淺談澄合礦區(qū)底板突水因素分析及防治建議

摘 要：隨著澄合礦區(qū)煤層開(kāi)采深度的不斷加深，向深部開(kāi)拓中引起的礦井水害亦日趨嚴(yán)重，底板水害事故頻發(fā)，給澄合礦區(qū)大水煤礦生產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，本文在澄合礦區(qū)調(diào)研井田地質(zhì)及水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，總結(jié)分析了渭北煤田澄合礦區(qū)底板五大突水影響因素，即地質(zhì)構(gòu)造、底板巖層巖性及其組合特征、含水層的富水性、水頭壓力、礦山壓力，最后針對(duì)澄合礦區(qū)大水煤礦底板水害問(wèn)題提出了針對(duì)性的防治技術(shù)及建議，給華北煤田大水礦區(qū)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：澄合礦區(qū)；底板水害；突水影響因素；防治技術(shù)

1 澄合礦區(qū)井田地質(zhì)及水文地質(zhì)概況

澄合礦區(qū)地處陜西省澄城、合陽(yáng)縣境內(nèi)，位于渭北煤田東部，區(qū)內(nèi)煤炭開(kāi)采悠久，至盡已有600余年歷史，礦區(qū)東部長(zhǎng)67公里，南北寬30公里，面積約1718平方公里。澄合礦區(qū)地貌以臺(tái)塬為主體，黃土覆蓋層較高厚，黃龍山橫亙于北部邊界，黃河由北向南流經(jīng)礦區(qū)東部邊界，洛河由北向南流經(jīng)西部邊緣，形成澄合礦區(qū)東西部自然邊界，黃土層常年受山洪與河流沖刷，形成塬、梁、峁、河谷相間的地貌。在礦區(qū)勘探區(qū)域內(nèi)以黃土臺(tái)塬、河谷灘地為主等地質(zhì)地貌概括；澄合礦區(qū)內(nèi)交通極為方便，西距西安市直線距離120km，公路運(yùn)輸通暢，可直達(dá)渭南、西安、銅川、韓城及山西諸縣，與相鄰縣市均有高速公路及省一、二級(jí)公路相通；澄合礦區(qū)內(nèi)的氣候條件屬大陸性低濕度半干旱氣候區(qū)，氣候春季溫暖干旱，夏、秋季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年降雨量少，蒸發(fā)量大是澄合礦區(qū)氣候的主要特征。

1.1 井田區(qū)域煤層

澄合礦區(qū)煤層賦存于上石炭統(tǒng)太原群和下二疊統(tǒng)山西組地層之中，自上而下依次編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11號(hào)，煤層總厚8.72m。可采層5層，其中普遍可采煤層，為5號(hào)和10號(hào)煤層，局部可采層為4層，其余各煤層均為不可采煤層。

1.2 井田區(qū)域構(gòu)造

澄合礦區(qū)大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯地塊東南部的渭北隆起東段，其東有近南北向的呂梁、太行隆起，北為鄂爾多斯地塊主體，西為北北西-北西向的六盤(pán)山構(gòu)造帶，南鄰東西向秦嶺褶皺帶。在渭北隆起與秦嶺褶皺帶之間，有后期發(fā)育的東西向渭河地塹系。

1.3 井田區(qū)域水文地質(zhì)情況

澄合礦區(qū)以黃土臺(tái)原為主體，地勢(shì)北高南低，地表坡降9～12%，地面標(biāo)高+558～+750m。地表為廣厚的黃土所覆蓋，僅局部河谷帶有基巖出漏，黃土層厚0～220m，在黃土覆蓋地區(qū)，沖溝極為發(fā)育，呈樹(shù)枝狀分布，呈現(xiàn)了典型的渭北黃土高原的地貌景觀。地表多為耕地，村莊較多，西部平坦，東部溝壑縱橫，地形比較復(fù)雜。大峪河流經(jīng)本井田約2200m，為澄城縣與合陽(yáng)縣的界河，發(fā)源于黃龍山區(qū)，自北向南匯入洛河，年平均流量420～910m3/h，屬常年性河流，以大氣降水和第四系潛水補(bǔ)給。水庫(kù)位于本井田東部有一水庫(kù)，據(jù)井口350m左右，存水量約為2萬(wàn)立方，水源來(lái)自大峪河，常年蓄水。

2 澄合礦區(qū)底板突水影響因素分析

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造主要是斷裂構(gòu)造，是澄合礦區(qū)井田5號(hào)煤層底板帶壓開(kāi)采突水的主要控制因素之一，包括斷裂規(guī)模、斷裂密度、斷層導(dǎo)水性、裂隙發(fā)育程度等。

澄合礦區(qū)位于渭北煤田中部，井田5號(hào)煤層帶壓開(kāi)采工作面若發(fā)生突水，大部分應(yīng)為揭露小斷層所引起，區(qū)內(nèi)構(gòu)造受到北秦嶺褶皺帶制約和渭河地塹影響，由于南北向擠壓應(yīng)力的作用，因而總體上為一近東西走向，傾向北，具有波狀起伏的平緩單斜構(gòu)造，斷層構(gòu)造在合陽(yáng)、澄城一線以南和洛河以西較為發(fā)育，斷層走向以NEE向和近EW向?yàn)橹鳎叶酁檎龜鄬樱诖司€以北，斷層稀少，地質(zhì)構(gòu)造以短軸褶皺為主。斷層的交接、尖滅、轉(zhuǎn)彎、復(fù)合部位多呈拉張松弛狀態(tài)，巖層物理性能低劣，易于發(fā)生變形破壞與失穩(wěn)，經(jīng)承壓水的楔入而形成強(qiáng)滲通道。斷層越密集，導(dǎo)水性越好，越容易突水。

2.2 底板巖性及組合特征

目前董家河煤礦主采的5號(hào)煤，開(kāi)采標(biāo)高+270m，底板隔水層厚度較薄的地方在25m左右，奧灰水位在+375m左右。澄合礦區(qū)王村煤礦斜井目前主采的5號(hào)煤與奧灰的間距為95～275m，目前為170～200m，突水系數(shù)按0.06MPa/m，正常情況下底板巖層可以抵抗最小5.7Mpa的水壓，一般情況能抵抗11.1Mpa的水壓，具有較強(qiáng)的阻水能力。煤層底板巖層巖性組合自上而下為：粉砂質(zhì)-泥巖-炭質(zhì)泥巖-石英砂巖-砂質(zhì)泥巖-煤6-砂質(zhì)泥巖-石英砂巖-粉砂巖-砂質(zhì)泥巖-石英砂巖-粉砂巖-石灰?guī)r-泥灰?guī)r-煤10-粘土巖-鋁土巖-奧灰，從組合特征來(lái)看，這類(lèi)軟硬交替的巖層組合形式，對(duì)阻止奧灰突水起到了一定積極作用，為帶壓開(kāi)采提供了有利的條件。

2.3 含水層的富水性

在進(jìn)行澄合礦區(qū)井田5號(hào)煤層下底板突水預(yù)測(cè)預(yù)防工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)灰?guī)r巖溶的發(fā)育程度及富水性的調(diào)查。與澄合礦區(qū)井田底板突水有密切聯(lián)系的含水層為K2灰?guī)r和奧陶系石灰?guī)r，突水水源為奧灰水。為了探明澄合礦區(qū)K2灰?guī)r和奧陶系石灰?guī)r的富水性，在工作面掘進(jìn)期間及回采前應(yīng)采用瞬變電磁法和直流電法等地球物理勘探對(duì)帶壓開(kāi)采工作面下承壓水富水區(qū)進(jìn)行探測(cè)，從澄合礦區(qū)歷次突水情況分析，結(jié)合所做的物鉆探資料，突水點(diǎn)絕大部分位于富水異常區(qū)內(nèi)。所以探明奧灰的富水性對(duì)于防治底板突水有著重大的意義。

2.4 含水層水頭壓力

澄合礦區(qū)目前主要開(kāi)采5號(hào)煤層，據(jù)澄合礦區(qū)長(zhǎng)期水文觀測(cè)孔的水位觀測(cè)資料，奧灰水歷史最高水位為+389.7m，目前已降至+375m。在+375m水位之下開(kāi)采5號(hào)煤層都受到奧灰水的威脅，在斷裂、裂隙發(fā)育地段，更容易造成底板突水。

2.5 含水層水頭壓力

礦山壓力為澄合礦區(qū)井田內(nèi)礦井突水提供動(dòng)力條件，受到開(kāi)采深度、開(kāi)采斜長(zhǎng)和回采面積等因素的影響。

澄合礦區(qū)目前開(kāi)采深度達(dá)到200～400m。上覆第四系巨厚黃土巖和二迭系的砂質(zhì)泥巖及中粒砂巖，累計(jì)厚度達(dá)107m，隨著煤層的開(kāi)采，覆巖的周期性運(yùn)動(dòng)，巨厚第四系巨厚黃土巖和二迭系的砂質(zhì)泥巖及中粒砂巖積聚著巨大的勢(shì)能，當(dāng)覆巖發(fā)生斷裂將要跨落時(shí)刻，地表即將發(fā)生沉陷時(shí)刻，此時(shí)煤層底板受著巨大的支承壓力，會(huì)對(duì)底板巖體造成嚴(yán)重的破壞。

3 澄合礦區(qū)底板水害防治技術(shù)

澄合礦區(qū)承壓水體上采煤底板突水機(jī)理主要體現(xiàn)在降低水壓和采動(dòng)影響強(qiáng)度是抑制底板巖層受采動(dòng)、水壓破壞的根本途徑。防治底板突水的措施與方法是多方面的，歸納起來(lái)有以下幾種：加強(qiáng)礦井防排水系統(tǒng)、注漿加固改造底板隔水層巖性、疏降底板高承壓含水層水壓、選擇合理的開(kāi)采方法和開(kāi)采參數(shù)，減小采動(dòng)影響等。

4 澄合礦區(qū)底板水害防治工作建議

文章對(duì)華北地區(qū)澄合礦區(qū)水害防治進(jìn)行了敘述性的介紹，澄合礦區(qū)各煤礦可根據(jù)各礦區(qū)（井）的水史地質(zhì)條件選擇應(yīng)用，如果按照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范、條例等的要求，選擇并開(kāi)展適合礦井實(shí)際的防治水工作，有相當(dāng)一部分礦井水害事故可以避免。即便是有些事故實(shí)難避免，也會(huì)將水災(zāi)危害降低到最小程度。同時(shí)，由于目前防治技術(shù)方法和手段各有其使用的局限性和限制條件，加上我國(guó)煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)條件普遍復(fù)雜，所以對(duì)于煤礦水害防治工作中的技術(shù)難題還有待去攻克。同時(shí)，為了更進(jìn)一步地做好煤礦水害防治工作，從根本上遏制煤礦重大水害事故的發(fā)生，各煤礦對(duì)于礦井水害防治工作要制訂綜合防范措施。為保證井下工作人員安全應(yīng)加強(qiáng)澄合礦區(qū)底板水害防治技術(shù)，同時(shí)對(duì)華北地區(qū)礦井水害治理起到借鑒作用。

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作者簡(jiǎn)介：趙斌（1987-），男，河北三河人，專(zhuān)科，技術(shù)員，主要從事地測(cè)防治水工作。