古河流沖刷區探找7煤水文地質條件及水害防治措施

劉安傳

（華潤天能徐州煤電有限公司 柳新煤礦，江蘇 徐州221142）

1 礦井概況

柳新煤礦于1971 年由南通市煤炭工業公司開始建井，1978 年正式投入生產， 設計生產能力30 萬噸/年，1983 年達到設計生產能力。1984 年起，礦井進行改擴建，1990 年，江蘇省煤炭工業總公司批準改擴建規模為40 萬噸/年，最高年產量達48 萬噸。1998 年11 月23 日江蘇天能集團公司接管柳新煤礦。 現核定生產能力為25 萬噸/年。 井田面積10.7km2。 礦井為立井多水平分區式開拓，開采上限-90m，批準的最大采深-1200m。

截止2012 年12 月31 日， 柳新煤礦剩余資源儲量1938.5 萬噸，其中基礎儲量1184.1 萬噸。 井田內有三個含煤巖層，即下石盒子組、山西組和太原組地層，主要可采煤層為7 層，總厚度為7.68m，分別為1 煤、2 煤、7 煤、8 煤、9 煤、20 煤、21 煤。 2006 年委托中國礦業大學對南翼部分村莊下壓煤進行了條帶開采可行性研究， 確定采40 米，留50 米，走向條帶布置工作面，使全礦可采儲量達到722 萬噸。

2 深部擴儲找煤

柳新煤礦已生產40 多年，資源逐漸枯竭，截至2012 年底全礦井可采儲量已不足200 萬噸。自2009 年以來產量逐年下降，主采2 煤深部開采構造較多，造成煤層變薄牽引較長，煤質較差，給設計、回采工作面帶來較大影響，導致礦井接續失調嚴重，效益持續下滑。 因此，柳新礦急需采區深部探找山西組7 煤，以增加礦井儲量，最大可能的延長礦井服務年限。 同時作為2 煤配采資源，提高經濟效益。 所以，擴儲探找山西組7 煤便成為當前最突出的重點工作。

山西組整合于太原組之上，以一層灰巖頂界與太原組分界，與上覆下石盒子組為逐漸過渡（以分界砂巖為界）。 根據巖性、巖相、旋徊、含煤性等主要沉積特征，將山西組含煤地層自下而上分成三個層段。7煤位于中段頂部， 煤層厚度實際揭露資料-430m 以上2.5～3.20m，-430m 以下0.65～3.40m。 7 煤沉積環境是自9 煤形成后發育起來的淺水三角洲水下平原到水上平原，由于長期的分流河道沉積充填，陸源物質供應較充分，易形成沼澤化時間長和有利成煤的地形條件，從而形成了水上平原廣泛的大面積泥炭沼澤，因此，7 煤具有煤層厚，較穩定，大面積可采的特點。 7 煤形成后，自頂板向上其沉積環境已由水上三角洲體系過渡到內陸沖積平原體系，河湖共存，曲流河發育，必然侵蝕沖刷7 煤， 顯然成煤后的環境演化不利7 煤的保存。 因此， 本礦-600m 以下7 煤出現古河流沖刷無煤區、孤島煤與薄煤帶，揭示了7 煤成煤后的環境演化和煤厚變化的原因（見圖1）。

圖1 7 煤古河流沖刷區頂板砂巖沖蝕煤層素描剖面圖

進入深部古河流沖刷區探找7 煤，必須要查清山西組7 煤的水文地質條件， 經過748 工作面回采、-520 探煤巷及-600 探煤巷的施工，掌握了采區的水文地質特征，分析排查水害類型，開展礦井防治水工作的安全技術研究，制定了安全措施，消除了采掘過程中的水害隱患，并做好了煤柱工作面的防、排等方面的防治水工作。

3 7 煤古河流沖刷區水文地質條件

該區地下水類型分為第四系孔隙含水層、 二疊系砂巖裂隙含水層、太原組灰巖溶隙含水層和奧陶系灰巖溶洞含水層。 其中山西組砂巖裂隙含水層，對7 煤深部開采影響較大。 山西組露頭區被厚度42m的第四系沖積層覆蓋， 蓋層中有20～38m 粘土層阻隔了大氣降水，地面水及孔隙水與礦井無直接水力聯系。 因此，本區基本處于一個相對封閉的傾斜水文地質構造中，具有地下水循環緩慢，補給不良，排泄不暢，單位涌水量小的特點。

3.1 含水層及富水性

該區山西組7 煤頂底板賦存4 層砂巖，礦物成分以長石、石英為主，致密堅硬，泥質與硅質膠結，裂隙發育明顯受構造控制，構造附近裂隙發育，富水性強，其它地段裂隙發育較弱，含水性弱，根據748 首采面及-520、600 探煤巷施工過程中實測水文資料， 其涌水量為5～10m3/h，屬含水量小的含水層。

該7 煤古河流沖刷區頂底板主要賦存四層砂巖含水層。

（1）Ⅰ層砂巖：厚度平均4.1m，為7 煤老頂砂巖，巖性為淺灰色細-中粒砂巖，裂隙局部發育，出水點特點是水來的猛，去的快，補給水有限，以消耗靜儲量為主。

（2）Ⅱ層砂巖：平均厚度12.98m，距7 煤頂板28m，上部以細砂為主，中部為中粒砂巖夾小礫石，礦物成分以石英長石為主，局部堅硬，分選性中等，裂隙充填方解石脈，硅質膠結，該層為含水量小的含水層，采掘過程中在構造裂隙帶有滴淋水。

（3）Ⅲ層砂巖（分界砂巖）：厚度平均4.85m，為下石盒子組與山西組分界砂巖，距7 煤頂板49m，巖性為中粗粒砂巖含礫，灰～雜色，致密、堅硬，泥質膠結，裂隙不發育，在構造附近含水性明顯增強，屬含水量小的含水層，對煤層開采影響較小。

（4）Ⅳ層砂巖：厚度平均4.85m，為7 煤老底砂巖，距7 煤底板12.5m，淺灰色-灰色，細粒，石英砂巖，膠結堅硬，裂隙局部發育，屬含水量小的含水層。

根據導水裂隙帶最大高度的經驗公式計算為：H 裂=100M/（3.3n+3.8）+5.1=13.9m（M 取平均采高1.7m,n=1），即正常回采情況下可能影響到頂板Ⅰ層砂巖。

3.2 煤層頂底板砂巖裂隙水涌水特征

（1）水質：水質類型為HCO3-（K+Na）型水，礦化度M=0.874g/L。

（2）突水點水量來的快，消失的快。 該區砂巖涌水表現為突發性，來勢較猛，涌水量較大，特別是沖蝕區表現更為突出。 但是，釋放的頂板砂巖水以靜儲量為主，3～10 天后水量逐漸變小最后消失，具有可疏干性。

（3）間歇性涌水，水量逐漸遞減。頂板砂巖裂隙水富水部位多發生在煤巖層傾角急劇變化的地段、次一級背向斜發育部位、次一級背向斜與斷裂帶交匯處。 在該部位的采掘工作面，涌水表現為出水點水量大，有的呈間歇性涌水，出水后水量逐漸衰減。

（4）砂巖裂隙水與開采深度的關系。 古河流沖刷區探找7 煤工程最大開采深度達-750m 水平， 主要突水水源為頂底板砂巖裂隙水，因沖積層含水層的補給與淺部水平關系密切，淺部水平水量大，向深部涌水量總體逐漸減少，但特殊區域涌水量相對較大，影響安全生產。

4 礦井排水

礦井有三個生產水平，-260、-430 及-600 水平各設中央水倉泵房。 其中-260m 水平泵房是礦井主要排水基地，安裝3 臺200D-43×9型多級離心泵， 揚程為387 米， 每臺排水量280m3/h， 水倉總容積3500m3。 -430m 水平單泵排水能力280m3/h。 -600 水平單泵排水能力155m3/h。 目前礦井正常涌水量55m3/h，最大涌水量65m3/h。 古河流沖刷區探找7 煤工程位于-600 水平以下，正常總涌水量20m3/h，最大涌水量403/h。各水平水泵的排水能力遠超過實際水量的需要，-600 水平水倉能夠滿足探找7 煤最大涌水量排水的需要。

5 預測古河流沖刷區探找7 煤存在的水害因素

柳新煤礦進入深部古河流沖刷區探找7 煤，受采掘破壞或影響的水害因素有：煤層頂底板砂巖裂隙水、封閉不良鉆孔水、斷層水。

5.1 煤層頂底板砂巖裂隙水

根據揭露資料分析，開采古河流沖刷區7 煤時，頂板冒落將波及頂板覆巖Ⅰ層砂巖含水層，工作面將出現淋水或突水現象，正常涌水量5m3/h，最大涌水量10m3/h，沖蝕區有增大情況。在正常地質條件下，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ層砂巖含水量較小，不發生補給關系，對開采7 煤無影響。

5.2 封閉不良鉆孔水

古河流沖刷區內施工的勘探鉆孔共有8 個鉆孔， 均穿過山西組，沒有穿過太原組的鉆孔，在7 煤淺部及2 煤開采區域均未發生不良鉆孔出水情況。但是，這些鉆孔能夠貫穿若干含水層，有的穿過老空積水區及含水斷層，若鉆孔封孔質量差，則人為地溝通了原來沒有水力聯系的含水層，發生鉆孔突水事故。

5.3 斷層水

柳新煤礦斷裂構造較發育，大中型斷層16 條，正斷層13 條，逆斷層3 條，小斷層也較發育。在多年生產中揭露的大中型斷層中，斷層緊閉，含水性、導水性差，無出水現象，僅有少數斷層在淺部水平上盤涌水，最大水量151.8m3/h。7 煤古河流沖刷區斷層富水性相對較強，今后礦井采掘工程揭露或影響導水斷層或斷層上盤富水時，易發生或滯后發生涌水。

6 水害防治安全措施

6.1 防煤層頂底板砂巖裂隙水

研究開采煤層工作面頂板“導水裂隙帶”和底板“擾動帶”范圍內砂巖含水層層數、厚度、富水性以及疏干降壓情況，分析頂底板砂巖涌水規律，判斷砂巖富水區的位置，實行超前探放水，孔深要超過導水裂隙帶范圍。工作面回采前要預計古河流沖刷區每個工作面的正常涌水量與最大涌水量，建立排水系統，以便突水時及時排出。 748 首采工作面在位于古河流沖蝕頂板位置探放了砂巖水工作， 三個探孔共放出200m3水。

6.2 防封閉不良鉆孔水

核查古河流沖刷區的鉆孔封孔資料， 建立鉆孔封孔質量臺賬，特別核實是否有穿過太原組的鉆孔。 在采掘工作面與鉆孔相遇之前，根據鉆孔封孔質量分別采取掃孔重新封孔、井下探水或留設防隔水煤柱等措施。

6.3 防斷層水

每個煤柱工作面在過大中型斷層前，應核準原實測揭露的斷層產狀、位置，綜合分析斷層的含水、導水性，在平面圖、剖面圖上確定斷層的空間幾何關系，確定斷層不導水，方可正常施工。確定巷道與工作面過含水或導水斷層時，必須加強支護，按規定探放水或留設防水煤柱。

7 結語

7.1 柳新煤礦礦區構造形態總體為一單斜構造，具有單向充水特征，煤系地層露頭含水層為礦井充水的進水口，受采掘破壞或影響的含水層有第四系沖積層孔隙含水層和可采煤層頂底板砂巖裂隙含水層。 7煤層露頭被厚度42m 的第四系沖積層覆蓋。 地面水通過沖積層含水層垂直滲透補給，另外通過煤層頂底板外緣高水位砂巖裂隙水越流補給。

4.2 古河流沖刷區探找7 煤工程位于井田深部， 在礦井多年疏干開采形成的降落漏斗邊緣，煤層頂底板砂巖水處于半疏干狀態，表現在出水點少，水量小，但不能掉以輕心，-520 及600 探煤巷在老區煤柱中掘進，老空（硐）水也是防治水患的重中之重，生產中必須堅持“有疑必探，先探后掘（采）”的探放水原則，按照探放水工程設計及施工安全技術措施，認真組織施工，滿足礦井安全生產的需要。

7.3 礦井進入古河流沖刷區探找7 煤期間， 開展了防治水技術研究工作，進一步查明該區的水文地質條件，分析排查煤層頂板沖蝕區的水害隱患，制定有針對性的防治水害安全技術措施，保證了礦井安全生產。 古河流沖刷區目前已回采了兩個工作面，取得了良好的經濟效益和社會效益。

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