四川珙縣麻塘村煤礦水患研究及防治

李嘉欣, 左耀東, 劉普查

((1.成都理工大學,四川 成都 610059; 2.四川省三巖地質勘查有限公司,四川 成都 610000)

四川珙縣麻塘村煤礦水患研究及防治

李嘉欣1, 左耀東2, 劉普查2

((1.成都理工大學,四川 成都 610059; 2.四川省三巖地質勘查有限公司,四川 成都 610000)

運用礦井充水因素分析法以及水文地質比擬法對珙縣麻塘村煤礦進行水患研究,研究表明,通過采空導水裂隙帶進入坑道的煤層頂板砂巖裂隙水是水患的主要充水來源,采空區是主要的過水通道;采用水文地質比擬法對涌水量進行預測,得出麻塘村煤廠與高石煤廠正常涌水量分別為3 763.2 m3/d、547.2 m3/d,汛期最大涌水量分別為7 051.2 m3/d、864 m3/d。針對麻塘村煤礦的水患特點,提出了有針對性的水患防治對策,為今后礦井開展防治水工作提供經驗參考。

煤礦水患;充水因素;涌水量;防治水

1 礦區概況

麻塘村煤礦位于四川珙縣洛表鎮民權村四社,礦山位于珙縣縣城170°方向,直線距離50 km。礦區中心點地理坐標為東經:28°01′29″,北緯:104°47′08″,東西長約3.82 km,南北寬約0.79 km,井田面積為3.024 km2,煤層開采深度為+950～+500 m。礦區內及附近山勢分布與巖層走向一致,呈北東—南西向延伸,地形北高南低,海拔約+670～+1 198.8 m,相對高差約528 m。地表沖溝發育,切割強烈,屬中低山地貌。三哥莊至后山坳口山頂一線構成地表分水嶺,橫向溝谷溪水分別向北西、南東流泄。

麻塘村煤礦包括原麻塘村煤廠、原珙縣飛躍煤廠、原高石煤廠。根據煤層與主要充水含水層的空間關系,以及礦井主要突水點分布位置,確定珙縣麻塘村煤廠與高石煤廠充水方式屬頂板裂隙充水。

2 地質及水文地質特征

2.1 地質概況

(1) 地層巖性。麻塘村煤礦區出露地層由老至新有二疊系下統茅口組(P1m)、二疊系上統峨眉山玄武巖組(P2β)、二疊系上統宣威組(P2x)、三疊系下統飛仙關組(T1f)、三疊系下統嘉陵江組(T1j)、第四系(Q)(見圖1),分述如下:

① 二疊系下統茅口組(P1m),上部巖性為深灰色、灰色厚層狀生物灰巖夾中厚層灰巖,中部為淺灰、灰白巨厚層狀灰巖,底部含深灰色、黑灰色生物碎屑灰巖。

② 晚二疊世玄武巖(P2β),巖性主要為暗灰色、深灰色塊狀、杏仁狀玄武巖,具有塊狀、杏仁狀、氣孔狀構造,柱狀節理發育。其礦物成分以基性斜長石、輝石、綠泥石為主,頂部通常為凝灰巖,與下伏茅口組呈平行不整合接觸。

③ 二疊系上統宣威組(P2x),巖性以灰、深灰色中厚層狀粉砂巖為主,次為深灰色薄層泥巖與灰色厚層細粒砂巖,可燃有機巖與碳酸鹽巖較少。下部(P2x)巖性以淺灰色、灰色薄層狀泥巖為主,次為灰色厚—中厚層粉砂巖與厚層砂巖,可燃有機巖較少,視為相對隔水層。

④ 三疊系下統飛仙關組(T1f),可以劃分為四段。一段(T1f1)厚約82 m,巖性為灰綠、藍灰色、淺灰綠色中厚層狀綠泥石質粉砂巖夾薄層生物碎屑灰巖,下部粒度變細為砂質泥巖,水平、波狀層理、裂隙發育,富含鈣質,底部有一層2～10 m的泥巖,與下伏宣威組整合接觸;二段(T1f2)上部、中部以紫灰色中—厚層狀泥質粉砂巖為主,下部為粉砂巖與泥質粉砂巖互層;三段(T1f3)由暗紫色、紫灰色薄—中厚層狀泥質粉砂巖、粉砂巖、薄層砂質泥巖組成;四段(T1f4)平均厚123 m,上部、下部巖性多為暗紫色厚—中厚層狀泥巖、鈣質粉砂巖及少量泥質條帶;中部亦為暗紫色鈣質粉砂巖夾薄層狀泥巖。

⑤ 嘉陵江組(T1j),只在北西側外圍出露有嘉陵江組一段(T1j1)。上部灰色、黃綠色中厚層狀灰巖,間夾薄層泥質灰巖和生物碎屑灰巖;下部紫灰色泥巖;中下部夾紫色鈣質泥巖,與下伏地層整合接觸,本段平均厚150 m。

⑥ 第四系(Q),零星或線狀分布松散堆積層與礦區南東側分布的古滑坡體群。

含煤地層為二疊系上統宣威組(P2x),屬層狀礦體,含煤地層總厚149.17 m,一般含煤7層,最多可達10～15層,純煤總厚4.84 m,含煤系數3.2%。

圖1 區域水文地質圖Fig.1 Regional hydrogeological map

(2) 構造。礦區位于東西向的落木柔復式背斜與建武向斜之間。基本構造形態為一走向近東西的單斜構造,巖層傾向340°～10°,一般傾角6°～15°,為緩傾單斜構造,根據以往地質工作,本礦區開采范圍位于主構造——洛表短軸背斜西翼,基本構造形態為一北西向傾斜的單斜構造。F356正斷層分布于本礦區的中部,走向近東西向,區內走向長度約500 m,斷層面傾向北,傾角>60°,斷距不詳。F360正斷層位于礦區南部,走向近南北,區內走向長度約150 m,斷層面傾向西,傾角>70°,斷距不詳。F356、F360均對煤層開采有一定的影響。隱伏斷層:經麻塘煤廠巷道及鉆孔揭露發現有4條小型隱伏斷層(F1、F2、F3、F57),均為正斷層,落差3～5 m,對煤層開采有一定影響。經高石煤廠巷道揭露發現的3條小型隱伏斷層(F4、F5、F6),均為正斷層,落差3～6 m,對煤層開采有一定影響。

2.2 礦區水文地質條件

2.2.1 含水層和相對隔水層

研究區含水層總體可以劃分為孔隙含水層、砂巖裂隙含水層、巖溶含水層和相對隔水層,分述如下:

(1) 孔隙含水層。零星或線狀分布于礦區的第四系(Q)松散堆積層和礦區東南側的古滑坡體群,富水性較弱。

(2) 砂巖裂隙含水層。該類含水層有三疊系下統飛仙關組二段(T1f2)和三段(T1f3)。其中飛仙關組三段(T1f3)富水性弱,飛仙關組二段(T1f2)在煤層開采后砂巖裂隙發育,富水性較好。

(4) 相對隔水層。礦區及周邊范圍內的相對隔水層主要有三疊系下統飛仙關組一段(T1f1)和四段(T1f4)、二疊系上統宣威組(P2x)和峨眉山玄武巖組(P2β)。

2.2.2 地下水的補給、徑流、排泄條件

礦區歷年降雨量多在902.2～1 597.9 mm,平均降雨量1 143.6 mm,且集中在5—8月以大雨或暴雨降落,9—12月為淫雨季節,為裂隙水提供了充足的補給來源。

礦區內飛仙關(T1f)砂巖含水層大面積出露,地表裂隙發育,接受大氣降水、地表水補給,隨后通過砂巖導水裂隙流入巷道。礦井井巷系統是良好的地下水集水廊道,裂隙水在水壓、重力等作用之下,不斷匯入礦井成為礦井水,礦井水經人工抽排又補給地表溪溝水。原裂隙水天然流場被逐漸改造,新的裂隙水人工流場逐步形成。

3 礦井充水因素分析

珙縣麻塘村礦區礦井充水的主要因素包括地表水、采空區積水、砂巖裂隙水、巖溶裂隙水、斷層水和老窯水。

3.1 地表水

在浙江省委負責人說到美院領導強調社會主義現實主義，強調政治，結果影響了國畫的發展，黨外人士（代表就是潘天壽）很有意見時，毛澤東臉色一沉，突然插話：“強調政治就不要國畫了嗎？政治工作就是要團結更多的人搞國畫！把那些人找來，審查他們的黨籍，看他們是不是共產黨員？國民黨可能還好一些，國民黨也要國畫嘛！不是共產黨，又不是國民黨，是什么黨？我看是第三黨。”這導致包括已經調離的江豐在內、一批美院領導與教師在此后成了右派，而其實那都是些左派。

礦區屬長江上游一級支流的南廣河水系,內無常年性地表水體,該范圍內分布有較多的北西向、南東向季節性沖溝,在雨季或暴雨季節有山洪水匯流。礦區經過長期開采后,周圍地表水多已疏干。汛期沖溝中有水,流量可增大數倍。大氣降水、季節性沖溝水沿煤層露頭采空塌陷及煤層采空導水裂隙入滲,成為采空區水、裂隙水、巖溶水的重要補給來源。

3.2 采空區積水及相鄰煤礦老窯水

3.2.1 原珙縣麻塘村煤廠

原珙縣麻塘村煤廠+770 m水平以上已基本采空,其采空區與老采空區已連成一片。目前煤層采空區面積約141 565 m2。以上采空區水主要沿煤層底板通過煤層巷道匯入主水倉。

3.2.2 原珙縣高石煤廠

原珙縣高石煤廠+880 m水平以上已基本采空,其采空區與老采空區已連成一片。目前煤層采空區面積約102 838 m2。以上采空區水主要沿煤層底板通過煤層巷道匯入主水倉。

3.2.3 原飛躍煤廠

飛躍煤廠現已關閉,估算空區積水量約20 000 m3。若珙縣麻塘村煤廠和珙縣高石煤廠礦井在今后的開采中,與飛躍老采空區揭穿,易造成因巷道貫通而存在透水的水害隱患。

3.3 砂巖裂隙水

礦區開采的宣威組(P2x)的無煙煤層頂板為飛仙關組二段、三段(T1f2、T1f3)砂巖、泥巖,砂巖層厚度大,裂隙發育,采空導水裂隙最大高度可達400 m,導水裂隙可穿過飛仙關組(T1f)砂巖裂隙含水層。特別是當嘉陵江組巖溶含水層接受第四系或其自身露頭接受補給,煤層開采冒裂帶到達此含水層時,入滲的水會順著裂隙進入礦井,導致煤層巷內局部地段出現頂板淋水、滴水、小股狀涌水點(段)。尤其是雨季地表沖溝裂隙水將滲入礦井,導致涌水量增大。

3.4 巖溶裂隙水

在灰巖溶洞發育的礦井中,其充水性很強,對開采的影響很大。礦區煤層底板下存在茅口組灰巖,巖層厚度為345 m,為富水性強的含水層。目前在有鋁質泥巖、泥巖、砂質泥巖相隔,且無斷裂相互溝通的正常情況下,茅口組灰巖水對礦井各煤田開采無影響。若后期開采下部煤層引起底板破壞、斷層以及陷落柱等情況,茅口組灰巖水可能會涌入礦井[1]。

3.5 構造斷層導水

麻塘村煤廠在開采和鉆孔中揭露的隱伏斷層對煤層開采影響較小,但斷層破壞了巖體的完整性,可能成為地表水入滲通道,調查發現未見明顯涌水現象,僅見滴水,在雨季涌水量有所增加。

高石煤廠在開采中揭露的隱伏斷層對煤層開采有一定影響,斷層破壞了巖體的完整性,有成為地表水入滲通道的可能,調查發現高石煤廠巷道在斷層經過處有明顯涌水現象(主斜井900 m標高之下至落平點段),呈線狀、小股狀、點滴水狀涌水現象,涌水量約0.25 mL/s,在雨季有加大的現象。

4 礦井涌水量預測與防治

4.1 礦井涌水現狀

(1) 原珙縣麻塘村煤廠:礦井水主要來自煤層頂板飛仙關組二段、三段(T1f2、T1f3)砂巖構造及層間裂隙水和來自采空區順著煤層底板的滲水。沿C7煤層巷內局部地段有頂板淋水、滴水、小股狀涌水點(段),涌水量約0.05 L/s,在主平巷距一級暗斜井口約50 m處的10 m范圍內,隱伏斷層破碎段巷道,該段涌水現象較明顯,呈線狀、小股狀、點滴狀涌水,涌水量約0.06 L/s。

(2) 原珙縣高石煤廠:+880 m水平落平處設有一主水倉,容積約800 m3,該水平之上已基本采空,水倉積水主要來自采空區水。在二級暗斜井落平處有一臨時水倉,容積約60 m3,該水倉積水主要為裂隙出水。

4.2 礦井涌水量分析

通過對珙縣麻塘村礦區水文地質單元劃分及動態分析后,進一步對該礦區礦井充水條件及涌水量進行綜合研究,建立預測煤礦涌水量的水文地質模型,本次調查采用非確定性模型方法——水文地質比擬法,水文地質條件相似的新設計的礦坑總涌水量,計算中所用的公式為:

(1)

式中:Q預為預測礦井正常涌水量;Q正為原礦井正常涌水量;F0為已開采面積;F為預計最大開采面積。

采用水文地質比擬法,根據公式(1)對礦區涌水量進行估算。麻塘村煤廠與高石煤廠為礦區內兩個獨立的生產系統,涌水量分為兩個礦井單獨估算如表1所示。

根據已知參數,通過計算預測麻塘村煤廠后期開采+500 m標高水平礦井正常涌水量為3 763.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為7 051.2 m3/d;預測高石煤廠生產后期開采+780 m標高水平礦井正常涌水量為547.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為864 m3/d。

表1 礦井涌水量計算結果表

注:原礦井正常涌水量達到最大時(即原礦井最大涌水量)帶入式(1)得出預測最大涌水量。

計算預測的涌水量較大,建議在麻塘村煤廠+500 m,高石煤廠+780 m標高處水平鋪設管道及排水設備,將巷道及采空區積水抽排至主平硐流出硐口,使其對新采區不構成水患威脅。

4.3 礦井水患防治對策

在礦井水防治時,應樹立很強的水患意識,針對生產中遇到的各種情況,因地制宜,根據不同的水情選取相應的防范措施。

(1) 地面防治水:正常情況下地表水易于疏干,但汛期沖溝中水流量增大數倍。在采空塌陷及煤層采空導水裂隙部位,在地面應修建攔截山洪的引流渠,雨季中監控攔截山洪。

(2) 承壓裂隙水防治:飛仙關組二段、三段(T1f2、T1f3)砂巖裂隙水會通過采空導水裂隙帶進入坑道,成為礦井主要充水水源。對砂巖裂隙水應采取鉆孔疏水降壓措施,建立完善的抽排水系統,經過長期疏放,砂巖含水層井下涌水量會大大減弱。

區內多處斷層被揭露,部分斷層附近有承壓裂隙水,巷道掘進及回采過程中查明了斷層導水性,對大型斷層留設防水煤柱,對小型隱伏斷層防治采用注漿堵水。

(3) 采空區積水防治:在原麻塘村煤廠和原高石煤廠煤礦后期開采時,上部煤采空區積水可能沿導水裂隙帶涌入下部煤工作面,分布范圍和積水量較清晰,防范措施是下部煤工作面回采之前施工探放水鉆孔時疏放;開采中若與飛躍老采空區揭穿,易導致巷道貫通而存在透水隱患,故按相關規定留設防水煤柱。

(4) 灰巖水防治:灰巖含水層為下部煤直接充水含水層,若后期開采下部煤層引起茅口組灰巖水涌入礦井,則必須查明其補給地段及補給強度,采取注漿封堵措施,切斷灰巖水的補給通道后再進一步對其實施疏干。

5 結論

筆者對珙縣麻塘村煤礦水文地質特征及水患狀況進行了分析研究,并對礦井涌水量進行了估算,在此基礎上指出了礦井防治水的具體建議措施。

珙縣麻塘村煤礦為砂巖裂隙充水礦床,裂隙承壓水、老采空區水和斷層水是礦井的主要充水因素,水患危險性較大。采用水文地質比擬法對礦區涌水量進行了預測,麻塘村煤廠正常涌水量為3 763.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為7 051.2 m3/d,高石煤廠礦井正常涌水量為547.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為864 m3/d,對礦井生產構成一些潛在的威脅。

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(責任編輯：陳姣霞)

Research and Prevention for Matangcun Coal Mine Floodingof Gong County,Sichuan Province

LI Jiaxin1, ZUO Yaodong2, LIU Pucha2

(1.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059; 2.SichuanProvincethreerockgeologicalexplorationCo.,Ltd,Chengdu,Sichuan610031)

Using the coal mine water filling factors analysis method and hydrogeological analogy method to research the coal mine flooding of Gong County，the analytical results show that the sandstone fissure water in the coal seam roof，which through mined-out water flowing fracture zone into tunnel,is the main source of water flooding,and the goaf water flow fractured zone is the main water channel.The water inflow is predicted by hydrologic geology analogy method,3 763.2 m3/d of normal inflow and 7 051.2 m3/d of maximum inflow in Matangcun coal；and 547.2 m3/d of normal inflow and 864.0 m3/d of maximum inflow in Gaoshi coal. According to the flooding characteristics of Matangcun coal mine，the prevention and control countermeasures aiming at flooding have proposed，and theoretical data for mine water prevention and control work have provided.

coal mine flooding； water filling factors； water inflow； water prevention and control

2015-11-04;改回日期:2016-03-21

李嘉欣(1992-),女,在讀碩士研究生,地下水科學與工程專業,從事地質方面的研究。E-mail:1546383865@qq.com

TV745

A

1671-1211(2016)05-0734-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.015

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0814.008.html 數字出版日期:2016-08-11 08:14