某礦水害防治管控措施研究

（中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司宋新莊煤礦，寧夏 銀川 750000）

1 自然地理

（1）地形地貌。井田地形地貌以緩坡丘陵、洼地地貌為主，局部形成較為平坦草原地、林地；區(qū)內(nèi)無基巖出露，基巖被第四系黃土或沙丘所覆蓋；地勢東高西低，南高北低的趨勢；地形相對較為平坦，地面起伏不大。

（2）氣候特征。井田地處西北內(nèi)陸，為典型的半干旱半沙漠大陸性氣候。根據(jù)靈武市氣象站氣象資料，井田所在地降水多集中在7、8、9三個月，年最小降水量為116.9mm，年最大降水量為322.4mm。

2 礦井水文地質(zhì)條件

（1）地表水體。井田區(qū)域?qū)冱S河水系，因地勢平坦、干旱少雨，無常年地表河流。井田中西部堿池子南端、南部陳家梁堿灘北段等地勢低洼區(qū)有季節(jié)性水流，其流量受季節(jié)性影響變化較大。礦鹽環(huán)定揚黃干渠，自西而東穿越井田，平時無水，在農(nóng)耕時期供水。另外井田范圍內(nèi)還建設(shè)有礦井儲水池、濃鹽水蒸發(fā)池和中水池，水池子總?cè)萘繛?4.97萬立方米。除此之外，礦井還有零星分布的居民取水水井，水井深度一般不超過10m。

（2）含水層及隔水層。井田礦系地層為侏羅系中統(tǒng)延安組地層，其上分別是侏羅系直羅組和古近系、第四系地層。按照巖性組合特征及地下水水力性質(zhì)、埋藏條件等，井田地層劃分為6個主要含水層和相對應(yīng)的隔水層。①含水層。第四系地層松散、孔隙發(fā)育，劃分為第四系空隙潛水含水層，含水層上段以風(fēng)積沙及沙土層為主，導(dǎo)水性較強(qiáng)，一般不含水，含水層下段主要為孔隙潛水層，巖性以亞沙土、亞粘土為主。其它含水層巖性主要為中粗粒砂巖，巖層中裂隙、空隙發(fā)育，巖層導(dǎo)水性和滲透性相對較好，自上而下劃分為5個含水層。②隔水層。礦區(qū)隔水層巖性多為泥巖、粉砂巖與細(xì)砂巖互層。井田礦系地層各旋回上部多由粉砂巖、泥巖或砂泥巖互層組成，巖性致密，和礦層本身形成良好的隔水層，隔水層以低阻、高密度的粉砂巖、泥巖為主。

（3）地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件分析。礦區(qū)地下水補(bǔ)給來源，主要是以大氣降水為主。其次是含水層之間的越流補(bǔ)給。據(jù)附近礦區(qū)礦井涌水量調(diào)查得知，礦坑涌水量和大氣降水的延續(xù)時間、性質(zhì)及數(shù)量無明顯相關(guān)，說明基巖承壓水含水層補(bǔ)給主要通過含水層之間越流及構(gòu)造破碎帶補(bǔ)給，大部分基巖含水層徑流條件較差，承壓水補(bǔ)給微弱，水力坡度小，徑流極為緩慢。

（4）井下涌（突）水點。根據(jù)宋新莊礦在建設(shè)期間井下涌（突）水點的資料有，2013年1月回風(fēng)斜井施工至+950水平時工作面底板曾發(fā)生過一次集中小型突水，水源為侏羅系中統(tǒng)延安組砂巖裂隙～孔隙承壓含水層水，突水時涌水量為35m3/h，至2020年1月出水點涌水量穩(wěn)定至12m3/h。

3 礦井充水情況分析

宋新莊礦目前礦井涌水量來源主要為各井筒及井底車場水，表現(xiàn)形式多為淋水、涌水。根據(jù)對礦井2011年～2019年礦井涌水量資料統(tǒng)計分析有，2011年至2014年12月礦井涌水量從18.8 m3/h逐步增大到59.2m3/h，由于停工建設(shè)的影響，礦井涌水量又從2014年12月至2019年底逐步降到35.4m3/h,2020年礦井由于復(fù)工建設(shè)，礦井涌水量又逐步增加，至目前達(dá)到40m3/h。含水層水沿巖層中的導(dǎo)水裂隙滲入采空區(qū)內(nèi)形成老空水，老空水可沿巖層中裂隙導(dǎo)入或沿巖層面滲入，形成礦井涌水。同時礦井巷施工，破壞了圍巖的完整性，承壓含水層水可通過圍巖隔水薄弱區(qū)域涌出，也可通過裂隙、支護(hù)錨眼對巷道淋水，形成礦井的涌水量。

4 礦井水害形式及影響分析

（1）大氣降水水害分析。礦井涌水量未隨降雨量的增減而出現(xiàn)波動，即礦井涌水量與降雨量關(guān)系不大，對井田地下水影響較小。但在強(qiáng)降雨或暴雨天氣時，井筒井口區(qū)域存在降水倒灌入井下的風(fēng)險，礦井儲水池存在水位超過安全水位線時導(dǎo)致壩體潰壩風(fēng)險。

（2）地表水水害分析。礦井地表水體主要有鹽環(huán)定揚黃干渠水、礦井水池水和井泉水。干渠和水池都經(jīng)過防滲和硬化處理，基本不會滲透到地下，對井田地下水和礦井生產(chǎn)影響較小。井田區(qū)域內(nèi)井、泉主要分布在村莊附近，深度一般不超過10m，主要對第四系潛水含水層有一定影響，但由于深度和水量都有限，且下伏巖層隔水性較好，距離回采冒落裂隙帶較遠(yuǎn)，對礦井生產(chǎn)影響較小。

（3）含水層水水害分析。含水層水廣泛分布于整個井田。含水層水對礦井的影響最常見的就是通過頂板砂巖空隙裂隙產(chǎn)生淋、滴水，有時也通過錨桿孔、錨索孔導(dǎo)通含水層流入工作面，這種影響是始終存在。根據(jù)井田水文鉆孔資料分析，各含水層鉆孔單位涌水量均小于0.1L/s.m，含水層富水性弱，滲透性差，在地層中構(gòu)造裂隙等不發(fā)育的情況下，對礦井充水影響可控。但是含水層中一旦有構(gòu)造裂隙發(fā)育，含水層的導(dǎo)水性就會增強(qiáng)，施工靠近時就易引發(fā)突水事故，這是礦井生產(chǎn)過程中要重點關(guān)注的方面。回風(fēng)斜井+950水平突水導(dǎo)致井筒被淹，就是因為施工地段附近區(qū)域的中粗粒砂巖因為構(gòu)造裂隙區(qū)域成為了導(dǎo)水性較好的富含水區(qū)域，施工到附近時，由于隔水層的承壓能力小于含水層的水頭壓力時就發(fā)生了突水。

（4）斷層水水害分析。根據(jù)勘探鉆進(jìn)過程中簡易水文觀測記錄，斷層附近的鉆孔施工中有漏水現(xiàn)象，表現(xiàn)為正斷層巖性較為破碎，漏水較嚴(yán)重，說明斷層有導(dǎo)水的可能；逆斷層段漏水不明顯，在巖性特別破碎時，才有漏孔現(xiàn)象，呈現(xiàn)出阻水構(gòu)造；如果斷層導(dǎo)水，更有貫通其間各含水層的可能，甚至成為發(fā)生突水的地段，礦山開采時應(yīng)予特別重視。

（5）鉆孔水水害分析。宋新莊不存在封閉不良鉆孔，但在整個勘探過程中產(chǎn)生了三個事故鉆孔，部分鉆具留在了孔內(nèi)，這可能影響封孔質(zhì)量，鉆孔可能有積水或?qū)ê畬?，對礦井生產(chǎn)存在一定的水害威脅。

（6）風(fēng)氧化帶水水害分析。風(fēng)氧化帶水主要為風(fēng)化殼裂隙充水，主要分布于井田東南部，被第四系、古近系沉積層所覆蓋。風(fēng)化殼裂隙含水層含水性受巖性影響明顯，當(dāng)巖性為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖時，這些巖層風(fēng)化后趨于粘土化，其塑性顯著增大，巖層裂隙度和滲透性減弱，浸水后易迅速崩解和泥化，在巖石自重應(yīng)力作用下原有的構(gòu)造裂隙被壓實彌合，具有一定的隔水性；當(dāng)巖性為中、粗粒砂巖等硬脆性巖石時，裂隙常常呈層狀分布，巖石抗壓強(qiáng)度減弱，導(dǎo)水性增強(qiáng)，成為富水性較強(qiáng)的地段，通過各種裂隙通道進(jìn)入地下，補(bǔ)給深部含水層，對礦井開采有一定影響。

（7）老空水水害分析。通過計算，礦井各主要可采礦層冒落帶最大高度一般為3.24m～9.68m，均小于上覆基巖厚或礦層間距。而導(dǎo)水裂隙帶情況為，1號礦層開采后形成的導(dǎo)水裂隙帶最大高度26.93m～32.55m，與直羅組含水層可能勾通，而直落組底部分布有一層較厚的中粗粒砂巖叫“七里鎮(zhèn)砂巖”，富水性在整個井田中是最強(qiáng)的，裂隙帶一旦溝通了該含水層，成為老空水的直接充水水源，老空水的防治就變得更得相對復(fù)雜和困難。其他各含水層，冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶高度均小于主要可采礦層間距，各主要可采礦層之間不會貫通，含水層之間水力聯(lián)系較弱，相鄰含水層只能作為間接充水水源，對開采區(qū)域影響有限。

綜上所述，宋新莊礦存在的各種水害形式中，對礦井影響較大有以下5種情況：一是大氣降水倒灌入井下；二是水池潰壩；三是含水層突水；四是斷層水突水；五是老空水突水。其他水害形式對礦井影響較小，防治工作相對簡單。下面針對礦井的主要水害風(fēng)險分別提出防治措施。

5 水害防治管控措施

（1）降水倒灌入井下的管控措施。可能倒灌入井下的大氣降水是強(qiáng)降雨或暴雨，主要發(fā)生在汛期。其重點防治管控措施有：一是建立礦井災(zāi)害性天氣預(yù)防、預(yù)警機(jī)制，對強(qiáng)降雨天氣及時預(yù)警，以便提前做好防止降雨時倒灌入井下的各項應(yīng)急搶險準(zhǔn)備工作；二是加強(qiáng)強(qiáng)降雨前、中、后的井口周圍區(qū)域積水水位觀測，必要時在井口處碼放應(yīng)急沙袋，提高井口擋水位置標(biāo)高；三是完善礦井“三防”應(yīng)急救援體系，備好“三防”應(yīng)急物資等，提升礦井抗災(zāi)救災(zāi)能力。

（2）水池潰壩防治管控措施。大氣降水水位升高超過水池壩體安全水位線可能導(dǎo)致潰壩，管理不善壩體損壞可能導(dǎo)致水池潰壩。其重點防治管控措施有：一是加強(qiáng)對水池水位、壩體等情況進(jìn)行經(jīng)常性檢查，發(fā)現(xiàn)壩體有裂隙、空洞時及時修理完好；其二是加強(qiáng)降雨中、后期的水池水位、壩體情況等的觀測，發(fā)現(xiàn)問題時及時處理，出現(xiàn)緊急情況時要做好撤人準(zhǔn)備。

（3）含水層水突水防治管控措施。礦井含水層富水性弱，如果構(gòu)造裂隙等發(fā)育，就會改變含水層性質(zhì)引發(fā)突水。其重點防治管控措施有：一是做好好水害預(yù)測預(yù)報工作，根據(jù)已有水文地質(zhì)資料，采用合適的水害預(yù)測評價方法，做出水害預(yù)測分區(qū)；二是做好工作面水害探測工作，根據(jù)水害預(yù)測分區(qū)對重點區(qū)域采用地面瞬變電磁法、井下瞬變電磁法和直流電法等物探方法，查出工作面前方、頂?shù)装宓母凰惓^(qū)域，然后根據(jù)物探成果對富水異常區(qū)域編制專門探放水設(shè)計，查清或排除工作面水害情況；三是選擇合理的水害治理措施，根據(jù)工作面存在的具體水害，制定有針對性的水害治理綜合措施，直到消除水害隱患；四是加強(qiáng)水害效果評價，水害通過治理過后，是否達(dá)到了預(yù)期效果，需選擇合理的評價方法，消除水患后方可繼續(xù)施工。

（4）斷層水突水的防治管控措施。礦井正斷層水的導(dǎo)水性好，易引發(fā)突水。其重點防治管控措施有：一是開展好地質(zhì)和水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，準(zhǔn)確預(yù)報斷層位置、性質(zhì)、產(chǎn)狀和導(dǎo)水性等；二是對斷層開展探測，施工到斷層附近區(qū)域，要提前編制探測斷層的設(shè)計對于斷層進(jìn)行探測，鉆孔數(shù)量、深度、終孔位置的橫向、縱向距離都要合理，查清斷層的分布和含水等情況；三是采取合理的治理措施，探測查明斷層情況后，根據(jù)實際情況制定合理的過斷層措施，必要時還應(yīng)先治理。

（5）老空水突水的防治管控措施。老空水是礦井生產(chǎn)后產(chǎn)生的重點水害，其重點防治管控措施有：一是查清老空水分布，老空區(qū)域要清楚的繪制在采掘工作平面圖等圖件上，老空水量、水位和水壓要標(biāo)準(zhǔn)清楚；二是對老空水進(jìn)行疏放水，編制老空水疏放設(shè)計，在合適地點施工疏放水鉆孔，疏干老空積水。

6 結(jié)束語

宋新莊礦存在的較大風(fēng)險的水害形式和防治重點管控措施都已分析清楚，礦井只有管控好了這幾種可能產(chǎn)生水災(zāi)事故的水害形式，就一定能做好整個礦井的防治水工作，確保礦井防治水安全。