呂梁國鼎煤礦水文地質(zhì)特征及水害防治措施

楊 華

(山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局)

呂梁國鼎煤礦水文地質(zhì)特征及水害防治措施

楊 華

(山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局)

國鼎煤礦位于呂梁市離石區(qū)，地質(zhì)構(gòu)造簡單，主要可采煤層為太原組的10#煤層。通過對礦井水文地質(zhì)特征、礦井充水因素進行分析，確定了礦井的主要充水水源、充水通道以及充水強度，并對水害防治措施進行了有針對性的研究，對于確保礦山安全生產(chǎn)具有一定的參考價值。

水文地質(zhì)特征 充水因素 防治措施

國鼎煤礦位于山西省呂梁市離石區(qū)紅眼川鄉(xiāng)，屬晉西黃土高原，為侵蝕性黃土低山區(qū)。井田屬黃河流域三川河水系東川河支流南岸匯水區(qū)，區(qū)內(nèi)煤層埋藏較淺，季節(jié)性洪水、含水層常出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水量及水壓均較大。為了確保礦山安全生產(chǎn)，有必要對該礦水文地質(zhì)特征進行分析，對水害防治措施進行探討。

1 地質(zhì)條件

1.1 地質(zhì)特征

礦區(qū)構(gòu)造為南西傾的單斜構(gòu)造，地層傾角為3°～14°，一般約5°。井田內(nèi)地表無基巖出露，均為第三系、第四系覆蓋，根據(jù)井巷工程揭露情況及周邊勘查成果，認為礦區(qū)地層由老至新有奧陶系中統(tǒng)峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組，第三系上新統(tǒng)、第四系中上更新統(tǒng)以及全新統(tǒng)。其中奧陶系中統(tǒng)峰組為含煤巖系之基底，石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組為井田內(nèi)主要含煤地層。

1.2 煤層特征

2 水文地質(zhì)特征

2.1 地表水

井田范圍內(nèi)地表無常年性河流和水體分布，僅發(fā)育季節(jié)性沖溝，但區(qū)域內(nèi)有湫水河、三川河等黃河支流流經(jīng)。井田內(nèi)發(fā)育大溝里溝、火石溝等主沖溝及其支沖溝，沖溝平時干涸無水，雨季匯集降水由東南向西北橫穿井田，匯入井田外北部的東川河，東川河與北川河、南川河在離石區(qū)交口鎮(zhèn)一帶匯集為三川河，并向西匯入黃河。

2.2 地下水

(1)奧陶系中統(tǒng)溶裂隙含水層(中等含水層)。井田東部有出露，巖性主要為石灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、泥灰?guī)r等，巖溶裂隙發(fā)育程度隨埋深的增加而逐漸趨弱，一般淺埋區(qū)富水性強。區(qū)內(nèi)水力坡度為2.66‰，推測國鼎井田奧灰水位標(biāo)高為810～813 m，水流向為由東北向西南。

(2)石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙及巖溶裂隙含水層(弱含水層)。該組地層由泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤層、砂巖、石灰?guī)r等組成，主要含水層為4層石灰?guī)r，各層灰?guī)r巖溶裂隙較發(fā)育，但因夾在泥巖、砂質(zhì)泥巖之間，補給條件較差，富水性弱。

(3)二疊系砂巖裂隙含水層組(弱含水層)。主要為二疊系下統(tǒng)山西組的砂巖裂隙含水層組，砂巖裂隙不發(fā)育，富水性弱。

(4)第三系、第四系孔隙含水層組(弱含水層)。第三系上新統(tǒng)廣泛出露于井田溝谷兩測，含水層為砂礫層，民井出水量小于10 t/d，富水性弱，礦化度為0.347 g/L，水質(zhì)類型為HCO3-Na型。第四系中、上更新統(tǒng)出露高，補給條件差，含水層連續(xù)性差，一般透水而不含水，隨季節(jié)變化大。第四系全新統(tǒng)砂礫石含水層主要分布于井田西部大溝里溝谷中，含水層以砂礫石層為主，厚度小，受季節(jié)變化控制，富水性弱。

3 礦井充水因素

3.1 充水水源

(1)大氣降水。區(qū)內(nèi)平均降水量為461.5 mm/a，多集中于7—9月，平均蒸發(fā)量為 1 711 mm/a。雖然蒸發(fā)量大于降水量，但是第三系、第四系松散層容易接受降水，且因開采所產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶局部已導(dǎo)通至第三系、第四系，因此，大氣降水對井田內(nèi)充水有一定的影響。

(2)地表水。井田內(nèi)無常年性水體分布，僅發(fā)育季節(jié)性沖溝，平時干涸無水，雨季匯集兩側(cè)支叉沖溝的洪水，由東南向西北流經(jīng)井田。井田煤層埋藏較淺，開采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶可導(dǎo)通地表支叉沖溝，使得季節(jié)性洪水可直接灌入井下，對礦井開采產(chǎn)生嚴重影響。

(3)地下水。第三系、第四系松散巖類孔隙含水層富水性弱，對礦井開采影響小；二疊系碎屑巖類砂巖裂隙含水層組因砂巖裂隙不發(fā)育，富水性弱，為煤層的間接充水含水層，對礦井開采影響?。皇肯堤M碎屑巖夾碳酸鹽巖類砂巖裂隙及巖溶裂隙含水層組為井田煤層的主要充水含水層，但因其富水性弱，因而對礦井開采影響較?。粖W陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層組賦存于煤系地層底部，富水性強，但井田奧灰水水位標(biāo)高(推測為810～813 m)低于井田內(nèi)10#煤層最低底板標(biāo)高(862 m)，因此，奧灰水對礦井開采無影響。

3.2 充水通道

3.2.1 采空區(qū)冒落帶和導(dǎo)水裂隙帶

井田內(nèi)10#煤層偽頂為泥巖，直接頂和老頂均為L1石灰?guī)r，屬堅硬巖性，10#煤層冒落帶最大高度為24.39 m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度為86.37 m。由導(dǎo)水裂隙帶最大高度及山西組厚度可知，10#煤層采空后，其導(dǎo)水裂隙帶最大高度可達山西組上部，包括K3砂巖裂隙含水層和L1、K2、L4、L5石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，在東部分叉溝谷可直通地表。

3.2.2 地表塌陷和地裂縫

礦井初期多以掘代采，采高低，煤柱留設(shè)多，改用壁式開采后，在井田西北部、西部、中西部采空區(qū)地表有少量地裂縫出現(xiàn)。近年來，礦井采用機械化綜采放頂煤開采10#煤層，一次采煤層全高，全部垮落法管理頂板，故在井田西南部、南部100101、100102、100103綜采工作面和東部的100106綜采工作面采空區(qū)對應(yīng)的地表出現(xiàn)了16條地裂縫，裂縫長34～127 m，寬0.02～0.30 m，深度均在2.5 m以上，多條未見底，目前未發(fā)現(xiàn)地表塌陷。該類地表地裂縫導(dǎo)通了上部各含水層，并與大氣降水、地表水發(fā)生聯(lián)系，向采空區(qū)充水。

4 充水強度及礦井水文地質(zhì)類型

4.1 充水強度

礦井充水主要為掘進巷道煤層頂板裂隙的滲水、滴水、淋水，且涌水點位置隨著巷道的掘進間斷出現(xiàn)，多為短期性的涌水點。如該礦在100106回采工作面回風(fēng)順槽轉(zhuǎn)點處，揭露1個頂板淋水點，單位涌水量為2.0 m3/h，多為頂板裂隙中的積水，補給條件差，短期疏干后即枯竭。今后礦井涌水量的變化主要隨采空區(qū)范圍的擴大和大氣降水量的變化而變化，應(yīng)實施探放水措施，確保礦井安全生產(chǎn)。

4.2 礦井水文地質(zhì)類型

根據(jù)礦井受采掘破壞或影響的含水層、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度，將礦井水文地質(zhì)類型劃分為簡單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜等4種[1]。據(jù)此劃分標(biāo)準(zhǔn)，綜合6項評定結(jié)果，并結(jié)合國鼎煤礦的具體開采情況，將該礦井水文地質(zhì)類型劃分為中等。

5 礦井防治水害措施

(1)制定完善的礦井水害防治制度，設(shè)置獨立的水害防治部門，由專人負責(zé)，配備專業(yè)設(shè)備，劃撥專項經(jīng)費。

(2)開展煤層首采工作面動采前后各含水層地下水變化、導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律的研究工作，對地表塌陷、地裂縫進行定期調(diào)查，及時填埋處理地表塌陷、地裂縫[2]。

(3)及時掌握礦井涌水量變化情況，并采取合理有效的防治水措施，如超前探水、疏水降壓、留設(shè)防水安全煤柱等；對采空區(qū)積水進行跟蹤探測，在采空區(qū)下山方向開采煤層時，及時對上山方向采空區(qū)積水進行探放。

(4)定時與相鄰礦井進行采掘圖紙的交換、溝通，嚴禁越界開采，避免因相鄰礦井越界開采而導(dǎo)致水害事故的發(fā)生。

6 結(jié) 語

在對國鼎煤礦礦井水文地質(zhì)特征分析的基礎(chǔ)上，給出了礦井水害防治措施，為開展礦井水害防治工作提供參考。

[1] 錢本利，井斌斌，劉鵬鵬.淺析楊村煤礦下組煤水文地質(zhì)類型[J].科技視界，2012(22)：303-304.

[2] 楊占盈，白有社.雅店煤礦水文地質(zhì)條件及防治水研究[J].中國煤炭地質(zhì)，2010，22(4)：39-49.

2015-01-04)

楊 華(1980—)，女，工程師，030045 山西省太原市朝陽街75號。