積水情況存在。

4.2 底板水害防治策略

以回采工作面斷層破碎帶、底板裂隙發育區和隔水層薄弱帶為重點，采用多種工藝進行底板注漿加固，達到充填含水層和加固隔水層目的。掘進工作面，帶壓開采突水系數大于0.06 MPa/m時，必須超前預注漿。

4.3 斷層預留煤（巖）柱水害防治策略

針對井田內大于15米以上的斷層，需要預留煤（巖）柱，以用來防水隔水，避免水害的產生。在預留煤柱時，注意嚴格控制煤柱的寬度和完整性，嚴禁在煤柱內進行采掘活動。回采期間注意觀測地表沉陷狀況，根據實際情況的變化適時更正開采方案。

參考文獻：

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