柳林縣整合煤礦區防治水分析及治理措施

賀靜兵

(山西省柳林縣 應急管理局,山西 柳林 033300)

山西省柳林縣煤炭資源豐富,地方煤礦眾多。按照省政府關于推進煤礦企業兼并重組的政策精神,柳林縣對全縣現有生產煤礦進行了重組整合規劃,將全縣生產煤礦重新組合為26個大中型煤礦企業,生產規模達2 610萬t/a,為全縣煤礦企業的發展創造了有利條件[1]。礦區煤炭地質勘探工作開展較早,但整合前后的各煤礦地質工作零星分散,且均沒有進行過專門的水文地質勘查工作,對礦區地下水富水性及補徑排等水文地質條件尚不清楚,且存在底板突水、陷落柱突水等礦井水害隱患。

本研究在查明水文地質條件的基礎上,對整個勘查區進行煤炭開采水文地質條件總體評價。查明勘查區內主要含水層的富水性和補徑排條件，詳細調查了解勘查區內及周邊煤炭開采及采空區分布及積水情況,分析其對煤礦安全生產的影響。采用科學先進的技術方法計算礦井正常和最大涌水量，預測開采過程中發生突水的可能性及地段，有針對性地提出有效可行的礦井防治水措施及建議[2]。

1 研究區水文地質概況

柳林巖溶水系統位處晉西南呂梁復背斜的西翼即呂梁山中段的西部,大體呈近南北及東西向展布,為一完整的水文地質單元,其邊界條件基本清楚。東起元古界變質巖露頭線及東川河地表水分水嶺;南以南川河地表水分水嶺為界;北至湫水河及北川河地表分水嶺;西以奧陶系灰巖深埋區(埋深600 m左右)為限。東西長約60 km,南北長約120 km,巖溶水系統匯流面積5 100 km2。

2 礦井涌水量預測

2.1 預測方法概述

礦井涌水量預測分別采用地下水動力學的“大井法”、比擬法和數值模擬法[3-5],根據計算結果,結合礦井水文地質條件選擇推薦結果。

2.2 涌水量計算結果

運用上述礦井涌水量預測計算方法,分別對26個整合煤礦進行礦井涌水量預測評價,并將結果匯總。限于篇幅,本文僅選取部分煤礦計算結果,如表1所示。

表1 整合煤礦區礦井涌水量計算成果一覽表(部分煤礦)

2.3 結果分析

26個整合煤礦預測下組煤開采礦井正常涌水量大于4 000 m3/d的僅有同德礦;下組煤開采礦井正常涌水量為3 000～4 000 m3/d的僅聚德礦;下組煤開采礦井正常涌水量為2 000～3 000 m3/d的有西坡、王家溝、柳家莊、王家焉、柳林、賀昌、興無和金家莊等8個煤礦;下組煤開采礦井正常涌水量為1 000～2 000 m3/d的有下山峁、碾焉、安泰、鄧家莊、興家溝、成家莊、龍門塔、曹家山和寨崖底等9個煤礦;其余7個煤礦預測礦井正常涌水量均小于1 000 m3/d。

由礦井涌水量預測計算結果可見,取預測結果最大值,即同德煤礦下組煤礦井正常和最大涌水量分別為4 067.05 m3/d(169.46 m3/h)和5 693.87 m3/d(237.24 m3/h),小于“礦井水文地質類型”劃分中的礦井涌水量“簡單”類型界限值(Q1(正常)≤180 m3/h;Q2(最大)≤300 m3/h)。因此,柳林縣兼并重組整合煤礦區內26個煤礦的礦井涌水量均屬于“簡單”類別。

3 突水危險性評價

3.1 評價方法

本次預測底板突水危險性評價所采取的措施主要是根據“突水系數法”評價的結果,但是在實際生產過程中仍要參考“脆弱性指數法”評價的結果。

3.2 頂、底板突水評價及分區(以柳林礦為例)

3.2.1 頂板突水評價及分區

現將26個兼并重組整合煤礦中的柳林礦頂、底板充水含水層涌(突)水條件綜合分區評價成果簡述于下。

柳林礦上組煤4#和5#、下組煤8#煤頂板含水層涌(突)水條件綜合評價和分區如圖1所示。

(a)4#、5#煤頂板直接含水層

由圖1(a)可知,礦區上組煤4#、5#煤頂板直接含水層(二疊系含水層)綜合分區的西北部較危險,南部相對安全;由圖1(b)可知,礦區下組煤8#煤頂板直接含水層(太灰含水層)綜合分區西北部較危險,南部相對安全;由圖1(c)可知,西部局部導通間接含水層(二疊系含水層),因此,二疊系含水層對8#煤開采局部有影響。

3.2.2 底板突水評價及分區

根據鉆孔的各煤層底板隔水層所承受的含水層的水壓值以及對應的隔水層厚度,計算并繪制出各煤層底板到相應含水層的突水系數等值線圖。由于柳林井田存在構造,根據《煤礦防治水細則》突水系數臨界值取0.06 MPa/m。經計算作圖,柳林礦區內4#、5#煤層底板太灰含水層帶壓開采區的突水系數在礦區西部及構造發育區大于0.06 MPa/m,屬于危險區,其余大部區域小于0.06 MPa/m,屬于安全區域。礦區內4#、5#、8#煤層底板奧灰含水層帶壓開采區(除構造發育區)的突水系數為0.01～0.04 MPa/m,遠小于0.06 MPa/m,屬于安全區域。

上組煤(4#、5#)煤層底板太灰含水層突水脆弱性評價分區如圖2(a)、圖2(b)所示,下組煤(8#)煤層底板奧灰含水層突水脆弱性評價分區如圖2(c)所示。

(a)4#煤層

從圖2(a)所示的4#煤層底板太灰含水層帶壓開采分區用脆弱性指數法評價結果可以看出,柳林4#煤層底板到太灰含水層隔水層標記為淺藍色的非帶壓區分布在礦區的東部,在此認為是安全區域;標記為綠色的區域太灰水突水的可能性不大,屬于相對安全區;標記為淺綠色的較安全區分布在礦區內綠色區域周圍,屬較安全的區域;標記為黃色的過渡區主要分布在淺綠色較安全區的西部,將這些區域劃分為較安全區到較脆弱區的過渡區;標記為橙色的較脆弱區有發生突水可能性;標記為紅色的脆弱區主要分布在礦區西部及構造發育區,綜合分析將這些區域劃分為脆弱區。

從圖2(b)所示的5#煤層底板太灰含水層帶壓開采分區用脆弱性指數法評價結果可以看出,帶壓區內突水危險性比較大,即帶壓區全部危險。在柳林5#煤層賦煤可采區內,太灰含水層富水性的弱-較弱,劃為相對安全和較安全區。

從圖2(c)所示的8#煤層底板奧灰含水層帶壓開采分區用脆弱性指數法評價結果可以看出,標記為淺藍色的非帶壓區分布在礦區的東部,在此認為是安全區域;標記為綠色的相對安全區分布在礦區東部,奧灰水突水的可能性不大,屬于相對安全區;標記為淺綠色的較安全區主要分布在綠色相對安全區東部區域,導致奧灰突水的可能性不大;標記為黃色的過渡區為較安全區到較脆弱區的過渡區;標記為橙色的較脆弱區分布在礦區北部及構造較發育區,有發生突水可能性的較脆弱區;標記為紅色的脆弱區主要分布在礦區構造發育地區,將這些區域劃分為脆弱區。

4 防治水措施

4.1 各礦水文地質類型情況

整合區內各礦井主采煤層的直接充水含水層富水性均為弱-中等,雖然經過多年開采存在大量的采空區,但采空區位置和積水情況基本清楚。礦井目前生產中的正常涌水量均小于180 m3/h,各礦井的采掘工程不同程度受水害影響,但不威脅礦井安全,防治水工作較簡單。據此，除山西柳林宏盛聚德煤業有限公司的水文地質類型劃分為復雜外,其他礦井水文地質類型均為中等。

4.2 防治水措施

根據對影響煤層頂底板突水主要因素的分析,依據《煤礦安全規程》,結合前面頂板“三圖-雙預測”和底板突水危險性分析評價[6-8],建立健全各級水害防治工作責任制,明確責任,抓好日常水害防治工作。重點措施有如下幾點。

1)了解基本的突水前兆。

2)加強地下水的動態監測。

3)根據實際情況建立好水倉、泵房及排水管道等設施。

4)按照《煤礦防治水細則》的有關探放水要求,加強井下采掘過程中的超前探放水工作,真正做到有掘必探,先探后掘,先治后采。

5)工作面回采過程中,應采取原有水文資料、工作面富水性探測資料的靜態分析、工作面回采推進情況和含水層水位資料動態觀測相結合的方式,進行工作面突水的預測預報工作,以提高工作質量,更好地指導回采。

6)對先期開采階段內封閉不良鉆孔的情況進行全面排查,并登記上冊,建立封孔不良鉆孔資料臺賬;井田井下使用中的鉆孔,必須安裝孔口蓋,廢棄的鉆孔必須及時按照規范要求封孔。

7)采掘過程中要進行實時觀測,時刻注意水量變化情況,確認安全情況下再進行生產。

5 結論

1)采用“大井法”、比擬法和三維數值模擬法預測了各煤礦礦井正常和最大涌水量。

2)依據《煤礦防治水細則》，結合礦井生產情況和水文地質條件以及涌水量大小、采空區分布等綜合因素,劃分了勘查區內各礦井的水文地質類型,區內除山西柳林宏盛聚德煤業有限公司礦井水文地質類型為復雜外,其他礦井的水文地質類型均為中等。

3)應用“三圖-雙預測法”、“突水系數法”、“脆弱性指數法”分別對各礦主采煤層頂、底板涌(突)水危險性進行了評價,進行了涌(突)水危險性綜合分區,根據各煤層頂、底板含水層的不同特性針對性地提出了相應的防治水措施及建議。