新河礦井水害初步分析與評價

張守瑞，李文軍，楊海濤

(焦作煤業(yè)(集團)白云煤業(yè)有限公司新河礦井，河南修武縣454361)

新河礦井水害初步分析與評價

張守瑞，李文軍，楊海濤

(焦作煤業(yè)(集團)白云煤業(yè)有限公司新河礦井，河南修武縣454361)

針對新河礦當前水害情況進行了研究，分析了新河礦的水文地質(zhì)情況。在查明礦井水文地質(zhì)條件，掌握礦井水情水害，強化安全責任，采取有針對性的防治水措施等方面，提出了可行性建議。

礦井;水害分析;防治措施

0 引言

焦作煤田是我國著名的大水礦區(qū)，新河井田位于焦作煤田深部，煤系上覆沖積砂礫層孔隙水，下覆厚約800m喀斯特灰?guī)r，地下水豐富，水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。對新河礦井水害進行分析和研究，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 地質(zhì)概況

1.1 水文地質(zhì)特征

新河礦井位于焦作市東部，修武縣城北部。礦區(qū)附近的大沙河最高洪水位標高為+84.00m左右，設(shè)計礦井井筒附近的洪水位標高為+84.60m左右，高于歷史最高水位，地表水對礦井的突水威脅較小。

礦區(qū)西北部(淺部)為自由進水邊界，主要接受側(cè)向徑流補給，東南部(深部)為排泄邊界，將流經(jīng)本區(qū)的地下水排泄出本區(qū)以外。西北部和南部由于分別受F212和F4－1斷層的影響，使本區(qū)首采區(qū)段抬升形成一地壘式構(gòu)造，成為相對隔水邊界，但由于F212斷層的阻隔會使水平徑流受阻，從而使斷層上盤成為徑流排泄的主通道，由于排泄區(qū)域的變小，會形成強徑流帶;其次，由于受鳳凰嶺斷層的影響，全本區(qū)再次抬升，灰?guī)r巖溶徑流繼續(xù)受阻，可能會使本區(qū)深部風凰嶺斷層附近成為強富水區(qū)?？v觀本區(qū)格局，為一西北面進水，東南面排泄，南北兩面阻水的相對獨立的水文地質(zhì)單元，地下水是礦井充水的主要水源。

1.2 構(gòu)造特征

本區(qū)基本構(gòu)造形態(tài)為地層走向大致呈20°～40°，傾向南東，傾角7°～14°的單斜構(gòu)造，伴有較多的中、小斷層，沿地層走向具有寬緩的波狀起伏。本區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)落差≥100m的斷層3條，落差≥50m的斷層1條，落差≥20m的斷層6條，落差≥10m的斷層4條，落差3～8m的小斷層9條，本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度中等。從本區(qū)內(nèi)的斷裂走向來看，DF9及其以南的斷層走向均為近東西向，傾向南，與鳳凰嶺斷層走向基本相一致，DF5及其以北的斷層走向均為近東西和北東向，傾向北和北西，與九里山斷層走向基本相一致。這一斷裂組合規(guī)律，在未來礦井下判斷斷裂方向時有一定借鑒意義。

2 礦井水害分析

2.1 可能導(dǎo)致的水害分析

本區(qū)屬海河流域衛(wèi)河水系。在距本區(qū)南部邊界約0.50km處的大沙河(又稱新河)呈北東向通過，具有排洪防澇功能。大沙河在本區(qū)附近最高洪水位標高為+84.00m左右，礦井井筒標高為+86.50 m，位于歷年最高洪水位(+84.6m)之上。此外，二1煤層煤厚4.33～8.10m，平均5.88m，煤層埋深400～1300m，賦存標高－320～－1220m，普遍埋深較大，采空區(qū)裂隙帶不會達到地面沖溝內(nèi)，雨季洪水對礦井不構(gòu)成威脅。

2.2 地下水可能導(dǎo)致的水害

(1)二1煤層頂板水源:F4－1斷層處于本區(qū)深部，二1煤層上部基巖保留厚度更大，二1煤頂板砂巖為一弱含水組，因此，頂板水對礦井不構(gòu)成威脅。

(2)太原組灰?guī)r充水水源:含水層主要有L8灰?guī)r、L2灰?guī)r的巖溶裂隙承壓水。本區(qū)L8灰?guī)r距二1煤底板平均僅18m左右，局部隔水層又較小，本區(qū)內(nèi)小斷層又比較發(fā)育，故分析認為:L8灰?guī)r水將是二1煤層底板充水的主要水源，在斷裂構(gòu)造作用下，L8灰?guī)r一旦與下部奧陶、寒武系強含水層發(fā)生水力聯(lián)系時，危害不可低估。L2灰?guī)r位于太原組下部，厚度穩(wěn)定，一般厚11m左右。巖溶裂隙發(fā)育，富水性強，是二1煤底板間接充水含水層。特別是L2灰?guī)r下距O2m灰?guī)r20m左右，往往因斷層使二者發(fā)生水力聯(lián)系，一但突入礦井將會給生產(chǎn)造成巨大影響。在正常情況下，由于L2灰?guī)r上距二1煤間距較大，平均80m左右，一般不會對礦井造成威脅。

(3)奧陶系灰?guī)r充水水源:奧陶系馬家溝組灰?guī)r含水層，含水性強，水量豐富，層厚310～420m，水位標高為+84m，上距二1煤底板110m左右，且其間分布具有良好隔水作用的本溪組鋁土質(zhì)泥巖隔水層，據(jù)相關(guān)資料計算，奧灰水的最大突水系數(shù)為0.09MPa/m，一般情況下對礦井充水影響不大，對礦井不構(gòu)成威脅。但是本區(qū)斷層發(fā)育有奧灰突水，可成為其它突水含水層的補給水源可能性。

2.3 斷層可能導(dǎo)致的水害

其一，F(xiàn)212和F216兩條斷層，均由演馬莊礦西區(qū)延伸入本區(qū)，而演馬礦西區(qū)較東區(qū)的水文地質(zhì)條件更為復(fù)雜，演馬礦西部涌水量占礦井總涌水量的4/5，東部占1/5，這是由于西部斷裂密度高于東部之故。當采掘至兩條斷層附近時，應(yīng)注意防止斷層帶突水。

其二，本區(qū)位于演馬礦深部，按一般規(guī)律，巖溶發(fā)育應(yīng)有所減弱，演馬礦第二水平水文地質(zhì)條件較第一水平明顯簡單就是證據(jù)。但含水層的水頭增高，水壓增大(3901孔L8灰?guī)r水位高出地面1.9m)這就加大了礦井突水的危險性。

其三，由于F212、F216和F4－1斷層的存在，使本區(qū)第一水平(–505以淺)形成一個地壘構(gòu)造，這樣不僅使首采區(qū)得以抬升，而且使二1煤層與南、北兩側(cè)的二疊系砂、泥巖對接，故分析首采區(qū)的水文地質(zhì)條件可能會趨于簡單。

其四，F(xiàn)212斷層上盤與北部徑流補給區(qū)緊密相接，徑流流經(jīng)斷層破碎帶時遇到奧灰，在延深到本區(qū)深部時又會與弱隔水層對接，這就加劇了地下水沿F212斷層帶的活動。推測該地下水活躍區(qū)將會沿斷層走向向本區(qū)深部運移，在斷層尖滅帶將會重新進入本區(qū)次級采區(qū)。在二1煤底板水文地質(zhì)、工程地質(zhì)圖上可以看到由瞬變電磁圈出的富水區(qū)及強富水區(qū)均在該斷層附近，在斷層走向尖滅處富水區(qū)轉(zhuǎn)入本區(qū)深部次級采區(qū)成為水平徑流，證明了上述的推測。同時由底板隔水層等值線圖上可以看到這一區(qū)域的隔水層底板厚度是本區(qū)中較薄的，分析認為由37線以東至斷層尖滅處可能會成為礦井突水的危險區(qū)，建議采至上述區(qū)域時加強突水的預(yù)防工作。

其五，對本區(qū)而言，一般認為演馬莊礦及九里山礦的排水會減弱本礦未來涌、突水的壓力，但礦井長期的抽排也可能會引起地下分水嶺的位置和補排點系的變化，使巖溶含水層產(chǎn)生塌陷，形成新的人工充水通道，使礦區(qū)水文地質(zhì)條件更加復(fù)雜化，礦井的涌水量有可能不減反增。

其六，本次深部補勘鉆孔未揭露新斷層，對本區(qū)水文地質(zhì)條件有較大影響的F212及F4－1斷層未能向深部延伸，同時據(jù)焦作礦區(qū)經(jīng)驗表明，主要巖溶含水層的裂隙向深部發(fā)育時亦有不同程度的減弱，這對本區(qū)是有利的一面，但是，深部水壓增大，小斷裂不可避免，局部帶壓開采會面臨更大困難，應(yīng)引起重視。

其七，沖積層突水的可能性較小，局部可能補給大占砂巖水，充水通道仍然是斷裂破碎帶和灰?guī)r的巖溶裂隙發(fā)育帶，以及人為造成的通道，如鉆孔封閉和采礦造成的裂隙。

在今后的礦井生產(chǎn)過程中，當井巷接近斷層時應(yīng)采取探放水措施，并留設(shè)足夠的防水煤柱，嚴禁在防水煤柱范圍內(nèi)從事采掘生產(chǎn)活動。

3 水害防治技術(shù)

礦井建設(shè)初期的水文地質(zhì)工作，是在礦井資源勘探及水文地質(zhì)勘探工作的基礎(chǔ)上進行的，進一步查清礦區(qū)水文地質(zhì)條件，是防治水的前提，應(yīng)從多方面著手。

(1)補充水文地質(zhì)勘探。該礦井水文地質(zhì)勘探程度較低，在今后的生產(chǎn)中，需要進行補充勘探，充分查清全礦井的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。

(2)完善礦井地下水位監(jiān)測系統(tǒng)。目前礦井地面只有1個L8灰觀測孔，井下有1個L8灰和1個L2灰觀測孔，在礦區(qū)沒有形成觀測系統(tǒng)。應(yīng)補充完善L8灰?guī)r、L2灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r長觀孔，進行地下水動態(tài)長期觀測，以便正確判斷突水水源，監(jiān)測地下水動態(tài)變化。

(3)加強礦井水文地質(zhì)資料的分析整理。水文地質(zhì)資料的管理是分析和指導(dǎo)礦井防治水的重要工作，特別是施工巷道地質(zhì)水文素描、測量、編導(dǎo)以及揭露的各種水文地質(zhì)現(xiàn)象，建立水文地質(zhì)臺賬，繪制礦井充水性圖及各種關(guān)系曲線圖，總結(jié)規(guī)律，指導(dǎo)生產(chǎn)。

(4)利用物探技術(shù)、查清水文地質(zhì)條件。在地面，采用三維地震勘探精確控制地層結(jié)構(gòu)、煤層賦存形態(tài)、煤層頂?shù)装鍢?gòu)造情況及各含水層的溝通情況等。利用瞬變電磁勘探測定煤層頂?shù)装搴畬痈凰畢^(qū)的分布情況，構(gòu)造的含、導(dǎo)水情況，老窯、采空區(qū)的富水性及導(dǎo)水通道等。在井下巷道，用于探測巷道前方掘進工作面構(gòu)造帶和富水區(qū)，巷道頂?shù)装?、?cè)幫構(gòu)造帶和富水區(qū)。在采煤工作面，可探測工作面內(nèi)隱伏構(gòu)造帶、頂?shù)装甯凰畢^(qū)，為頂板放水孔設(shè)計和底板注漿孔位置的確定提供依據(jù)。

(5)采掘工作面探放水與煤柱留設(shè)。堅持“有掘必探、先探后掘、不探不掘”探放水原則。堅持做好探放老空水、斷層水、強含水層水等工作。清楚并留足斷層防水煤柱、礦井邊界煤柱、老空區(qū)防水煤柱，嚴禁冒險采掘活動。

(6)采煤工作面底板含水層注漿改造。通過注漿鉆孔，注入水泥漿液或黃土水泥漿液，來充填底板含水層的巖溶裂隙和導(dǎo)水裂隙，以漿液置換含水層中的賦水，從而大大減弱含水層的富水性并切斷水源的補給通道，給工作面開采創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)語

新河礦井水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，L8灰?guī)r距二1煤層較近對礦井突水的威脅性較大。L2灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r正常地段對礦井的突水威脅性不大，如遇導(dǎo)水斷層成為礦井充水水源，對礦井的威脅較大。因此，在礦井的生產(chǎn)中應(yīng)堅持以下幾點:

(1)按照《煤礦防治水規(guī)定》和《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定和要求，留設(shè)足夠的井田邊界和斷層防水煤柱;

(2)進一步加強礦井防治水工作，認真采取綜合防治水措施，防止水患事故的發(fā)生;

(3)進一步加強防探水人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，搞好水文地質(zhì)的日常預(yù)測和預(yù)報工作，嚴防斷層水和底板灰?guī)r水的危害;

(4)認真編制防突水應(yīng)急預(yù)案，并實地演習(xí)。

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2011－06－16)

張守瑞(1968－)，女，河南滑縣人，工程師，主要研究方向為地測防治水，Email:zsr23410@126.com。