鶴煤十礦充水因素分析及水害防治

王素玲,孫亞雯

（河南理工大學 資源與環境學院,河南 焦作 454003)

1672-5050（2017)05-0065-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.10.019

2017-06-16

王素玲（1964-),女,河南焦作人,本科,教授,從事礦井地質和水文地質的研究。

鶴煤十礦充水因素分析及水害防治

王素玲,孫亞雯

（河南理工大學 資源與環境學院,河南 焦作 454003)

鶴煤十礦的充水因素有很多種,通過對礦井充水水源和充水通道兩個方面進行分析,發現其水害主要是來自老空區積水、斷層水、含水層、封閉不良鉆孔以及周邊小煤礦,提出了相應的水害防治安全技術措施,對礦井安全生產提供了一定的保障。

礦井充水因素;水害防治

在礦山建設和生產過程中,礦井水害是影響和制約煤礦安全穩定生產的主要地質災害之一,輕則影響煤礦的生產,嚴重則會導致重大的人員傷亡,它往往會給煤礦及國家造成巨大的經濟損失和人員傷亡。所以,煤礦的防治水工作是保證煤礦安全穩定生產的關鍵[1]。這就需要我們全面分析礦井地質及水文地質資料,了解地質構造特征,掌握礦井水動態及充水條件,及時采取防治水措施,防止和杜絕煤礦水害事故的發生,保證礦區的安全生產及人員的人身安全,提高煤礦的經濟效益。

1 礦井概況

鶴煤十礦位于河南省鶴壁市南部,井田南端跨越淇河進入淇縣境內,南起F1070斷層,北至F49斷層與柴廠礦、鶴煤公司八礦為界,西起煤層露頭與大河澗許溝煤礦、鶴壁市許溝煤礦為界,東到二1煤層-800 m底板等高線。全區開采二1煤層,開采深度由-30 m至-800 m標高,開采方式為地下開采。礦區走向長約2.5 km～5.5 km,傾向寬約0 km～2.4 km,面積為6.575 4 km2,始建于1994年底,2000年10月底開始試生產,2002年2月正式通過國家驗收,生產規模60萬t/年。

2 礦井充水因素分析

影響本礦井充水的因素主要有太原組上段灰巖巖溶水、煤層頂底板砂巖裂隙水、新近系礫巖水、老空區積水以及充水通道。

2.1充水水源

2.1.1太原組上段灰巖巖溶水

該含水層由3層灰巖（L7～9)組成,其中L8灰巖厚度大,層位穩定,為主要富水層,厚0 m～7.55 m,平均5.45 m,上距二1煤層20.58 m～55.38 m,平均33.75 m。據鉆孔抽水資料（見表1),該含水層滲透系數K=0.413 m/d～5.554 m/d,單位涌水量q=0.050 3 L/（s·m) ～0.240 7 L/（s·m),水位標高為+93.81 m～117.13 m,為二1煤層底板直接充水含水層。當巷道直接揭露、接近或遇有斷層破碎帶導通的情況下,八灰水進入礦井,是礦井涌水量的重要組成部分。

表1 太原組上段灰巖含水層抽水試驗成果表

2.1.2煤層頂底板砂巖裂隙水

煤層頂底板砂巖裂隙水為礦井主要充水水源,頂板砂巖厚4.25 m～50.47 m,平均27.83 m,下距二1煤0 m～41.57 m,平均12.83 m。據鉆孔抽水資料（見表2),滲透系數K=0.061 m/d～0.235 m/d,單位涌水量q=0.024 L/（s·m)～0.049 3 L/（s·m),水位標高+116.50 m～116.94 m,為弱富水性含水層。采掘工程揭露砂巖或采動冒裂帶導通砂巖含水層時,砂巖裂隙水進入礦井。突水初期瞬時水量較大,對礦井生產有一定影響,但因砂巖富水性差,水量一般不超過30 m3/h,水量衰減較快,易于疏放。

表2 煤層頂板砂巖含水層抽水試驗成果表

2.1.3新近系礫巖水

新近系礫巖水僅在露頭附近少量補給二1煤頂板直接充水含水層,對二1煤的淺部開采產生一定影響,但補給水量不大。目前,礫巖水主要通過井筒向礦井內充水,其水量在5 m3/h左右,十礦現開采-575 m水平,對開采基本沒有水害影響。

2.1.4老空區積水

鶴壁市許溝煤礦及大河澗許溝煤礦曾跨越本礦井田邊界開采,存在老空積水區,對本礦15、17采區及13采區南翼有一定充水影響,礦區范圍內存在6個采空積水區,積水位置12采區為煤層底板等高線-280 m至-410 m;采空區積水面積約71 365 m2,積水量約144 170 m3,巷道積水約3432 m3,11采區為煤層底板等高線-320 m至-360 m;采空區積水面積約16 058 m2,積水量約32 440 m3,巷道積水約1 872 m3,共計積水量約181 914 m3,目前已經向深部維修巷道進行排水,解除老空區積水對本礦的威脅。1202、1103工作面曾經發生過采空區積水進入工作面影響礦井生產。故今后開采至其采空區附近時一定要留足防水煤柱,而且要加強探放水工作,防止水害事故的再次發生,確保礦井安全生產[2]。

2.2充水通道

礦井充水通道主要有兩種,滲入性通道和潰入性通道。

2.2.1滲入性通道

水源以較小的流量進入礦井的通道,主要是指細小的裂隙,通過滲入性通道的水多以淋水、滴水方式進入礦井中[3]。二1煤層頂板裂隙水多以該方式進入礦井。

本礦由裂隙引起的突水28次,占礦井總突水次數的82%。裂隙形成的原因較多,主要是因地應力重新分配引起的,其次是由于放炮破壞了巷道圍巖的完整性造成的,極少部分是因掘進削弱了底板隔水性能所致。

2.2.2潰入性通道

水源以較大的流量進入礦井的通道,一般由寬大的裂隙、溶洞、陷落柱、斷層破碎帶及封閉不良的鉆孔構成充水通道。通過潰入性通道的水量一般較大,多以股狀方式進入礦井為主,持續時間決定于含水層的富水程度。

1)導水陷落柱:本礦在礦區西部回風巷附近發現一小型陷落柱,面積約3 752 m2,在開采過程中未發現有其它陷落柱存在,從目前情況來看,隨著礦井開采深度的增大,陷落柱存在的可能性不大。

2)封閉不良鉆孔:據統計資料顯示,在井田范圍內的鉆孔基本全部進行了封孔工作,且在無法修補的鉆孔已留設鉆孔保護煤柱線和防水警戒線,在鉆孔附近時應采取相應的安全技術措施。

3)斷層:礦井斷層發育,不僅破壞了含、隔水層的連續性,形成空隙而成為地下水富集帶,而且使巖石強度降低,在斷層帶內不同含水層之間發生水力聯系,從而造成斷層附近水文地質條件復雜化。另外,由于斷層本身為軟弱帶,其導水性受生產采動影響較大,如天然狀態下具有阻水作用斷層,但在采礦影響下,可能會轉變為導水斷層,并成為導水通道。本礦井由斷層造成的突水6次,占礦井總突水次數的18%。雖次數不多,但因斷層多溝通了下部強含水層,對礦井生產和安全影響較大,造成掘進困難和工作面停產。

3 礦井水害防治措施

3.1礦井主要水害

本礦井的主要水害是礦井15采區淺部受大河澗許溝煤礦越界開采的影響,存在著大面積老空水;在巷道掘進過程中,由于斷層的存在且部分落差大,很有可能會導通太原組下段石灰巖巖溶裂隙含水層,轉變為導水斷層,并成為導水通道。

3.2礦井水害防治措施

礦井水害防治措施需要我們首先在宏觀上總體把握和加強隱患排查,并能夠提前準備、及時準確地掌握水情水害預報,做好預測預報管理工作,先治后采;其次需要加強礦井涌水量、水位監測,若在雨季期間產生新的地表裂縫及地面塌陷,能夠及時進行充填,防止地面水導入井下。

井下的防治水措施也是必不可少的環節,本礦需要對老空老巷積水、斷層水、含水層、封閉不良鉆孔以及周邊小煤礦進行水害防治。

1)疏放老空、老巷積水措施:預防為主,有疑必探,探治結合,探采結合,先探后掘[4]。采掘頭面遇有積水的老空、老巷時,必須進行探放水,對礦井采空區老巷積水認真排查,積水量、積水標高、積水區、警戒線、探水線按圖例要求標注在生產圖紙上,當工作面進入警戒線要采取先探后掘的措施,距積水區30 m停止掘進,進行打鉆放水。探放水結束時,必須有兩個以上在原水孔下方的鉆孔,驗證確認無水或無水害威脅時,才可以結束放水工程。在確認積水已經基本放凈或無水害威脅后,才允許繼續施工。

在地質構造復雜、臨近老空老巷區施工的巷道應采取超前鉆探、物探相結合等手段,做好水情水害預報工作。

2)防斷層水措施:當采掘工作面接近落差較大斷層時,要提前采用物探或超前鉆探,進行分析查清斷層的準確位置及是否導水;當遇到導水斷層時,需要注漿封堵斷層帶,清挖水溝,安裝排水設備,把水引流到水倉;對已經探明的導水斷層,要留設合理的防水煤柱。

3)防含水層措施:施工過程中,要認真分析預測前方的地質構造、水文地質及頂板裂隙充水情況;對太原組下段石灰巖巖溶裂隙含水層、奧陶系中統馬家溝組巖溶裂隙含水層主要采取查清條件、以防為主的措施,一旦發現有導通的可能,必須實施注漿封堵的措施;而且還要加強排水系統的維護與管理,確保礦井有足夠的排水能力。

4)防封閉不良鉆孔措施:遇到封閉不良的鉆孔要留設鉆孔保護煤柱線和防水警戒線,到鉆孔附近時應采取相應的安全技術措施。

5)周邊小煤礦水害防治措施:對周邊及井田范圍內的小煤礦我們需要定期派人檢查,對查出的地質及水文地質問題,及時采取措施;嚴禁亂挖亂采礦界煤柱和防水煤柱,對地面水文觀測孔、水源孔留設保護煤柱,不能夠亂挖亂采[5]。

4 結束語

通過對十礦礦井充水因素分析,得出以下結論:該礦主要充水水源包括太原組上段灰巖巖溶水、煤層頂底板砂巖裂隙水、新近系礫巖水、老空區積水等四個方面;該礦井的主要水害是來自于老空區積水、斷層水、含水層、封閉不良鉆孔以及周邊小煤礦的影響,并采取相應的礦井水害防治措施。

[1] 李左琴.礦井水害形成的原因[J].山西煤炭, 2014, 34（10): 74-76.

LI Zuoqin.Causes of Water Hazards in Hengtai Changshun Coal Co.[J].Shanxi Coal,2014,34（10):74-76.

[2] 周海泉.礦井充水因素分析及水害防治措施[J].山西科技,2014,29（2):140-141.

ZHOU Haiquan.The Mine Water Filling Factors Analysis and the Water Disasters Prevention and Control Measures [J].Shanxi Science and Technology,2014,29（2):140-141.

[3] 冉松河.梁北煤礦水文地質特征分析及水害綜合防治[J].中州煤炭,2012（5): 92-94.

[4] 李現民.王河煤礦水文地質分析及礦井水害防治對策[J].中州煤炭,2008（4):76-77.

[5] 王啟云.礦井防治水工作研究[J].煤炭技術,2010,29（1):127-128.

WANG Qiyun.Research on Prevention and Treatment of Mine Water [J].Coal Technology,2010,29（1):127-128.

Water-fillingFactorsandWaterDisasterControlinNo.10MineofHebiCoalGroup

WANGSuling,SUNYawen

（InstituteofResourcesandEnvironment,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

There are many factors of water-filling in No.10 mine in Hebi Coal Group. On the analysis of sources and channels of the water-filling, we found that water disaster is mainly caused by goaf water, fault water, aquifer, poor sealing boreholes, and surrounding small mines. Therefore, we proposed corresponding water control measures, which could provide certain guarantee for safe production in mines.

factors of water-filling in mines; water disaster control

TD745

A

（編輯:楊 鵬)