高承壓巖溶水上開采危險性評價

馬杰 詹北淮 羅城

【摘要】針對蘆嶺礦三水平開采，統(tǒng)計與分析了礦井各階段的地質(zhì)勘探及水文資料。得出了10煤底板灰?guī)r單層厚度較大的分別為3灰（6.86m）、4灰（16.44m）、6灰（8.4m）、10灰（6.28m）；10煤底～1灰頂之間隔水層分布較為穩(wěn)定，隔水效果較好；經(jīng)突水系數(shù)法計算，1灰突水危險程度較大。

【關(guān)鍵字】承壓巖溶水；富水性；灰?guī)r；隔水層

1.礦井地質(zhì)水文地質(zhì)概況

本礦區(qū)處于淮北煤田內(nèi)，礦井范圍內(nèi)地形平坦，呈西北高東南低的變化趨勢，標(biāo)高在+22～+25m之間。地表水體主要是沱河及塌陷區(qū)積水。

據(jù)礦井勘探資料，本井田揭露的地層自下而上依次為奧陶系、石炭系、二疊系、新近系、第四系等。含煤地層主要為石炭-二疊系地層。礦區(qū)位于宿東向斜西南翼的東南段，總體形態(tài)為走向NW，傾向NE的單斜構(gòu)造。井田內(nèi)發(fā)育三組斷層，即NW、NE、近SN向，斷層面多以東傾為主，傾角較大，一般為60°～70°。

該區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，出現(xiàn)的礦井水害事故突水水源既有地表的地表水體、松散層中的孔隙水體、煤系砂巖裂隙水體、薄層及厚層灰?guī)r水體，還有特殊的巖漿巖裂隙（離層）水體。

2.10煤底板灰?guī)r賦存特征及其富水性

2.1 10煤底板灰?guī)r賦存特征

淮北煤田太原組薄層灰?guī)r可劃分為上、中、下三段。其中，1至4灰為上段，5至8灰屬中段，9至15灰為下段[1]。據(jù)礦井地質(zhì)報告對鉆孔資料的統(tǒng)計，揭露太灰層數(shù)為11層，各單層灰?guī)r含水層沉積厚度及間距變化較明顯，如表1所示。

由表分析可知，灰?guī)r發(fā)育總厚度平均值為60.96m，灰?guī)r間隔的其他巖性的巖層發(fā)育總厚度平均值為66.98m。太原組地層中灰?guī)r總厚占該組地層總厚的47.6%。各單層灰?guī)r中，以3灰、4灰、6灰、10灰發(fā)育厚度較大，其平均值分別為6.86m、16.44m、8.4m、6.28m。其中，3灰、4灰厚度占該組地層總厚的18.2%，占該組灰?guī)r總厚的38.2%。

1灰、2灰灰?guī)r沉積厚度較小，其平均厚度分別為2.77m和2.68m，若經(jīng)突水預(yù)測其水頭超過安全水頭值不大時，可通過疏水降壓工程即可達到安全開采。

2.2 10煤底板灰?guī)r富水性

為定量評價三水平10煤安全開采及富水程度，于三水平變電所及外側(cè)鉆場內(nèi)施工了7個太原組灰?guī)r鉆孔對其富水性進行探查。

揭露太灰時，1灰、2灰、4灰均無出水，3灰為主要的出水層段。7#鉆孔揭露1灰、2灰、3灰厚度分別為為1.73m、4灰厚度為12.1m。1灰、2灰發(fā)育厚度與上述賦存條件一致：厚度發(fā)育較小，反映富水性較差。而3灰揭露的厚度為全井田最小值，這進一步說明了太原組地層中單層灰?guī)r厚度發(fā)育變化較大，呈不均一性。揭露3灰的鉆孔個數(shù)有7個，出水鉆孔有2個，出水率占28.5%。其中1#出水量為24 m3/h（目前為6 m3/h）、3#出水量為12 m3/h。這也驗證了3灰在蘆嶺井田內(nèi)富水性較強且分區(qū)性較明顯。揭露4灰有5個，但均無出水。這與區(qū)域4灰的富水性有相悖之處。但從某種程度上也驗證了4灰富水性具有分區(qū)性和不均一性。

10煤底板隔水層地質(zhì)水文地質(zhì)特征

利用礦區(qū)內(nèi)29個揭露10煤底～1灰頂之間隔水層的鉆孔資料，統(tǒng)計并分析了蘆嶺煤礦10煤底至1灰頂隔水層的厚度及巖性變化[2]。其變化規(guī)律如下：

1）10煤底板至1灰隔水層真厚度發(fā)育兩極范圍為24.77m～84.04m；平均厚度為62.31m；

隔水層厚度<50m的鉆孔個數(shù)為1個，厚度為24.77m。占統(tǒng)計鉆孔數(shù)量的3.45%；隔水層厚度在50m～60m之間的鉆孔個數(shù)為11個，占統(tǒng)計鉆孔數(shù)量的37.93%；隔水層厚度在60m～70m之間的鉆孔個數(shù)為12個，占統(tǒng)計鉆孔數(shù)量的41.38%；隔水層厚度在70m～80m之間的鉆孔個數(shù)為4個，占統(tǒng)計鉆孔數(shù)量的13.79%；隔水層厚度>80m的鉆孔個數(shù)為1個，占統(tǒng)計鉆孔數(shù)量的3.45%；

2）隔水層厚度在60m～80m之間的鉆孔個數(shù)有16個，占統(tǒng)計鉆孔數(shù)據(jù)量的55.17%。這說明該井田內(nèi)10煤底板隔水層厚度分布較為穩(wěn)定。

3）三水平隔水層厚度發(fā)育穩(wěn)定在56m～72m，厚度變化不大較穩(wěn)定。

經(jīng)井田巷道揭露：10煤底板附近裂隙平均密度為0.125條/m2～0.43條/m2。底板隔水層巖性以泥巖、砂巖互層為主，且泥巖中裂隙不發(fā)育。因此，隔水層中裂隙發(fā)育相對較弱，隔水效果較好。

三水平10煤開采突水危險性評價

根據(jù)2009年頒布的《煤礦防治水規(guī)定》第七十七、七十八條規(guī)定，當(dāng)進行帶壓開采時應(yīng)計算突水系數(shù)，評價其突水危險性。本文采用突水系數(shù)法，對1灰、3灰突水的可能性進行分別評價。

經(jīng)計算，三水平底板在未受構(gòu)造影響，屬正常塊段情況下，-590m開采1灰突水系數(shù)均未超過0.1 Mpa/m，承壓水上開采時較安全[3、4]；但受構(gòu)造影響下，其突水系數(shù)均超過0.06 Mpa/m。-900m水平開采1灰突水系數(shù)均超過0.1Mpa/m，承壓水上開采時安全系數(shù)較低，突水危險程度較大。

-590m水平開采時，3灰突水系數(shù)均未超過0.06Mpa/m，承壓水上開采時水文地質(zhì)條件較為簡單，開采時較安全；-900m水平開采時，突水系數(shù)限于0.08 Mpa/m ～0.1Mpa/m，在正常地塊可實現(xiàn)承壓水上安全開采。但在受構(gòu)造影響地塊開采時，應(yīng)進一步開展水害綜合治理技術(shù)的實踐與研究工作。

結(jié)論

1）10煤底～1灰頂之間隔水層的鉆孔資料，隔水層發(fā)育的兩極厚度為24.77m～84.04m；平均厚度為62.31m。三水平隔水層厚度發(fā)育穩(wěn)定在56m～72m，厚度變化不大較穩(wěn)定；

2）三水平10煤開采底板灰?guī)r突水計算，1灰突水危險程度較大，應(yīng)結(jié)合疏水降壓、注漿加固、含水層隔水改造等水害防治技術(shù)進行10煤承壓水上安全開采。

參考文獻

[1]李偉，淮北礦區(qū)6（10）煤層底板灰?guī)r水害防治評價及治理，淮南工業(yè)學(xué)院學(xué)報[J]，2002.22增，104-106.

[2]徐智敏，孫亞軍等.煤層底板寒灰上段隔水性能及水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征，采礦與安全工程學(xué)院[J]，2010.（3），399-403.

[3]煤礦防治水規(guī)定，2009，第28號

[4]管恩太，突水系數(shù)的產(chǎn)生及修正過程，中國煤炭地質(zhì)[J]，2012.24（2），30-32