山寨煤礦頂板含水層涌水規律及其防治對策探析

李承東（華亭煤業集團山寨煤礦，甘肅 華亭縣 744112）

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山寨煤礦頂板含水層涌水規律及其防治對策探析

李承東（華亭煤業集團山寨煤礦，甘肅 華亭縣 744112）

總結了山寨煤礦煤5層頂板含水層的空間分布特征及其涌水規律.針對含水層涌水規律，提出了含水層誰的防治對策，為礦井防治水工作提供了技術保障。

頂板含水層；靜儲量；導水裂隙帶

1　概述

山寨井田位于山寨井田位于華亭煤田或華亭復式向斜的北部。從東到西主要包括東部背斜構造，中部單斜構造，西部向斜及邊界斷層。山寨井田內巖層按其含水性、含水類型及水力特征，可劃分為四個含水層和三個隔水層。含水層從下到上分別為第一、第二、第三和第四含水層，隔水層從下到上分別為第一、第二和第三隔水層。礦井主要涌水水源是頂板含水層水（第三含水層和第四含水層）。

2　頂板含水層空間展布特征

根據收集到的山寨井田及周邊礦區的27個鉆孔資料，分別獲取各含、隔水層（包括煤5頂、底板）底板標高，將各層底板高程網格化模型整合在一起，并按照研究區幾何邊界將區外的數據白化掉，可獲得山寨井田含、隔水層三維空間模型（如圖1），三維空間模型精細程度受鉆孔數量和深度的制約。由圖1可以看出，含、隔水層空間展布受地質構造影響，第四含水層以下，東部到中部平緩，中部到西部急劇傾伏；第四含水層以上，東部到西部延展平緩。

圖1　山寨井田含、隔水層三維空間模型

3　頂板含水層特征

第三、四含水層為煤5層的頂板含水層，第四含水層（Ngn1）為一承壓含水層，該含水層富水性好；第三含水層（J2y2-3）為一復合含水層，砂巖占該地層的42%，含水層較薄，滲透性及富水性較弱。雖然在第四、三含水層和煤5層之間有很厚的隔水層，但是，根據對導水裂隙帶發育高度計算，綜放開采所形成的導水裂隙帶在井田東部地區已進入這兩個含水層，使得其構成直接充水含水層。由于第三含水層富水性較弱，所以，富水性好的第四含水層成為礦井開采的主要的直接的充水水源。

4　頂板含水層涌水規律

煤5層頂板砂巖含水層裂隙發育及富水性總體上都隨深度遞減，但同時又具有各自不同的特點。

（1）煤5頂板砂巖主要以釋放靜儲量為主，來勢猛、衰減快。在開采1101和1102工作面過程中，發生了7次大的突水，礦井瞬時充水強度大，最大一次瞬時水量達150m3/h，礦井停產達33d，影響了礦井的正常生產。幾次異常涌水量均顯示為從小到大再到小的過程，最后恢復到工作面正常涌水量；1102工作面的幾次異常涌水的顏色由乳白色逐漸變透明，這說明其充水水源徑流、補給條件差，以為靜儲量為主。從以往其它礦井類似突水事故的發生、發展過程分析，以靜儲量為主的涌水有可能瞬時對礦井造成災難性后果，或可能造成短時間內工作面被淹，后期在工作面低洼處影響綜采的正常進行。

（2）煤5頂板砂巖含水層在縱向上（傾斜方向上）水力聯系好，而在橫向上（走向方向上）水力聯系弱。在1101、1102、1103、1104工作面回采過程中，發現隨著工作面開采深度增加，涌水量隨之增加；工作面橫向推進時涌水量常隨回采頂板運動規律發生周期性變化，即在工作面周期來壓之后一段時期內工作面涌水突然增大，然后慢慢減小。

（3）頂板含水層涌水還與導水裂隙帶發育高度有關，礦井開采初期，由于剛好處在東部背斜部位，含水層距煤5層比較近，故導水裂隙帶能夠到達含水層，從而將含水層水導入井下。但是隨著開采深度增加，煤層距頂板含水層越來越遠，煤層開采后裂隙帶也無法導通含水層，故礦井的涌水量也沒有明顯增大。

（4）煤5頂板砂巖含水層在特殊的構造部位異常富水。如在東部向斜部位1102工作面發生突水，水量之大前所未有；1103也是在這個部位發生突水的。

5　頂板水害防治對策

（1）對于頂板含水層水，在地面采用瞬變電磁法對富水性進行探查，對異常富水區進行鉆探驗證及預疏放。

（2）在巷道和工作面掘進過程中先采用直流電法進行超前探查，然后對異常區進行鉆探驗證及治理。

（3）在工作面回采之前，利用音頻電透對工作面內部和頂底板構造及其富水性進行探測，先圈定異常區，然后鉆探驗證，再進行相應治理。

（4）在工作面回采過程中，進行頂底板含水層及各出水點的水位實時監測，出現異常即停采并進行相應排查和治理。

6　結論

（1）山寨井田頂板含水層主要是以釋放靜儲量為主，礦井開采初期涌水量大，后來逐漸趨于穩定。

（2）井田構造也是影響含水層水釋放的一個主要因素。

（3）針對含水層涌水規律，可以采用瞬變電磁法、直流電法及音頻透視等方法進行探測，并由目的地就行探放。

［1］甘肅省煤田地質局一四六隊.甘肅省華亭煤田山寨井田補充勘探報告.2010，1.

［2］煤炭科學研究總院西安研究院.山寨煤礦水文地質條件評價及五年（2009～2013）防治水規劃.

［3］武 強，李周堯.礦井水災防治［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2002.

李承東（1973-），男，工程師，本科，主要從事煤礦地質、防治水等方面的工作。

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2016-5-20