小魚溝礦區(qū)礦井開采安全性評(píng)估分析

王 麗，劉 燁

（1.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局153勘探隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古地質(zhì)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

小魚溝礦產(chǎn)位于鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)。小魚溝礦區(qū)有著豐富的礦產(chǎn)資源，小魚溝礦產(chǎn)屬于準(zhǔn)格爾礦區(qū)，屬華北石炭、二疊紀(jì)礦區(qū)，在華北聚礦的北部區(qū)域，成礦古地理環(huán)境在內(nèi)蒙古陸邊緣區(qū)域。礦區(qū)的主要含礦層是太原組上巖段（C2t2），有6個(gè)含礦層，6上、6、8、9上、9、10號(hào)礦層。6、9上、9號(hào)礦層的大部分礦層可以開采，8號(hào)礦層局部可以開采。6上、10號(hào)礦層不能開采[1]。

在礦層頂?shù)装甯羲畬拥谋∪醯貛А?gòu)造破碎帶，容易產(chǎn)生巖溶水突破，隔水層的水流進(jìn)礦坑中。文中根據(jù)礦井的開采實(shí)際情況和區(qū)域構(gòu)造條件、隔水層、抗壓性能等，對(duì)礦帶壓開采的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出有效措施。

1 區(qū)域水文地質(zhì)概況

1.1 太原組（C2t）隔水層

（1）上巖段（C2t2）：出露于礦區(qū)東部、中部、南部，厚度12m～115m。巖性由灰黃、灰白、灰黑色、深灰砂巖、粘土巖、砂質(zhì)泥巖組成，是本礦區(qū)主要含礦層[1]。偶見裂隙承壓水存在，地表以泉水的方式出露，流量0.01L/s～0.60L/s。

（2）下巖段（C2t1）：出露礦區(qū)南部和東部，厚度5.27 m～42.00m，與奧陶系平行不整合接觸。巖性由灰、灰白、灰黑色泥巖、砂巖、灰?guī)r和鋁土質(zhì)泥巖構(gòu)成。

1.2 奧陶系（O1+2）含水層

出露于礦區(qū)東部邊緣，黃河岸邊，南部榆樹灣一帶，厚度大于100m。巖溶裂隙發(fā)育非常不均勻，造成含水性差異較大。如在黑岱溝一帶，灰?guī)r厚度大約100m，巖溶裂隙發(fā)育較差。含水量少，單位涌水量低于0.10L/s·m。

2 帶壓開采條件分析

礦井大部區(qū)域6、8、9上、9號(hào)礦層底板在奧陶系巖溶水的水位下，是帶壓開采的礦層。能否順利帶壓開采6、8、9號(hào)礦層，要分析礦區(qū)的構(gòu)造特性、隔水層的厚度、隔水性能和抗壓性能等諸多因素。

2.1 隔水層性能分析

根據(jù)礦井鉆孔施工過(guò)程及資料顯示，石炭系上統(tǒng)太原組（C2t）：分上、下巖段。上巖段（C2t2）：出露于小魚溝下游和中游，厚度10.46～101.93m，是主要的含礦層。上部含有6號(hào)礦層、灰白砂巖和灰黃色砂巖，淺灰色粘土巖；下部含有9號(hào)礦層、灰白色砂巖、深灰色泥巖。地表未見泉水出露。很多鉆孔鉆至該組地層會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象，水位低于一百米。下巖段（C2t1）分布在小魚溝下游，揭露厚度為0.20～24.19m。和奧陶系是平行不整合接觸。

2.2 礦井?dāng)嗔褬?gòu)造的水文地質(zhì)特征

本礦井的斷裂構(gòu)造主要為背斜。在生產(chǎn)中沒有揭露明顯的斷層，沒有導(dǎo)水和富水的現(xiàn)象。礦井內(nèi)地表沒有明顯的陷落柱，沒有發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水和富水陷落柱。

2.3 礦井寒武奧陶系巖溶含水層特點(diǎn)

礦井內(nèi)寒武奧陶系巖溶含水層巖性主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、竹葉狀灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r等。根據(jù)小魚溝C7號(hào)水文孔對(duì)奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層抽水試驗(yàn)資料分析，單位涌水量q=0.0424L/（s·m），滲透系數(shù)K=0.04833m/d，水化學(xué)類型屬HCO3—Mg·Ca·Na型，礦化度為0.41g/L，水位標(biāo)高+879.66m。根據(jù)扶貧1號(hào)水文孔對(duì)奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層抽水試驗(yàn)資料分析，單位涌水量q=0.00052L/（s·m），滲透系數(shù)K=0.0000005m/d，水化學(xué)類型屬Cl·HCO3—Na型，礦化度為0.59g/L，水位標(biāo)高+869.87m。結(jié)合礦井周邊奧灰水文孔資料，推測(cè)礦井內(nèi)奧灰水富水性差且極不均勻，奧灰水水位標(biāo)高為+870～+879.66m。

3 帶壓開采安全性評(píng)價(jià)

帶壓開采評(píng)價(jià)和分區(qū)主要是針對(duì)強(qiáng)富水含水層和巨厚含水層（華北地區(qū)一般為奧灰含水層）進(jìn)行的，奧灰水能否進(jìn)入采掘區(qū)，第一要看寒武奧灰水的水位標(biāo)高是否高于礦層底板的標(biāo)高。在承壓區(qū)內(nèi)，底板寒武奧灰水有可能進(jìn)入采掘工作面，在非承壓區(qū)，底板寒武奧灰水不可能進(jìn)入采掘工作面。

采用以下計(jì)算公式來(lái)計(jì)算突水系數(shù)：

式中：T-突水系數(shù)，MPa/m；P-隔水層底板承受的水壓（MPa）；M0-底板的隔水層厚度（m）；計(jì)算出各個(gè)礦層突水系數(shù)，見表1。

表1 6、8、9上、9號(hào)礦層底板突水系數(shù)計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

小魚溝6號(hào)礦層開采底板標(biāo)高為+909.04m～+1004.64m，8號(hào)礦層開采底板標(biāo)高為+893.20m～+987.52m，9上礦層開采底板標(biāo)高為+883.34m～+978.58m，9號(hào)礦層開采底板標(biāo)高為+874.94m～+959.25m，本井田奧灰水位標(biāo)高為+870m～+879.66m。據(jù)此分析，小魚溝礦產(chǎn)采礦許可證范圍內(nèi)6、8、9上、9號(hào)礦層，均在奧灰水位以上，為非承壓區(qū)，底板寒武奧灰含水層不會(huì)對(duì)礦層開采產(chǎn)生影響。

圖1 6號(hào)礦層底板突水系數(shù)等值線圖

根據(jù)表1的9個(gè)鉆孔礦層底板突水系數(shù)計(jì)算結(jié)果，最大為0.0025MPa/m，小于0.06MPa/m（底板受構(gòu)造破壞塊段不大于0.06MPa/m），即寒武、奧陶系巖溶、裂隙承壓水對(duì)開采本區(qū)礦層無(wú)大的影響，計(jì)算結(jié)果與準(zhǔn)格爾礦井開采從未發(fā)生寒武、奧陶系巖溶、裂隙水底板充水的情況相吻合。

4 防治措施

本礦區(qū)井田北部和東北部帶壓開采6、8、9上、9號(hào)礦層時(shí)，正常開采時(shí)，奧灰水對(duì)礦井的日常生產(chǎn)威脅不大，但是也需要隨時(shí)監(jiān)測(cè)和觀察。對(duì)井田內(nèi)部的斷層、內(nèi)陷落柱等異常構(gòu)造需要重點(diǎn)觀察，封閉質(zhì)量較差或者未封閉鉆孔的奧灰水很有可能會(huì)涌入礦井之中，需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員高度重視相關(guān)問(wèn)題，采取有效的防范措施，防止大量水涌入開采現(xiàn)場(chǎng)。

（1）查看陷落柱和斷層。使用鉆探、化探、物探等方法詳細(xì)查明陷落柱和斷層等構(gòu)造的空間展布形態(tài)、詳細(xì)位置和賦水情況等。如果查明陷落柱和斷層含水量較大，需要及時(shí)采取注漿等措施攔截水害。

（2）陷落柱和斷層的注漿封堵措施。開采中發(fā)現(xiàn)陷落柱和斷層時(shí)，采用注漿堵水是主要預(yù)防措施，經(jīng)濟(jì)性好，堵水效果明顯。封堵的具體部位是6號(hào)、8號(hào)、9號(hào)上、9號(hào)礦層底板以下20m的位置，避免開采對(duì)陷落柱和斷層產(chǎn)生二次破壞。

（3）及時(shí)封閉不良鉆孔。鉆孔是容易產(chǎn)生突水的關(guān)鍵部位之一，鉆孔中的含水層或者容易引發(fā)礦井水體導(dǎo)通的鉆孔，以及廢棄鉆孔都有可能產(chǎn)生突水，需要用泥漿及時(shí)封孔，認(rèn)真填寫封孔報(bào)告，并建立統(tǒng)一臺(tái)賬方便日后查詢。

（4）設(shè)置防水礦柱。直徑大于20m的陷落柱、高差大于8m的斷層，不僅按照規(guī)程實(shí)行注漿封堵，同時(shí)要設(shè)置防水礦柱。防水礦柱的設(shè)計(jì)尺寸要嚴(yán)格執(zhí)行《礦井水文地質(zhì)規(guī)程》中關(guān)于防水礦柱的說(shuō)明進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。

（5）建立礦區(qū)防排水系統(tǒng)。礦區(qū)的排水系統(tǒng)具體包含泵房、水倉(cāng)、配電所、排水管路等相關(guān)工程。根據(jù)報(bào)告中預(yù)測(cè)的涌水量，建立對(duì)應(yīng)的排水配套工程，排水配套工程應(yīng)該充分考慮礦區(qū)預(yù)測(cè)正常涌水量、最大涌水量和預(yù)測(cè)奧灰水突水量之和。

（6）制定合理的礦井避水災(zāi)路線。在掘進(jìn)面上制定合理的避水災(zāi)路線，在路線設(shè)置中明顯標(biāo)記路標(biāo)，定期進(jìn)行撤離演習(xí)，保證掘進(jìn)施工人員的安全。

5 結(jié)論

通過(guò)計(jì)算研究區(qū)內(nèi)底突水系數(shù)最大值為0.0025MPa/m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于臨界突水系數(shù)0.066MPa/m，通常情況下不會(huì)發(fā)生底板突水事故，在開采過(guò)程中仍然需要注意，在陷落柱和斷層等構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域要預(yù)留防水礦柱和排水通道，實(shí)現(xiàn)礦層的帶壓安全開采。