煤礦防治水評(píng)價(jià)與措施分析

陳郭靜

(陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)有限公司 二礦， 山西 陽(yáng)泉 045000)

我國(guó)煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，目前約有18%待開(kāi)采的煤炭?jī)?chǔ)量受到較為嚴(yán)重的水害威脅，井下水害的有效防治對(duì)于實(shí)現(xiàn)整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)具有極其重要的意義。水文地質(zhì)環(huán)境較為簡(jiǎn)單的礦井,開(kāi)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)及布置過(guò)程都相對(duì)簡(jiǎn)單，然而，當(dāng)?shù)V井所處區(qū)域地質(zhì)條件較為復(fù)雜時(shí)，在考慮滿足生產(chǎn)需求的同時(shí)還應(yīng)當(dāng)充分研判水害對(duì)于礦井安全生產(chǎn)的影響，并做好相對(duì)應(yīng)的防治水工作。本文對(duì)目標(biāo)礦井的富導(dǎo)水性進(jìn)行了分析，運(yùn)用多種手段計(jì)算了礦井的涌水量，針對(duì)礦井的突水危險(xiǎn)程度制定了切實(shí)可行的綜合防治水措施。

1 工程概況

目標(biāo)礦井生產(chǎn)能力為120萬(wàn)t/a，井田面積為5.324 km2。目標(biāo)礦井所處區(qū)域交通便利，屬于整體地勢(shì)較為平緩的丘陵區(qū)，存在部分黃土沖溝發(fā)育，整體呈現(xiàn)西北側(cè)偏低的地勢(shì)結(jié)構(gòu)，為低中山區(qū)[1]。目標(biāo)礦井目前主采的23號(hào)與29號(hào)煤層，從地質(zhì)構(gòu)造結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)均屬于結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的單斜構(gòu)造，采掘期間并未出現(xiàn)變化較為明顯的斷層結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段主要對(duì)上述煤層進(jìn)行回采。其中，23號(hào)煤層結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，平均厚度為12 m，全區(qū)穩(wěn)定可采，其頂板巖性主要以細(xì)砂巖為主；29號(hào)煤層整體結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，煤層平均厚度為4 m，其頂板巖性為中砂巖。

2 水文地質(zhì)概況

2.1 地表水

目標(biāo)礦井井田范圍內(nèi)不存在明顯地表水流動(dòng)跡象，雨水主要沿著地表裂隙流出，當(dāng)降雨量較大時(shí)便會(huì)產(chǎn)生較大水流。由于水流較大且在短時(shí)間內(nèi)很難對(duì)地下水進(jìn)行補(bǔ)充，井田屬于目標(biāo)礦井水流補(bǔ)給區(qū)。

2.2 含水層

目標(biāo)礦井奧陶系灰?guī)r含水層平均厚度約為25～65 m，主要巖石性狀以灰色石灰?guī)r為主，其中，對(duì)應(yīng)奧灰水標(biāo)高在1 150～1 170 m之間。砂巖裂隙內(nèi)的含水層以太原組含水層為主，巖石節(jié)理及裂隙較不發(fā)育，對(duì)于水資源的賦存能力較差。煤體中的砂巖裂隙承壓水屬于下石盒子組砂巖含水層，整個(gè)巖層埋深較深且水資源補(bǔ)給能力較弱。在地表河流較低位置，一般為45 m左右深度范圍內(nèi)存在風(fēng)化殼，該層由于受外界水流影響，相對(duì)含水量較高。

2.3 隔水層

目標(biāo)煤礦的隔水層主要包含兩組，其中，本溪組的平均厚度為35 m，巖性組成以砂質(zhì)泥巖為主，結(jié)構(gòu)較為致密，隔水效果較為理想，可以作為隔水層。其次，太原組與山西組之間的巖石以泥巖為主且平均厚度可達(dá)25 m，也能起到較為良好的隔水作用。然而，靠近地表的巖層受氣候影響，一般較為疏松，因此不可作為隔水層。

3 充水條件

礦井充水的水源主要來(lái)自大氣降水、地表水及地下水三部分[2]。大氣降水通過(guò)巖層之間的裂隙相互溝通而進(jìn)入礦井深部，形成充水的主要來(lái)源之一。目標(biāo)礦井屬于低山丘陵區(qū)域，短暫的洪水爆發(fā)將會(huì)導(dǎo)致入滲量較大，最終對(duì)礦井含水量產(chǎn)生影響。地下水對(duì)于整個(gè)礦井含水量影響是最為嚴(yán)重的，目標(biāo)礦井的含水巖層埋藏深度較淺且以砂巖為主。因此，其含水量很容易受到大氣降水干擾。其部分區(qū)域裂隙發(fā)育不完整且賦水性較弱，因此僅可儲(chǔ)存部分承壓水。目標(biāo)礦井主要為砂巖以及灰?guī)r，膠結(jié)能力較強(qiáng)且埋藏較深，這一區(qū)域范圍內(nèi)水的補(bǔ)給一般較差，一般不會(huì)作為含水層，也不會(huì)對(duì)礦井安全生產(chǎn)造成影響。

4 礦井涌水量變化規(guī)律

4.1 工程類比

目標(biāo)礦井所處區(qū)域較為干旱，降水量較少，屬于資源整合新礦，原有的礦井經(jīng)多年開(kāi)采后已有大量地下水排出，因此，目標(biāo)礦井涌水量相對(duì)較低且與目標(biāo)區(qū)域降雨量成正比。根據(jù)已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，在降水量較少的時(shí)間范圍內(nèi)礦井涌水量?jī)H為400 m3/d，而當(dāng)處于雨季時(shí)，最大涌水量可達(dá)600 m3/d。當(dāng)降水較不明顯時(shí)，礦井的平均涌水量可達(dá)500 m3/d，相比于資源整合之前的礦井涌水量呈現(xiàn)明顯降低趨勢(shì)。同時(shí)，在礦井生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，頂板淋水是目標(biāo)礦井主要的涌水方式，且涌出水大多數(shù)屬于停滯型水。

4.2 涌水量預(yù)算

按照工程類比法進(jìn)行涌水量計(jì)算可通過(guò)含水系數(shù)法[3]獲得相關(guān)參數(shù)，見(jiàn)式(1)所示：

Q=F·q

(1)

式中：Q為計(jì)算涌水量，m3/d；F為目標(biāo)煤礦年產(chǎn)量，萬(wàn)t/a；q為區(qū)域含水系數(shù)。

結(jié)合目標(biāo)礦井實(shí)際生產(chǎn)情況，目標(biāo)礦井對(duì)應(yīng)年份的涌水量為30萬(wàn)t/a，經(jīng)過(guò)核算后的礦井涌水量Q為500 m3/d，對(duì)應(yīng)可計(jì)算目標(biāo)礦井的涌水系數(shù)q=500/30=16.66 。目標(biāo)礦井經(jīng)過(guò)資源整合后，目標(biāo)礦井對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)能力可達(dá)120萬(wàn)t/a，預(yù)計(jì)正常涌水量可達(dá)2 000 m3/d，而實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)目標(biāo)礦井的實(shí)際涌水量可達(dá)2 500 m3/d。綜合分析目標(biāo)礦井近年來(lái)礦井涌水量變化，采掘過(guò)程中的涌水量基本維持在20 m3/h左右，該數(shù)值可以有效滿足礦井的日常生產(chǎn)。

5 礦井防治水建議[4]

1) 針對(duì)礦井防治水，首先應(yīng)當(dāng)設(shè)置較為完善的礦井排水系統(tǒng)，其中水泵、水倉(cāng)等應(yīng)當(dāng)集中布置于中央水倉(cāng)并加強(qiáng)對(duì)排水系統(tǒng)的維護(hù)。為了有效防止礦井發(fā)生透水事故，應(yīng)當(dāng)針對(duì)排水系統(tǒng)設(shè)置專用排水預(yù)案，包含用水量監(jiān)測(cè)、緊急避災(zāi)路線以及礦井突水防治方案等。

2) 由于目標(biāo)礦井所處地層的特殊性，在大氣降水較為嚴(yán)重的情況下很容易出現(xiàn)地下水聚集。因此，在雨季前應(yīng)當(dāng)對(duì)整個(gè)礦井的防排水系統(tǒng)進(jìn)行提前檢測(cè)以保證排水暢通，滿足礦井生產(chǎn)需求，由于目標(biāo)礦井采空區(qū)范圍較大，應(yīng)當(dāng)及時(shí)收集附近區(qū)域老窯積水相關(guān)資料，積極進(jìn)行鉆探并嚴(yán)格封堵廢棄巷道，對(duì)于已探明的積水應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，針對(duì)性地提出防治水措施。

3) 由于目標(biāo)礦井所處區(qū)域的太原組巖石以砂巖為主，而該巖層作為主采煤層的主要含水層，富水能力較弱，很容易出現(xiàn)含水量過(guò)大導(dǎo)致其垮落而影響正常生產(chǎn)。因此，對(duì)于目標(biāo)煤層應(yīng)當(dāng)采取合理開(kāi)采方式，保證開(kāi)采高度不會(huì)影響到含水層的穩(wěn)定性，同時(shí)加強(qiáng)掘進(jìn)過(guò)程中的巷道頂板的支護(hù)。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文結(jié)合相關(guān)法規(guī)規(guī)定，對(duì)目標(biāo)礦井煤層的水文地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，采用工程類比以及理論計(jì)算的方式對(duì)目標(biāo)礦井含水層以及隔水層進(jìn)行探究，通過(guò)科學(xué)方式對(duì)礦井涌水量進(jìn)行有效預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明，目標(biāo)礦井的水文地質(zhì)條件符合日常生產(chǎn)需求。