范各莊礦奧灰水防治對策

李洪恩邢中四

（1.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北省唐山市，063004；2.開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司，河北省唐山市，063199）

范各莊礦奧灰水防治對策

李洪恩1邢中四2

（1.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北省唐山市，063004；2.開灤能源化工股份有限公司范各莊礦業(yè)分公司，河北省唐山市，063199）

范各莊礦北翼水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤系基底奧灰富水性強(qiáng)，發(fā)育有斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱等垂向構(gòu)造，因此，奧灰水為該區(qū)域重點(diǎn)防范對象。為確保安全生產(chǎn)，分析評價了煤礦開采中是否存在突水危險，提出防范水害發(fā)生的技術(shù)措施。

斷裂構(gòu)造 巖溶陷落柱 奧灰水 突水危險 對策

開灤范各莊礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤系地層為富含孔隙承壓水的第四系沖積層所覆蓋，煤系基底奧陶系馬家溝組中賦存巖溶裂隙承壓水，煤系地層砂巖裂隙發(fā)育，直接或間接接受上、下含水層的補(bǔ)給，加之?dāng)嗔褬?gòu)造發(fā)育及特殊的導(dǎo)水地質(zhì)體（巖溶陷落柱）的存在，進(jìn)一步加劇了礦區(qū)水文地質(zhì)條件的復(fù)雜化。近年來，根據(jù)對范各莊礦北翼區(qū)域統(tǒng)計，僅在井口向斜軸部，就發(fā)生過204裂隙出水、2176采面出水、2171采面9號陷落柱突水、208高水位異常區(qū)平7孔突水；塔坨向斜區(qū)先后揭露了14個陷落柱，奧灰水已經(jīng)導(dǎo)致數(shù)次突水，因此，奧灰含水層是范各莊煤礦安全開采水患防范重點(diǎn)。為了確保安全生產(chǎn)，本文分析了煤礦水害成因，進(jìn)而提出相應(yīng)的防范突水事故措施，對安全開采具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　北翼地質(zhì)構(gòu)造

范各莊礦位于開平煤田東南翼，地層走向?yàn)镹E～SW向，傾向NW，傾角為8°～24°。范各莊礦北冀區(qū)域內(nèi)以褶皺和陷落柱構(gòu)造發(fā)育為主要特征。褶皺由北往南依次為塔坨向斜、北二背斜、井口向斜。已發(fā)現(xiàn)的陷落柱大部分發(fā)育在此區(qū)域，且集中于井口向斜軸部附近。斷裂構(gòu)造多為正斷層，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示。

2　水文地質(zhì)情況

2.1主要含水層

范各莊礦主要含水層自上而下分別為第四紀(jì)含水層、5#煤層頂板含水層、5#煤層～12#煤層含水層、12#煤層～14#煤層含水層、14#煤層～唐山灰?guī)r間含水層、奧灰?guī)r溶含水層，其中奧灰?guī)r溶含水層為強(qiáng)含水層。

圖1　礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造圖

14#煤層～唐山灰?guī)r間裂隙承壓含水層厚度為40 m，該層節(jié)理裂隙發(fā)育，北部唐山灰?guī)r中有溶洞存在。其含水性由北向南，由淺至深逐漸減弱。單位涌水量為0.036～0.665 L/s·m，滲透系數(shù)為0.275～46.83 m/d。水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Mg型。

奧灰?guī)r溶含水層構(gòu)造裂隙和巖溶發(fā)育，在塔坨向斜至井口向斜區(qū)巖溶發(fā)育且有較大溶洞存在，單位涌水量可達(dá)6.593 L/s·m，滲透系數(shù)為31.87 m/d，水質(zhì)類型為HCO3-Ca·Mg型。

2.2礦井充水水源及充水通道

第四系沖積層厚度在井田北部為50 m左右，到井田南部已達(dá)500 m以上，大氣降水直接補(bǔ)給第四系含水層，第四系含水層再通過基巖露頭補(bǔ)給煤系地層各含水層。礦井主要充水水源為煤系地層各含水層水、奧灰水和老空水，其中，對煤礦安全影響最大的為奧灰水。

礦井充水通道包括斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱構(gòu)造、地震裂隙、采動裂隙、導(dǎo)水鉆孔、巖溶塌陷和天窗，其中，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ш蛶r溶陷落柱是礦井充水最主要通道。

2.2.1巖溶陷落柱充水

據(jù)統(tǒng)計，影響12#煤層的陷落柱有2#、7#、8#、10#、12#陷落柱，其中2#、8#、12#陷落柱為邊緣充水型，陷落柱內(nèi)充填物壓實(shí)緊密，風(fēng)化程度強(qiáng)，柱內(nèi)水力聯(lián)系不好，只是陷落柱邊緣發(fā)育的次生裂隙充水，井下揭露時一般以滴、淋水或涌水為充水形式，涌水量不大，經(jīng)一段時間的疏放，涌水量大幅度減少或疏干；7#陷落柱為疏干類型，陷落柱內(nèi)充填物壓實(shí)緊密，風(fēng)化程度極強(qiáng)，邊緣裂隙水已被疏干，揭露時有少量滴水、小淋水或無水；10#陷落柱為全充水類型，陷落柱內(nèi)充填物未被壓實(shí)，水力聯(lián)系好，奧灰水直接導(dǎo)通到陷落柱上部，井下一旦揭露即發(fā)生突水，其突水量大而穩(wěn)定。巖溶陷落柱分布情況如圖2所示。

圖2　巖溶陷落柱分布圖

2.2.2斷裂帶導(dǎo)水

根據(jù)井下突水點(diǎn)資料，井田內(nèi)中小型斷裂構(gòu)造突水特征和斷裂結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)及其展布和現(xiàn)代地應(yīng)力環(huán)境密切相關(guān)。本區(qū)斷裂構(gòu)造以NEE和NE向最為發(fā)育。突水與構(gòu)造密切相關(guān)，統(tǒng)計表明，突水點(diǎn)最大涌水量與斷層密度呈正相關(guān)關(guān)系，隨著斷層密度增大，煤層底板突水點(diǎn)最大涌水量也增大。

3　北冀突水危險性分析

12#煤層距下部奧灰承壓含水層160～220 m，最大水壓8.0 MPa，底板有效隔水層厚度8～50 m不等，隔水層厚度呈現(xiàn)由東北向西南厚度逐漸遞減的趨勢。根據(jù)對北翼區(qū)域突水系數(shù)測算，絕大部分區(qū)域突水系數(shù)大于0.06 MPa/m，只有一小部分在0.06 MPa/m以下。因此北翼區(qū)域12#煤層受底板承壓水威脅。同時還由于巖溶陷落柱及導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造的存在，奧灰水一旦被導(dǎo)入煤系地層，將成為礦井水的直接補(bǔ)給水源，從而存在一定的安全隱患。范各莊北冀水文地質(zhì)剖面圖如圖3所示。

范各莊礦近年來通過對208區(qū)域綜合立體勘探，基本上查清了高水位異常區(qū)的水文地質(zhì)條件和10#陷落柱的形態(tài)及其富水性。本區(qū)域總的涌水量為31 m3/min，突水頻繁，水量長疏不衰，又存在巖溶陷落柱和高水位異常區(qū)，范各莊礦北冀12#煤層開采面臨突水危險。

圖3　范各莊北翼水文地質(zhì)剖面圖

4　防治奧灰水對策

根據(jù)以上分析，礦井主要防范的水害對象是煤系基底奧灰強(qiáng)含水巖層突水及以斷層、陷落柱為主的垂直導(dǎo)（含）水構(gòu)造。分析了礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)條件和受水害威脅程度，為確保安全帶壓開采，經(jīng)過多年的探索和實(shí)踐，確定了北翼12#煤層安全開采防治水對策。

（1）加強(qiáng)地質(zhì)、水文地質(zhì)預(yù)測。根據(jù)上部煤層采掘工程中揭露的巖溶陷落柱、斷裂構(gòu)造的發(fā)育情況、范圍及展布規(guī)律，對下部煤層進(jìn)行預(yù)測。

（2）在未開采區(qū)域，采用多種物探、化探手段對隱伏導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探測。發(fā)現(xiàn)水文異常后，再采用鉆探進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步查明導(dǎo)水構(gòu)造影響范圍、導(dǎo)水性及富水區(qū)域，并對鉆孔涌水量、水壓、水溫的變化進(jìn)行觀測，水樣進(jìn)行化驗(yàn)分析，判斷水源。

（3）根據(jù)探測的斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱的范圍及其導(dǎo)水性，留設(shè)防（隔）水煤柱，重要部位采用留設(shè)煤柱和注漿加固雙重防范。

（4）對于12#煤層北翼帶壓開采區(qū)域，應(yīng)在開采之前，對煤層底板進(jìn)行注漿治理改造，在保證注漿質(zhì)量的前提下，注漿后可以實(shí)施正常帶壓開采。

（5）在受奧灰威脅的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行采掘活動，必須構(gòu)筑水閘門、水閘墻，把重點(diǎn)防范區(qū)域與礦井其它區(qū)域隔離開來。

（6）在工作面回采過程中，要加強(qiáng)動態(tài)監(jiān)控，建立可靠的防治水預(yù)警系統(tǒng)，確保煤層開采安全。

5　結(jié)論

范各莊礦北翼水文地質(zhì)條件復(fù)雜，煤系基底奧灰富水性強(qiáng)，發(fā)育有斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱等垂向構(gòu)造，因此，奧灰水為該區(qū)域重點(diǎn)防范對象。為了確保安全生產(chǎn)，提出加強(qiáng)水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，采用物探先行，鉆探驗(yàn)證，對隱伏導(dǎo)水構(gòu)造進(jìn)行探測。對導(dǎo)水或有導(dǎo)水傾向的構(gòu)造留設(shè)防（隔）水煤柱，對不導(dǎo)水構(gòu)造或薄弱區(qū)域進(jìn)行注漿加固，增加有效隔水層，提升隔水能力。開采12#煤層帶壓開采區(qū)域時，對底板進(jìn)行注漿加固改造。為防止突水災(zāi)害發(fā)生，構(gòu)筑水閘門、水閘墻，隔離危險區(qū)。在工作面回采過程中，除利用井上下地下水觀測網(wǎng)，還引入物探監(jiān)測的新方法、新技術(shù)加強(qiáng)動態(tài)監(jiān)控，確保安全開采。建立健全防排水系統(tǒng)，制定水害事故應(yīng)急預(yù)案防患于未然等一整套防治水對策。這些防治水措施實(shí)施后，能夠?yàn)槊旱V的安全回采提供有效的保障。

［1］ 鐘亞平，李建民.開灤礦區(qū)煤礦綜合防治水技術(shù)理論與實(shí)踐［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2006（1）

［2］ 何思源.開灤范各莊礦巖溶陷落柱特大突水災(zāi)害的治理［J］.煤田地質(zhì)與勘探，1986（2）

［3］ 蔡圖，朱炎銘，鐘和清等.開灤范各莊煤礦陷落柱發(fā)育特征分析［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2011（4）

［4］ 劉建平，馮玉.范各莊礦區(qū)北翼12煤層突水災(zāi)害分析［J］.礦業(yè)安全與環(huán)保，2015（2）

［5］ 劉洪磊，楊天鴻，于慶磊等.范各莊礦12煤底板突水過程模擬分析［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2010（3）

［6］ 李沖.深部礦井奧灰水害 “七位一體”防治體系研究［J］.中國煤炭，2016（3）

［7］ 李書奎.青東礦10煤層水文地質(zhì)特征及充水因素分析［J］.安徽理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（2）

（責(zé)任編輯 張艷華）

Prevention countermeasures for Ordovician limestone water at Fangezhuang Mine

Li Hongen1，Xing Zhongsi2
（1.Hebei Energy College of Vocation and Technology，Tangshan，Hebei 063004，China；2.Fangezhuang Mining Company of Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063199，China）

Hydrological condition is complicated at North wing of Fangezhuang Mine.Ordovician limestone groundwater-bearing there was strong at coal measure basement，and vertical structures such as fractural structure and karst collapse column developed.Therefore，Ordovician limestone water is focal objects to be guarded in this mining area.In order to guarantee safety production，this paper analyzed and evaluated whether there were water-burst danger potentials during mining，proposed technical measures to prevent water disaster.

fractural structure，karst collapse column，Ordovician limestone water，water inrush risk，countermeasure

TD745.2

A

李洪恩（1965-），河北省海興縣人，高級工程師，主要從事礦井地質(zhì)與水害防治教學(xué)與科研工作。