煤業(yè)煤層底板奧灰突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

呂洪招

摘 要：煤業(yè)奧灰（O2f）含水層巖溶裂隙較為發(fā)育，加之區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜。為解決煤層底板奧灰突水的評(píng)價(jià)難題，在分析礦井地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用突水系數(shù)法和基于GIS的AHP型脆弱性指數(shù)法對(duì)煤層底板突水危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并將兩種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，得出最終評(píng)價(jià)結(jié)果。研究成果可為紫金煤業(yè)礦井防治水工作提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：煤層底板突水;突水系數(shù)法;脆弱性指數(shù)法

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，煤炭資源的獲取逐步轉(zhuǎn)向深層，使得煤炭開采的水文地質(zhì)條件復(fù)雜化，礦井突水類型增多，成因機(jī)制及其防治也漸趨復(fù)雜。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤層底板突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)問題進(jìn)行了大量的研究，其中應(yīng)用較為廣泛的是突水系數(shù)法。20世紀(jì)70年代，煤炭科學(xué)研究院西安分院借鑒匈牙利經(jīng)驗(yàn)，考慮礦壓對(duì)底板破壞作用，對(duì)突水系數(shù)進(jìn)行了修正。武強(qiáng)等針對(duì)煤層底板突水問題提出了5類新型實(shí)用方法，在不同程度上對(duì)該問題進(jìn)行了定量分析。

一、礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

山西汾西紫金煤業(yè)位于霍西煤田靈石礦區(qū)與霍州礦區(qū)的交界處，井田面積29.3km2，生產(chǎn)規(guī)模90萬t/a。井田處于郭莊泉巖溶水系統(tǒng)徑流區(qū)，縱觀井田地形，總體地勢(shì)北高南低、東高西低，海拔標(biāo)高814～1220.5m;地貌形態(tài)為典型的構(gòu)造-剝蝕成因的低山丘陵地形。區(qū)內(nèi)河流主要有汾河、仁義河及季節(jié)性左溝河和陶村河等溝谷水系，屬黃河流域汾河水系。

紫金煤業(yè)井田為典型的華北型煤田，主要地層包括（由老至新）：奧陶系中統(tǒng)下馬家溝組、上馬家溝組、峰峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組及上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組，二疊系上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組，上第三系上新統(tǒng)、第四系中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。主要可采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組的2#煤層和石炭系上統(tǒng)太原組的11號(hào)煤層。井田處于靈石隆起以南，霍山斷裂帶之西，受其控制本區(qū)總體構(gòu)造為一走向北東傾向北西的單斜構(gòu)造，在此基礎(chǔ)上又發(fā)育一系列的次一級(jí)的北東向褶曲、斷裂構(gòu)造，使本區(qū)地層產(chǎn)狀發(fā)生較大變化，傾角一般10～15°，最大35°。目前，共查明4條大的褶曲（S1、S2、S3、S4）構(gòu)造，8條落差大于30m的正斷層，9條落差小于30m的正斷層，4個(gè)陷落柱。本區(qū)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖活動(dòng)。

根據(jù)含水層的巖性組合、富水性以及含水特點(diǎn)，井田內(nèi)主要含水層包括：松散巖類孔隙水含水層、碎屑巖類裂隙含水層、碎屑巖夾碳酸鹽巖類巖溶裂隙水含水層和碳酸鹽巖類巖溶裂隙水含水層。其中，奧灰（O2f）含水層巖溶裂隙較為發(fā)育，富水性好，由于構(gòu)造條件對(duì)奧灰（O2f）巖溶水含水層的富水性及運(yùn)動(dòng)條件的控制作用，使得其富水性具有很強(qiáng)的不均一性，是構(gòu)成煤層底板突水的主要威脅，尤其是對(duì)下組煤的開采。

二、關(guān)于煤礦奧灰水帶壓開采水害探查技術(shù)的分析

當(dāng)前，有關(guān)煤礦奧灰水帶壓開采水害探查有多種技術(shù)手段，其中井下放水試驗(yàn)是使用較為普遍的一種技術(shù)手段。采用這種技術(shù)手段，可對(duì)煤礦水文地質(zhì)進(jìn)行一次極為有效的勘探，可有效勘探出基建、采準(zhǔn)階段礦井的水文地質(zhì)狀況。在運(yùn)用這種技術(shù)手段進(jìn)行水害勘查過程中，通過放水試驗(yàn)，可有效查清煤礦開采區(qū)有關(guān)地下水的補(bǔ)給來源、地下水的補(bǔ)給通道以及其補(bǔ)給量大小，從而可進(jìn)一步對(duì)地下水的補(bǔ)給條件及控制因素進(jìn)行了解，在此基礎(chǔ)上再制定出諸如注漿堵水、疏放水降壓、留設(shè)防水巖柱等礦井防水治水對(duì)策。由此可見，對(duì)于那些較為復(fù)雜的水文地質(zhì)類型、不清楚的水文地質(zhì)條件或者極為復(fù)雜的礦井，實(shí)施井下放水試驗(yàn)這項(xiàng)技術(shù)手段，可有效探查探清有關(guān)煤礦奧灰水帶壓開采的水害狀況。在實(shí)際生產(chǎn)中，為有效解決好礦井地下水的有關(guān)補(bǔ)給通道這個(gè)問題，可把以環(huán)境同位素技術(shù)和水化學(xué)分析為主線的示蹤試驗(yàn)跟放水試驗(yàn)同步實(shí)施，可獲得更好的煤礦奧灰水害探查效果。事實(shí)表明，有關(guān)井下放水試驗(yàn)這種水害探查手段，不僅直觀、實(shí)用，而且具有所投入成本不高及可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)，因而在那些地質(zhì)水文條件較為復(fù)雜的礦區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。

三、關(guān)于煤礦奧灰水帶壓開采水害防治技術(shù)措施的探討

（一）運(yùn)用地面三維地震和電法勘探等多種物探手段來指導(dǎo)礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)

當(dāng)前，地面物探這種奧灰水綜合防治技術(shù)可覆蓋礦井超過一半以上的范圍。在實(shí)際生產(chǎn)中，運(yùn)用三維地震勘探這種物探方法，再結(jié)合礦區(qū)周圍相關(guān)水文地質(zhì)資料分析，可有效了解礦區(qū)地下是否存在著斷層以及斷層的相關(guān)發(fā)育狀況。例如，采用地震三維勘探對(duì)某煤礦區(qū)進(jìn)行物探，發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)地下存在著一系列表現(xiàn)為“下小上大、下斷上未斷”這種分布規(guī)律;而且此地下斷層錯(cuò)斷范圍內(nèi)具有膠結(jié)程度較佳的填充物，故可推斷出其隔水性比較好;但此斷層的存在已把煤層底板的完整性破環(huán)掉，且其形成過程中的不穩(wěn)定性也出現(xiàn)了因充填物在致密性和膠結(jié)性的差異而存在著隔水性能的不同;為此，此礦區(qū)再運(yùn)用地面電法對(duì)其區(qū)域內(nèi)地層的富水性實(shí)施勘查，一旦勘查出某斷層附近存在著富水區(qū)，則把此區(qū)域作為奧灰水害的重點(diǎn)防治區(qū)域來管理。事實(shí)表明，運(yùn)用地面三維地震和電法勘探等多種物探手段來指導(dǎo)礦區(qū)生產(chǎn)活動(dòng)，可對(duì)奧灰水達(dá)到綜合防治效果，從而大大保障了煤礦區(qū)的安全生產(chǎn)。

（二）強(qiáng)化礦區(qū)地下水質(zhì)的分析。相關(guān)資料表明，鈣離子濃度異常于砂巖裂隙水，這是奧灰水所具有的一個(gè)水質(zhì)特征

因而在開展煤礦區(qū)開采與生產(chǎn)過程中，一定要把有關(guān)煤礦區(qū)地下水水樣采集和水樣分析制度建立起來，并在實(shí)際生產(chǎn)中不斷加以完善。不管是在鉆孔施工，還是進(jìn)行井下巷道挖掘，只要遇到異常出水，都應(yīng)予以水樣的及時(shí)收集并在第一時(shí)間送到相關(guān)部門進(jìn)行檢驗(yàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中一定要做到這一點(diǎn)，在對(duì)所收集水樣的水質(zhì)以及水源來自地尚未查明之前，有關(guān)該礦區(qū)內(nèi)的所有采掘活動(dòng)必須全部停工。

（三）實(shí)施煤礦區(qū)透明地質(zhì)平臺(tái)的建設(shè)

在對(duì)有關(guān)煤礦區(qū)奧灰水監(jiān)測(cè)體系以及礦區(qū)礦井排水系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步完善基礎(chǔ)上，根據(jù)煤礦區(qū)礦井及附近通過地面物探所得到的地質(zhì)水文資料，來不斷完善和更新煤礦區(qū)礦井透明地質(zhì)平臺(tái)的一系列相關(guān)資料。在實(shí)際生產(chǎn)中，可從以下這些方面來綜合集成，并構(gòu)建煤礦區(qū)礦井透明地質(zhì)平臺(tái)：第一，從煤層賦存量變化特點(diǎn);第二，從煤層頂?shù)装鍘r性特征;第三，從巖層所存在的斷層及陷落柱參數(shù)特征;第四，從礦井及其附件區(qū)域內(nèi)地質(zhì)鉆孔分布和封孔質(zhì)量狀況;第五，從礦井內(nèi)深水水源井分布狀況;第六，從煤層頂?shù)装甯凰惓顩r并根據(jù)地應(yīng)力分布情況。實(shí)踐表明，從上述這些方面來綜合集成并構(gòu)建起的礦井透明地質(zhì)平臺(tái)，可準(zhǔn)確反映出煤礦所在地的水文地質(zhì)狀況及異常變化。對(duì)于那些基于此透明地質(zhì)平臺(tái)所探查出的那些地質(zhì)異常區(qū)或疑似水文地質(zhì)異常區(qū)，在地下采掘活動(dòng)將靠近時(shí)，可予以及時(shí)報(bào)警，并采取相應(yīng)防治技術(shù)措施加以應(yīng)對(duì)。從而可有效避免煤礦奧灰水帶壓開采水害的發(fā)生。

四、結(jié)語

總之，隨著礦井開采深部的不斷加大，其地質(zhì)水文條件也越來越復(fù)雜，有關(guān)煤礦奧灰水帶壓開采水害的防治難度也在不斷加大，對(duì)礦區(qū)地下施工人員的安全威脅也越來越大。因此，在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，加大力度做好煤礦奧灰水帶壓開采水害的探查，在此基礎(chǔ)上再制定出相應(yīng)的防治技術(shù)措施，這對(duì)于煤礦開采區(qū)的安全生產(chǎn)保障以及我國(guó)和諧社會(huì)構(gòu)建的快速推進(jìn)，均具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李元品.告成煤礦奧灰水害及綜合防治技術(shù)[J].煤礦安全，2014.08.

[2]王軍.礦山防治水技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].2011.12.

[3]楊忠.煤礦井下奧灰水害探查定向鉆進(jìn)裝備選配及工藝研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2017.06.