礦水文地質(zhì)特征及充水因素范文

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摘要：文章結(jié)合水文地質(zhì)特征，分析礦井充水因素對煤礦安全生產(chǎn)至關(guān)重要。分析亞辰礦的充水水源、充水通道，指出礦井的主要水害為地表水、采空積水、奧灰水，為礦井水害防治提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：充水因素；水害防治；措施

亞辰礦位于離石市區(qū)西北約15km處的坪頭鄉(xiāng)樊包頭村以西，行政區(qū)劃屬坪頭鄉(xiāng)管轄。地理坐標(biāo)：東經(jīng)110°57′18″-110°58′16″，北緯37°41′38″-37°42′43″，面積21.4921km。從區(qū)域水文地質(zhì)角度考慮，本井田位于柳林泉域西部巖溶水徑流-滯流區(qū)，地下水由北而南流過。本文結(jié)合礦井水文地質(zhì)特征，重點分析了礦井的充水因素，為礦井水害防治提供技術(shù)資料。

1礦井水文地質(zhì)特征

1.1主要含水層井田內(nèi)主要含水層為奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組、石炭系太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水巖組、二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水巖組、二疊系石盒子組砂巖裂隙含水巖組、第四系松散巖類孔隙含水巖組。

1.1.1奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層埋藏于井田深部，地層厚度大，分布廣泛，溶洞和裂隙發(fā)育，具有良好的含水空間，富水性強(qiáng)，水量大，水質(zhì)較好，是井田主要含水層，距井田西部邊界約2000m的三交詳查63號鉆孔峰峰組和上馬家溝組混合抽水資料，奧灰水位標(biāo)高為+804.26m，單位涌水量0.109-0.94L/s•m，滲透系數(shù)0.46-0.59m/d，水位標(biāo)高779.34-804.26m。根據(jù)簡易抽放水試驗資料，上馬家溝組富水性強(qiáng)于峰峰組。奧灰水質(zhì)變化大，在淺埋區(qū)地下水交替強(qiáng)烈，溶濾作用強(qiáng)，水質(zhì)類型多為HCO•SO-Ca•Mg型，礦化度0.48-1.15g/L，硬度為3421.59-37.48度。在中深埋區(qū)，水質(zhì)類型為Cl•SO-4Na•Ca型，礦化度為1.51-3.50g/L，硬度為27.15-73.08度。在深埋區(qū)地下水運動緩慢，如63號孔，水質(zhì)類型為Cl-Na•Ca型，礦化度為3.06g/L，硬度為83.93度。

1.1.2石炭系上統(tǒng)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層本組由L-L等5層灰?guī)r組成，總厚20m左右。由巖芯所見15及簡易水文資料表明，本組灰?guī)r在北部巖溶裂隙不發(fā)育，在南部地段巖溶裂隙發(fā)育，遇本層時大量涌水或漏水。據(jù)148勘查院在井田內(nèi)施工的ZK2水文鉆孔抽水試驗資料，單位涌水量0.0074L/s•m，滲透系數(shù)0.025m/d，水位標(biāo)高+751.41m，富水性較弱。由此可見，本組富水在平面上不均衡。水質(zhì)類型為HCO•Cl-Na型，礦化度0.671g/L，硬度37.05度，具有HS的氣味。主要為軟的微咸水。21.1.3二疊系下統(tǒng)山西組砂巖裂隙含水組主要由K及S-S等砂巖層組成，巖性為細(xì)—粗粒砂巖，348巖性和厚度變化均較大。據(jù)ZK-2水文孔山西組及下石盒子組混合抽水試驗資料，單位涌水量0.0019L/s•m，滲透系數(shù)0.025m/d，水位標(biāo)高+812.44m。富水性弱，砂巖穩(wěn)定性差，富水性很弱。

1.1.4二疊系上、下石盒子組砂巖裂隙含水層組據(jù)詳查資料，上石盒子組與下石盒子組混合的抽放水試驗，單位涌水量0.005-0.12L/s•m，滲透系數(shù)0.003-0.51m/d，水位標(biāo)高+754.20-+913.50m，富水性弱。

1.1.5第四系松散巖類孔隙含水層井田內(nèi)松散巖類中，第四系上更新統(tǒng)黃土，含水層連續(xù)性差，基本不含水，補(bǔ)給條件也不好，富水性弱。

1.2主要隔水層

1.2.19號煤層至奧灰頂界面之間的隔水層段奧陶系頂界面到9號煤層底板間厚60m左右，其中本溪組地層厚30m左右，巖性主要由粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖、石灰?guī)r組成，平行不整合于峰峰組之上。底部主要為山西式鐵礦，厚度不穩(wěn)定，以黃鐵礦為主；下部鋁質(zhì)泥巖較穩(wěn)定；中、上部為泥巖、砂質(zhì)泥巖及淺海相薄層石灰?guī)r1-3層，具有較好的隔水作用。尤其本溪組下段鋁土與鋁土質(zhì)泥巖穩(wěn)定存在，其厚度穩(wěn)定，可以作為很好的疏水降壓層。

1.2.25號煤至8號煤之間的隔水層5號煤層底部與8號煤相距50m左右，主要由較厚的泥質(zhì)巖石和裂隙、巖溶不發(fā)育的砂巖、灰?guī)r組成，均可視作隔水層，且目前礦井開采中僅發(fā)現(xiàn)3條小斷層，最大落差僅為1.5m，含水層組基本上是獨立的，互不溝通，其水位都有明顯差別，可以說明隔水層起到隔水作用。

2充水因素分析

2.1充水水源

2.1.1大氣降水及地表水本井田無常年性地表水體，雨季時，井田內(nèi)溝谷中有短暫洪流排泄，地表水主要通過基巖裂隙及松散沉積物孔隙滲入井下，在巖石裂隙相互溝通的情況下進(jìn)入巷道，而孔隙水、地表水都來自大氣降水。因此，大氣降水是礦井水的主要補(bǔ)給來源。亞辰煤業(yè)井田內(nèi)的3個井口都布置在不受洪水影響的較高處，即主斜井井口標(biāo)高+898.6m，副立井井口標(biāo)高+900.1m，風(fēng)井井口標(biāo)高+913.1m，各井口標(biāo)高均高于歷年最高洪水位線。在不發(fā)生特大洪水的情況下，不存在洪水灌井的隱患，但仍應(yīng)加強(qiáng)地表裂縫的巡查工作。

2.1.2采空區(qū)積水井田現(xiàn)開采8、9號煤層，上覆5號煤層開采時間較長，8號煤層一采區(qū)、二采區(qū)開采時已對上部5號煤層采空區(qū)積水進(jìn)行了疏放。據(jù)礦方資料,8號煤層采空區(qū)積水有3處，積23水面積約12216m，積水量約2699m。9號煤層開采時間較短，暫時無積水。積水量及積水面積清楚，由于亞辰煤業(yè)開采8、9號煤層產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶溝通了上部采空區(qū)，因此采空區(qū)積水是礦井充水的主要來源，若對采空區(qū)積水疏放不及時，將發(fā)生淹井的嚴(yán)重后果。東南部相鄰礦井錦瑞煤業(yè)煤層底板標(biāo)高高于本礦，該礦5號煤層全部采空，有采空區(qū)積水，8號煤層也有大面積采空區(qū)，采空區(qū)存在積水。和亞辰煤業(yè)28201工作面相鄰的錦瑞煤3業(yè)邊界處8號煤層存在巷道積水，預(yù)計積水量55600m。目前亞辰煤業(yè)已在靠近錦瑞煤業(yè)的28201工作面處疏放了積水約35萬m，但礦井在生產(chǎn)中，特別是開采到東、南部邊界時仍應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，查清錦瑞煤業(yè)與本礦的連通情況，采取留設(shè)煤柱、疏放水等相應(yīng)的措施防止老空水突水。

2.1.3煤系圍巖含水層水煤系圍巖中影響采掘生產(chǎn)的山西組砂巖含水層與太原組灰?guī)r含水層均為弱含水層，含水量小，掘進(jìn)時會有淋水現(xiàn)象，采后賦存于采空區(qū)內(nèi)，形成采空區(qū)積水。但礦井排水對煤系圍巖含水層水起到一種人為的疏降作用。因此，含水層水不會對礦井開采造成大的威脅。

2.1.4煤層底板奧灰?guī)r溶水奧灰?guī)r溶水是煤系地層下伏的主要含水層，礦區(qū)內(nèi)奧灰水位標(biāo)高+793m左右，除5號煤層南部個別區(qū)域外，各煤層標(biāo)高均處于奧灰?guī)r溶水位之下。5、8、9號煤層存在帶壓開采。根據(jù)突水系數(shù)計算，5、8、9號煤層帶壓區(qū)突水系數(shù)均小于0.1MPa/m，帶壓開采相對安全，但在構(gòu)造部位應(yīng)采取防范措施，同時區(qū)內(nèi)可能存在隱伏的導(dǎo)水陷落柱或斷層，對煤層開采影響較大。因此，奧灰?guī)r溶水是本礦水害的主要防治對象。

2.2充水通道

2.2.1構(gòu)造井田內(nèi)巷道及工作面揭露3條小斷層，最大落差僅為1.5m。未發(fā)現(xiàn)陷落柱及其它地質(zhì)構(gòu)造。井田內(nèi)主采煤層大部分位于奧灰水位之下，一旦遇到隱伏導(dǎo)水構(gòu)造，將會形成導(dǎo)水通道，地下水將沿導(dǎo)水通道侵入煤系地層和礦井。因此應(yīng)做好隱伏構(gòu)造的超前探測工作，并注意礦井涌水量的變化，防止水害事故發(fā)生。

2.2.2煤層頂板采動導(dǎo)水裂縫帶根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》引用的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中開采煤層時的導(dǎo)水裂縫帶高度計算公式。煤層導(dǎo)水裂縫帶最大高度29.39m，正常情況下不能導(dǎo)通至地表。但在煤層埋藏較淺區(qū)域，基巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，5號煤層導(dǎo)水裂縫與基巖風(fēng)化裂隙組合，可導(dǎo)致地表水或大氣降水進(jìn)入礦井。8號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度65.07m，大于5、8號煤層間距50m，9號煤層導(dǎo)水裂縫帶高度54.14m，大于8、9號煤層間距8.67m，故開采8、9號煤層時頂板發(fā)生的導(dǎo)水裂縫帶會達(dá)到上覆采空區(qū)積水，采空積水通過冒落裂縫帶涌入工作面，對下伏煤層開采帶來嚴(yán)重影響。故開采8、9號煤層時應(yīng)探放上覆5、8號煤層的采空區(qū)積水。

2.2.3底板突水據(jù)井田內(nèi)及周邊地區(qū)觀測鉆孔水位情況，目前峰峰組奧灰水位標(biāo)高在+793m左右。井田內(nèi)除5號煤層南部個別區(qū)域外，各煤層標(biāo)高均處于奧灰?guī)r溶水位之下。5、8、9號煤層存在帶壓開采。各煤層帶壓區(qū)突水系數(shù)分別為：5號煤為0-0.016MPa/m、8號煤為0.014-0.026MPa/m、9號煤為0.017-0.031MPa/m。5、8、9號煤層帶壓區(qū)域突水系數(shù)都小于0.1MPa/m。因此本礦井帶壓開采相對安全，但在構(gòu)造薄弱部位，可能存在奧灰突水的可能。本礦井5號煤已采完，8、9號煤層有大量工程控制，一般不會發(fā)育有大斷層。但從區(qū)域資料分析，不排除本井田存在陷落柱的可能性。故在帶壓區(qū)開采時，應(yīng)做好構(gòu)造的探測工作。

2.2.4封閉不良鉆孔目前井田內(nèi)ZK-2號水文孔封孔質(zhì)量較差，存在含水層上下導(dǎo)通造成突水的危險，結(jié)合礦方生產(chǎn)實踐，解決措施是留設(shè)60m煤柱，并準(zhǔn)備充足的排水能力，同時進(jìn)一步加強(qiáng)井下探測與預(yù)報，以保障安全生產(chǎn)。3結(jié)語據(jù)礦井水文地質(zhì)特征及充水因素分析，礦井主要水害為地表水、采空區(qū)積水及奧灰水。未來開采中應(yīng)做好水害的防治工作，完善礦井防治水措施，以確保礦井安全生產(chǎn)。

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[2]房佩賢,衛(wèi)中鼎,廖資生.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京:地質(zhì)出版社,1996.

作者：韓敘 單位：山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院