鶴煤十礦充水因素分析及水害防治

王素玲,孫亞雯

（河南理工大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,河南 焦作 454003)

1672-5050（2017)05-0065-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.10.019

2017-06-16

王素玲（1964-),女,河南焦作人,本科,教授,從事礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)的研究。

鶴煤十礦充水因素分析及水害防治

王素玲,孫亞雯

（河南理工大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,河南 焦作 454003)

鶴煤十礦的充水因素有很多種,通過對礦井充水水源和充水通道兩個方面進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)其水害主要是來自老空區(qū)積水、斷層水、含水層、封閉不良鉆孔以及周邊小煤礦,提出了相應(yīng)的水害防治安全技術(shù)措施,對礦井安全生產(chǎn)提供了一定的保障。

礦井充水因素;水害防治

在礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中,礦井水害是影響和制約煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)的主要地質(zhì)災(zāi)害之一,輕則影響煤礦的生產(chǎn),嚴(yán)重則會導(dǎo)致重大的人員傷亡,它往往會給煤礦及國家造成巨大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。所以,煤礦的防治水工作是保證煤礦安全穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。這就需要我們?nèi)娣治龅V井地質(zhì)及水文地質(zhì)資料,了解地質(zhì)構(gòu)造特征,掌握礦井水動態(tài)及充水條件,及時采取防治水措施,防止和杜絕煤礦水害事故的發(fā)生,保證礦區(qū)的安全生產(chǎn)及人員的人身安全,提高煤礦的經(jīng)濟效益。

1 礦井概況

鶴煤十礦位于河南省鶴壁市南部,井田南端跨越淇河進(jìn)入淇縣境內(nèi),南起F1070斷層,北至F49斷層與柴廠礦、鶴煤公司八礦為界,西起煤層露頭與大河澗許溝煤礦、鶴壁市許溝煤礦為界,東到二1煤層-800 m底板等高線。全區(qū)開采二1煤層,開采深度由-30 m至-800 m標(biāo)高,開采方式為地下開采。礦區(qū)走向長約2.5 km～5.5 km,傾向?qū)捈s0 km～2.4 km,面積為6.575 4 km2,始建于1994年底,2000年10月底開始試生產(chǎn),2002年2月正式通過國家驗收,生產(chǎn)規(guī)模60萬t/年。

2 礦井充水因素分析

影響本礦井充水的因素主要有太原組上段灰?guī)r巖溶水、煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水、新近系礫巖水、老空區(qū)積水以及充水通道。

2.1充水水源

2.1.1太原組上段灰?guī)r巖溶水

該含水層由3層灰?guī)r（L7～9)組成,其中L8灰?guī)r厚度大,層位穩(wěn)定,為主要富水層,厚0 m～7.55 m,平均5.45 m,上距二1煤層20.58 m～55.38 m,平均33.75 m。據(jù)鉆孔抽水資料（見表1),該含水層滲透系數(shù)K=0.413 m/d～5.554 m/d,單位涌水量q=0.050 3 L/（s·m) ～0.240 7 L/（s·m),水位標(biāo)高為+93.81 m～117.13 m,為二1煤層底板直接充水含水層。當(dāng)巷道直接揭露、接近或遇有斷層破碎帶導(dǎo)通的情況下,八灰水進(jìn)入礦井,是礦井涌水量的重要組成部分。

表1 太原組上段灰?guī)r含水層抽水試驗成果表

2.1.2煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水

煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水為礦井主要充水水源,頂板砂巖厚4.25 m～50.47 m,平均27.83 m,下距二1煤0 m～41.57 m,平均12.83 m。據(jù)鉆孔抽水資料（見表2),滲透系數(shù)K=0.061 m/d～0.235 m/d,單位涌水量q=0.024 L/（s·m)～0.049 3 L/（s·m),水位標(biāo)高+116.50 m～116.94 m,為弱富水性含水層。采掘工程揭露砂巖或采動冒裂帶導(dǎo)通砂巖含水層時,砂巖裂隙水進(jìn)入礦井。突水初期瞬時水量較大,對礦井生產(chǎn)有一定影響,但因砂巖富水性差,水量一般不超過30 m3/h,水量衰減較快,易于疏放。

表2 煤層頂板砂巖含水層抽水試驗成果表

2.1.3新近系礫巖水

新近系礫巖水僅在露頭附近少量補給二1煤頂板直接充水含水層,對二1煤的淺部開采產(chǎn)生一定影響,但補給水量不大。目前,礫巖水主要通過井筒向礦井內(nèi)充水,其水量在5 m3/h左右,十礦現(xiàn)開采-575 m水平,對開采基本沒有水害影響。

2.1.4老空區(qū)積水

鶴壁市許溝煤礦及大河澗許溝煤礦曾跨越本礦井田邊界開采,存在老空積水區(qū),對本礦15、17采區(qū)及13采區(qū)南翼有一定充水影響,礦區(qū)范圍內(nèi)存在6個采空積水區(qū),積水位置12采區(qū)為煤層底板等高線-280 m至-410 m;采空區(qū)積水面積約71 365 m2,積水量約144 170 m3,巷道積水約3432 m3,11采區(qū)為煤層底板等高線-320 m至-360 m;采空區(qū)積水面積約16 058 m2,積水量約32 440 m3,巷道積水約1 872 m3,共計積水量約181 914 m3,目前已經(jīng)向深部維修巷道進(jìn)行排水,解除老空區(qū)積水對本礦的威脅。1202、1103工作面曾經(jīng)發(fā)生過采空區(qū)積水進(jìn)入工作面影響礦井生產(chǎn)。故今后開采至其采空區(qū)附近時一定要留足防水煤柱,而且要加強探放水工作,防止水害事故的再次發(fā)生,確保礦井安全生產(chǎn)[2]。

2.2充水通道

礦井充水通道主要有兩種,滲入性通道和潰入性通道。

2.2.1滲入性通道

水源以較小的流量進(jìn)入礦井的通道,主要是指細(xì)小的裂隙,通過滲入性通道的水多以淋水、滴水方式進(jìn)入礦井中[3]。二1煤層頂板裂隙水多以該方式進(jìn)入礦井。

本礦由裂隙引起的突水28次,占礦井總突水次數(shù)的82%。裂隙形成的原因較多,主要是因地應(yīng)力重新分配引起的,其次是由于放炮破壞了巷道圍巖的完整性造成的,極少部分是因掘進(jìn)削弱了底板隔水性能所致。

2.2.2潰入性通道

水源以較大的流量進(jìn)入礦井的通道,一般由寬大的裂隙、溶洞、陷落柱、斷層破碎帶及封閉不良的鉆孔構(gòu)成充水通道。通過潰入性通道的水量一般較大,多以股狀方式進(jìn)入礦井為主,持續(xù)時間決定于含水層的富水程度。

1)導(dǎo)水陷落柱:本礦在礦區(qū)西部回風(fēng)巷附近發(fā)現(xiàn)一小型陷落柱,面積約3 752 m2,在開采過程中未發(fā)現(xiàn)有其它陷落柱存在,從目前情況來看,隨著礦井開采深度的增大,陷落柱存在的可能性不大。

2)封閉不良鉆孔:據(jù)統(tǒng)計資料顯示,在井田范圍內(nèi)的鉆孔基本全部進(jìn)行了封孔工作,且在無法修補的鉆孔已留設(shè)鉆孔保護(hù)煤柱線和防水警戒線,在鉆孔附近時應(yīng)采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

3)斷層:礦井?dāng)鄬影l(fā)育,不僅破壞了含、隔水層的連續(xù)性,形成空隙而成為地下水富集帶,而且使巖石強度降低,在斷層帶內(nèi)不同含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系,從而造成斷層附近水文地質(zhì)條件復(fù)雜化。另外,由于斷層本身為軟弱帶,其導(dǎo)水性受生產(chǎn)采動影響較大,如天然狀態(tài)下具有阻水作用斷層,但在采礦影響下,可能會轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)水?dāng)鄬?并成為導(dǎo)水通道。本礦井由斷層造成的突水6次,占礦井總突水次數(shù)的18%。雖次數(shù)不多,但因斷層多溝通了下部強含水層,對礦井生產(chǎn)和安全影響較大,造成掘進(jìn)困難和工作面停產(chǎn)。

3 礦井水害防治措施

3.1礦井主要水害

本礦井的主要水害是礦井15采區(qū)淺部受大河澗許溝煤礦越界開采的影響,存在著大面積老空水;在巷道掘進(jìn)過程中,由于斷層的存在且部分落差大,很有可能會導(dǎo)通太原組下段石灰?guī)r巖溶裂隙含水層,轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)水?dāng)鄬?并成為導(dǎo)水通道。

3.2礦井水害防治措施

礦井水害防治措施需要我們首先在宏觀上總體把握和加強隱患排查,并能夠提前準(zhǔn)備、及時準(zhǔn)確地掌握水情水害預(yù)報,做好預(yù)測預(yù)報管理工作,先治后采;其次需要加強礦井涌水量、水位監(jiān)測,若在雨季期間產(chǎn)生新的地表裂縫及地面塌陷,能夠及時進(jìn)行充填,防止地面水導(dǎo)入井下。

井下的防治水措施也是必不可少的環(huán)節(jié),本礦需要對老空老巷積水、斷層水、含水層、封閉不良鉆孔以及周邊小煤礦進(jìn)行水害防治。

1)疏放老空、老巷積水措施:預(yù)防為主,有疑必探,探治結(jié)合,探采結(jié)合,先探后掘[4]。采掘頭面遇有積水的老空、老巷時,必須進(jìn)行探放水,對礦井采空區(qū)老巷積水認(rèn)真排查,積水量、積水標(biāo)高、積水區(qū)、警戒線、探水線按圖例要求標(biāo)注在生產(chǎn)圖紙上,當(dāng)工作面進(jìn)入警戒線要采取先探后掘的措施,距積水區(qū)30 m停止掘進(jìn),進(jìn)行打鉆放水。探放水結(jié)束時,必須有兩個以上在原水孔下方的鉆孔,驗證確認(rèn)無水或無水害威脅時,才可以結(jié)束放水工程。在確認(rèn)積水已經(jīng)基本放凈或無水害威脅后,才允許繼續(xù)施工。

在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、臨近老空老巷區(qū)施工的巷道應(yīng)采取超前鉆探、物探相結(jié)合等手段,做好水情水害預(yù)報工作。

2)防斷層水措施:當(dāng)采掘工作面接近落差較大斷層時,要提前采用物探或超前鉆探,進(jìn)行分析查清斷層的準(zhǔn)確位置及是否導(dǎo)水;當(dāng)遇到導(dǎo)水?dāng)鄬訒r,需要注漿封堵斷層帶,清挖水溝,安裝排水設(shè)備,把水引流到水倉;對已經(jīng)探明的導(dǎo)水?dāng)鄬?要留設(shè)合理的防水煤柱。

3)防含水層措施:施工過程中,要認(rèn)真分析預(yù)測前方的地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)及頂板裂隙充水情況;對太原組下段石灰?guī)r巖溶裂隙含水層、奧陶系中統(tǒng)馬家溝組巖溶裂隙含水層主要采取查清條件、以防為主的措施,一旦發(fā)現(xiàn)有導(dǎo)通的可能,必須實施注漿封堵的措施;而且還要加強排水系統(tǒng)的維護(hù)與管理,確保礦井有足夠的排水能力。

4)防封閉不良鉆孔措施:遇到封閉不良的鉆孔要留設(shè)鉆孔保護(hù)煤柱線和防水警戒線,到鉆孔附近時應(yīng)采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施。

5)周邊小煤礦水害防治措施:對周邊及井田范圍內(nèi)的小煤礦我們需要定期派人檢查,對查出的地質(zhì)及水文地質(zhì)問題,及時采取措施;嚴(yán)禁亂挖亂采礦界煤柱和防水煤柱,對地面水文觀測孔、水源孔留設(shè)保護(hù)煤柱,不能夠亂挖亂采[5]。

4 結(jié)束語

通過對十礦礦井充水因素分析,得出以下結(jié)論:該礦主要充水水源包括太原組上段灰?guī)r巖溶水、煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水、新近系礫巖水、老空區(qū)積水等四個方面;該礦井的主要水害是來自于老空區(qū)積水、斷層水、含水層、封閉不良鉆孔以及周邊小煤礦的影響,并采取相應(yīng)的礦井水害防治措施。

[1] 李左琴.礦井水害形成的原因[J].山西煤炭, 2014, 34（10): 74-76.

LI Zuoqin.Causes of Water Hazards in Hengtai Changshun Coal Co.[J].Shanxi Coal,2014,34（10):74-76.

[2] 周海泉.礦井充水因素分析及水害防治措施[J].山西科技,2014,29（2):140-141.

ZHOU Haiquan.The Mine Water Filling Factors Analysis and the Water Disasters Prevention and Control Measures [J].Shanxi Science and Technology,2014,29（2):140-141.

[3] 冉松河.梁北煤礦水文地質(zhì)特征分析及水害綜合防治[J].中州煤炭,2012（5): 92-94.

[4] 李現(xiàn)民.王河煤礦水文地質(zhì)分析及礦井水害防治對策[J].中州煤炭,2008（4):76-77.

[5] 王啟云.礦井防治水工作研究[J].煤炭技術(shù),2010,29（1):127-128.

WANG Qiyun.Research on Prevention and Treatment of Mine Water [J].Coal Technology,2010,29（1):127-128.

Water-fillingFactorsandWaterDisasterControlinNo.10MineofHebiCoalGroup

WANGSuling,SUNYawen

（InstituteofResourcesandEnvironment,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

There are many factors of water-filling in No.10 mine in Hebi Coal Group. On the analysis of sources and channels of the water-filling, we found that water disaster is mainly caused by goaf water, fault water, aquifer, poor sealing boreholes, and surrounding small mines. Therefore, we proposed corresponding water control measures, which could provide certain guarantee for safe production in mines.

factors of water-filling in mines; water disaster control

TD745

A

（編輯:楊 鵬)