唐安煤礦3號(hào)煤層開(kāi)采對(duì)地表水體影響分析

胡正義

（山西蘭花同寶煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

1 井田概況

高平市唐安煤礦原屬山西省高平市的市營(yíng)煤礦，現(xiàn)為山西蘭花集團(tuán)下屬礦井，批準(zhǔn)開(kāi)采3-15號(hào)煤層，開(kāi)采深度870～510 m標(biāo)高，礦區(qū)面積約24.74 km2，井田內(nèi)煤炭?jī)?chǔ)量312.63 Mt（其中3號(hào)煤層166.14 Mt），可采儲(chǔ)量205.51 Mt（其中3號(hào)煤層68.84 Mt），批準(zhǔn)年產(chǎn)規(guī)模150萬(wàn)t。

2 導(dǎo)水裂隙帶對(duì)地表水的影響

2.1 采煤沉陷導(dǎo)水裂隙帶高度預(yù)測(cè)

開(kāi)采煤層后，由于礦山壓力，使煤層上履巖層形成冒落帶、裂隙帶、緩慢下沉帶“三帶”。通過(guò)對(duì)裂隙帶最大高度的預(yù)計(jì)，可以預(yù)測(cè)井下采煤對(duì)地下含水層、地表水體等產(chǎn)生的破壞及影響。因此，根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》中的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》確定，選用不同覆巖類(lèi)型破壞移動(dòng)計(jì)算公式，進(jìn)行導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算，并按下列公式的最大值確定導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度：

覆巖中硬型：

覆巖堅(jiān)硬型：

式中：Hli為導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度，m；ΣM為累計(jì)采厚，m。

根據(jù)井田地質(zhì)鉆孔巖石力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，本礦3號(hào)煤覆巖為砂巖，屬中硬型，選用中硬型公式計(jì)算，3號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度采用62.00m。

2.2 導(dǎo)水裂隙帶對(duì)地表水的影響

煤礦開(kāi)采中，對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成一定影響，可分為冒落帶、裂隙帶、整體移動(dòng)帶，其中重要影響的是冒落帶和裂隙帶。當(dāng)煤層開(kāi)采后，其上部巖層被破壞時(shí)，若產(chǎn)生的裂隙帶達(dá)到地表，就會(huì)使地表水與井下連通，引起地表水滲漏至井下；若地下含水層破壞，也將造成礦井水的增加，形成以煤礦采區(qū)為中心的降落漏斗，其范圍內(nèi)的地表水、地下水將會(huì)改變?cè)兴搅鲃?dòng)變?yōu)榇怪绷鲃?dòng)，使得地表水量減少、淺層地下水位下降。

根據(jù)計(jì)算，3號(hào)煤層最大導(dǎo)水裂隙帶高度為62.00 m，3號(hào)煤層埋藏深度35.20～447.20 m。井田西邊緣的721號(hào)鉆孔位于馬村河北部，根據(jù)地層揭露情況分析，3號(hào)煤層頂板埋深35.20m，導(dǎo)水裂隙帶高度59.32m；井田西北部的Y23號(hào)、Y24號(hào)、Y41號(hào)鉆孔位于原村河周?chē)?號(hào)煤層頂板埋深分別為49.26 m、39.98 m、51.73 m，導(dǎo)水裂隙帶高度分別為59.76m、60.64m、58.87m。因此，這兩條河流周?chē)?號(hào)煤層開(kāi)采后，導(dǎo)水裂隙帶勢(shì)必會(huì)溝通地表，影響河道流量。為防止地表水向下滲漏，應(yīng)在井田西部、北部的原村河、馬村河附近留設(shè)一定的保安煤柱。

根據(jù)掌握水庫(kù)東西兩側(cè)719號(hào)、747號(hào)鉆孔揭露情況分析，3號(hào)煤層頂板埋深分別為282.04 m、209.21 m，預(yù)測(cè)導(dǎo)水裂隙帶高度分別為58.74m、62.00m，掌握水庫(kù)留設(shè)足夠的保安煤柱；又據(jù)調(diào)查，水庫(kù)北3404工作面位于掌握水庫(kù)北，停采線距掌握水庫(kù)100 m，已于2007年6月回采結(jié)束；水庫(kù)南、西、東各留設(shè)263 m、310 m、370 m為實(shí)體煤柱沒(méi)有開(kāi)采。水庫(kù)周?chē)孛鏌o(wú)任何塌陷、裂縫、位移等變形現(xiàn)象。因此，3號(hào)煤開(kāi)采對(duì)掌握水庫(kù)影響很小。

目前，章莊水庫(kù)保護(hù)區(qū)內(nèi)沒(méi)有采掘工作面，根據(jù)章莊水庫(kù)東北側(cè)714號(hào)鉆孔分析，3號(hào)煤層頂板埋深206.44 m，導(dǎo)水裂隙帶高度60.40 m，導(dǎo)水裂隙帶不會(huì)溝通地表，但為避免導(dǎo)水裂隙可能溝通風(fēng)化帶裂隙，引起地表水向下滲漏，報(bào)告提出該礦必須在章莊水庫(kù)區(qū)范圍內(nèi)留設(shè)一定的保安煤柱，防止因煤層開(kāi)采造成防洪設(shè)施的破壞。

3 地表沉陷對(duì)地表水的影響

3.1 地表變形預(yù)測(cè)

在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，采場(chǎng)周?chē)鷰r體應(yīng)力將重新分布，使上覆巖體產(chǎn)生變形、位移和破壞，并出現(xiàn)冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶和下沉帶。地表移動(dòng)變形受很多因素的制約。依據(jù)煤炭部《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》中的經(jīng)驗(yàn)公式，預(yù)測(cè)煤層開(kāi)采后的地表最大移動(dòng)、變形、傾斜值如下：

1）最大下沉值：Wmax=M·q.

2）最大曲率值：Kmax=±1.52Wmax/r2.

3）最大傾斜值：Imax=Wmax/r2.

4）最大水平移動(dòng)值：Umax=b·Wmax.

5）最大水平變形值：εmax=±1.52bWmax/r.

式中：q為下沉系數(shù);M為煤層開(kāi)采厚度，m；r為主要影響半徑，其值為采深與主要影響角正切值tgβ之比，m；b為水平移動(dòng)系數(shù)。

本次評(píng)價(jià)根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》并結(jié)合礦井地質(zhì)情況，確定本煤礦評(píng)價(jià)區(qū)主采各煤層采空后地表移動(dòng)基本參數(shù)，如表1所示。

按照上述公式，本次計(jì)算取地層厚度平均值，計(jì)算本區(qū)開(kāi)采各煤層后的地表變形值，如表2所示。

表1 煤層采空后地表移動(dòng)基本參數(shù)表

表2 煤層采空后地表變形值預(yù)測(cè)表

3.2 地表沉陷對(duì)地表水的影響

煤礦開(kāi)采對(duì)該區(qū)域地表形態(tài)和自然景觀有一定的影響，由于本礦區(qū)域?yàn)榍鹆甑貛?、地形較復(fù)雜，井田內(nèi)溝谷呈樹(shù)枝狀縱橫交錯(cuò)，因此，開(kāi)采沉陷引起的地表起伏與原有的地表自然起伏相比甚小，一般來(lái)說(shuō)對(duì)丘陵、山地的地形、地貌影響甚微，開(kāi)采不會(huì)改變區(qū)域總體地形地貌類(lèi)型。

3號(hào)煤層開(kāi)采，全井田內(nèi)的最大下沉值為3814.82 mm，因此地形地貌發(fā)生變化，地表匯流條件發(fā)生改變，井田匯水量可能因此減小。但由于井田地處山區(qū)，坡度較大、蒸發(fā)強(qiáng)烈，且地表下沉后井田內(nèi)地面高程總體上仍比丹河支流的地面高程高，故不會(huì)因地表下沉在井田形成地表水滯流，不會(huì)對(duì)井田匯水總量產(chǎn)生較大影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

據(jù)上分析，本井田范圍內(nèi)導(dǎo)水裂隙帶會(huì)溝通地表，出于采礦安全角度，煤礦開(kāi)采時(shí)必須在河流及水庫(kù)周?chē)粼O(shè)足夠的保安煤柱；煤礦開(kāi)采后，地表沉陷最大下沉值為3 814.82 mm，下沉高度大，但由于其高程高于丹河支流，故不會(huì)引起地表水倒流井田、不會(huì)造成突水事故。