新河礦井水害初步分析與評價

張守瑞，李文軍，楊海濤

(焦作煤業(集團)白云煤業有限公司新河礦井，河南修武縣454361)

新河礦井水害初步分析與評價

張守瑞，李文軍，楊海濤

(焦作煤業(集團)白云煤業有限公司新河礦井，河南修武縣454361)

針對新河礦當前水害情況進行了研究，分析了新河礦的水文地質情況。在查明礦井水文地質條件，掌握礦井水情水害，強化安全責任，采取有針對性的防治水措施等方面，提出了可行性建議。

礦井;水害分析;防治措施

0 引言

焦作煤田是我國著名的大水礦區，新河井田位于焦作煤田深部，煤系上覆沖積砂礫層孔隙水，下覆厚約800m喀斯特灰巖，地下水豐富，水文地質條件十分復雜。對新河礦井水害進行分析和研究，具有重要的現實意義。

1 地質概況

1.1 水文地質特征

新河礦井位于焦作市東部，修武縣城北部。礦區附近的大沙河最高洪水位標高為+84.00m左右，設計礦井井筒附近的洪水位標高為+84.60m左右，高于歷史最高水位，地表水對礦井的突水威脅較小。

礦區西北部(淺部)為自由進水邊界，主要接受側向徑流補給，東南部(深部)為排泄邊界，將流經本區的地下水排泄出本區以外。西北部和南部由于分別受F212和F4－1斷層的影響，使本區首采區段抬升形成一地壘式構造，成為相對隔水邊界，但由于F212斷層的阻隔會使水平徑流受阻，從而使斷層上盤成為徑流排泄的主通道，由于排泄區域的變小，會形成強徑流帶;其次，由于受鳳凰嶺斷層的影響，全本區再次抬升，灰巖巖溶徑流繼續受阻，可能會使本區深部風凰嶺斷層附近成為強富水區。縱觀本區格局，為一西北面進水，東南面排泄，南北兩面阻水的相對獨立的水文地質單元，地下水是礦井充水的主要水源。

1.2 構造特征

本區基本構造形態為地層走向大致呈20°～40°，傾向南東，傾角7°～14°的單斜構造，伴有較多的中、小斷層，沿地層走向具有寬緩的波狀起伏。本區內共發現落差≥100m的斷層3條，落差≥50m的斷層1條，落差≥20m的斷層6條，落差≥10m的斷層4條，落差3～8m的小斷層9條，本區構造復雜程度中等。從本區內的斷裂走向來看，DF9及其以南的斷層走向均為近東西向，傾向南，與鳳凰嶺斷層走向基本相一致，DF5及其以北的斷層走向均為近東西和北東向，傾向北和北西，與九里山斷層走向基本相一致。這一斷裂組合規律，在未來礦井下判斷斷裂方向時有一定借鑒意義。

2 礦井水害分析

2.1 可能導致的水害分析

本區屬海河流域衛河水系。在距本區南部邊界約0.50km處的大沙河(又稱新河)呈北東向通過，具有排洪防澇功能。大沙河在本區附近最高洪水位標高為+84.00m左右，礦井井筒標高為+86.50 m，位于歷年最高洪水位(+84.6m)之上。此外，二1煤層煤厚4.33～8.10m，平均5.88m，煤層埋深400～1300m，賦存標高－320～－1220m，普遍埋深較大，采空區裂隙帶不會達到地面沖溝內，雨季洪水對礦井不構成威脅。

2.2 地下水可能導致的水害

(1)二1煤層頂板水源:F4－1斷層處于本區深部，二1煤層上部基巖保留厚度更大，二1煤頂板砂巖為一弱含水組，因此，頂板水對礦井不構成威脅。

(2)太原組灰巖充水水源:含水層主要有L8灰巖、L2灰巖的巖溶裂隙承壓水。本區L8灰巖距二1煤底板平均僅18m左右，局部隔水層又較小，本區內小斷層又比較發育，故分析認為:L8灰巖水將是二1煤層底板充水的主要水源，在斷裂構造作用下，L8灰巖一旦與下部奧陶、寒武系強含水層發生水力聯系時，危害不可低估。L2灰巖位于太原組下部，厚度穩定，一般厚11m左右。巖溶裂隙發育，富水性強，是二1煤底板間接充水含水層。特別是L2灰巖下距O2m灰巖20m左右，往往因斷層使二者發生水力聯系，一但突入礦井將會給生產造成巨大影響。在正常情況下，由于L2灰巖上距二1煤間距較大，平均80m左右，一般不會對礦井造成威脅。

(3)奧陶系灰巖充水水源:奧陶系馬家溝組灰巖含水層，含水性強，水量豐富，層厚310～420m，水位標高為+84m，上距二1煤底板110m左右，且其間分布具有良好隔水作用的本溪組鋁土質泥巖隔水層，據相關資料計算，奧灰水的最大突水系數為0.09MPa/m，一般情況下對礦井充水影響不大，對礦井不構成威脅。但是本區斷層發育有奧灰突水，可成為其它突水含水層的補給水源可能性。

2.3 斷層可能導致的水害

其一，F212和F216兩條斷層，均由演馬莊礦西區延伸入本區，而演馬礦西區較東區的水文地質條件更為復雜，演馬礦西部涌水量占礦井總涌水量的4/5，東部占1/5，這是由于西部斷裂密度高于東部之故。當采掘至兩條斷層附近時，應注意防止斷層帶突水。

其二，本區位于演馬礦深部，按一般規律，巖溶發育應有所減弱，演馬礦第二水平水文地質條件較第一水平明顯簡單就是證據。但含水層的水頭增高，水壓增大(3901孔L8灰巖水位高出地面1.9m)這就加大了礦井突水的危險性。

其三，由于F212、F216和F4－1斷層的存在，使本區第一水平(–505以淺)形成一個地壘構造，這樣不僅使首采區得以抬升，而且使二1煤層與南、北兩側的二疊系砂、泥巖對接，故分析首采區的水文地質條件可能會趨于簡單。

其四，F212斷層上盤與北部徑流補給區緊密相接，徑流流經斷層破碎帶時遇到奧灰，在延深到本區深部時又會與弱隔水層對接，這就加劇了地下水沿F212斷層帶的活動。推測該地下水活躍區將會沿斷層走向向本區深部運移，在斷層尖滅帶將會重新進入本區次級采區。在二1煤底板水文地質、工程地質圖上可以看到由瞬變電磁圈出的富水區及強富水區均在該斷層附近，在斷層走向尖滅處富水區轉入本區深部次級采區成為水平徑流，證明了上述的推測。同時由底板隔水層等值線圖上可以看到這一區域的隔水層底板厚度是本區中較薄的，分析認為由37線以東至斷層尖滅處可能會成為礦井突水的危險區，建議采至上述區域時加強突水的預防工作。

其五，對本區而言，一般認為演馬莊礦及九里山礦的排水會減弱本礦未來涌、突水的壓力，但礦井長期的抽排也可能會引起地下分水嶺的位置和補排點系的變化，使巖溶含水層產生塌陷，形成新的人工充水通道，使礦區水文地質條件更加復雜化，礦井的涌水量有可能不減反增。

其六，本次深部補勘鉆孔未揭露新斷層，對本區水文地質條件有較大影響的F212及F4－1斷層未能向深部延伸，同時據焦作礦區經驗表明，主要巖溶含水層的裂隙向深部發育時亦有不同程度的減弱，這對本區是有利的一面，但是，深部水壓增大，小斷裂不可避免，局部帶壓開采會面臨更大困難，應引起重視。

其七，沖積層突水的可能性較小，局部可能補給大占砂巖水，充水通道仍然是斷裂破碎帶和灰巖的巖溶裂隙發育帶，以及人為造成的通道，如鉆孔封閉和采礦造成的裂隙。

在今后的礦井生產過程中，當井巷接近斷層時應采取探放水措施，并留設足夠的防水煤柱，嚴禁在防水煤柱范圍內從事采掘生產活動。

3 水害防治技術

礦井建設初期的水文地質工作，是在礦井資源勘探及水文地質勘探工作的基礎上進行的，進一步查清礦區水文地質條件，是防治水的前提，應從多方面著手。

(1)補充水文地質勘探。該礦井水文地質勘探程度較低，在今后的生產中，需要進行補充勘探，充分查清全礦井的地質及水文地質條件。

(2)完善礦井地下水位監測系統。目前礦井地面只有1個L8灰觀測孔，井下有1個L8灰和1個L2灰觀測孔，在礦區沒有形成觀測系統。應補充完善L8灰巖、L2灰巖及奧陶系灰巖長觀孔，進行地下水動態長期觀測，以便正確判斷突水水源，監測地下水動態變化。

(3)加強礦井水文地質資料的分析整理。水文地質資料的管理是分析和指導礦井防治水的重要工作，特別是施工巷道地質水文素描、測量、編導以及揭露的各種水文地質現象，建立水文地質臺賬，繪制礦井充水性圖及各種關系曲線圖，總結規律，指導生產。

(4)利用物探技術、查清水文地質條件。在地面，采用三維地震勘探精確控制地層結構、煤層賦存形態、煤層頂底板構造情況及各含水層的溝通情況等。利用瞬變電磁勘探測定煤層頂底板含水層富水區的分布情況，構造的含、導水情況，老窯、采空區的富水性及導水通道等。在井下巷道，用于探測巷道前方掘進工作面構造帶和富水區，巷道頂底板、側幫構造帶和富水區。在采煤工作面，可探測工作面內隱伏構造帶、頂底板富水區，為頂板放水孔設計和底板注漿孔位置的確定提供依據。

(5)采掘工作面探放水與煤柱留設。堅持“有掘必探、先探后掘、不探不掘”探放水原則。堅持做好探放老空水、斷層水、強含水層水等工作。清楚并留足斷層防水煤柱、礦井邊界煤柱、老空區防水煤柱，嚴禁冒險采掘活動。

(6)采煤工作面底板含水層注漿改造。通過注漿鉆孔，注入水泥漿液或黃土水泥漿液，來充填底板含水層的巖溶裂隙和導水裂隙，以漿液置換含水層中的賦水，從而大大減弱含水層的富水性并切斷水源的補給通道，給工作面開采創造良好條件。

4 結語

新河礦井水文地質條件十分復雜，L8灰巖距二1煤層較近對礦井突水的威脅性較大。L2灰巖和奧陶系灰巖正常地段對礦井的突水威脅性不大，如遇導水斷層成為礦井充水水源，對礦井的威脅較大。因此，在礦井的生產中應堅持以下幾點:

(1)按照《煤礦防治水規定》和《煤礦安全規程》相關規定和要求，留設足夠的井田邊界和斷層防水煤柱;

(2)進一步加強礦井防治水工作，認真采取綜合防治水措施，防止水患事故的發生;

(3)進一步加強防探水人員的業務培訓，搞好水文地質的日常預測和預報工作，嚴防斷層水和底板灰巖水的危害;

(4)認真編制防突水應急預案，并實地演習。

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2011－06－16)

張守瑞(1968－)，女，河南滑縣人，工程師，主要研究方向為地測防治水，Email:zsr23410@126.com。