禹州礦區(qū)礦井水害防治淺析

郭海英

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院,河南鄭州 450000)

禹州礦區(qū)礦井水害防治淺析

郭海英

(河南省煤炭地質(zhì)勘察研究總院,河南鄭州 450000)

以禹州礦區(qū)為研究對象,分析了礦區(qū)內(nèi)主要含水層的巖組特征和儲水空間,以及礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄條件,對礦區(qū)內(nèi)二1煤層及以上各煤段充水水源及影響因素進(jìn)行了分析,提出了礦區(qū)內(nèi)礦井水患防治建議。

礦井突水 水害防治 禹州礦區(qū)

礦井水害一直以來是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一[1]，在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中，地面和地下水會通過各種途徑涌入礦井，當(dāng)涌水量超過礦井正常排水能力時，就會造成礦井水災(zāi)，不但嚴(yán)重影響礦井的正常生產(chǎn)，而且往往造成重大的人員和財產(chǎn)損失。禹州礦區(qū)是河南省煤炭資源勘查和開發(fā)的重點(diǎn)礦區(qū)之一[2]，隨著煤炭資源開采的規(guī)模和深度的不斷加大，礦井突水事故時有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著礦井的正常安全生產(chǎn)，因而做好礦井防治水工作，對保證礦區(qū)內(nèi)煤層安全開采具有重大意義。

1 礦區(qū)概況

禹州礦區(qū)位于豫西含煤區(qū)的東南部，北起風(fēng)后嶺背斜軸，南至襄郟斷層，西起岸上～黃道斷層及王屯斷層，東至許昌市東京廣鐵路線一帶，屬低山丘陵向淮河沖洪積平原的過渡地帶。礦區(qū)屬淮河水系，區(qū)內(nèi)最大河流為穎河，自西北流向東南入淮河[3]。由北西～南東向構(gòu)造和北東～南西向構(gòu)造組成區(qū)域構(gòu)造格架(見圖1)。域內(nèi)含煤面積約1200km2，煤系地層為石炭-二疊系，其中二1煤層為山西組最下部煤層，該煤層在礦區(qū)內(nèi)賦存穩(wěn)定，厚度一般3～6m，為礦區(qū)內(nèi)主要可采煤層。

2 礦區(qū)水文地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)含水巖組特征

圖1 禹州礦區(qū)構(gòu)造綱要簡圖

華北礦區(qū)的礦床是多層含水層立體充水地質(zhì)結(jié)構(gòu)[4]。依含水層巖性、結(jié)構(gòu)和富水特征，將禹州礦區(qū)含水巖組劃分為如下三大類含水巖組。

2.1.1 孔隙、裂隙潛水—承壓水含水巖組

(1)第四系孔隙潛水—承壓水含水組。該含水層主要由第四系松散沉積物中所夾之砂層、砂卵石層及礫石層組成，次為砂質(zhì)粘土夾礫石或姜結(jié)石層，累厚21.85～106.50m，含水層富水性極不均一。該含水層又可細(xì)分為上、下兩段含水層，上部孔隙潛水—半承壓水含水段直接接受大氣降水補(bǔ)給，富水性極強(qiáng)，屬孔隙潛水;下部承壓水含水段富水性中等偏弱，以靜儲量為主。

(2)新近系半固結(jié)孔隙裂隙承壓含水組。該含水段在礦區(qū)內(nèi)被第四系所覆蓋，累厚0～510m，含水層主要為半固結(jié)砂巖、砂礫巖、礫巖等，屬中等富水的承壓含水層。

2.1.2 裂隙潛水—承壓水含水巖組

該含水巖組主要指二疊系煤系地層中砂巖構(gòu)造裂隙含水層，主要由細(xì)、中粒砂巖組成，富水性弱，構(gòu)成煤層頂板充水的直接含水層，其充水方式以頂板滲、滴為主，偶有淋水和小股涌水(多發(fā)生在構(gòu)造破碎帶)現(xiàn)象。

2.1.3 巖溶裂隙承壓水含水巖組

(1)裂隙—巖溶含水組。本含水組主要指上石炭統(tǒng)太原組各薄層，單層厚度一般為1～3m，儲水空間以構(gòu)造裂隙為主，溶蝕裂隙次之。含水組呈窄條帶狀出露于二1煤層外圍，地表溶蝕現(xiàn)象不發(fā)育，大氣降水補(bǔ)給有限，富水性較弱。按其各含水層的空間展布及層間砂泥巖地層的組合關(guān)系，可將含水組分成上、下兩個含水段。

①太原組上段巖溶裂隙含水組：含水層由L7～L11灰?guī)r組成，累厚6～25m，構(gòu)造裂隙較發(fā)育含水層富水性不均一，屬弱富水含水層，其為二1煤底板充水直接含水層。

②太原組下段巖溶裂隙含水組：含水層由L1～L4灰?guī)r組成，累厚7.23～24.19m，含水層構(gòu)造裂隙較發(fā)育，含水層富水程度不均一，屬于中等偏弱的含水層，為二1煤底板充水的間接含水層。

(2)溶隙、裂隙含水組。本含水組包括中奧陶統(tǒng)馬家溝組白云質(zhì)灰?guī)r、上寒武統(tǒng)鳳山組、長山組、崮山組白云質(zhì)灰?guī)r和中寒武統(tǒng)張夏組、徐莊組中上部石灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r等巖溶含水層。

表1 禹州礦區(qū)主要含水層水文地質(zhì)參數(shù)

①中奧陶統(tǒng)馬家溝組和上寒武統(tǒng)風(fēng)山組、長山組屬于中等富水亦或中等偏弱富水的含水層。

②上寒武統(tǒng)崮山組與中寒武統(tǒng)張夏組和徐莊組含水層：該含水層大面積出露于礦區(qū)西部和北部低山、丘陵區(qū)，地表大型溶溝、溶槽、溶蝕裂隙普遍發(fā)育，含水層直接接受大氣降水補(bǔ)給，富水性屬中等—強(qiáng)富水，為二1煤層礦井充水的間接含水層。

2.2 礦區(qū)地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦區(qū)巖溶地下水的補(bǔ)給主要是大氣降水。根據(jù)水位觀測，禹州礦區(qū)巖溶地下水位西高東低，礦區(qū)地下水總體流向自西向東流動。受構(gòu)造和地形地貌影響，礦區(qū)地下水徑流短，方向變化大。礦區(qū)西部地下水自北向南運(yùn)動，受張?zhí)脭鄬幼韪?，地下水流向轉(zhuǎn)為向東流動。受礦井長期排水影響，在白廟礦、平禹一礦形成了降水漏斗，局部改變了地下水的流向和補(bǔ)、徑、排條件。礦區(qū)巖溶地下水的排泄以泉的形式為主，泉的性質(zhì)為切割阻溢型，其主要排泄點(diǎn)有吳張溝泉群、柏樹咀泉群和黃道泉群等。

3 礦區(qū)煤層充水水源分析

根據(jù)對礦區(qū)水文地質(zhì)條件的分析，對礦區(qū)內(nèi)煤層開采有影響的主要含水層為煤層頂板砂巖含水層、石炭系薄層灰?guī)r含水層和奧陶-寒武系灰?guī)r含水層，主要參數(shù)如表1。

(1)三煤段及以上各煤層充水條件分析：三煤段及以上各煤層的坑道充水水源主要為頂板二疊系砂巖裂隙水，以滲、滴為主，底板含水層一般不充水或充水甚微，對該煤段各煤層造成水患威脅最大則的是淺部廢棄老窯積水。

(2)二1煤層開采充水條件分析：正常情況下以二1煤層底板下伏石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙水為主，正常情況下不會對礦井構(gòu)成威脅;其次為頂板二疊系砂巖裂隙水，充水特征以滲、滴為主，遇到構(gòu)造破碎帶時，多會有淋水或小股水突入巷道，但對礦井的充水強(qiáng)度要比底板巖溶水弱得多。對二1煤層開采造成嚴(yán)重水患威脅的是奧陶-寒武系灰?guī)r巖溶水，據(jù)礦區(qū)內(nèi)十多個突水礦井調(diào)查，遇斷層或構(gòu)造裂隙帶溝通奧陶-寒武系巖溶水潰入坑道是造成淹井事故的主要原因。

4 礦井水害防治建議

(1)淺部廢棄老窯積水是三煤段及以上各煤層開采威脅最大的涌水源，一旦揭露，具有很大的破壞力，防治的基本策略是“先探后掘”，可通過物探等手段查明積水區(qū)的可能范圍和水量，做好探放水設(shè)計。

(2) 煤層頂板二疊系砂巖含水層以及底板石炭系太原組灰?guī)r含水層由于富水性弱， 靜儲量不大，正常情況下不會對礦井構(gòu)成威脅，建議以超前疏放水為主。由于L1-3含水層離奧陶-寒武系灰?guī)r比較近，應(yīng)視情況做好防水封堵準(zhǔn)備。

(3)奧陶-寒武系灰?guī)r巖溶水由于含水層厚度大，富水性強(qiáng)， 水壓高， 容易通過斷層或構(gòu)造裂隙帶使煤層底部各含水層相互溝通，使奧陶-寒武系灰?guī)r水突入礦井，造成淹井事故，因此應(yīng)作為礦區(qū)防治水工作的重點(diǎn)。

(4)應(yīng)加強(qiáng)對礦區(qū)井田內(nèi)導(dǎo)水構(gòu)造的探測和處理，尤其是斷層和構(gòu)造破碎帶往往是奧陶-寒武系巖溶水潰入坑道是造成淹井事故的主要原因;同時，應(yīng)加強(qiáng)對早期封孔質(zhì)量不良導(dǎo)水鉆孔的調(diào)查和處理，這類鉆孔使煤層開采的充水條件復(fù)雜化， 給煤層開采帶來不安全因素，在礦井防治水工作中亦不容忽視。

[1]甘建東,楊增強(qiáng),董抗抗.我國煤礦礦井水害防治及礦井水再資源化[J].山東煤炭科技,2010,第3期：214-216.

[2]王海泉.禹州煤田構(gòu)造控煤特征分析[J].中州煤炭,2008年,第5期：41-42.

[3]文廣超,謝洪波,鄧寅生.禹州煤田水文地質(zhì)單元劃分研究[J].2012,31(5).

[4]朱國維,丁雯,武彩霞.華北煤田底板礦井水分布及突水機(jī)理淺析[J].中國煤炭,2008年,34(02)：9-11.

郭海英(1966—),女,廣東大埔人,畢業(yè)于鄭州大學(xué),工程師,現(xiàn)從事煤炭地質(zhì)勘查工作。