山寨煤礦頂板含水層涌水規(guī)律及其防治對策探析

李承東（華亭煤業(yè)集團(tuán)山寨煤礦，甘肅 華亭縣 744112）

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山寨煤礦頂板含水層涌水規(guī)律及其防治對策探析

李承東（華亭煤業(yè)集團(tuán)山寨煤礦，甘肅 華亭縣 744112）

總結(jié)了山寨煤礦煤5層頂板含水層的空間分布特征及其涌水規(guī)律.針對含水層涌水規(guī)律，提出了含水層誰的防治對策，為礦井防治水工作提供了技術(shù)保障。

頂板含水層；靜儲量；導(dǎo)水裂隙帶

1　概述

山寨井田位于山寨井田位于華亭煤田或華亭復(fù)式向斜的北部。從東到西主要包括東部背斜構(gòu)造，中部單斜構(gòu)造，西部向斜及邊界斷層。山寨井田內(nèi)巖層按其含水性、含水類型及水力特征，可劃分為四個含水層和三個隔水層。含水層從下到上分別為第一、第二、第三和第四含水層，隔水層從下到上分別為第一、第二和第三隔水層。礦井主要涌水水源是頂板含水層水（第三含水層和第四含水層）。

2　頂板含水層空間展布特征

根據(jù)收集到的山寨井田及周邊礦區(qū)的27個鉆孔資料，分別獲取各含、隔水層（包括煤5頂、底板）底板標(biāo)高，將各層底板高程網(wǎng)格化模型整合在一起，并按照研究區(qū)幾何邊界將區(qū)外的數(shù)據(jù)白化掉，可獲得山寨井田含、隔水層三維空間模型（如圖1），三維空間模型精細(xì)程度受鉆孔數(shù)量和深度的制約。由圖1可以看出，含、隔水層空間展布受地質(zhì)構(gòu)造影響，第四含水層以下，東部到中部平緩，中部到西部急劇傾伏；第四含水層以上，東部到西部延展平緩。

圖1　山寨井田含、隔水層三維空間模型

3　頂板含水層特征

第三、四含水層為煤5層的頂板含水層，第四含水層（Ngn1）為一承壓含水層，該含水層富水性好；第三含水層（J2y2-3）為一復(fù)合含水層，砂巖占該地層的42%，含水層較薄，滲透性及富水性較弱。雖然在第四、三含水層和煤5層之間有很厚的隔水層，但是，根據(jù)對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計算，綜放開采所形成的導(dǎo)水裂隙帶在井田東部地區(qū)已進(jìn)入這兩個含水層，使得其構(gòu)成直接充水含水層。由于第三含水層富水性較弱，所以，富水性好的第四含水層成為礦井開采的主要的直接的充水水源。

4　頂板含水層涌水規(guī)律

煤5層頂板砂巖含水層裂隙發(fā)育及富水性總體上都隨深度遞減，但同時又具有各自不同的特點(diǎn)。

（1）煤5頂板砂巖主要以釋放靜儲量為主，來勢猛、衰減快。在開采1101和1102工作面過程中，發(fā)生了7次大的突水，礦井瞬時充水強(qiáng)度大，最大一次瞬時水量達(dá)150m3/h，礦井停產(chǎn)達(dá)33d，影響了礦井的正常生產(chǎn)。幾次異常涌水量均顯示為從小到大再到小的過程，最后恢復(fù)到工作面正常涌水量；1102工作面的幾次異常涌水的顏色由乳白色逐漸變透明，這說明其充水水源徑流、補(bǔ)給條件差，以為靜儲量為主。從以往其它礦井類似突水事故的發(fā)生、發(fā)展過程分析，以靜儲量為主的涌水有可能瞬時對礦井造成災(zāi)難性后果，或可能造成短時間內(nèi)工作面被淹，后期在工作面低洼處影響綜采的正常進(jìn)行。

（2）煤5頂板砂巖含水層在縱向上（傾斜方向上）水力聯(lián)系好，而在橫向上（走向方向上）水力聯(lián)系弱。在1101、1102、1103、1104工作面回采過程中，發(fā)現(xiàn)隨著工作面開采深度增加，涌水量隨之增加；工作面橫向推進(jìn)時涌水量常隨回采頂板運(yùn)動規(guī)律發(fā)生周期性變化，即在工作面周期來壓之后一段時期內(nèi)工作面涌水突然增大，然后慢慢減小。

（3）頂板含水層涌水還與導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度有關(guān)，礦井開采初期，由于剛好處在東部背斜部位，含水層距煤5層比較近，故導(dǎo)水裂隙帶能夠到達(dá)含水層，從而將含水層水導(dǎo)入井下。但是隨著開采深度增加，煤層距頂板含水層越來越遠(yuǎn)，煤層開采后裂隙帶也無法導(dǎo)通含水層，故礦井的涌水量也沒有明顯增大。

（4）煤5頂板砂巖含水層在特殊的構(gòu)造部位異常富水。如在東部向斜部位1102工作面發(fā)生突水，水量之大前所未有；1103也是在這個部位發(fā)生突水的。

5　頂板水害防治對策

（1）對于頂板含水層水，在地面采用瞬變電磁法對富水性進(jìn)行探查，對異常富水區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證及預(yù)疏放。

（2）在巷道和工作面掘進(jìn)過程中先采用直流電法進(jìn)行超前探查，然后對異常區(qū)進(jìn)行鉆探驗(yàn)證及治理。

（3）在工作面回采之前，利用音頻電透對工作面內(nèi)部和頂?shù)装鍢?gòu)造及其富水性進(jìn)行探測，先圈定異常區(qū)，然后鉆探驗(yàn)證，再進(jìn)行相應(yīng)治理。

（4）在工作面回采過程中，進(jìn)行頂?shù)装搴畬蛹案鞒鏊c(diǎn)的水位實(shí)時監(jiān)測，出現(xiàn)異常即停采并進(jìn)行相應(yīng)排查和治理。

6　結(jié)論

（1）山寨井田頂板含水層主要是以釋放靜儲量為主，礦井開采初期涌水量大，后來逐漸趨于穩(wěn)定。

（2）井田構(gòu)造也是影響含水層水釋放的一個主要因素。

（3）針對含水層涌水規(guī)律，可以采用瞬變電磁法、直流電法及音頻透視等方法進(jìn)行探測，并由目的地就行探放。

［1］甘肅省煤田地質(zhì)局一四六隊(duì).甘肅省華亭煤田山寨井田補(bǔ)充勘探報告.2010，1.

［2］煤炭科學(xué)研究總院西安研究院.山寨煤礦水文地質(zhì)條件評價及五年（2009～2013）防治水規(guī)劃.

［3］武 強(qiáng)，李周堯.礦井水災(zāi)防治［M］.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2002.

李承東（1973-），男，工程師，本科，主要從事煤礦地質(zhì)、防治水等方面的工作。

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2016-5-20