礦井水害形成的原因

李左琴

(山西省煤炭工業(yè)廳 煤炭資源地質(zhì)局，太原 030045)

恒泰常順煤業(yè)井田面積7.599 7 km2，二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組為本區(qū)主要含煤地層，其中太原組9號(hào)、12號(hào)、15上號(hào)、15號(hào)煤層為主要可采煤層。

1 礦井水文地質(zhì)條件及其特征

1.1 煤系含水層與隔水層組合關(guān)系

1）山西組。本組厚度38.20～65.30 m，平均45.00 m，連續(xù)沉積于太原組之上，為陸相碎屑巖沉積含煤建造，井田內(nèi)含煤地層之一，以下部灰色中粗粒砂巖（K7）底面為山西組與太原組的分界線。主要由灰色砂巖、灰黑色砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖及煤層組成。含4層煤，均為不可采煤層。山西組含砂巖層數(shù)多，厚度大，但裂隙發(fā)育程度差，含水層主要為砂巖裂隙水，隔水層為砂質(zhì)泥巖、泥巖和煤互層。隔水層多于含水層，富水性弱。

2）太原組。本組厚度為95～133 m，為海陸交互相沉積，由深灰、灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、灰白色細(xì)砂巖、灰黑色石灰?guī)r及煤層組成，含8號(hào)、9號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、15上號(hào)、15號(hào)煤層，其中可采煤層5層，即 8號(hào)、9號(hào)、12號(hào)、15上號(hào)、15號(hào)，其余均為不可采煤層。該組賦存有4層含水層，即K2、K3、K4石灰?guī)r和K5砂巖，含水層厚度較大，且井田北部又有該組出露，補(bǔ)給良好，富水性較強(qiáng)，對(duì)煤層開采有一定的影響。其中以K2灰?guī)r含水層最厚，含水性最強(qiáng)，一般在10 m左右，是15上號(hào)煤的頂板，是下組煤主要充水水源。

綜上所述：煤層、含水層及隔水層均為交互相沉積，煤層夾于含水層中，其頂?shù)装寰泻畬雍透羲畬樱缘V井在開采煤層時(shí)，含水層會(huì)受到影響，地下水的補(bǔ)、徑、排關(guān)系會(huì)發(fā)生變化。

1.2 礦井水文地質(zhì)條件及含水層特征

1）礦井水文地質(zhì)條件。礦井含水層多，富水性較強(qiáng)，水文地質(zhì)條件中等。

2）含水層。山西組、太原組為礦井含煤地層，上覆含水層主要為上、下石盒子組、山西組及太原組砂巖裂隙水，下伏為奧陶系巖溶裂隙水。①上、下石盒子組砂巖裂隙含水層。上、下石盒子組砂巖裂隙含水層砂巖裂隙發(fā)育，由于大氣降水補(bǔ)給有限，屬于弱富水性含水層。②山西組砂巖裂隙含水層。山西組含砂巖層數(shù)多，厚度大，但裂隙發(fā)育程度差，據(jù)區(qū)域資料，單位涌水量0.000 2 L/s·m，滲透系數(shù)0.001 1 m/d。因此，該層屬于富水性弱的含水層。③太原組石灰?guī)r巖溶、砂巖裂隙含水層。太原組賦存有四層含水層，即K2、K3、K4石灰?guī)r和 K5砂巖，含水層厚度較大，且井田北部又有該組出露，補(bǔ)給良好，富水性較強(qiáng)，對(duì)煤層開采有一定的影響。其中以K2灰?guī)r含水層厚，含水性最強(qiáng)，一般在10 m左右，是15號(hào)煤的頂板。據(jù)119隊(duì)詳查鉆孔資料，在鉆至該層位時(shí)，沖洗液漏失嚴(yán)重，單位涌水量0.27～0.710 L/s·m，滲透系數(shù)0.216～6.299 m/d，屬富水性中等的含水層。④奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。本含水層厚度110 m左右，井田內(nèi)未出露，含水層主要為上馬家溝組，埋藏于煤系地層下部，巖性主要為灰色，厚層狀石灰?guī)r，普遍有被水侵蝕溶解現(xiàn)象，局部溶洞裂隙發(fā)育。據(jù)119隊(duì)1989年6月提交的《山西省沁水煤田壽陽(yáng)東勘探區(qū)詳查地質(zhì)勘探報(bào)告》鉆孔資料，峰峰組富水性較弱，其下部上馬家溝組為強(qiáng)含水層。奧灰地下水位標(biāo)高460.00～620.00 m。2011年8月初該礦委托盂縣晉盂井業(yè)有限公司為其在井田東北部鉆鑿一眼深水井，井深1 240.00 m，終孔層位下馬家溝組，靜止水位埋深630 m，單井出水量21 m3/h，奧灰水水位標(biāo)高為553.57 m，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Mg型。該水井水屬奧陶系灰?guī)r水，水量較大。從區(qū)域資料結(jié)合井田內(nèi)水井資料分析，該含水層屬富水性弱-強(qiáng)的含水層。

1.3 井田地下水補(bǔ)給、徑流和排泄的關(guān)系

第四系孔隙含水層主要接受大氣降水的補(bǔ)給，向地表及下伏基巖風(fēng)化殼含水層排泄。基巖風(fēng)化殼含水層，主要接受大氣降水及溝谷處地表水的補(bǔ)給，局部可以得到第四系孔隙水的補(bǔ)給，通過裂隙向下伏巖層入滲，由于溝谷的切割，局部又以泉的形式排泄。

煤系地層各含水層接受上覆含水層的補(bǔ)給順層運(yùn)移，若無構(gòu)造溝通或人為破壞，則各含水層相對(duì)獨(dú)立，水力聯(lián)系差，地下水主要以層間運(yùn)移為主。

下伏奧灰?guī)r溶含水層在區(qū)外接受大氣降水的補(bǔ)給，巖溶水向東南徑流至娘子關(guān)泉排泄。

2 礦井水害類型及其防治措施

根據(jù)以上礦井水文地質(zhì)條件的敘述，該礦生產(chǎn)過程中主要有以下3種類型的礦井水害。

2.1 大氣降水與地表水

據(jù)調(diào)查，井下涌水量隨著大氣降水量的增大有增大的趨勢(shì)，即大氣降水是該礦礦坑水的來源之一，即降水通過基巖裂隙及松散沉積物孔隙滲入地下，在巖石裂隙或采空導(dǎo)水裂隙相互溝通的情況下進(jìn)入坑道。

井田內(nèi)溝谷發(fā)育，各大小溝谷平時(shí)為干溝，僅在雨季匯集井田中部、東部及東南部較大溝谷洪水沿溝排泄至井田外秀水河。該區(qū)屬海河流域滹沱河水系，地表水隨季節(jié)變化水量變化明顯。其中井田內(nèi)中部西南關(guān)河對(duì)礦區(qū)采煤有一定影響。

本井田四層可采煤層在井田北部均有剝蝕露頭。在煤層淺埋處，當(dāng)采煤引起地面塌陷時(shí)，大氣降水部分及地表水將會(huì)通過巖石裂隙或采空塌陷所產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙及松散沉積物孔隙進(jìn)入礦井形成水害。

防治措施：在水體下方留足防隔水煤柱。

2.2 煤系含水層水

主要為二疊系砂巖裂隙水及石炭系上統(tǒng)太原組巖溶、砂巖裂隙水，其中石炭系上統(tǒng)太原組巖溶、砂巖裂隙水為本井田的直接充水含水層。由于太原組灰?guī)r裂隙含水層富水性不均勻，且下層煤采動(dòng)裂縫可能溝通上層煤采空區(qū)積水，其間含水層的性質(zhì)也將發(fā)生較大的變化，對(duì)礦井有一定的影響，也可能對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅。

防治措施：在采掘過程中，適時(shí)進(jìn)行礦井水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，密切關(guān)注礦井涌水量的變化，并配足排水設(shè)備，將采掘過程中破壞的含水層中的水及時(shí)抽放。

2.3 采空區(qū)、?。ü牛└G破壞區(qū)積水

據(jù)調(diào)查，井田內(nèi)8號(hào)煤層井田存在小面積采空區(qū)，9號(hào)、15號(hào)煤層井田現(xiàn)存在較大面積采空區(qū)，各煤層井田在低洼地帶均存在不同程度積水。

該礦為開采8號(hào)、9號(hào)、15上、15號(hào)煤時(shí)間較長(zhǎng)的老礦，部分采（古）空區(qū)內(nèi)存在積水，采（古）空區(qū)積水是山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盂縣恒泰常順煤業(yè)有限公司主要的充水水源也是防治水工作的重點(diǎn)。采空區(qū)積水現(xiàn)為同層的采空區(qū)積水，以靜儲(chǔ)量為主，初見水量大，對(duì)安全有一定的威脅。

防治措施：按照《煤礦防治水規(guī)定》和山西省行業(yè)管理有關(guān)規(guī)定，應(yīng)補(bǔ)充、完善嚴(yán)格“物探先行、化探跟進(jìn)、鉆探驗(yàn)證”的綜合探測(cè)程序，建立健全“探測(cè)超前、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、防治達(dá)效、管理到位”的防治水工作體系。嚴(yán)格執(zhí)行探、掘分離的規(guī)定和“有疑必停、有險(xiǎn)必撤”的緊急措施。堅(jiān)決做到“采掘規(guī)劃沒批準(zhǔn)或施工計(jì)劃外工程不生產(chǎn)作業(yè)，沒有經(jīng)過探放水的區(qū)域不安排生產(chǎn)作業(yè)，沒有經(jīng)過探放水隊(duì)簽字確認(rèn)的工作面不生產(chǎn)作業(yè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，恒泰常順煤業(yè)礦井的水害主要受煤炭開采多年、礦井水文地質(zhì)條件的影響。采空區(qū)、?。ü牛└G破壞區(qū)積水是該礦水害防治重點(diǎn)。一定要認(rèn)真貫徹《煤礦防治水規(guī)定》中堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘必探，先探后掘，先治后采”的原則，采取防、堵、疏、排、截的綜合治理措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

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