隆慶煤礦開采水害分析及防治研究

邵 崗

(禹州神火隆慶礦業(yè)有限公司，河南 禹州 461670)

禹州神火隆慶礦業(yè)有限公司位于河南省禹州煤田北部、蔡寺—白沙普查區(qū)之西南段淺部，行政區(qū)劃屬禹州市鳩山鎮(zhèn)管轄。礦區(qū)屬丘陵地貌，總體地勢(shì)為北西、南東高，中間低。礦區(qū)屬淮河流域穎河水系，區(qū)中部有趙溝河一條，由西向東匯入穎河，屬季節(jié)性河流，雨季有水，本礦是由原禹州市鳩山鄉(xiāng)趙溝聯(lián)辦煤礦、禹州市興源東明煤礦及禹州市黃莊一礦整合而成。本區(qū)開采條件較復(fù)雜，易發(fā)生水害，造成水害主要原因有小煤窯及鄰近礦井含水層、礦井及周邊老空水、開采技術(shù)等。

1 小煤窯及鄰近礦井開采情況

1.1 原趙溝聯(lián)辦煤礦

該礦井位于礦區(qū)中北部，始建于1986年，1991年投產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模6萬t/年，屬鳩山鄉(xiāng)趙溝村開辦的集體企業(yè)，主要開采四2煤層，煤層頂板以砂巖為主，次為泥巖。底板為泥巖。井巷揭露煤厚1.06～1.24 m，平均1.17m。礦井正常涌水量5～10 m3/h，主要為局部頂板淋水。屬瓦斯礦井。采煤方法為走向長壁式采煤，頂板管理為全垮落法。

1.2 原禹州市興源東明煤礦

該礦井位于礦區(qū)北段，1996年7月建井，2000年7月投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力9萬t/年，主要開采二1煤層。煤層頂板為中、細(xì)粒長石石英砂巖，底板為深灰色泥巖夾粉砂巖條帶。礦井正常涌水量60 m3/h，主要為底板水，2003年10月經(jīng)禹州市煤炭工業(yè)管理局礦井瓦斯鑒定，絕對(duì)瓦斯涌出量0.625 0 m3/min，相對(duì)甲烷涌出量5.76 m3/t·d，屬瓦斯礦井。采煤方法為走向長壁式采煤，頂板采用全垮落法。

1.3 原禹州市黃莊一礦

該礦井位于礦區(qū)南西段，1997年6月建井，2000年10月投產(chǎn)，生產(chǎn)能力6×104t/年，開采二1煤層，煤層頂板為中、細(xì)粒長石石英砂巖，局部為炭質(zhì)泥巖偽頂;底板為深灰色泥巖及粉砂巖。礦井正常涌水量20 m3/h，主要為底板水。2003年10月，經(jīng)禹州市煤炭工業(yè)管理局瓦斯鑒定，絕對(duì)瓦斯涌出量0.769 2 m3/min，相對(duì)甲烷涌出量7.3 m3/t·d，屬瓦斯礦井。采煤方法為走向長壁式采煤，頂板采用全垮落法。

1.4 禹州神火義隆礦業(yè)有限公司

禹州神火義隆礦業(yè)有限公司為鄰近煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力15萬t/年，主要開采一4、二1煤層，開采方式為走向壁式采煤，二1煤層直接頂板主要為深灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚度0.80～2.10 m，老頂為淺灰—灰色細(xì)—中粒砂巖，厚約10 m;直接底板為泥巖及砂質(zhì)泥巖夾細(xì)粒砂巖，煤厚0.40～6.00 m，全區(qū)大部可采。屬瓦斯礦井，煤層屬不易自燃煤層，煤塵有爆炸危險(xiǎn)性，無熱害。礦井充水目前主要為頂板淋水及底板出水，礦井正常涌水量20 m/h，最大涌水量為40 m3/h左右。

2 水文地質(zhì)條件分析

礦區(qū)位于禹州煤田北部，地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)豫西地層分區(qū)嵩箕地層小區(qū)，區(qū)內(nèi)有二疊系上、下石盒子組、石千峰組地層出露，區(qū)外西北部有石炭系、寒武系灰?guī)r出露，其余均為第四系覆蓋。依據(jù)區(qū)域及區(qū)內(nèi)資料，區(qū)內(nèi)地層從老至新依次為寒武系、石炭系上統(tǒng)、二疊系及第四系。其中石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)及上統(tǒng)上石盒子組為含煤地層，厚697.66 m。

根據(jù)地層厚度、巖性、含水空間性質(zhì)及埋藏條件，區(qū)域內(nèi)含水巖組主要有:寒武系及奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組、石炭系太原組碳酸鹽夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組、二疊系碎屑巖類裂隙含水巖組、新生界松散巖類孔隙含水巖組。

2.1 碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水巖組

主要由石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r組成，地表溶溝、溶槽密布，溶洞較發(fā)育，侵蝕、溶蝕作用明顯。泉流量一般0.24～3.5 L/s，但因斷層錯(cuò)動(dòng)形成的上升泉?jiǎng)t流量較大，可達(dá)28.5～68.5 L/s。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn):單位涌水量 0.000 071 8 ～ 0.509 L/s·m，滲透系數(shù)0.000 75 ～3.104 m/d，礦化度 0.296 ～ 0.389 g/L。該含水巖組含巖溶裂隙承壓水，為二1煤層底板間接充水含水層，富水性極不均一，導(dǎo)水性好。

2.2 太原組碳酸鹽夾碎屑巖類巖溶裂隙含水巖組

主要為太原組上、下段石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。其中下段灰?guī)r含水層由L1～L4石灰?guī)r組成，富水程度不均一。據(jù)鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量0.036 2～0.777 L/s·m，滲透系數(shù) 0.773 ～3.95 m/d，礦化度0.332～0.389 g/L。該層含巖溶裂隙承壓水，為二1煤層底板間接充水含水層。上段灰?guī)r含水層由L7～L11石灰?guī)r組成，其中L7、L8、L9灰?guī)r厚度較大且穩(wěn)定。富水性亦極不均一。該層抽水試驗(yàn):單位涌水量0.001 2 ～0.040 9 L/s·m，滲透系數(shù) 0.016 3 ～1.62 m/d，礦化度0.359～0.433 g/L。該層含巖溶裂隙承壓水，為二1煤層底板直接充水含水層，富水性不均一，導(dǎo)水性差。

2.3 二疊系碎屑巖類裂隙含水層組

主要為山西組砂巖裂隙含水層和上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。其中山西組砂巖裂隙含水層含裂隙承壓水，富水性弱，導(dǎo)水性差，為二1煤層頂板直接充水含水層。鉆孔抽水試驗(yàn)資料:單位涌水量0.000 43 ～0.158 L/s·m，滲透系數(shù) 0.001 83 ～0.675 m/d，靜止水位標(biāo)高118.53 ～356.42 m。

2.4 新生界松散巖類孔隙含水巖組

該含水巖組具有層數(shù)多、厚度大特征，分為新近系半固結(jié)孔隙裂隙含水層和第四系松散巖類孔隙含水層。新近系含水層主要分布在禹州煤田東部。鉆探遇此層有漏水現(xiàn)象且漏失量較大，說明該層有一定的富水性。第四系含水層主要由砂、砂卵石及礫石組成，由淺部到深部富水、透水性逐漸減弱。該組單位涌水量0.005 4 ～6.85 L/s.m，滲透系數(shù) 0.011 5 ～69.4 m/d，靜止水位標(biāo)高 118.53 ～356.42 m。

3 礦井及周邊老空水分布狀況

隆慶礦業(yè)有限公司存在以往采礦形成的采空區(qū)，共分為三部分。而瞬變電磁勘探資料，推斷采空區(qū)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知采空區(qū)，采空區(qū)范圍主要分布于礦井淺部礦界附近及－50 m水平標(biāo)高處。瞬變電磁勘探在解釋采空區(qū)基礎(chǔ)上，根據(jù)采空區(qū)低阻異常的幅度及可靠性，判斷其富水性強(qiáng)弱。共圈定采空富水異常區(qū)11 處(見圖 1)，積水面積 0.117 km2，積水量達(dá)343 962 m3，積水量較大。其中采空積水范圍較大為西南部煤層露頭、北部采空區(qū)處。圈定結(jié)果反應(yīng)了老空積水在低洼處匯集的這一賦存規(guī)律。同時(shí)部分富水區(qū)伴隨斷裂構(gòu)造發(fā)育，反應(yīng)了構(gòu)造破碎帶、裂隙帶起到一定的富集與導(dǎo)水作用。

圖1 二1煤采空區(qū)及其富水異常區(qū)分布

目前，采空區(qū)主、副井距離設(shè)計(jì)首采區(qū)較近，將來礦井采掘工程擴(kuò)展時(shí)，要高度重視這些采空區(qū)的積水。另外本礦周圍均有開采二1煤層的礦井，礦井在開采過程中，應(yīng)與相鄰礦井留足邊界煤柱，防止相鄰礦井積水導(dǎo)入礦井，造成水害事故。

4 結(jié)論

該礦井近幾年處在整頓和技改之中，礦山未進(jìn)行開發(fā)，礦區(qū)二1煤層屬于底板太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層和頂板山西組砂巖裂隙含水層直接充水的礦床，首采區(qū)情況較為簡(jiǎn)單，一般情況下水量不大，但隨著開采范圍的擴(kuò)大，深度不斷增加，影響水文地質(zhì)條件因素的變化，水害會(huì)不同程度地影響礦井。區(qū)內(nèi)深部斷層較多，對(duì)生產(chǎn)影響較大，在將來開采過程中仍應(yīng)引起足夠重視。對(duì)二1煤層底板巖溶裂隙承壓水及采空區(qū)的積水更要高度重視，因此，該礦井受水害的影響程度較大。

該礦井開采二1煤層時(shí)，未來存在水害問題主要為:太原組灰?guī)r巖溶含水層、寒武系巖溶含水層，尤其寒武系巖溶含水層是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要含水層;礦區(qū)內(nèi)及周邊構(gòu)造、隔水層薄弱地帶是危機(jī)礦井生產(chǎn)的重要通道;礦區(qū)老空積水亦是威脅礦井生產(chǎn)的水源之一。

礦區(qū)內(nèi)老空區(qū)存在積水，當(dāng)采掘工程接近時(shí)，要打超前探放水鉆，避免水害發(fā)生。必要時(shí)采取一定勘查手段驗(yàn)證、查明老空水。礦區(qū)內(nèi)斷層較多，均具有一定含水性、導(dǎo)水性，生產(chǎn)過程中當(dāng)井巷工程接近或通過斷層時(shí)，應(yīng)打超前探放水鉆，并留設(shè)足夠的防水保安煤柱，以防遭遇斷層導(dǎo)水造成淹井。同時(shí)建議對(duì)全礦井開展三維地震勘查，查明區(qū)內(nèi)次生小斷裂。對(duì)二1煤層下的寒武系中巖溶裂隙水要予以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以防隔水層被破壞或多種原因形成的水流通道，會(huì)造成礦井底板突水。

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