山西大漢溝井田斷層、地下水對(duì)礦井生產(chǎn)的影響分析

向濤

摘 要:大漢溝井田的斷層及地下水對(duì)礦井生產(chǎn)和開(kāi)拓都有直接的影響,未來(lái)礦井開(kāi)拓和生產(chǎn)時(shí)應(yīng)留足斷層防水煤柱,以防斷層導(dǎo)水影響礦井正常生產(chǎn),并避開(kāi)地下水評(píng)價(jià)危險(xiǎn)區(qū),在過(guò)渡區(qū)注意防水監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞:斷層地下水安全區(qū)過(guò)渡區(qū)危險(xiǎn)區(qū)

中圖分類號(hào):TD745 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)07(a)-0058-01

山西大漢溝礦井位于靜樂(lè)縣杜家村鎮(zhèn)東北10km處的青羊尾村一帶,井田位于山西黃土高原的中北部,植被稀少,地形較為復(fù)雜,切割劇烈。井田內(nèi)大部分為第四系黃土覆蓋,部分基巖出露,總體地形東南部高,西北部低,井田內(nèi)含煤地層為二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組。

井田內(nèi)地表屬典型的山谷地形,無(wú)地表水體,但汛期時(shí)有季節(jié)性河流。平時(shí)無(wú)水,雨季時(shí)有洪水。地表水水害的影響主要來(lái)自于大氣降水,大氣降水通過(guò)第四系表土層潰入井下,且井田煤層傾角較大,東部有露頭,大氣降水通過(guò)煤層露頭滲入,對(duì)井下安全生產(chǎn)有一定影響。

1構(gòu)造對(duì)礦井充水的作用和影響

斷層對(duì)含水層和隔水層的影響形式不同,對(duì)隔水層主要是破壞其隔水巖層強(qiáng)度、降低其隔水性能;對(duì)含水層來(lái)說(shuō),由于巖層錯(cuò)位,既可破壞含水層的連續(xù)性、降低其含水性,也可使含水性弱的含水層與含水性強(qiáng)的含水層對(duì)接,使其相互發(fā)生水力聯(lián)系,從而使含水性弱的含水層的富水性增強(qiáng)。

本井田內(nèi)有1個(gè)鉆孔揭露斷層,揭露斷點(diǎn)1個(gè),沖洗液最大漏失量0.63m3/h。通過(guò)對(duì)比分析認(rèn)為其走向近東西,向東延入奧陶系灰?guī)r,傾角70°,落差60m,定名為F5斷層。大漢溝煤礦生產(chǎn)過(guò)程中揭露過(guò)4條落差在1.0m～2.5m的斷層。井下遇斷層時(shí)常發(fā)生淋水、滴水現(xiàn)象,有時(shí)會(huì)涌水,但水量不大,1～3月即可疏干。

綜上所述,斷層是否導(dǎo)水主要取決于斷層破碎帶性質(zhì)及斷層兩盤(pán)含水層的相互接觸關(guān)系。據(jù)此分析,本井田的東部露頭處F5斷層,使井田內(nèi)的煤系含水層與對(duì)盤(pán)的奧陶系石灰?guī)r含水層對(duì)口接觸,形成導(dǎo)水邊界,斷層導(dǎo)水。因此,未來(lái)礦井開(kāi)拓和生產(chǎn)時(shí)應(yīng)留足斷層防水煤柱,以防斷層導(dǎo)水影響礦井正常生產(chǎn)。

2地下水動(dòng)態(tài)變化對(duì)礦井開(kāi)采的影響

2.1 孔隙水

第四系和第三系孔隙水含水量不大,為弱富水性,對(duì)礦井的充水作用較小。

2.2 裂隙水

為石炭～二疊系砂巖裂隙含水層,直接充水層為煤層頂?shù)装迳皫r,間接充水層為煤層頂?shù)装迳细不蛳路纳皫r裂隙含水層,二者均對(duì)礦井的充水有一定影響。

2.3 巖溶水

本井田巖溶水可分為兩種類型。一種是石炭系層間巖溶水,大部分為間接充水層,對(duì)礦坑充水有一定的影響;另一種是奧陶系石灰?guī)r巖溶水,為間接充水層。井田奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高為+1498.04m,2號(hào)煤層的底板標(biāo)高為1850m～950m,2下號(hào)煤層的底板標(biāo)高為1850m～950m,3號(hào)煤層的底板標(biāo)高為1850m～950m,4號(hào)煤層的底板標(biāo)高為1900m～900m,5號(hào)煤層的底板標(biāo)高為1850m～900m,由此可見(jiàn),井田內(nèi)2號(hào)、2下號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)煤層除東部高于奧灰水標(biāo)高外,大部分存在帶壓,在開(kāi)采深部煤層時(shí),底板標(biāo)高逐漸降低,底板承受的奧灰水壓逐漸增大,煤層開(kāi)采將受到奧灰水威脅。根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》計(jì)算突水系數(shù)。

突水系數(shù)計(jì)算采用公式:

式中Ts為突水系數(shù)(MPa/m);

P為隔水層底板承受的水壓(MPa);

M為隔水層厚度(m)。

2號(hào)、2下號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)煤層底板到奧灰頂面巖層厚度分別為95.01m、88.78m、 78.45m、63.34m、33.50m,則2號(hào)、2下號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)煤層的最大突水系數(shù)分別為0.07MPa/m、0.07MPa/m、0.08MPa/m、0.10MPa/m、0.19MPa/m。

根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算公式,計(jì)算出三區(qū)(安全區(qū)、過(guò)渡區(qū)、危險(xiǎn)區(qū))范圍(表1)。

(1)2號(hào)煤層。

底板突水系數(shù)為0.06MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為1011.36m,因此2號(hào)煤層開(kāi)采水平在1011.36m以上時(shí)可視為安全區(qū)。

底板突水系數(shù)為0.10MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為623.56m,因此2號(hào)煤層在最低開(kāi)采水平至1011.36m時(shí),為過(guò)渡區(qū)。

(2)2下號(hào)煤層。

底板突水系數(shù)為0.06MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為1043.27m,因此,2下號(hào)煤層開(kāi)采水平在1043.27m以上時(shí)可視為安全區(qū)。

底板突水系數(shù)為0.10MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為680.90m,因此,2下號(hào)煤層在最低開(kāi)采水平至1043.27m時(shí),為過(guò)渡區(qū)。

(3)3號(hào)煤層。

底板突水系數(shù)為0.06MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為1096.18m,因此,3號(hào)煤層開(kāi)采水平在1096.18m以上時(shí)可視為安全區(qū)。

底板突水系數(shù)為0.10MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為775.98m,因此,3號(hào)煤層在最低開(kāi)采水平至1096.18m時(shí),為過(guò)渡區(qū)。

(4)4號(hào)煤層。

底板突水系數(shù)為0.06MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為1173.58m,因此4號(hào)煤層開(kāi)采水平在1173.58m以上時(shí)可視為安全區(qū)。

底板突水系數(shù)為0.10MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為865.05m,因此4號(hào)煤層在最低開(kāi)采水平至1173.58m時(shí),為過(guò)渡區(qū)。

(5)5號(hào)煤層。

底板突水系數(shù)為0.06MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為1326.44m,因此,5號(hào)煤層開(kāi)采水平在1326.44m以上時(shí)可視為安全區(qū)。

底板突水系數(shù)為0.10MPa/m時(shí),該處煤層底板標(biāo)高為1189.70m,因此,5號(hào)煤層開(kāi)采水平在1189.70m～1326.44m時(shí),為過(guò)渡區(qū)。

5號(hào)煤層在最低開(kāi)采水平至1189.70m時(shí),為危險(xiǎn)區(qū)。

3結(jié)語(yǔ)

本井田的東部露頭處F5斷層,使井田內(nèi)的煤系含水層與對(duì)盤(pán)的奧陶系石灰?guī)r含水層對(duì)口接觸,形成導(dǎo)水邊界,斷層導(dǎo)水。井田內(nèi)2號(hào)、2下號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)煤層除東部高于奧灰水標(biāo)高外,大部分存在帶壓,在開(kāi)采深部煤層時(shí),底板標(biāo)高逐漸降低,底板承受的奧灰水壓逐漸增大,煤層開(kāi)采將受到奧灰水威脅。因此,未來(lái)礦井開(kāi)拓和生產(chǎn)時(shí)應(yīng)留足斷層防水煤柱,以防斷層導(dǎo)水影響礦井正常生產(chǎn),并避開(kāi)地下水評(píng)價(jià)危險(xiǎn)區(qū),在過(guò)渡區(qū)注意防水監(jiān)測(cè)。