礦井水文地質類型劃分及防治范文

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【摘要】

本文依據《煤礦防治水規定》，通過分析礦井受采掘破壞影響的含水層性質及補給條件、富水性、礦井及周邊老窯水分布狀況，礦井涌水量、突水量，受水害影響程度，對礦井水文地質類型進行劃分。以內蒙古烏海市海南區路天煤礦為例，簡單分析了礦井水文地質類型劃分的要點，并對煤礦防治水措施提出建議。

【關鍵詞】

礦井；水文地質；防治水措施

一、礦井概況

路天煤礦位于內蒙古自治區烏海市東南45km，處于桌子山煤田公烏素精查區3—17號勘探線之間，行政區劃隸屬烏海市海南區公烏素鎮管轄。礦區內地表大部為第四系風積砂覆蓋，只在局部地區零星出露石炭系上統太原組、二疊系下統山西組地層。主要含煤地層為石炭系上統太原組（C2t）和二疊系下統山西組（P1s）。根據鉆孔揭露及區域地層資料，區地層由老至新有：中奧陶統（O2）；石炭系上統太原組（C2t）；二疊系下統山西組（P1s）；第四系（Q）。井田位于桌子山煤田南部，西來峰逆斷層以西拉僧仲廟背斜向南傾沒部分，次一級的褶曲為礦區基本構造形態，斷層也比較發育，主要構造線方向為北北東向。區內無火成巖活動，根據地質勘探及礦區揭露的資料，現將本區的主要構造分述如下：（1）褶曲公烏素背斜:位于礦區中部，走向北北東向，自南向北傾沒，礦區出露3公里。西翼傾角10°～15°，東翼傾角15°～18°，其軸部煤層賦存較淺，有利于露天開采。公烏素向斜:位于公烏素背斜之東與其相鄰，向斜軸北北東向，全長6.5公里，東翼被公烏素逆斷層所破壞，西翼傾角15°～18°，開闊平緩適于露天開采。S3向斜:位于礦區南部，全長2.2公里，西翼傾角4°～9°，東翼傾角5°～10°。（2）斷層井田斷層發育，按其走向分為兩類，一類是北北東向，多為逆斷層，落差較大，另一類為北東向或東西向，多為正斷層，傾角比較大，但落差不大本區構造以舒緩的背向斜為主體，伴有近南北向的逆斷層和東西向的正斷層，斷層數量雖多但不密集，故本區構造復雜程度為中等類型。目前主采16#煤層，厚度為平均7.96m，煤層傾角為7~16°，采用綜采放頂煤開采，采2.63m，其余為放頂煤。在礦井內16#煤層埋深基本在200m以內，開采形成的塌陷區采用填埋。

二、礦井水文地質類型劃分

（一）區域水文地質概況桌子山煤田北起千里山之北部，南至雀兒溝以南。南北長近100公里，東西寬約5—25km，總面積約300km2。煤田東西兩側之桌子山、崗德爾山呈南北向延伸，構成中高山地。煤田內地形以寬谷洼地為主，其間山丘起伏，階地發育。其總體地形呈東高西低之勢，溝谷發育。受地形影響，水流由東向西注入黃河。各溝谷均為季節性逕流，平時干涸無水，雨季山洪暴發，可形成洪流，歷時短，雨后數小時即近于干涸。黃河距本區約12km，為煤田附近的唯一地表水體，水位標高平均1065m，比煤田標高低100m左右。煤田與黃河之間賦存著巨厚的隔水巖層，因此，黃河與煤田無直接水力聯系。

（二）含水層依據1989年《內蒙古自治區伊克昭盟桌子山煤田公烏素礦區精查地質報告》水文地質資料，本區的含水層條件如下：（1）松散巖層孔隙潛水含水巖組第四系（Q）:巖性為風積砂、黃土狀亞沙土，殘坡積和人工堆積物，一般呈零星分布。沖積洪積層以粒度不勻之砂礫石為主，分布與間歇河谷內，厚度1.00～10.00m，q=0.438～1.44L/s•m，中等富水~強富水。（2）堅硬巖類孔隙裂隙承壓水含水巖組據原報告資料，該含水巖組可分為三個含水帶。第Ⅰ含水帶（P1s2和P1s1上部）：含水層巖性為灰白色砂巖，厚度約60m，含水層厚度38.74m，q=0.00865L/s•m，弱富水。第Ⅱ含水帶（C2t2～C2t1上部）：厚度70m。含水的砂巖和石灰巖厚31.04m。q=0.0369L/s•m，K=0.138m/d，弱富水。第Ⅲ含水帶（C2t1下部和C2b上部）：巖性為砂巖、泥巖和17、18號煤組成，厚度30米。q=0.0110～0.0304L/s•m，K=0.0753～1.67m/d，弱富水。煤系地層下部有巨厚的C2本溪組地層，巖性為黑色泥巖，厚度180m，是良好的隔水層，其下為陶系含水層。奧陶系的蘇勒泰組地層（O13）和桌子山組(O12)的巖溶裂隙水為礦區的主要供水水源。根據寧夏回族自治區水文地質隊1966年提交的《桌子山煤田公烏素精查區反封區供水水源勘察報告》中的結論奧陶系灰巖富水性強。

（三）隔水層礦區內隔水層可以分為兩類：煤系內部的泥質隔水巖層；煤系下部的本溪組隔水層。（1）煤系內部的泥質隔水巖層第Ⅰ隔水層（P1s1底部）：為9號煤和其泥質夾石組成，一般厚3.83m，隔水性能較好。第Ⅱ隔水層（C2t1中部），為16號煤及其泥質夾矸組成。全區發育穩定，隔水。（2）本溪組隔水層煤系地層下部有巨厚的C2本溪組地層，巖性為黑色泥巖，厚度180m，是良好的隔水層，其下為陶系含水層。

（四）礦井充水因素分析1.突水水源目前，礦井涌水水源主要由兩個來源：一是頂板堅硬巖類孔隙裂隙承壓水含水巖組、二是小窯和老空積水。頂板涌水通道為采礦形成的頂板導水裂隙帶，礦井揭露的斷層等也可形成導水通道。區內無地表水體，礦井可能的突水水源為松散巖層孔隙潛水、煤系地層頂部的孔隙裂隙承壓水、煤層底部的奧灰水老空水。這些突水按照含水層的位置和開采煤層的關系，分為頂板突水、底板突水。（1）頂板水目前國內對于一次采全高的裂隙帶計算公式形成統一認識，但是對于綜采綜放還沒有一個統一的認識。根據我國其他地區的實測資料綜合考慮采用裂采比值12計算露天礦16#煤頂板冒裂帶發育高度。礦井主采16#煤層，煤層頂板巖層的抗壓中等強度，選擇裂采比12來計算16#煤開采后頂板冒裂帶發育高度。（2）底板水煤系地層底部唯一的含水層，也是礦井范圍內部唯一的強含水層—奧灰含水層，由于資料不足，沒有準確的數據，但是根據周圍礦井資料及前期工作可知。煤系底部本溪組的泥質巖隔水層，厚度在180左右，是隔水性能良好的隔水層。奧灰水標高按照+1195m計算（假設奧陶系裂隙水和溶洞水水頭高度與礦區地面持平），礦井開采最低標高為+1024m，隔水層厚度為180m，那么隔水層底板承受的水壓為3.55MPa，突水系數最大為0.0197MPa/m。按照《煤礦防治水規定》，本礦的突水系數遠遠小于正常區域的0.1MPa/m，也小于構造發育地段的0.06MPa/m。可知底板受采動影響，導致突水可能性較小。2.突水通道頂板采動裂隙：開采形成的導水裂隙帶發育高度為102m，導通了16#煤層上部的山西組和太原組砂巖裂隙含水層，也有可能導通上部煤層開采后形成的采空區。封閉不良鉆孔：礦井在初勘、詳勘的各個階段，布置了不少鉆孔，由于時間過久，封閉資料不全，這些鉆孔也有可能封閉不良，形成導水通道。導水斷層及構造：全區26個鉆孔穿過不同的正、逆斷層，破碎帶厚度1.77～79.51m。簡易水文觀測未見異常，水位變化趨勢均和所在孔之正常層位一致，普遍是隨著孔的加深而逐漸下降。消耗量一般值是0.01～0.12m3/h，沒任何涌水跡象。三個孔抽水試驗得q=0.00977～0.0290L/s•m，K=0.0445～0.0205m/d。由上述資料來看，鉆孔已見的斷層帶導水性并不強，其富水性及裂隙發育程度應屬較好。目前礦井主采的1602和1603、1604由公烏素逆斷層（F公逆）分開，目前公烏素逆斷層的位置控制不強，礦井布置40米寬的隔水煤柱。可以由于斷層位置不清，所以留設煤柱的作用不大。公烏無素逆斷層最大斷距有120m，斷層的基本條件不清，可能形成奧灰突水。礦井潛在的突水災害水源為老空水和奧灰水，可能的突水通道為開采裂隙、封閉不良鉆孔、導水構造。

（五）老空水現狀四采區上部有神海公司五號及神海公司七號井，南部有神海公司六號井，北部有神海四號井，目前均已關閉，各小井原開采方式為房柱式開采，采空區有積水隱患，積水巷內水量不詳，各煤礦礦界范圍劃分清楚，不存在邊界糾紛。本礦井的二采區、1601工作面均采空，煤層底板標高均高于1604工作面，也可對1604工作面形成威脅。礦井對于老空含水體的邊界清楚，但是對其的富水性不清，且在探放的過程中，多數鉆孔無水。

（六）對礦井開采受水害影響程度目前在開采的過程中，主要的防治水工作有地面防排水、井下建立排水系統、建立探放水隊伍、留設防水煤柱等基礎性防治水工作。礦井涌水量主要來自頂板水，礦井涌水量較小。主要水害—老空水主要采用鉆孔或是泄水巷和鉆探相結合的方式進行疏放。礦井開采安全受老空水水害威脅，但是對于老空水而言目前采用疏放的治理方式結合及時觀測，可以避免水害威脅。

（七）水文地質類型劃分綜上所述，16#煤層采掘影響到的頂板主要含水層有堅硬巖第Ⅰ含水帶層和第Ⅱ含水帶，第Ⅰ含水帶（P1s2和P1s1上部）：含水層巖性為灰白色砂巖，含水層厚度38.74m，q=0.00865L/s•m<0.1L/s•m，第Ⅱ含水帶（C2t2～C2t1上部），含水的砂巖和石灰巖厚31.04m。q=0.0369L/s•m<0.1L/s•m。由于公烏素逆斷層基本條件不清，16#煤層開采時布置的1603工作面橫穿該斷層，可能形成奧灰突水。奧灰含水層的水文地質賦存條件也沒有準確資料，水文地質條件不清，根據六十年代資料“奧灰富水性強”，的結論，受采掘影響的含水層的補給量不清，含水層性質及補給條件屬于復雜，單位涌水量分類屬復雜。礦井內部及周邊存在老窯，采空區有積水隱患，積水巷內水量不詳。本礦井的二采區、1601工作面均采空，煤層底板標高均高于1604工作面，也可對1604工作面形成威脅。礦井對于老空含水體的邊界清楚，但是對其的富水性不清。按按照礦井防治水規定的分類，本礦井水文地質類型屬于復雜。

三、礦井防治水措施

（一）條件探查及措施（1）對于斷層發育空間分布位置的探查。地面三維地震勘探：由于區內的公烏素逆斷層發育條件不清，1603工作面開采時勢必面臨斷層影響。（2）對于導水構造、老空區的探查。地面瞬變電磁：瞬變電磁法屬于電磁感應類探測法，該方法通過觀測和研究二次場的空間特性，推測地質目標的幾何和物理特征。由于該方法對低阻體異常敏感，因此能較好地確定與低阻異常有關的地質問題。（3）井下防治措施。對于物探方法測出的富水區段，按照規范要求留設防水煤柱。井下巷道掘進靠近該斷層時，應采取以下幾個技術措施：A、直流電法超前探，探測掘進頭前方80m有無低阻異常；B、對探測出的異常體進行鉆探探放水（對于在井下異常區的鉆探在對老空積水探放中進行說明）；C、若探放水時水量、水壓大，長時間難以疏干，則有導通奧灰水的可能，在查明充水水源的基礎上，建議注漿封堵；D、合理留設斷層防水煤柱。在計算煤柱留設寬度時，注意應從斷層邊界算起，而不能以斷層中心為計算起點。

（二）老空水探放，封閉不良鉆孔老空水的探查應遵循“有疑必探、物探先行、鉆探驗證”的方針。物探方法主要以直流電法為主，探測16#煤頂板太老空水的富水區分布范圍。富水區探明后，利用鉆探進行探放。老空水是礦井防治水工作的重要內容。本礦鉆探技術、設備較弱，無法滿足16#煤生產要求。因此，建議礦井增加鉆探設備，招聘、培養鉆探技術人員，建立專業探放水隊伍。在探放的過程中，需編制探放水設計。

（三）對防水煤柱留設進行專門設計、探測防水煤柱的留設沒有專門的設計，留設的尺寸過于籠統。且防水煤柱的位置，大小需進行巡查，不得開采。主要采用留設合理的、安全的防水煤柱，需進行專門的設計。

（四）管理措施完善防治水制度、機構，加強防治水專業培訓，建立、完善防治水技術資料，建立水害應急預案及配備搶險救災設備。

作者： 陳強 孟海東 單位：內蒙古科技大學礦業研究院