防治水分區(qū)劃分在麥地掌煤礦的應用

李文文

(太原市梗陽實業(yè)集團有限公司麥地掌煤礦)

山西地區(qū)大部分煤礦較全國其他地區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，這使得一些人在認識上普遍存在著誤區(qū)，認為所在煤礦煤層賦存條件相對簡單，礦井水害類型簡單，不受老空水害威脅，形成了慣性認識、麻痹僥幸心理，這是近年來山西煤礦水害事故不斷發(fā)生的重要原因。麥地掌煤礦自2017年以來，高度重視防治水工作，實施防治水分區(qū)管理，根據(jù)水文地質(zhì)條件勘探程度區(qū)別對待，防治水工作取得顯著成效，杜絕了水害事故的發(fā)生。

1　礦井概況

麥地掌井田位于山西省清徐縣馬峪鄉(xiāng)麥地掌村及古交市邢家社鄉(xiāng)陳家社村一帶，向南10 km處為清徐縣城，井田面積16.239 1 km2，井田南北長5.974 km，東西寬6.276 km，批采標高為+1 000.00～+650.00 m，可采煤層有02、2、6、8、9共5層，可采儲量9 403萬t，設計生產(chǎn)能力120萬t/a，服務年限56 a，礦井自2012年9月份破土動工，于2017年9月批準進入聯(lián)合試運轉階段，現(xiàn)正開采2#煤層。

2　井田地質(zhì)及水文地質(zhì)條件簡述

井田總體表現(xiàn)為走向北東、向北西傾斜的單斜構造，受區(qū)域構造影響井田內(nèi)主要發(fā)育有武家崖背斜、張家山向斜、峪道川向斜、童子川向斜、岳家灣背斜及F1、F2、F66斷層等地質(zhì)構造，在此背景上使地層走向又發(fā)育次一級的地層產(chǎn)狀轉折變化，地表地層傾角6°～18°，向下至煤系傾角變緩為2°～11°，勘探階段井田內(nèi)揭露2條較大斷層及2個陷落柱構造，井田陷落柱相對較發(fā)育，井田內(nèi)未見巖漿巖，總之，井田構造復雜程度屬簡單類。

井田內(nèi)地形、植被條件不利于大氣降水入滲,主要對煤礦床充水的含水層富水性弱。井田內(nèi)斷層稀少，陷落柱規(guī)模小，對巖層破壞程度小，含水層之間水力聯(lián)系微弱或無聯(lián)系。井田內(nèi)無廢棄小窯、無老空區(qū)、無封閉不良鉆孔存在，依據(jù)水文地質(zhì)類型劃分標準，井田水文地質(zhì)條件類型劃分為中等類型。

3　防治水分區(qū)劃分

3.1　防治水分區(qū)標準

依據(jù)防治水分區(qū)管理標準對全井田進行劃分，可分為可采區(qū)、緩采區(qū)和禁采區(qū)。

(1)可采區(qū)。即達到水文地質(zhì)條件清楚、水害防治措施到位的區(qū)域。資源整合礦井首先應通過水患補充調(diào)查做到老空積水分布的位置、范圍、積水量清楚。

(2)緩采區(qū)。存在老空積水、承壓水等隱患的煤礦，因資金、技術等原因還未達到水文地質(zhì)條件清楚或水患有效治理的區(qū)域。

(3)禁采區(qū)。經(jīng)安全論證，通過現(xiàn)有技術、裝備等難以達到安全開采的區(qū)域。

麥地掌煤礦未來5 a僅開采2#煤層，此次僅對2#煤層進行全井田防治水分區(qū)管理劃分，并分區(qū)制定針對性的水害防治措施。

3.2　防治水分區(qū)劃分

3.2.1可采區(qū)

將21、22、24及23盤區(qū)局部物探覆蓋的2#煤層區(qū)域劃分為可采區(qū)。

3.2.1.1地質(zhì)構造情況

在2#煤層可采區(qū)內(nèi)巷道共揭露斷層72條，其中落差大于5 m的斷層有4條，1 m左右的斷層較為發(fā)育，共揭露陷落柱53個，陷落柱最大直徑為130 m，最小直徑為10 m，可采區(qū)內(nèi)小斷層及陷落柱較發(fā)育，未見巖漿巖?？傊?，2#煤層可采區(qū)內(nèi)構造復雜程度屬簡單類。

3.2.1.2水文地質(zhì)情況

(1)在可采區(qū)內(nèi)2#煤層上覆二疊系下統(tǒng)山西組及以上砂巖裂隙含水層水，單位涌水量0.008 095 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.028 m/d，q≤0.1，富水性弱，對開采2#煤層影響較小。

(2)在可采區(qū)內(nèi)形成礦井充水的天然通道，主要為斷層及陷落柱。根據(jù)目前資料，井田內(nèi)落差大于5 m的斷層較少，1 m左右的斷層及陷落柱較為發(fā)育，根據(jù)已揭露資料，生產(chǎn)中所揭露的斷層附近裂隙不發(fā)育，陷落柱形態(tài)基本上都為橢圓型，陷落柱內(nèi)巖石雜亂無章，但膠結致密。根據(jù)實際揭露情況，在井下的實際采掘過程中，揭露斷層或陷落柱時均不導水。所以構造水對可采區(qū)內(nèi)2#煤層的采掘活動影響較小。

(3)在可采區(qū)內(nèi)開采2#煤層時最大導水裂縫帶高度為46.06 m，由于該區(qū)煤層埋藏較深，大氣降水及地表水對2#煤層影響較小。

(4)在可采區(qū)內(nèi)不存在礦井及以往采(古)空區(qū)積水。

(5)在可采區(qū)內(nèi)2#煤層下伏太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層水位標高為1 486.07 m，單位涌水量為0.001 628 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.005 149 m/d，q≤0.1，富水性弱，對2#煤層開采影響較小。

(6)奧灰在可采區(qū)內(nèi)處于深埋區(qū)。其單位涌水量為0.002 L/(s·m)，滲透系數(shù)為0.003 65 m/d，含水層富水性弱。2#煤層西部局部屬帶壓開采相對安全區(qū)。最大突水系數(shù)為0.016 MPa/m，突水系數(shù)小于0.06 MPa/m，對2#煤層開采影響較小。

(7)在井田南部小回溝煤礦先期開采地段該礦進行了水文地質(zhì)勘探，該地段無個體小窯采空區(qū)。小回溝煤礦與該井田先期開采地段無越層越界開采現(xiàn)象。

目前，井下巷道在開掘過程中只發(fā)現(xiàn)有較小的淋水、滲水現(xiàn)象。礦井已在井下掘進巷道過程中進行了物探、鉆探工作，經(jīng)水文地質(zhì)調(diào)查，基本查明了水文地質(zhì)情況。

綜上所述，該區(qū)域水文地質(zhì)情況清楚，基本查明了礦井水文地質(zhì)條件，將21、22、24及23盤區(qū)局部物探覆蓋的2#煤層區(qū)域劃分為可采區(qū)，該區(qū)域面積約11 345 288 m2。

3.2.2緩采區(qū)

緩采區(qū)位于井田東南部，與官地煤礦、碾底煤礦相鄰。

2#煤層緩采區(qū)位于井田東南部，該區(qū)域與官地煤礦、碾底煤礦相鄰，地表還未進行鉆孔勘探及物探工作，水文地質(zhì)資料較少，開采煤層厚度、地層產(chǎn)狀變化、礦井地質(zhì)構造、礦井水文地質(zhì)、相鄰礦井是否有越界行為等，還存在一定的不確定性水文地質(zhì)信息，還需進一步進行水文地質(zhì)調(diào)查工作，所以把該區(qū)域劃分為緩采區(qū)。

今后，應對該緩采區(qū)域進行地表鉆孔勘探及地表物探工作，在此基礎上應嚴格按《煤礦防治水規(guī)定》及相關煤礦防治水要求進行井下物探、鉆探設計，并嚴格遵循“物探先行、鉆探驗證、化探跟進”的綜合探測原則，嚴格執(zhí)行“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水十六字方針，嚴格執(zhí)行探掘分離制度，如遇物探異常區(qū)、鉆探出水等征兆時必須采取措施查清水文地質(zhì)條件，確認無水患時，再嚴格落實防治水措施，該緩采區(qū)即可轉為可采區(qū)。

3.2.3禁采區(qū)

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》、《煤礦安全規(guī)程》等相關規(guī)定對煤礦防治水工作的要求，此次3區(qū)劃分將井田礦界煤柱劃分為禁采區(qū)。禁采區(qū)面積共計0.44 km2。

4　分區(qū)防治措施

4.1　可采區(qū)防治措施

礦井必須堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原則，根據(jù)井田的實際情況，采用瞬變電磁法等物探方法進行超前探查，然后根據(jù)物探結果進行必要的探放水工作。生產(chǎn)過程中應對斷層及陷落柱的含、導水性進一步研究，特別對于陷落柱垂向上隔水性能的變化進行必要的探查研究[2]。

其次，生產(chǎn)過程中及時跟蹤收集地質(zhì)及水文地質(zhì)資料，分析預測構造對采掘工作面的影響，對于異常構造帶及時提出合理的處理意見，存在水害隱患時，嚴格按照“有疑必探，先探后掘”的原則進行探放水。工作面回采前后，利用物探、鉆探等手段，查明工作面內(nèi)地質(zhì)構造，對影響生產(chǎn)的各類構造跟蹤觀察，分析研究其延展趨勢，總結工作面及附近區(qū)域主要地質(zhì)規(guī)律，重點加強各工作面的井下水文地質(zhì)觀測工作，還要注意斷層構造、陷落柱構造的觀測、井巷出水點的觀測以及礦井涌水量的觀測，及時分析研究構造帶涌水量變化規(guī)律，為該區(qū)的突水預測、預報積累資料，特別應注意觀測斷裂帶延遲滯后型突水。

4.2　緩采區(qū)防治措施

加強水文地質(zhì)補充勘探。在緩采區(qū)內(nèi)進行采掘活動之前，應在緩采區(qū)內(nèi)進行水文地質(zhì)補充勘探。根據(jù)該區(qū)地質(zhì)情況采用多種地面物探手段，查清緩采區(qū)內(nèi)開采煤層水文地質(zhì)條件。采用三維地震勘探等勘探手段，查清緩采區(qū)內(nèi)落差大于3 m的斷層、直徑大于30 m的陷落柱及褶曲展布形態(tài)。采用地面瞬變電磁勘探+激發(fā)極化法勘探，或地面瞬變電磁勘探+EH4大地電磁法勘探等多種物探相結合的手段，查清緩采區(qū)內(nèi)開采煤層頂板富水異常區(qū)及相鄰礦井是否有越界開采行為，必要時進行地面鉆探驗證。在物探及鉆探成果的基礎上，進一步進行具體防治措施。

在緩采區(qū)內(nèi)進行地表鉆孔勘探，確定開采煤層厚度、地層產(chǎn)狀變化、礦井地質(zhì)構造、礦井水文地質(zhì)、礦井瓦斯、相鄰礦井是否有越界行為等水文地質(zhì)信息。緩采區(qū)除勘查或治理工程外，不得進行任何作業(yè)。

4.3　禁采區(qū)防治措施

禁采區(qū)內(nèi)不得從事任何作業(yè)。

5　結　語

通過對麥地掌煤礦實施防治水分區(qū)管理，詳細分析了分區(qū)的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，提出了針對性、可操作性的水害防治措施，為今后礦井的生產(chǎn)銜接提供了依據(jù)，可正確的指導礦井安全生產(chǎn)。