煤礦回采工作面突水水源分析研究與綜合利用

朱俊魁 張 洋

（河南能源化工集團(tuán)義煤公司千秋煤礦地測科，河南 三門峽 472300）

本文通過：對千秋礦礦井水源進(jìn)行了綜合分析研究，包括礦井水來源，水害治理措施及方案，將礦井水凈化處理后進(jìn)行綜合利用，變廢為寶。對節(jié)能減排水資源化合理利用，解決礦區(qū)缺水問題具有重大的環(huán)境價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

1 礦井水文地質(zhì)基本情況

千秋煤礦水文地質(zhì)條件中等，地表廣為第四系粘土黃土覆蓋，基巖零星裸露地表。有石河、澗河兩個(gè)季節(jié)性河流從礦井淺部穿過，石河為南澗河的支流，于下石河處匯入南澗河，石河平時(shí)無水，澗河正常涌水量為800m3/h。井田內(nèi)從下往上有五個(gè)弱含水層，每個(gè)含水層間均有穩(wěn)定的隔水層，含水層儲水空間不發(fā)育，富水性較弱，煤層底板以下無承壓水，礦井水害主要為老空水及老頂?shù)[巖空隙裂隙水。另據(jù)礦井2009 年以來涌水量實(shí)際觀測資料分析，礦井平均涌水量174.4 m3/h，最大涌水量489.6m3/h。

2 礦井充水因素分析

根據(jù)義馬區(qū)域和千秋礦井田水文地質(zhì)特征，地表水與地下水的補(bǔ)、徑、排條件，以及礦井突水情況與涌水量變化情況，千秋礦井田充水主要由大氣降水、地表水、老窯水、含水層、斷層等因素所造成，現(xiàn)分析如下：

2.1 大氣降水

大氣降水是礦井充水的主要因素之一。區(qū)域內(nèi)年均降水量700.2mm,其中七、八、九三個(gè)月降水占全年降水量的50%以上，由于季節(jié)性差異較大，冬春干旱少雨、夏秋暴雨致使河谷、河流形成洪峰，因此地下水具有集中降水補(bǔ)給、常年消耗等特點(diǎn)，反映在礦井涌水量上，一般3～6 月涌水量相對較小，9 月開始增大，可一直持續(xù)到12 月，甚至翌年1～2 月，分析其原因，是由于地表大面積被第四系松散黃土層覆蓋，滲透性相對較差，基巖僅在溝谷中可見，但其范圍與面積小，直接接受大氣降水的補(bǔ)給與水量有限，加之厚層泥巖、砂質(zhì)泥巖對含水層水力聯(lián)系的阻隔，致使礦井涌水量季節(jié)性十分突出。尤其是澗河、石河河床和河漫灘以及基巖裸露區(qū)。

2.2 地表水

千秋井田及附近地表水體不發(fā)育，流經(jīng)井田淺部東部的澗河、石河均為季節(jié)性河流，春冬水量較小，雨季可形成洪峰，對礦井充水有不同程度的影響。依據(jù)煤層賦存特征與開采塌陷裂隙影響程度以及地表水的影響程度，

2.3 含水層

主要為礫巖孔隙水、裂隙承壓水和潛水含水層，次為泥灰?guī)r巖溶裂隙承壓水與潛水含水層，據(jù)抽水試驗(yàn)和礦井揭露分析，均為弱富水含水層，除第四系礫石層單位涌水量和滲透系數(shù)大于1 以外，其它含水層均在0.5 以下，但由于橫向上富水性分布不均，加之開采塌陷裂隙改變了原有的補(bǔ)、徑、排條件，使某些地段含水層與大氣降水、地表水、采空區(qū)積水之間形成了水力聯(lián)系是經(jīng)第四系礫巖層下補(bǔ)侏羅系中上統(tǒng)礫巖含水層，并沿其順層徑流，間接地補(bǔ)給礦井，其補(bǔ)給緩慢、水量小，涌水形式多呈淋水或滴水。

2.4 斷層的導(dǎo)水性及對礦井充水的影響

3 工作面突水水源分析

21172 工作面位于21 下山東翼采區(qū)，為21171 工作面的二分層，橫跨21151 工作面。該工作面直接頂為灰色、深灰色泥巖，致密塊狀，賦存穩(wěn)定，厚度9.4m～13.5m，隔水性較好。上部為中上侏羅系雜色粉砂巖、細(xì)砂巖、礫巖組成，以礫巖為主，交替出現(xiàn)的混合巖層。該層厚度大，含水性不穩(wěn)定。侏羅系上統(tǒng)、中統(tǒng)巨厚礫巖孔隙—裂隙潛水—承壓含水層是造成煤層頂板充水的主要含水層。該含水層雖然整體上含水性較弱，但存在局部強(qiáng)含水段。該層厚度大，含水性不穩(wěn)定。砂巖和礫巖整體為弱含水層，但由于砂、礫巖層裂隙發(fā)育極不均勻，局部存在因裂隙強(qiáng)烈發(fā)育而形成的強(qiáng)富水區(qū)段。由于21151 工作面和21171 工作面回采后，頂板垮塌后與上覆含水層導(dǎo)通，使工作面出水,造成老塘內(nèi)有大量積水。兩個(gè)工作面回采結(jié)束后，老塘一直有水流出，水量在10 m3/h,老塘內(nèi)蓄積了一定量的積水。

F3-6 斷層是引起21172 工作面頂板出水主要因素，21172 工作面掘進(jìn)期間，上巷見滴水現(xiàn)象，預(yù)計(jì)F3-6 斷層有水害影響。F3-6 斷層在千秋煤礦二水平東大巷已揭露落差9m～13m,在21172 工作面上巷揭露落差為11.0m，F(xiàn)3-6 斷層為張性正斷層，構(gòu)造斷裂使隔水層與含水層發(fā)生位移巖石破碎，它是造成礦井充水和透水的主要通道，斷層帶有導(dǎo)水現(xiàn)象。在21172 工作面回采時(shí)，上下巷揭露證實(shí)，上切口西194m，上切口下85m 為F3-6 斷層尖滅位置，為富水區(qū)域，構(gòu)造斷裂，上巷偶見滴水現(xiàn)象，下巷未見。

2011 年6 月11 日，21172 工作面回采至切眼西180m 時(shí)，工作面下巷老塘開始出水，6 月13 日工作面老塘出水已到7m3/h，6 月28 日已經(jīng)遞增到21m3/h，7 月9 日已經(jīng)增加到65m3/h，緊接著7 月14 日工老作面老塘出水已達(dá)80m3/h，8 月4 日猛增到208m3/h，10 月9 日第增到270m3/h，2012 年1 月3 日達(dá)到362m3/h。

截止2014 年9 月21172 工作面正常涌水量穩(wěn)定在120～140m3/h，累計(jì)出水量為550 萬m3。水色清、無味、涌水量較穩(wěn)定，經(jīng)過多次水質(zhì)化驗(yàn)研究分析充分證明，水源來于中統(tǒng)巨厚礫巖含水層水，可以進(jìn)行綜合利用。

4 礦井水的資源轉(zhuǎn)化利用

目前全國有70%的煤礦缺水,其中40%的煤礦嚴(yán)重缺水。由于水資源的嚴(yán)重不足,影響了我國煤炭工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。事實(shí)證明,礦井水資源轉(zhuǎn)化利用,不僅是推行煤炭行業(yè)清潔生產(chǎn)、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要內(nèi)容,也是煤炭生產(chǎn)持續(xù)發(fā)展的需要，礦井水資源化利用途徑是礦井水凈化處理后回用于生產(chǎn)和生活中,不僅可以減少深井水的開采量,節(jié)約地下水資源,還保護(hù)礦區(qū)地下水和地表水的自然平衡。處理后的礦井水一般先用于煤炭生產(chǎn)加工,其次用于生態(tài)、礦區(qū)生活用水,如仍有剩余,則需要根據(jù)礦井水水質(zhì)、水量大小,或達(dá)標(biāo)排放,或作其他用水。

5 結(jié)論

千秋煤礦在礦井新井工業(yè)廣場建成了一座現(xiàn)代化礦井水處理廠,礦區(qū)每年可利用凈化礦井水100 萬m3,回收了大量煤泥,減少了排污費(fèi),年獲經(jīng)濟(jì)效益90 萬元。不僅使千秋礦區(qū)礦井水資源得到充分、合理利用,還大幅度降低了現(xiàn)有供水成本,獲得了豐厚的經(jīng)濟(jì)回報(bào)。

（1）千秋煤礦礦井面積大，戰(zhàn)線長，生產(chǎn)用水量大。自2006 年以來井下生產(chǎn)用水非常緊張，用水問題急需解決。21172 工作面回采時(shí)，在頂板老塘水采取埋設(shè)管道將水自壓到下巷口沉淀池，經(jīng)過沉淀、過濾、消毒后，將水排至二水平清水倉直接供井下使用,滿足采掘工作面生產(chǎn)需要的工業(yè)用水。

（2）也做為礦井地面工業(yè)用水，將一部分礦井水排至井上水倉，只需要去除礦井水的懸浮物即可滿足要求,凈化過程需要加人混凝劑。不需再加液氯消毒,即可直接用于浴室、鍋爐房或沖刷廁所及地面澆花、打掃衛(wèi)生等。

（3）也可以做為生活用水。凈化后的礦井水達(dá)到國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí),可以做為飲用水直接供應(yīng)用戶,彌補(bǔ)自來水供應(yīng)的不足。此類用水需要對礦井水進(jìn)行深度處理。

（4）用于井下灌漿?？梢詫⒁徊糠炙椿毓嗟降叵?補(bǔ)充地下水資源,降低采煤引起的地表沉降。

（5）可以作為農(nóng)業(yè)用水。用于農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等，可減輕農(nóng)民負(fù)擔(dān)。

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