淺析鄯善縣某煤礦+280運(yùn)輸大巷突水因素及其對(duì)勘探工作的啟示

鄧韜

摘要:敘述了鄯善縣某煤礦水文地質(zhì)條件,實(shí)錄了其+280運(yùn)輸大巷底板突水事故的發(fā)生的過程,對(duì)事故原因做出了分析,據(jù)此提出了吐哈盆地煤田勘探過程中應(yīng)注意的水文地質(zhì)問題。

關(guān)鍵詞:鄯善吐哈盆地煤礦水文地質(zhì)突水事故啟示

中圖分類號(hào):TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0091-02

鄯善縣某煤礦位于鄯善縣城北東50°方向約50km處,行政區(qū)劃隸屬于鄯善縣七克臺(tái)鎮(zhèn)管轄,井田平面上呈北西-南東向展布,略呈扇面形,東西長約4.89km,南北寬約2.50km,面積12.23km2,屬吐哈盆地地湖煤礦區(qū)的一部分。

煤礦位于吐哈盆地中央隆起帶東部丘陵區(qū),為典型的風(fēng)蝕殘丘和戈壁淺灘地貌,覆蓋層較薄,屬掩蓋-半掩蓋地區(qū);氣候分區(qū)為溫帶極干旱區(qū),全年降水量34.8mm,蒸發(fā)量2500mm。區(qū)內(nèi)無地表水系,夏季偶降大雨,降雨形成的暫時(shí)性水流多由南北方向排泄于沙爾湖盆地的低洼地,匯集蒸發(fā)。

煤礦構(gòu)造位置位于七克臺(tái)背斜北翼,表現(xiàn)為走向南西-北東,傾向北西的單斜構(gòu)造,地層傾角在45°～75°之間,走向上地層起伏不大,沿傾向略呈淺部較緩、深部逐漸陡立的形態(tài),區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造。中侏羅系統(tǒng)西山窯組(J2x)為含煤地層,含可采煤層3層,自下而上分別編號(hào)為一、二、三號(hào)煤層,煤層可采厚度在2.58m～11.60m。

煤礦建成于1995年,經(jīng)過歷次技術(shù)改造,于2009年達(dá)到了年產(chǎn)9萬噸的生產(chǎn)規(guī)模。開拓方式為豎井,井底標(biāo)高280m,礦井分為二個(gè)水平,一水平標(biāo)高+280m水平,二水平標(biāo)高+200m水平。走向開掘,目前開采煤層為一水平二號(hào)煤層,后退式開采,先采上部區(qū)段,目前280m水平以上已基本采空。前期地質(zhì)報(bào)告及生產(chǎn)礦井觀測(cè)資料顯示,水文地質(zhì)條件簡單,以碎屑巖孔隙裂隙水為主,日涌水量20m3～30m3。

1煤礦水文地質(zhì)條件

1.1 地下水的補(bǔ)、逕、排條件

歷次勘查報(bào)告,將煤礦區(qū)地層依照其含水性不同劃分為:(1)第四系沖—風(fēng)積透水不含水層:該層在靜止水位以上,為透水不含水層。(2)侏羅系頭屯河組碎屑巖孔隙、裂隙弱含(隔)水層(J2t):該弱含水巖組主要接受大氣降水的滲入補(bǔ)給,補(bǔ)給條件較差,富水性弱。(3)侏羅系中統(tǒng)西山窯組弱含水層組(J2x):含水層為厚度不均的泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖、粗砂巖、中粒砂巖以及細(xì)砂巖,呈條帶狀或透鏡體狀分布,被多個(gè)粉砂巖、泥巖等相對(duì)隔水層分割,主要接受大氣降水的臨時(shí)性地表匯流的滲入補(bǔ)給、或通過透水不含水層間接滲入補(bǔ)給,形成碎屑巖類層間孔隙-裂隙水,略具承壓性。單位涌水量q=0.0015L/s·m左右,滲透系數(shù)K=0.002m/d,含水層組富水性弱,為弱含水層組。

結(jié)合吐哈盆地區(qū)域水文地質(zhì)特征,煤礦地下的補(bǔ)給有兩種途徑:大氣降水和北部雪峰、冰川的融雪、融冰水。大氣降水直接通過第四系透水不含水層補(bǔ)給地下或降水、融雪、融冰水在沿沖溝由北往南運(yùn)移過程中,經(jīng)多年沖刷而裸露地表的構(gòu)造裂隙或地表風(fēng)化裂隙補(bǔ)給地下。但是,由于地形坡角大,氣候干燥、蒸發(fā)強(qiáng)烈,降水少而集中,且地層傾向與沖溝洪水流向相逆,洪流、降水多轉(zhuǎn)為地表徑流散失,而不易補(bǔ)給地下水。

頭屯河組(J2t)和西山窯組(J2x)的主要含水巖組砂巖、砂礫巖等多以透鏡體狀產(chǎn)出,在剖面上和平面上多以孤島狀產(chǎn)出,各單層含水層間的泥巖、粉砂巖,起到了隔水作用,因此,單個(gè)的含水透鏡體只有通過局部裂隙發(fā)育地段而相互發(fā)生水力聯(lián)系,除個(gè)別連續(xù)分布的砂巖層外,其余無論在傾向及走向上含水層之間相互補(bǔ)給極弱,水力聯(lián)系并不十分密切。

由于頭屯河組、西山窯組的孔隙-裂隙水徑流條件受裂隙發(fā)育程度控制,使得地下水含水巖組含水層之間相互補(bǔ)給極弱,水力聯(lián)系不密切,地下水基本處于滯水狀態(tài)。蒸發(fā)和礦井疏干排水是地下水排泄的唯一方式。

1.2 礦井充水因素

(1)煤層及煤層頂、底板基巖裂隙水(西山窯組弱含水層水),由于受內(nèi)在隔水層和次生裂隙不發(fā)育的影響,各含水層之間的水力聯(lián)系微弱,從生產(chǎn)礦井開拓情況看,礦坑主要充水水源來自煤層及煤層頂?shù)装鍘r層裂隙水,因此其為礦坑直接充水水因素。

(2)大氣降水可通過第四系透水不含水層沿巖層和煤層裂隙進(jìn)入礦井,成為礦坑間接充水因素。

2素淺析

+280水平運(yùn)輸大巷突水事故發(fā)生在煤礦為擴(kuò)大井型而進(jìn)行的補(bǔ)充勘探施工過程中。為提高資源量控制程度,在距離主井口NE方向215.47m、距離+280運(yùn)輸大巷以北垂直距離96.61m處由某勘探隊(duì)施工14-4號(hào)鉆孔(圖1),該孔設(shè)計(jì)孔深375m,分別在270m、275m、340m鉆遇一、二、三號(hào)煤層。實(shí)際施工至孔深276.99m處鉆遇二號(hào)煤層,煤層偽厚度14m,此時(shí),孔內(nèi)水位深度13m,鉆至孔孔深318m,水平標(biāo)高+117時(shí),+280運(yùn)輸大巷測(cè)風(fēng)站處發(fā)生巷道底板突水事故,涌水量達(dá)到20m3/h左右,遠(yuǎn)大于平時(shí)巷道日涌水量,對(duì)井下設(shè)施及人員安全造成威脅。

經(jīng)對(duì)14-4孔巖芯進(jìn)行仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn),孔深71m以上,巖芯極為破碎,巖石呈強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài),裂隙極為發(fā)育,經(jīng)詢問當(dāng)機(jī)司鉆,該孔在鉆至孔深32m～59m深度范圍時(shí),曾有自動(dòng)“掉鉆”現(xiàn)象發(fā)生,最大掉鉆鉆程近3m,疑似空洞,鉆探班報(bào)反映,這一時(shí)段沖洗液消耗量沒有增大,反而略顯減少。鉆孔巖芯表明,在二號(hào)煤層底板下孔深290.99m～303.99m段為一層偽厚度為13m的中砂巖,泥質(zhì)膠結(jié),結(jié)構(gòu)疏松。+280巷道編錄顯示,在測(cè)風(fēng)站部位,巷道底板巖性為中砂巖。因此判定:(1)孔深71m以上風(fēng)化巖層為煤礦區(qū)含水層,含水層底板標(biāo)高為+364;(2)14-4鉆孔溝通了風(fēng)化巖層含水層和二號(hào)煤層底板砂巖間的水力聯(lián)系;(3)風(fēng)化巖含水層水頭高度和+280巷道的高差,導(dǎo)致了巷道底板突水事故的發(fā)生(圖2)。

經(jīng)停鉆觀測(cè)72h后,14-4孔內(nèi)水位穩(wěn)定在17m左右,+280大巷測(cè)風(fēng)站涌水量保持在10m3/h左右。因此大致可以判定,在煤礦區(qū)內(nèi),風(fēng)化巖層含水層頂面標(biāo)高為418水平。

經(jīng)對(duì)14-4孔0～71m孔深段進(jìn)行井壁管止水處理,對(duì)孔深71m～276m段進(jìn)行水泥砂漿封閉,阻隔了風(fēng)化帶含水層和二號(hào)煤層底板砂巖的水力聯(lián)系,+280運(yùn)輸大巷的涌水量隨即恢復(fù)到正常水平。目前該孔保留深度71m作為煤礦地下水動(dòng)態(tài)觀測(cè)孔使用。

3本次突水事故對(duì)水文地質(zhì)勘探工作的啟示

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,吐哈盆地地下水主要為大氣降水和遠(yuǎn)距離的北部雪峰、冰川的融雪、融冰水通過第四系透水不含水層補(bǔ)給,由于地處干旱,蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降水量,滯留于淺層包括風(fēng)化帶的地下水很少,加之地下水運(yùn)移通道不暢,不會(huì)直接補(bǔ)給煤層頂?shù)装?。但在急傾斜地層條件下,采空區(qū)發(fā)生冒落時(shí)會(huì)伴隨著順層“抽冒”現(xiàn)象發(fā)生,這種冒落過程,會(huì)產(chǎn)生多種層間冒裂和垂向冒裂,當(dāng)冒裂帶高度和寬度足以溝通層間含水層或多層含水層時(shí),自然就存在著如14-4鉆孔溝通不同含水層的可能,給未來煤礦生產(chǎn)帶來災(zāi)害。

此次煤礦運(yùn)輸大巷突水事故表明,在吐哈盆地,存在有淺層風(fēng)化巖層含水層的現(xiàn)象,因此在這一區(qū)域,當(dāng)存在風(fēng)化巖層時(shí),應(yīng)有針對(duì)性的開展專項(xiàng)水文地質(zhì)工作。這樣,不僅能夠極早的消除未來礦井生產(chǎn)過程中水害的隱患,也存在有部分解決煤礦生產(chǎn)、生活用水的可能。

參考文獻(xiàn)

[1] 內(nèi)蒙古龍旺地質(zhì)勘探有限公司.鄯善縣煤礦補(bǔ)充勘探工作總結(jié),2011.

[2] 王大純.水文地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].地質(zhì)出版社,1995.

[3] 譚鴻贊.吐哈盆地水文地質(zhì)研究[J].鈾礦地質(zhì),2002(2).

[4] 劉正峰.水文地質(zhì)手冊(cè)[M].銀聲音像出版社,2010.