小魚溝礦區礦井開采安全性評估分析

王 麗，劉 燁

（1.內蒙古自治區煤田地質局153勘探隊，內蒙古 呼和浩特 010020；2.內蒙古地質工程有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

小魚溝礦產位于鄂爾多斯市準格爾旗境內。小魚溝礦區有著豐富的礦產資源，小魚溝礦產屬于準格爾礦區，屬華北石炭、二疊紀礦區，在華北聚礦的北部區域，成礦古地理環境在內蒙古陸邊緣區域。礦區的主要含礦層是太原組上巖段（C2t2），有6個含礦層，6上、6、8、9上、9、10號礦層。6、9上、9號礦層的大部分礦層可以開采，8號礦層局部可以開采。6上、10號礦層不能開采[1]。

在礦層頂底板隔水層的薄弱地帶、構造破碎帶，容易產生巖溶水突破，隔水層的水流進礦坑中。文中根據礦井的開采實際情況和區域構造條件、隔水層、抗壓性能等，對礦帶壓開采的安全性進行評價，并提出有效措施。

1 區域水文地質概況

1.1 太原組（C2t）隔水層

（1）上巖段（C2t2）：出露于礦區東部、中部、南部，厚度12m～115m。巖性由灰黃、灰白、灰黑色、深灰砂巖、粘土巖、砂質泥巖組成，是本礦區主要含礦層[1]。偶見裂隙承壓水存在，地表以泉水的方式出露，流量0.01L/s～0.60L/s。

（2）下巖段（C2t1）：出露礦區南部和東部，厚度5.27 m～42.00m，與奧陶系平行不整合接觸。巖性由灰、灰白、灰黑色泥巖、砂巖、灰巖和鋁土質泥巖構成。

1.2 奧陶系（O1+2）含水層

出露于礦區東部邊緣，黃河岸邊，南部榆樹灣一帶，厚度大于100m。巖溶裂隙發育非常不均勻，造成含水性差異較大。如在黑岱溝一帶，灰巖厚度大約100m，巖溶裂隙發育較差。含水量少，單位涌水量低于0.10L/s·m。

2 帶壓開采條件分析

礦井大部區域6、8、9上、9號礦層底板在奧陶系巖溶水的水位下，是帶壓開采的礦層。能否順利帶壓開采6、8、9號礦層，要分析礦區的構造特性、隔水層的厚度、隔水性能和抗壓性能等諸多因素。

2.1 隔水層性能分析

根據礦井鉆孔施工過程及資料顯示，石炭系上統太原組（C2t）：分上、下巖段。上巖段（C2t2）：出露于小魚溝下游和中游，厚度10.46～101.93m，是主要的含礦層。上部含有6號礦層、灰白砂巖和灰黃色砂巖，淺灰色粘土巖；下部含有9號礦層、灰白色砂巖、深灰色泥巖。地表未見泉水出露。很多鉆孔鉆至該組地層會出現嚴重的漏水現象，水位低于一百米。下巖段（C2t1）分布在小魚溝下游，揭露厚度為0.20～24.19m。和奧陶系是平行不整合接觸。

2.2 礦井斷裂構造的水文地質特征

本礦井的斷裂構造主要為背斜。在生產中沒有揭露明顯的斷層，沒有導水和富水的現象。礦井內地表沒有明顯的陷落柱，沒有發現導水和富水陷落柱。

2.3 礦井寒武奧陶系巖溶含水層特點

礦井內寒武奧陶系巖溶含水層巖性主要為灰巖、泥灰巖、白云巖、白云質灰巖、灰質白云巖、竹葉狀灰巖、鮞狀灰巖等。根據小魚溝C7號水文孔對奧陶系中統巖溶裂隙含水層抽水試驗資料分析，單位涌水量q=0.0424L/（s·m），滲透系數K=0.04833m/d，水化學類型屬HCO3—Mg·Ca·Na型，礦化度為0.41g/L，水位標高+879.66m。根據扶貧1號水文孔對奧陶系中統巖溶裂隙含水層抽水試驗資料分析，單位涌水量q=0.00052L/（s·m），滲透系數K=0.0000005m/d，水化學類型屬Cl·HCO3—Na型，礦化度為0.59g/L，水位標高+869.87m。結合礦井周邊奧灰水文孔資料，推測礦井內奧灰水富水性差且極不均勻，奧灰水水位標高為+870～+879.66m。

3 帶壓開采安全性評價

帶壓開采評價和分區主要是針對強富水含水層和巨厚含水層（華北地區一般為奧灰含水層）進行的，奧灰水能否進入采掘區，第一要看寒武奧灰水的水位標高是否高于礦層底板的標高。在承壓區內，底板寒武奧灰水有可能進入采掘工作面，在非承壓區，底板寒武奧灰水不可能進入采掘工作面。

采用以下計算公式來計算突水系數：

式中：T-突水系數，MPa/m；P-隔水層底板承受的水壓（MPa）；M0-底板的隔水層厚度（m）；計算出各個礦層突水系數，見表1。

表1 6、8、9上、9號礦層底板突水系數計算結果統計表

小魚溝6號礦層開采底板標高為+909.04m～+1004.64m，8號礦層開采底板標高為+893.20m～+987.52m，9上礦層開采底板標高為+883.34m～+978.58m，9號礦層開采底板標高為+874.94m～+959.25m，本井田奧灰水位標高為+870m～+879.66m。據此分析，小魚溝礦產采礦許可證范圍內6、8、9上、9號礦層，均在奧灰水位以上，為非承壓區，底板寒武奧灰含水層不會對礦層開采產生影響。

圖1 6號礦層底板突水系數等值線圖

根據表1的9個鉆孔礦層底板突水系數計算結果，最大為0.0025MPa/m，小于0.06MPa/m（底板受構造破壞塊段不大于0.06MPa/m），即寒武、奧陶系巖溶、裂隙承壓水對開采本區礦層無大的影響，計算結果與準格爾礦井開采從未發生寒武、奧陶系巖溶、裂隙水底板充水的情況相吻合。

4 防治措施

本礦區井田北部和東北部帶壓開采6、8、9上、9號礦層時，正常開采時，奧灰水對礦井的日常生產威脅不大，但是也需要隨時監測和觀察。對井田內部的斷層、內陷落柱等異常構造需要重點觀察，封閉質量較差或者未封閉鉆孔的奧灰水很有可能會涌入礦井之中，需要現場工作人員高度重視相關問題，采取有效的防范措施，防止大量水涌入開采現場。

（1）查看陷落柱和斷層。使用鉆探、化探、物探等方法詳細查明陷落柱和斷層等構造的空間展布形態、詳細位置和賦水情況等。如果查明陷落柱和斷層含水量較大，需要及時采取注漿等措施攔截水害。

（2）陷落柱和斷層的注漿封堵措施。開采中發現陷落柱和斷層時，采用注漿堵水是主要預防措施，經濟性好，堵水效果明顯。封堵的具體部位是6號、8號、9號上、9號礦層底板以下20m的位置，避免開采對陷落柱和斷層產生二次破壞。

（3）及時封閉不良鉆孔。鉆孔是容易產生突水的關鍵部位之一，鉆孔中的含水層或者容易引發礦井水體導通的鉆孔，以及廢棄鉆孔都有可能產生突水，需要用泥漿及時封孔，認真填寫封孔報告，并建立統一臺賬方便日后查詢。

（4）設置防水礦柱。直徑大于20m的陷落柱、高差大于8m的斷層，不僅按照規程實行注漿封堵，同時要設置防水礦柱。防水礦柱的設計尺寸要嚴格執行《礦井水文地質規程》中關于防水礦柱的說明進行設計和計算。

（5）建立礦區防排水系統。礦區的排水系統具體包含泵房、水倉、配電所、排水管路等相關工程。根據報告中預測的涌水量，建立對應的排水配套工程，排水配套工程應該充分考慮礦區預測正常涌水量、最大涌水量和預測奧灰水突水量之和。

（6）制定合理的礦井避水災路線。在掘進面上制定合理的避水災路線，在路線設置中明顯標記路標，定期進行撤離演習，保證掘進施工人員的安全。

5 結論

通過計算研究區內底突水系數最大值為0.0025MPa/m，遠遠小于臨界突水系數0.066MPa/m，通常情況下不會發生底板突水事故，在開采過程中仍然需要注意，在陷落柱和斷層等構造復雜的區域要預留防水礦柱和排水通道，實現礦層的帶壓安全開采。