矿井充水水文地质

矿井充水水文地质（精选7篇）

矿井充水水文地质 篇1

义煤集团西部四矿井 (观音堂煤矿、石壕煤矿、曹窑煤矿和曹窑东井) 位于豫西陕渑煤田西部, 为义煤集团生产矿井的重要组成部分, 主要开采二叠系山西组二1煤层, 2006年核定生产能力合计180万t/a。据矿井历年突水资料统计, 观音堂煤矿于1965年和1976年发生奥灰突水, 最大涌水量分别为2 919.1, 480 m3/h;2004年1月31日, 石壕煤矿12051工作面发生奥灰突水, 最大涌水量127 m3/h;2006年12月23日, 曹窑煤矿东井27080工作面发生大型奥灰滞后突水, 最大涌水量为1 693 m3/h, 累计排水量210万m3。随着采掘向深部延伸, 煤层底板承受的水压持续增加, 突水危险性随之增大。为避免矿井突水灾害发生, 对义煤集团西部四矿井水文地质特征及充水因素进行分析, 为矿井开采水害防治提供参考资料和决策依据。

1水文地质特征

该区属于义马水文地质单元, 自西向东划分为观音堂断块、曹窑断块、仁村断块 (图1) 。该区矿井水文地质条件中等偏复杂, 浅部水文地质条件比较简单, 深部相对复杂。二1煤层底板属岩溶裂隙水充水为主的矿床, 主要含水层为奥陶系灰岩和太原组灰岩含水层, 碳酸盐岩地层在观音堂断块南部分布广泛, 大气降水极易沿碳酸盐岩的层面补给地下水, 为岩溶水的补给区及强径流区, 加速了碳酸盐岩的岩溶发育速度, 给地下水的储存、径流创造了良好条件。

1.1含水层

本区主要影响二1煤层开采的含水层有4个。

(1) 奥陶系灰岩岩溶裂隙含水层。

二1煤层底板间接充水含水层, 厚24.61～70.30 m, 平均50.33 m。在地表可见溶沟、溶槽及溶蚀裂隙等岩溶地质现象。本区奥陶系灰岩含水层富水性强而不均, 单位涌水量q=0.001～71.092 L/ (s·m) , 渗透系数K=0.213～570.146 m/d。石壕煤矿和观音堂煤矿位于观音堂断块内 (图1) , 水位标高为+420～+445 m;曹窑煤矿和曹窑东井位于曹窑断块内, 水位标高为+530～+540 m。该含水层补给来源以大气降水为主, 由于构造复杂, 多成断块, 地下水运动条件较复杂, 曹窑断块的地下水在青杨沟断层处以跌落形式向观音堂断块补给。该含水层具有厚度大、富水性与渗透性较强的特征, 水质类型为HCO3-Ca·Mg型。

(2) 太原组灰岩岩溶裂隙含水层。

二1煤层底板直接充水含水层, 上距二1煤层底板10～20 m, 由2～5层灰岩组成, 总厚度4.80～18.16 m, 平均9.16 m。岩溶裂隙在不同标高均有发育, 溶洞直径0.07～2.05 m。单位涌水量q=0.000 2～0.222 0 L/ (s·m) , 渗透系数K=0.003 12～2.531 00 m/d。石壕煤矿水位标高为+450 m, 曹窑煤矿水位标高为+581.67～+678.82 m。由于灰岩厚度小, 贮水空间有限, 富水程度弱, 但与外界取得水力联系的情况下, 可发生大的突水灾害, 寒武系灰岩和奥陶系灰岩含水层可通过构造裂隙向太原组含水层补给, 水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg或HCO3-Ca·Mg型。

(3) 二1煤层顶板砂岩裂隙含水层。

系指二1煤层上部的大占砂岩、香炭砂岩、砂锅窑砂岩等砂岩含水层, 是二1煤层顶板直接充水含水层, 总厚度7.5～59.2 m, 平均29.0 m。据勘查资料, 有少数钻孔可见冲洗液漏失现象, 浅部以风化裂隙水为主, 充水空间不发育。大占砂岩单位涌水量q=0.002 1～0.190 0 L/ (s·m) , 渗透系数K=0.005 3～0.793 0 m/d;砂锅窑砂岩、香炭砂岩单位涌水量q=0.000 8～0.072 3 L/ (s·m) , 渗透系数K=0.002 3～0.137 0 m/d。该含水层多以滴水或淋水形式向矿井充水, 矿井涌水量一般为10～20 m3/h, 地下水以静储量为主, 水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg, HCO3-Ca, HCO3-Ca·Mg型。

(4) 第三、四系砂砾 (卵) 石孔隙含水层。

由疏松的砂砾岩、砂质黏土及洪积砂砾石层组成, 厚0～108 m, 岩性、厚度、富水性变化都较大, 含水层厚度变化主要受地形地貌及现代流水堆积作用控制, 总的规律为沿河两岸及沟谷谷底较山区发育。该含水层呈松散或半胶结状, 含孔隙潜水, 导、富水性较好。单位涌水量q=0.1～3.0 L/ (s·m) , 渗透系数K=14.91～91.50 m/d, 富水性弱—中等, 水化学类型为HCO3·SO4-Ca·Mg, HCO3·SO4-Ca·Na型。

1.2隔水层

该区内各含水层之间均赋存相对的隔水层, 从下至上依次为石炭系本溪组铝土质泥岩隔水层, 二1煤层底板隔水层, 二1煤层顶板隔水层和第三、四系黏土及亚黏土隔水层, 在正常的地质条件下, 各隔水层可以阻隔各含水层组之间的水力联系。本次仅叙述影响二1煤层顶、底板充水的隔水层。

(1) 本溪组铝土质泥岩隔水层。

由本溪组铝土质泥岩、铝土岩组成, 层位稳定, 但厚度差异较大, 厚0.97～25.85 m, 平均13.54 m, 主要由于奥陶系灰岩风化、氧化侵蚀面凸凹不平所致。其岩性致密, 裂隙不发育, 透水性差, 正常情况下, 可阻隔奥陶系灰岩含水层与太原组灰岩含水层间的水力联系, 当在其厚度变薄或在构造破碎带附近, 将会软化或失去隔水性能。

(2) 二1煤层底板隔水层。

系指二1煤层与L7石灰岩之间的泥岩、砂质泥岩和细粒砂岩, 厚2.41～32.66 m, 平均15.26 m, 其分布连续, 层位稳定, 隔水性能良好。正常情况下, 可阻隔太原组岩溶裂隙水充入煤层。在开采条件下, 由于二1煤层底板隔水层受到扰动破坏, 或在二1煤层底板薄的地方和断层带附近将失去隔水作用。

(3) 二1煤层顶板隔水层。

系指二1煤层顶部以上的泥岩、砂质泥岩、细粒砂岩和粉砂岩, 岩性致密、厚度大, 岩石透水性差, 有效阻隔了该系地层中砂岩之间的水力联系。

2地表水及地下水补、径、排

2.1地表水

该区主要发育有甘壕河、南涧河、硖石河和清水河等, 并且冲沟发育, 均呈季节性, 是大气降水及地下水的排泄渠道, 水流方向与地形坡降一致。水量受大气降水控制, 旱季水量小, 雨季增大, 雨后数小时洪峰即过。甘壕河平均流量为110 m3/s, 洪水期最高达412 m3/s (1984年8月9日) ;南涧河流量一般为0.008～70.100 m3/s, 最大洪流量400 m3/s (1982年7月30日) 。

2.2地下水补、径、排

(1) 二1煤层上部各砂岩含水层补给来源以大气降水为主, 局部地段也接受河流和沟谷间歇性补给。观音堂煤矿一带, 水位标高为+510～+700 m;曹窑矿一带, 水位标高为+611～+679 m。据分析研究, 地下水流向与地形坡降大体一致, 沿地势下跌方向, 以接近地面坡降的水力坡度径流。在侵蚀基准面以上, 常以接触下降泉的形式排泄于沟谷;深部地下水排泄条件不好, 主要以矿井水的形式排泄。

(2) 该区岩溶裂隙地下水以大气降水入渗补给为主, 其次是地表水渗漏补给。由于构造复杂, 多呈断块, 致使区内地下水运动条件复杂化, 受构造、岩性及地形条件制约较为显著。①观音堂断块:西南部低山区及渑池向斜西端南、北两翼碳酸盐岩裸露区及浅埋覆盖区是地下水的补给区, 其补给来源以大气降水为主, 其次为煤窑沟断层以西相邻断块含水层中地下水侧向径流。断块内岩溶裂隙水运动条件由于受构造、地形条件制约, 不同地段地下水的运动条件也有所不同。②曹窑断块:北部基岩出露区是地下水的补给区, 同时可得到地表水的间歇性补给。曹窑断块岩溶裂隙水由北东向南西方向径流, 在青杨沟断层附近则以“地下跌水”形式越过边界断层向南西方向径流。曹窑断块岩溶裂隙水与观音堂断块岩溶裂隙水相汇于柏树山一带以泉形式排泄, 另一部分地下水则以潜流形式越过弥陀寺、煤窑沟断层向北部黄河方向排泄。

3矿井主要充水因素

根据义煤集团西部四矿井历年突水资料统计分析, 矿井浅部充水水源以顶板砂岩含水层为主, 一般以淋水、滴水方式向矿井充水, 涌水量不大。矿井深部充水水源以奥陶系灰岩含水层和太原组灰岩含水层为主, 水量一般较大, 持续时间长, 不易疏干。根据矿井充水规律特征分析, 矿井主要充水因素有以下几个方面。

(1) 大气降水为矿井充水水源的重要来源之一。

大气降水可通过塌陷裂隙向矿井直接充水, 也可通过太原组灰岩、奥陶系灰岩露头区的岩溶裂隙及断裂构造带向矿井充水。矿井浅部开采时, 涌水量主要来自大气降水补给。矿井浅部存在老窑区, 严重威胁浅部煤层的开采, 所以在老窑区采煤时, 应做好探放水工作, 以防突水事故发生。

(2) 二1煤层顶板上部大占砂岩是开采二1煤层的直接充水含水层。

钻孔单位涌水量q=0.002 1～0.190 0 L/ (s·m) , 其富水性弱, 一般以淋水、滴水方式向矿井充水, 矿井涌水量一般为10～20 m3/h。矿井进行采掘活动时产生冒落带和导水裂隙带, 可以沟通二1煤层上部各砂岩含水层, 涌水量将有所增加。

(3) 太原组灰岩含水层是二1煤层底板直接充水含水层。

其富水性弱。根据全国实际资料和《矿井水文地质规程》, 确定本区突水系数0.06～0.15 MPa/m的地段可视为“突水危险区”, 矿井进行采掘活动时底板破坏或断裂构造破坏, 则有突水危险;突水系数大于0.15 MPa/m的地段则为“突水区”, 在该地段进行采掘活动具有突水危险性。

(4) 奥陶系灰岩含水层是二1煤层底板间接充水含水层。

其富水性强, 上距二1煤层底板约50 m。在断裂构造发育区, 既可以补给太原组灰岩含水层, 也可能直接向二1煤层底板充水。该含水层具有突水量大、突水强度大、持续时间长的特点, 是本区矿井充水的主要预防对象。

(5) 断裂构造导水也是矿井充水的一个重要因素。

本区断裂构造发育, 大体平行排列, 组合形式为阶梯状。观音堂矿发育大于20 m的断层8条, 石壕矿发育大于20 m的断层10条, 曹窑矿与曹窑东井发育大于20 m的断层10余条。在矿井多种突水通道中, 危害最大的就是断裂构造, 尤其是大型断裂构造是造成奥陶系灰岩突水的主要因素。构造的形成破坏了隔水层的完整性, 降低了其力学强度, 同时使开采煤层与含水层接近或直接接触, 成为矿井容易突水的软弱带, 尤其是断裂密集交叉处和断裂尖灭处, 更容易突水。断层带既是储水空间又是导水通道, 通过灰岩的断层往往是导水断层。断裂的存在使矿井水文地质条件复杂化, 因此, 研究断裂的产状要素、规模, 破碎带的充填、胶结程度及其两盘岩性及伴生裂隙等, 对矿井水防治工作有重要意义。

参考文献

[1]柴登榜.矿井地质工作手册[M].北京:煤炭工业出版社, 1984.

[2]李松营.义煤集团西部四矿奥灰水防治技术研究[J].中国煤炭地质, 2008 (2) :29~31.

矿井充水水文地质 篇2

晏家铺向斜为一似菱形的、封闭的、完整的向斜储水构造, 其核部为三叠系地层, 翼部为二迭系下统茅口组和栖霞组。栖霞组下段砂质泥岩沿其外围环绕, 内侧为二迭系上统龙潭组煤系岩层相对阻隔, 形成一个与外部无明显水力联系的独立的水文地质单元, 单元面积约300km2, 主要含水层为茅口组和栖霞组灰岩 (详见图1) 。

向斜轴沿北30°东展布, 两翼产状不对称, 西翼岩层产状较陡, 倾向东南, 倾角25~60°, 东翼地层宽缓, 倾向北西, 倾角15~35°, 翼部压性、张扭性断裂较发育, 均呈北东向延伸, 在向斜东北端由一近东西向扭向断裂横切断头。

向斜东翼岩溶比西翼发育, 东翼发现地下暗河7条, 长约26km, 东翼西南端暗河长6km;西翼发现地下暗河1条, 长4km。向斜内地下暗河总长度约30km, 总流量约730l/s, 向斜天然排泄总量约925l/s。向斜翼部和转折端的地下暗河流程较短, 地下水动态不稳定, 水位埋深小于50m, 湄江河、龙潭河分别斜切向斜北部和南部, 8条暗河中有6条排泄于上述两河, 即河谷地带是向斜地下水天然排泄带。

本区地处次一级地表分水岭附近, 地形岩性控制了地下水补给、迳流和排泄条件。地下水主要由大气降雨补给, 次为地表水补给, 地下水沿溶蚀裂隙、岩溶通道及构造裂隙等途径由高势能向低势能方向运动, 以汇流及潜流形式向排泄区迳流, 地表水系是地下水的主要排泄场所。由于地貌和岩层含水性差异, 地下水多集中在含水性强与弱的岩层接触面及沟谷低洼处排泄。

茅口组灰岩出露面积宽广, 厚度大, 地表岩溶发育, 不均一性明显, 其地下水易于接受大气降雨的垂直入渗补给, 本区茅口组灰岩为地下水的补给迳流区。龙潭组、长兴组、大冶组地下水多为原地渗入, 经短距离地下迳流后出露地表。车田江水库为本区地下水的排泄区。

2 矿井充水因素分析

由于大冶组、长兴组及龙潭组顶、底部泥岩隔水层的阻隔作用, 在自然条件下各含水层之间水力联系较弱, 含水层内水体以层内迳流为主, 大气降水为各岩层组补给来源。几条小溪为常年性地表水流, 均切割了矿区内各地层, 在流经煤层的直接充水含水层时, 为地下水的定水头补给边界, 故对煤矿床开发有一定的充水影响。

在正常条件下开采2煤层, 充水水源主要为煤层顶板龙潭组砂岩裂隙含水层和长兴组岩溶裂隙含水层, 消耗其静储量为主, 充水通道为采动裂隙及构造破碎带, 因都属弱~中等含水层, 其充水量有限, 原则上不影响矿井生产, 实际生产中已经证实。地表水体和基岩风化带水不会形成对矿井直接充水影响, 但可以成为矿井充水的间接补给水源。大气降雨是引起矿坑涌水量变化的主要因素, 一般涌水量增大时间滞后降水期间隔较短。

由于矿井均按照下行开采方法, 因此上水平开采后老采空区积水下渗也是下水平煤层开采充水水源之一。

本区2煤层属茅口组灰岩岩溶含水层带压开采, 到目前为止未发生过底板突水事故。但是随着开采水平向纵深部延伸, 岩溶水头压力增大, 在煤层底板变薄带及地质构造破坏区, 有产生异常突水可能性, 将成为深部煤层开采直接充水水源, 因此在以后开采过程中注意勘探防治。

3 生产矿井水文地质条件分析

本区位于涟邵煤田北段, 涟源凹陷区之晏家铺含煤向斜内, 侵蚀溶蚀岩溶地貌, 属中低山峰脊、垄脊谷地地形, 切割强烈, 冲沟发育。本区域属资江流域, 油溪河之上游, 区内地表水系发育, 矿区内主要地表水体为车田江水库, 总库容约1.27亿m3, 横跨新化县之温塘镇、田坪镇及涟源市古塘乡, 呈树枝状分布 (见图2) , 水库蓄水情况良好, 面积达5.33km2, 库区基岩直接出露 (见图3) 。

晏家铺矿区目前有生产煤矿二座, 分别为湘新煤矿、兴隆煤矿, 总生产能力约8万t/a, 均主采上二叠统龙潭组2煤层, 均采用斜井开拓方式, 边界机械抽出式通风方法, 分级排水, 各矿井生产技术条件如表1所示。以湘新煤矿为例, 分析生产矿井水文地质条件。

湘新煤矿2煤层底板距茅口组灰岩的厚度仅8~12m。直接充水含水层为茅口组裂隙溶洞含水层, 且浅部开采时没有揭露和疏排地下水, 茅口组灰岩水的水柱压力虽然小于2煤层底板隔水层能承受的安全水柱压力, 但随着开拓的延深, 若遇断裂构造、裂隙发育带、岩溶陷落柱、底板岩石抗张强度降低或隔水层厚度变薄等工程地质条件恶化时, 茅口组灰岩溶洞水可突然溃入矿坑。如2012年8月14日, 在+240m水平开采2煤层时, 煤层底板茅口组灰岩溶洞水突入矿坑, 发生突水事故, 造成淹井现象, 幸亏无人员伤亡。另外车田江水库位于矿井东部, 在生产中若遇导水裂隙带高度波及库底将造成矿井突水淹井事故。故车田江水库对矿坑充水有一定的影响, 在接近水库的边界部位应留设一定的保安煤柱。根据煤炭科学研究总院唐山研究院于2011年5月提交的《湖南新化晏家铺矿区水体下煤炭开采可行性论证报告》, 晏家铺矿区2煤层最大采厚0.6m时, 其导水裂缝带最大高度为33.2m, 车田江水库下开采所需防水安全煤岩柱尺寸为80m。水库底界面最低标高为+420m, 确定水库下开采最高上限为+340m。水库下+340m标高以下在正常条件 (底板茅口组灰岩岩溶安全水头允许) 下开采是可行的, 水库水体不会对井下工作面产生直接充水影响。现湘新煤矿已开采至+275m, 水库对该矿开采不会产生直接充水影响。

因此, 矿坑主要充水来源为龙潭组砂岩裂隙水、老窑水、大隆组岩溶水及降雨沿采空区塌陷裂隙带渗入水, 水文地质条件中等。

4 结论与建议

(1) 晏家铺矿区地表水系发育, 车田江水库横跨矿区之上。煤层顶板上覆岩层长兴组灰岩含水层, 含水性弱至中等, 为2煤层开采直接充水含水层, 基岩风化带发育较深, 含水性较弱, 本区为复合水体下采煤。

(2) 晏家铺矿区2煤层最大采厚0.6m时, 其导水裂缝带最大高度为33.2m, 水库下开采所需防水安全煤岩柱尺寸为80m。水库底界面最低标高为+420m, 确定水库下开采最高上限为+340m。水库下+340m标高以下在正常条件 (底板茅口组灰岩岩溶安全水头允许) 下开采是可行的, 水库水体不会对井下工作面产生直接充水影响。

(3) 建议进一步查明底板茅口组灰岩含水层水文地质条件, 按国家关于煤矿防治水有关规定, 做好茅口组灰岩承压水防治问题, 以保证煤矿在承压水上安全开采。

摘要：本区位于涟邵煤田北段, 涟源凹陷区之晏家铺含煤向斜内, 侵蚀溶蚀岩溶地貌, 属中低山峰脊、垄脊谷地地形, 切割强烈, 冲沟发育。区内地表水系发育, 矿区内主要地表水体为车田江水库, 总库容约1.27亿m3, 呈树枝状分布, 水库蓄水情况良好, 水域面积达5.33km2。

关键词：晏家铺矿区,水文地质条件,矿井充水,因素分析

参考文献

[1]国家煤矿安全监察局.《煤矿防治水规定》[M].2009, 9.

[2]国家煤矿安全监察局.《煤矿安全规程》[M].2011, 1.

[3]煤炭科学研究院唐山分院.《湖南新化晏家铺矿区水体下煤炭开采可行性论证报告》.2011, 5.

常村煤矿矿井充水条件分析 篇3

1 区域地质与水文地质

区域地层自东而西由老至新为:上元古界震旦系、古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、新生界第三系及第四系, 东部边缘为新华夏构造的褶皱和断裂集中发育地带, 西部为新华夏系构造体系控制的长治盆地, 大地构造位置处在我国华北地区东部新华夏构造体系第三隆起带中段, 即太行山新华夏系一级隆起之上的二级构造带:晋 (城) —获 (鹿) 褶断带与武乡—阳城凹褶带之间, 与该带主要压性结构面斜交的方向上, 均发育有两组扭裂面, 一组为NNW走向的张扭性断裂, 另一组为NEE走向的压扭性断裂, 在该带的漳河、沁河及其支流, 普遍受这两组扭裂面的控制, 而形成追踪河谷。

井田位于辛安泉域南部长治盆地水文地质单元内, 区域东部出露一套碳酸盐岩地层, 呈长条状南北方向展布, 含岩溶裂隙水, 向西地势逐渐降低。区域中、西部属长治盆地, 为新生界早期形成的断陷盆地, 堆积物较厚约300m, 并夹有一系列孔隙含水层。根据岩性特征和富水空间性质, 区域内自下而上可划分碳酸盐岩岩溶裂隙含水层组、碎屑岩类夹碳酸盐类含水层组、碎屑岩类含水层组、松散岩类含水层组。其中, 碳酸盐岩岩溶裂隙含水层组由灰岩、泥灰岩、白云质灰岩等可溶性岩组成, 是区域上的一个主要含水岩组。

2 井田地质和水文地质

常村煤矿广为第四系黄土掩盖, 仅于北部阎村、常隆一带有二叠系上石盒子组地层零星出露, 根据区内大量钻孔资料, 从老到新分别为奥陶系中统峰峰组 (O2f) 、石炭系中统本溪组 (C2b) 、石炭系上统太原组 (C3t) 、下二叠统山西组 (P1s) 、下二叠统下石盒子组 (P1x) 、上二叠统上石盒子组 (P2s) 、上二叠统石千峰组 (P2sh) 和第四系 (Q) 。其中, 石炭系上统太原组、下二叠统山西组是本区的主要含煤地层。

井田内地质构造以褶曲为主, 地层走向近南北向西倾斜, 倾角3~6°, 东部以单斜为主, 伴有近东西向波状起伏, 西部为近南北向褶曲, 其中, 褶曲主要有姬村向斜、路村背斜、老军庄向斜、水东村背斜、宋庄向斜、王村背斜、郭庄背斜。区内断层不发育, 主要有北部边界文王山南断层和东南边界安昌断层、藕泽断层。另外, 在生产中还发现了14个陷落柱, 另据三维地震资料发现8个陷落柱, 在矿井生产中需要技术处理避免大量涌水。

井田含水层主要有中奥陶统马家沟组灰岩岩溶含水层、太原组K2、K3、K4、K5灰岩岩溶裂隙含水层、山西组K7砂岩裂隙含水层、3#煤层顶板砂岩裂隙含水层、下石盒子组K8砂岩裂隙含水层、上石盒子组基岩风化带裂隙含水层、第四系下更新统孔隙含水层、第四系中更新统孔隙潜水含水层等。其中, 奥陶系中统灰岩含水层富水性较强, 石炭系上统太原组石灰岩含水层富水性不均属中等岩溶裂隙含水层, 二叠系砂岩含水层中上石盒子组底部K10砂岩含水层富水性中等, 中部细、中粒砂岩含水层与下部的第10层含水层由于受底板补给富水性较强, 基岩风化带含水层富水性中等, 第四系孔隙含水层中下更新统砂及砂砾石层含水层富水性较强。井田内主要隔水层是本溪组铝土质泥岩隔水层、3#煤层底板隔水层。

3 矿井充水条件分析

3.1 工作面涌水类型。

自建井以来至2008年10月底, 共有大小涌水点30个, 其中工作面顶板涌水点21个、采空区顶板涌水点5个、巷道顶板涌水点2个, 顶板涌水点合计28个, 占总涌水点的93.3%;底板K2灰岩涌水1次;陷落柱涌水1次;断层带无涌水点。涌水点最大涌水量250m3/h, 顶板砂岩涌水量50m3/h以下的涌水点21个, 占总涌水点的70%, 可见一般情况下顶板涌水量较小, 因此对矿井生产无影响, 但当遇到顶板裂隙带沟通上部强富水砂岩含水层则会造成大量涌水, 该矿建井以来共发生4次大的涌水, 其中3次涌水属顶板裂隙带沟通含水层引起的。

3.2 充水水源的水化学特征。

常村矿底板奥灰水水化学类型属HCO3·Cl-Na型, 底板奥灰水的总溶解固体大于顶板砂岩水和底板砂岩水中的含量, 煤系地层含水层水与浅层水在Pipor三线图上的位置也有显著不同, 可见其埋藏和赋存环境稍有差异。同位素取样测试表明, 从大气降水到地下水3H含量逐渐降低, 大气降水和孔隙水的3H含量差值约3.47TU, 符合地下水循环运移规律, 孔隙水的补给来源应为当地大气降水和地表水。

3.3 矿井充水特征。

3#煤层顶板多为粉砂岩或泥岩, 老顶多为中粒砂岩, 采用综采放顶煤开采, 顶板采用全陷落法管理, 顶板导水裂隙带高度为63~90m, 导通的含水层主要是3#煤层顶板砂岩含水层、K8砂岩含水层和K10砂岩含水层, 其中, 仅K10砂岩含水层富水性稍强。该含水层厚度大, 面积广, 具有良好的多年水调节性能, 故水动态比较稳定。矿井充水通道主要有:

(1) 采动裂隙导水。由于矿井采用放顶煤采煤工艺, 回采过程中一旦“冒裂带”到达储水体便突然出水, 据统计井田已发生的21次工作面顶板涌水、5次采空区顶板涌水和2次巷道顶板涌水, 共计28次顶板涌水均属采动裂隙导水。

(2) 褶曲构造储水。褶曲构造在发育过程中, 破坏了岩层的完整性, 为地下水的迳流与存储提供了条件, 特别在向斜轴部节理裂隙更加发育, 形成了地下水的富水条带。

(3) 断层构造补水。采区勘查时发现的10条大小断层和开采过程中揭露的小于5m的17条断层大部分不富水或富水性较弱。而北部边界文王山南断层, 最大落差400m, 造成区内煤层与外部中奥陶统马家沟组灰岩含水层对接, 其富水性应较强;东南边界安昌断层, 最大落差70~170m, 造成煤层与太原组灰岩含水层相接, 可能导致太原组灰岩水进入煤层;东南部中华断层, 最大落差150m, 与安昌断层相接, 其断层水可直接补给安昌断层, 而造成其断层水复杂化。

(4) 陷落柱导水。井田范围内共有陷落柱20多个, 主要分布在井田北部采区, 一般不富水或富水性极弱。但陷落柱内的岩性比较复杂, 且胶结程度较差, 它往往又能与基岩风化带和奥陶系灰岩沟通, 因此对矿井开采影响较大。

(5) 封闭不良钻孔导水。常村井田前期勘探钻孔很多, 成为各个含水层的水力联系通道, 在开采过程中有可能造成突水事故。

根据1996~2007年矿井涌水量和降水量数据分析, 每年的6~9月的丰水期, 矿井涌水量在此期间或以后无明显变化, 因此矿井涌水量受大气降水影响不明显, 而生产过程中沟通富水条带时就会发生工作面水量增大, 因此煤矿的主要充水水源是顶板砂岩裂隙水, 底板水、陷落柱水次之, 断层水应以主要预防边界大断层为主。从矿井充水通道分析, 造成涌水的主要是采动裂隙带, 其次是断裂构造和陷落柱, 第三是封闭不良的钻孔;从地质构造分析, 褶曲构造尤其向斜轴部是富水区域也是最易发生顶板突水的位置;从含水层连通性分析, 各含水构造之间连通性较差, 各自形成相对孤立的储水空间, 可见导水构造连通性不强。另外, 随着矿井开采面积的增加和汇水面积的不断增大, 而矿井涌水量也略有增大。

综上所述, 影响矿井涌水的因素是多方面的, 不仅与含水层本身的类型、特征、赋存条件有关, 而且还与煤层顶板各隔水岩层的水文地质条件、地层结构及采矿地质条件有关。因此只有深入分析矿井充水条件特征, 准确掌握煤层顶板砂岩富水规律, 才能较好地预测预报工作面顶板砂岩水害。

参考文献

[1]王心义, 贺子杏.科学技术革命对水文地质学发展的影响[J].焦作工学院学报, 1998 (6) .

[2]刘小锋, 王志明.常村煤矿水文地质条件分析[Z].2008, 10.

[3]史向明, 钟昌波.太原组灰岩岩溶充水特征及水害防治[J].能源技术与管理, 2009 (2) .

矿井充水水文地质 篇4

本区位于河北省邯郸市峰峰矿区的西北部, 地处峰峰矿区的和村镇和义井镇, 海拔标高+264m。

井田北面以F11断层与万年矿井田为界;西面以F6断层、和村镇西部煤柱线、F41断层及下架煤 (9号) 煤层露头线为界;南面以人为技术边界、F43断层、下架煤 (9号) 煤层露头线与王凤井田及义井深部勘探区为界;东面以鼓山大断层为界, 南北走向长度8km, 东西倾向宽约4.1km, 原批准矿区范围为32.75km2。

河北省国土资源厅2005年8月11日授予邯郸通顺矿业有限公司采矿许可证, 批准矿区面积13.707km2, 开采深度+250~-800m。本次煤炭资源储量核实报告范围以此为准。

本区交通方便, 邯郸环行铁路从井田北侧通过, 北部有和村火车站, 距工业广场约1.6km, 南部有义井火车站, 距工业广场约5km, 由环行铁路向北向南均与京广线相连。本区向南至峰峰市区, 向北至武安、邯郸、长治均有公路, 交通十分方便。

2 矿井充水的主要水源

(1) 地表水。

在本井田范围内的地表水源有:位于墁田西部的西河沟、跃峰渠及跃峰渠两侧的蓄水池、水库等。西河沟常年有水, 以南北方向跨越西部井田, 跃峰渠间断性有水, 也以近南北方向跨越井田上部。这些地表水可以通过各含水层露头进入含水层, 由含水层对井下进行间接补给, 也可以通过采空区裂隙渗透到井下。

(2) 大气降水。

奥陶系石灰岩在井田的东西两侧均有大面积出露, 接受大气降水的补给。本区目前开采深度较大, 大气降水从地表进入井下深处需要一个渗透的过程, 矿井涌水量在雨季后两个月才有所增加, 但水量增加不大, 一般为1m3/min左右。

(3) 小窑老空及巷道或采空区积水。

井田大部分煤层的顶、底板是含水层, 小窑老空、巷道或采空区都会有积水, 对矿井安全生产有很大的影响, 采掘时要随时进行探放。

(4) 含水层水。

冲积层含水层的潜水, 主要通过含水层基岩露头和老空裂隙进入井下;石盒子组砂岩和大煤、山青顶板砂岩含水层的裂隙、孔隙及连通都不太好, 水量不大;野青、伏青、中青薄层石灰岩含水层岩溶裂隙比较发育, 含水较丰富, 但厚度小, 补给条件差, 本身水量有限, 采掘前预先对它们进行疏放, 经一段时间都能疏干;大青、奥灰含水层岩溶裂隙、溶洞都很发育, 富水性极强, 水压很高, 一旦突水就有淹井危险, 对矿井充水的途径主要有两个, 一个是通过导水断层进入井下巷道, 另一个是通过封孔不良的钻孔进入井下巷道。

3 矿井涌水量及其构成

本区矿井涌水量随着开采深度的增加而增加, 多年平均为26.35m3/min, 目前涌水量1 8.6m 3/mi n (一水平为5.4 m 3/mi n左右, 二水平为10.6m3/min左右, 拔剑为2.6 m3/m i n) ;其中大煤老空水约3.7 m 3/min, 野青老空水约2.4m3/min, 野青含水层水约1.0m3/min, 山伏青老空水约3.4m3/min, 大青含水层水约2.0m3/min, 奥陶系灰岩含水层约2.5m3/min, 断层水约2.0m3/m i n, 其余井筒水、石盒子组砂岩水等约1.6 m3/m i n。在1 9 8 2年至1 9 8 5年期间, 由于采掘中央区的山青、大青及下架煤层, 对大青灰岩水进行疏放, 矿井涌水量达到建矿以来的最大值33.5m3/min。

4 矿井充水特征

(1) 大煤±0水平大巷开拓时水量很小, 仅0.2m3/min, 随着煤层开采面积的增加及水平延深, 水量逐渐增加至4m3/min左右, 多以淋水的方式进入采掘巷道, 煤层采空后成为老空水。补给水源主要是煤系上部石盒子砂岩含水层水及潜水、地表水的渗入。

(2) 野青与伏青灰岩裂隙比较发育, 钻孔疏干时水量可达5.0m3/min, 但疏干后的巷道水量很小, 大部分巷道是干的, 只在断层附近裂隙发育部位仍有少量水;分水平疏干在没有断层阻隔时, 下水平的水压相当于上水平降压后的水位, 下水平放水, 上水平干枯。

(3) 山青煤回采顶板砂岩一般淋水较小 (0.1~0.2m3/min) , 主要是在回采前要先疏放大青水, 降低水压, 在安全压力条件下带压开采, 曾在中央盘区将大青水位由+130降至+60水平, 从而安全回采了受水威胁的山青煤。

(4) 以断层为界, 分区分块疏干含水层时, 断层一盘疏干, 而另一盘水位不变, 巷道揭穿断层彼盘为含水层时, 将发生巷道充水。因此, 采掘时要特别注意对被断层切割而形成含水层水不连通的封闭地段的疏放。

5 矿井水文地质类型

根据《矿井水文地质规范》对矿井水文地质类型划分的分类标准, 结合矿井的具体水文地质情况, 对本矿井进行了水文地质类型的划分。按矿井的生产情况, 从受采掘破坏或影响的含水层、单位涌水量、开采受水害影响程度及防治水工作的难易程度几方面来看, 均符合水文地质复杂的条件属于水文地质复杂型矿井。

参考文献

[1]彭铿如, 廖时林, 林绍华, 等.“灰帽”下急倾斜煤层采煤的实践[J].煤矿安全, 2001 (9) .

[2]毛光和.浅谈安源煤矿提升系统的技术改造[J].煤矿安全, 2001 (9) .

[3]金江涛, 廖万生.抗胀与解胀法相结合的双层井壁施工[J].煤矿安全, 2001 (9) .

[4]刘国林, 段绪华.老空、老窑水的充水特征及防治对策[J].中国煤炭, 2004 (3) .

矿井充水水文地质 篇5

南屯煤矿主采煤层3煤分布面积约为27.5 km2。井田处于轴向北东倾伏的兖州不完整向斜的南翼, 煤层赋存整体呈单斜构造, 南高北低, 地质构造简单, 断层稀少, 主要发育在井田边界。主要开采煤层为石炭二叠系煤系, 共含煤19层, 分上、下2组, 上组煤顶板以中砂岩、粉砂岩、黏土岩为主, 开采后易冒落。下组煤顶板为灰岩、黏土岩, 开采后具有缓慢下沉的特点。南屯煤矿目前已转入配采16, 17煤阶段。

1矿井充水条件

1.1充水水源

(1) 地表水和大气降水。

地表水和大气降水可通过封闭不良的钻孔, 由冒落裂隙带沟通顶板灰岩含水层和第四系松散含水层迅速补给灰岩含水层而突入矿坑。

(2) 顶板裂隙水。

南屯井田内的顶板含水层有第四系上组砂砾石孔隙含水层、上侏罗统红色砂岩裂隙含水层、太原组煤系灰岩裂隙含水层。第四系含水层总厚21～143 m, 平均厚81.9 m, 空间分布为东薄西厚、南薄北厚。

(3) 底板灰岩水。

奥灰含水层富水性具有不均一的特点, 横向、纵向上都变化很大, 富水性较弱, 但其接受大气降水、地表水或第四系松散含水体的补给, 水位高、水压大, 使奥陶系岩溶承压水成为威胁下组煤开采的主要突水水源。

(4) 老空水。

南屯井田内及邻近煤矿开采历史悠久, 在邻近区域内有西以马家楼断层为界的里彦矿, 北以黄埔断层为界的鲍店、东滩两井田, 南部有北宿矿以及落陵煤矿。这些煤矿开采历史较长, 大部分老窑积水。不易确定采空区面积、积水范围、积水量等, 给南屯矿采掘带来一定的安全隐患。

1.2矿井充水途径

(1) 构造断裂带。

由构造断裂形成的断层破碎带往往具有良好的透水性, 会形成矿井充水的良好通道。南屯煤矿矿井内主要发育大断层3组 (按方向) :北西至近南北向、北西至近东西向和北东向, 其中北北西至近南北向断层最为发育。断层主要发育于井田东部, 西部较少。下组煤-432 m水平构造发育的基本特点是:西部相对复杂, 小型断层相对较为密集;东部相对简单, 构造稀少。

(2) 煤层顶底板破坏。

就一般规律而言, 采空区上方可划分为3个不同性质的破坏和变形影响带:冒落带、导水裂隙带、整体移动带。南屯煤矿30余年的开采实践证明:3上煤顶部砂岩为直接充水含水层, 第三层灰岩 (简称三灰) 和红层为间接充水含水层。工作面顶板淋水和采后采空区涌水为其主要充水形式, 采动裂隙为其主要充水通道。南屯煤矿近期开采-432 m水平太原组16上煤和17煤, 开采的直接充水含水层为十下灰岩含水层, 为16上煤的直接顶板, 间接充水含水层为十四灰和奥陶系灰岩含水层。煤的顶板为十一灰, 因其厚度小, 含水微弱, 易于疏干, 对煤的开采无大的影响。在富水性上, 16上煤顶板中砂岩含水层、十下灰及十四灰3个含水层相对较低, 且由于厚度有限, 自身的含水量相对较小, 以静储量为主。在无外界水源补给情况下, 这3个含水层水一般不会形成较长时间的较大充水。

2突水特征

矿井突水[1]是指煤矿在正常生产中突然发生的具有一定数量、来势凶猛的涌水现象。南屯煤矿3煤的开采突水有以下特征:

工作面回采前, 一般无水或仅巷道局部有滴水。当3上煤工作面一分层回采时, 由于顶板岩层的裂隙及采动超前影响, 使3上煤顶板砂岩水下渗于工作面和采空区内, 使工作面出现淋水。进入二分层开采时, 累计采厚增加, 顶板裂隙相应增加, 并波及到红层底部含水段, 使之与红层内导水裂隙连通, 以致红层地下水下泄进入采空区形成采区突水。当进入3煤回采时, 由于3煤与3上煤之间有夹层, 顶板裂隙不再增加, 而且在采动影响范围内, 红层中地下水的储量已被疏干, 故工作面涌水开始减小, 并在工作面停采后涌水量更小。

3采区涌水对煤炭生产的主要影响

根据-432 m水平主要充水含水层十下灰和十四灰的水文地质特征[2] (富水性较弱, 含水层富水性不均一等) , 南屯矿下组煤采区涌水对煤炭生产的主要影响是:

(1) 在正常的开采区段, 十下灰岩以静储量为主, 在工作面回采时主要以淋水为主, 随时间的延长, 水量趋小, 对工作面的生产不会造成影响。但在顶板裂隙发育段出水量较大, 是正常出水量的几倍, 若出现出水时, 排水设备能及时开动及时排水, 对生产影响不大;若排水不及时, 会造成短时间的停产。

(2) 十四灰以底板裂隙出水, 正常区段水量不大, 对生产不产生影响, 当底板裂隙发育时, 会从裂隙涌水, 水量比正常涌水多1倍或几倍, 当排水工作跟不上时, 可导致掘进面被淹。

(3) 当揭露构造裂隙发育带, 而且奥灰与十四灰层段间距较小时, 一旦发生水力联系, 工作面底板水量呈增大趋势时, 应密切注意观测十四灰出水段是否有其他水源补给, 并对水质等相关资料分析。当随时间推移工作面水源已由十四灰水变为奥灰水, 致使十四灰和奥灰混合水进入工作面时, 要尽快采取防治水措施, 制止水害的发生。

4结语

煤矿防治水不是一项孤立的工作, 而是一个过程, 是一个从检查水害机理到进行针对性施治的过程。针对南屯矿含煤岩系的含水层赋存条件, 在采区工作面回采过程中应做好以下防治水工作[3]:①查明红层的富水性及充水特征;②提升矿井排水能力;③防治采区、工作面的红层涌水、突水;④改变工作面巷道布置及运输形式。

摘要：南屯煤矿投产以来, 矿井水量较大, 防治水工作难度大, 矿井安全形势更加严峻。通过对南屯煤矿矿井充水条件与突水特征的分析, 将突水划分为导水断层突水、向斜突水及采动裂隙波及红层突水3种类型, 并根据其突水特征, 提出矿井水防治的建议。

关键词：矿井水,充水条件,突水特征

参考文献

[1]栾经辉.鲍店煤矿突水条件分析[J].中国煤田地质, 2005 (B06) :68-70.

[2]徐建国, 谢业良, 朱振雷.南屯煤矿下组煤-432水平涌水特征简析及综合防治[J].煤矿现代化, 2006 (Z1) :78-79.

矿井充水水文地质 篇6

1 矿井水文地质特征

1.1 矿井充水水源

新峰四矿矿井水补给来源主要有:大气降水、地表水、地下水和老窑积水等。

(1) 矿区年最大降水量907.8 mm (1977年) , 年最小降水量430.0 mm (1981年) , 降水多集中在每年6～9月。

(2) 地表水系不发育, 仅在井田北部边界外有属淮河水系的颍河自西北向东南流过, 河床宽300～500 m, 历年最大流量1 720 m3/s。

(3) 地下水主要接受大气降水、地表水和上覆含水层水的渗漏补给, 表现为补给速度缓慢, 补给量不足。

1.2 主要充水含水层

(1) 山西组、下石盒子组砂岩裂隙含水层。

由二1煤层顶板以上山西组和下石盒子组中的砂岩组成, 一般厚度大于40 m。裂隙随深度增加而减弱, 贮水条件和补给条件均差, 为含水不均一的弱含水层。单位涌水量0.000 43～0.088 50 L/ (s·m) , 渗透系数0.002 39～0.440 00 m/d。

(2) 太原组上部灰岩岩溶含水层。

由L7—L11五层组成, 其中L7、L9灰岩比较稳定, 是开采二1煤层的直接充水含水层, 一般厚度大于10 m。单位涌水量0.000 052 3～0.040 900 0 L/ (s·m) , 渗透系数0.000 37～0.407 00 m/d。该含水层岩溶和裂隙均不发育, 贮水能力差, 动力补给弱。但该含水层距二1煤层底板最近, 是决定矿井充水的重要因素。

(3) 太原组下段灰岩岩溶含水层。

该含水层包含有L1—L6六层灰岩。上距二1煤层底板约40 m, 是开采二1煤层的底板间接充水含水层。该含水层总厚度8.33～58.75 m, 一般厚11 m。该含水层的单位涌水量为0.036 2 L/ (s·m) , 渗透系数为0.857 m/d。属富水性弱的裂隙—岩溶承压含水层。

(4) 寒武系上统岩溶含水层。

该含水层上距二1煤层底板约76 m, 是二1煤层底板的间接充水含水层。该层顶界面以下附近层段富水性较弱, 埋深在顶界面以下大于20 m的层段为主要含水段, 该含水层富水段的厚度为15～40 m。其岩溶、裂隙不甚发育, 地下水补给水源贫乏, 为富水性弱的岩溶—裂隙承压含水层。但水压较高, 在构造适当部位可顶托或侧向补给上部含水层, 应采取相应的防范措施。此外, 该含水层也是区内唯一永久性供水水源。

1.3 主要隔水层

(1) 太原组顶部隔水层。

L9至二1煤层底板之间为一深灰色的砂质泥岩、泥岩段, 区内沉积不稳定, 厚度变化大, 一般厚约13 m, 隔水性能良好。

(2) 太原组中段砂泥岩段隔水层。

L4灰岩顶面至L7灰岩底面为泥岩、砂岩泥岩、粉砂岩, 其中夹少量细砂岩, 个别地点有薄层灰岩, 厚度2～31 m, 平均20 m, 为一良好隔水层段。

(3) 太原组底部铝土泥岩隔水层。

寒武系顶部与太原组下段灰岩之间的铝土质黏土岩, 从岩性来说隔水性能良好。界面以下10 m内的岩溶裂隙不发育, 各砂岩含水层间的泥岩、砂质泥岩段也是良好隔水层。

1.4 断裂带的导水性

井田内勘探控制4条断层, 区内断层特别是小断层不太发育。F1及次一级的派生断裂与褶皱所导致的裂隙是沟通地下水的主要通道, 断层的导水性能差别较大, 属导水—弱透水断层。

2 矿井突水因素分析

新峰四矿有资料记载的矿井涌 (突) 水共9次 (表1) , 统计分析具有下列特点:

(1) 突水水源为二1煤层顶板砂岩水的占77.78%;突水水源为二1煤层底板水的占11.11%;突水水源为小煤矿水的占11.11%。

(2) 突水水量均不大。初始水量小, 以后逐渐变大, 后趋于稳定。具有采动裂隙导水的典型特征。

(3) 突水通道以裂隙为主, 既有构造裂隙又有采动裂隙。

总之, 新峰四矿矿井涌 (突) 水具有明显的特征, 可概括为:顶板砂岩出水为主, 采动裂隙导水为主, 水量不大。

3 底板灰岩水对二1煤层开采的影响

煤矿底板突水主要有2种情况:①采矿直接揭露导水通道;②底板岩体变形、破坏造成矿井突水。第1种情况, 因为勘探和矿井长期的生产实践, 研究程度高, 大都可以较准确地预报, 并采取相应的预防措施;而第2种突水方式, 涉及因素较多, 情况比较复杂, 特别对于在强含水的寒武系灰岩之上的深部开采, 水压高, 矿压大, 一旦条件具备可能发生底鼓突水, 并造成严重损失。矿井带压安全回采, 需要有足够的底板隔水层安全厚度。

(1) 采面底板隔水层安全厚度的计算公式:

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式中, H为底板隔水层安全临界厚度;L为周期来压前工作面空顶空间最大底宽;P为底板含水层水压;Kp为底板岩石抗张强度;γ为底板岩石容重。

计算时, 周期来压前工作面空顶空间最大底宽L平均取25 m。岩石容重:太原组顶部石灰岩平均26.50 kN/m3;底板细砂岩平均26.27 kN/m3;底板砂质泥岩平均27.58 kN/m3。岩石的抗张强度:太原组顶部石灰岩4.55～9.31 MPa, 平均7.37 MPa;底板细砂岩2.87～3.72 MPa, 平均3.21 MPa;底板砂质泥岩1.63～2.95 MPa, 平均2.34 MPa。采动破坏带的影响深度 (按最大峰值计算) , 8～12 m, 平均取10 m。

(2) 巷道底板隔水层安全厚度计算同式 (1) 。

采面与巷道的底板隔水层厚度理论计算公式相同, 不同之处是:采面底板隔水层厚度计算公式中L为周期来压前工作面空顶空间最大底宽;而巷道底板隔水层厚度的计算公式中, L为巷道的最大宽度。根据新峰四矿实际, 计算时巷道的最大宽度取5 m。

计算结果乘以安全系数 (取1.2) , 加上采动破坏带的影响深度, 为理论计算结果 (表2) 。

由表2可知, 无论是对采面系统, 还是对巷道系统, 底板岩性为石灰岩、泥岩或者是砂质泥岩, 隔水底板的最小、最大和平均理论安全厚度, 存在一定差别。为了增加保险性, 取隔水底板的最大理论安全厚度43.80 m为采掘工程上的隔水底板安全厚度。

(3) 新峰四矿实际底板隔水层厚度。

根据四矿地下水位计算:在-400 m水平, 完整不受破坏的底板隔水层的安全厚度最小需要11.19 m, 平均需要38.24 m, 最大需要43.80 m。

对比综合地层柱状和钻孔资料可知, 区内二1煤层底板砂质泥岩 (或细砂岩) 厚度3.52～10.59 m, 平均厚度5.00 m;太原组顶部的L11、L10灰岩为泥质灰岩, 不稳定, 常局部相变为砂质泥岩;L9、L8灰岩常合并, 一般厚度1～5 m。如果仅考虑任一单层岩石, 最小安全厚度、平均安全厚度、最大安全厚度均不能满足抵抗深部水压的需要。综合考虑:①矿井长期排水, 将起到一定的疏水降压作用, 同时, 底板灰岩含水层在深部岩溶裂隙发育逐渐减弱造成含水层富水性减弱;②开采二1煤时, 寒武系灰岩水危害最大, 寒武系灰岩顶至二1煤层底的整套地层可视为底板隔水层, 该段地层总厚60～130 m, 平均厚度80.50 m, 无论最小安全厚度、平均安全厚度, 还是最大安全厚度, 都能够满足安全生产的需要。

4 矿井水害防治对策

新峰四矿主要开采二1煤层, 根据突水资料及底板隔水层理论安全厚度计算看, 目前阶段矿井防治水方案应遵循“加强矿井地质和水文地质工作, 合理配备矿井排水设施, 确保矿井排水”的总原则。在收集了一定的矿井地质和水文地质资料后, 再进一步深入研究, 确定是否需要进行疏水降压和煤层底板注浆加固堵水工作。

(1) 强化矿井地质和水文地质工作。

矿井地质和水文地质工作成果的优劣, 对煤矿生产指导作用的大小, 都依赖于长期的矿井地质和水文地质观测、分析与研究。因此, 必须重视日常的矿井地质和水文地质工作。①认真执行《矿井地质规程》、《水文地质规程》和《煤矿安全规程》。②认真观测、全面收集矿井地质、水文地质资料, 矿区小煤矿开采、采空区分布及其有关的水文地质资料, 以及矿区大气降水资料。③加强对相邻矿有关资料的收集。

(2) 加强矿井探放水工作。

矿井开采历史长, 区内邻区小煤矿及废弃老巷和采空区有不同程度的积水, 这些都给煤矿安全生产带来极大的威胁。因此, 必须加强开采过程中的探放水工作。采掘工程接近断层、含水层、小煤矿、老空区前, 必须认真分析以往开采资料以及附近区域水文地质情况, 准确预报水害隐患, 实施有效的探放水工程。如果已圈定的采煤工作面内水文地质情况不清楚, 要先进行井下物探工作, 根据异常情况确定采面防治水措施。

(3) 合理留设防水煤柱。

矿井内遇有较大断层时, 必须在断层两侧留有防水煤柱。确定防水煤柱的尺寸时, 应充分考虑相邻矿井的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩性质、开采方法以及岩层移动规律等因素。

5 结语

新峰四矿矿井充水因素较简单, 二1煤层底板隔水层厚度在不受构造及采动破坏时, 足以抵抗来自底板的水压。在开采二1煤时, 矿井涌水通道主要是断层、裂隙, 采动破碎带、裂隙以及溶洞溶隙等薄弱结构面, 生产中要加强预测预报, 尽量减少人为因素引起的矿井突水。在断层、裂隙发育地带, 底板岩石厚度急剧变薄地段, 要采取适当防治措施, 确保矿井安全生产。

摘要：介绍了新峰四矿水文地质特征, 对矿井充水及突水因素进行了分析, 通过对采面底板隔水层安全厚度的计算和巷道底板隔水层安全厚度的计算, 分析了开采二1煤水害存在及影响程度, 对矿井己组煤的安全回采提出了强化矿井地质和水文地质工作、加强探放水工作、合理留设防水煤柱的防治措施。

矿井充水水文地质 篇7

关键词：水文地质,四灰水,断层带,矿井充水因素

张双楼煤矿位于徐州市西北, 距徐州市约79km, 在江苏沛县安国镇境内, 地理坐标:东经116°45'18″-116°52'27″, 北纬34°46'56″-34°49'05″。井田走向长13.5km, 倾斜宽2.9km, 面积约37.8623km2。含煤地层主要为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组。

1986年12月建成投产, 设计生产能力1.2Mt/a, 2009年核定生产能力2.25万Mt/a, 矿井采用立井上下山开拓方式, 分-500m、-750m、-1000m三个水平, 主要生产采区在-500m水平、-750m水平和-1000m水平, 开采煤层为山西组7、9煤。

1 区域水文地质条件

张双楼地区基岩含水层, 包括煤系地层含水层和奥陶系灰岩含水层均有隐伏露头, 但第四系下部有一层厚达72m的黏土隔水层段, 底砾层多为砂泥质充填, 含水性小, 故其顶部可视为弱隔水边界。

其东部边界为F1断层, 落差大于1000m, 西升东降;西部边界为F24断层, 落差大于300m, 东升西降;南部边界是由F1断层和F20断层构成的弧形断层 (张双楼断层) , 落差大于1000m, 北升南降。区内基岩地层向NW倾斜, 其上部亦有巨厚的J-K系红色岩系, 向北约10Km为三河尖-姚桥断层, 南降北升, 隔绝了由北向南的基岩水力联系。

综上所述, 本区地下水为一个四周隔水、顶部弱隔水的相对封闭的水文地质单元。区内随着矿井排水, 各含水层水位在持续下降, 说明都在消耗其静储量, 单元内奥灰水作为水库不断向煤系地层含水层补给。

2 矿井水文地质条件

根据沉积条件、岩性、水利特征、含水层、隔水层的组合关系, 结合对矿井可采煤层的影响, 矿区内自上而下可归并为三个含水层, 一个弱透水层组和一个隔水层组。

2.1 含水层

2.1.1 第四系砂岩或沙砾层孔隙含水层

第四系为一套松散沉积物, 井田内厚度196~319m, 平均250m, 大体分为五段, 包括三个含水层, 一个弱透水层组和一个隔水层组。

2.1.2 二迭系砂岩裂隙含水层

二迭系地层包括上石盒子组、下石盒子组、山西组, 总厚度433m, 主要由泥岩、砂质泥岩夹砂岩石组成。

2.1.3 石炭系太原组灰岩岩溶裂隙承压含水层

太原组地层为一套海陆交替相沉积, 井田厚度158.64m, 其中含薄层灰岩14层, 总平均厚度34.20m, 占21.6%。据各灰岩的富水程度及与煤层开采的关系程度, 四灰岩岩溶裂隙承压含水层位于9煤底板, 距离9煤平均40m左右, 对9煤开采存在潜在突水威胁。

2.1.4 奥陶系灰岩裂隙岩溶承压含水层

井田内奥陶系地层包括八陡组、阁庄组、马家组和肖县组地层。其顶部八陡组厚22.78~30.13m, 平均25.49m, 由棕灰色隐晶质灰岩夹绿色泥岩组成, 裂隙不发育, 细小裂隙被方解石充填, 奥陶系灰岩含水层主要指的是阁庄组、马家沟组灰岩含水层。

2.2 隔水层

(1) 第四段黏土隔水层组 (Ⅳ隔) ; (2) 石炭系本溪组砂泥岩隔水层组。

3 矿井充水因素

3.1 充水特征及充水水源

张双楼煤矿现开采山西组7、9煤层, 井下采掘过程中, 二迭系砂岩向矿井充水, 主要是7、9煤顶板砂岩, 采面顶板砂岩掉水与褶曲构造有关, 处于背斜或单斜部位时小, 处于向斜部位时大;出水点位置主要是裂隙发育地段, 揭露断层时多不出水, 只有个别断层有少量出水;出水方式多是溃入式, 具有来势猛去势快特征;具有同源干扰现象, 当一个新出水点出现时, 前一个出水点很快衰减, 以致干涸。目前太原组灰岩水向矿井充水, 主要途径是封闭不良钻孔和井下四灰放水孔, 其出水特征是较二迭系砂岩出水衰减速度慢。

3.2 充水通道

分界砂岩向矿井直接充水的通道是岩巷揭露的分界砂岩出水点。

太原组灰岩水向矿井直接充水的通道主要是封闭不良钻孔和井下四灰放水孔。放水实验及水化学资料揭示太原组四灰与十二灰水力联系微弱, 说明太原组各层灰岩及山西组砂岩间的水力联系通道, 主要是封闭不良钻孔和导水裂隙补给。

3.3 矿井涌水量预测

根据矿区多年来涌水量资料, 开采降深和开拓面积与矿井涌水量之间的关系密切, 矿井涌水量预计方法采用水平集水廊道法、大井法、比拟法、含水系数法分别计算后综合利用。

3.3.1 预计-500m水平矿井正常涌水量以分煤系含水层疏放水量比拟预计

-500m水平分为东西两区, 分别为Ⅰ、Ⅱ区。Ⅰ区自1992年3月至1997年4月, 四灰水位由-180m降至-375m降深195m, 历时61个月, 平均放水量231.2m3/h, Ⅰ区二迭系砂岩涌水量 (576m3/h) ;假设Ⅱ区也用5年时间把四灰水位由-90m降至-350m水平 (降深260m) , 则可求其放水量, Ⅱ区预计二迭系砂岩涌水量;Ⅰ区7、9煤赋存长度 (5.5km) ;Ⅱ区7、9煤赋存长度 (4.4km) 。

3.3.2 预计-750m及-1000m水平正常涌水量

根据徐州矿区各矿分水平涌水量统计, 各水平涌水量随水平延深递减。张双楼煤矿井下采掘工程揭露的不同水平出水量随水平延深亦有逐渐减少趋势, 按照上述涌水量随深度增加而递减的衰变规律, 预计-750m水平矿井正常涌水量为668m3/h, 推算-1000m水平的正常涌水量为294m3/h。

3.3.3 矿井最大涌水量

根据张双楼矿历年涌水量观测资料统计, 自1986年投产以来, 矿井最大涌水量与当年矿井平均涌水量的比值为1.01~1.17, 考虑一定的系数, 采用1.2。

由此推算-500m水平矿井最大涌水量为1862m3/h, -750m水平矿井最大涌水量为802m3/h, -1000m水平矿井最大涌水量为353m3/h。

4 结语

根据前面论述, 断层导致强含水层与每层之间的间距大大缩短或使煤层直接与含水层对接。随开采深度的增加, 水压也随之增大, 会冲破薄弱隔水层、断层破碎带、裂隙发育带, 造成矿井突水事故。因此, 为保证以后的安全生产, 建议做好以下几点:

(1) 加强井下航道的钻探和物探工作, 认真做到“有疑必探, 先探后掘”的工作原则, 及时查明井下可能突水的部位、水源并积极采取相应措施。

(2) 加强井下各个水平涌水量的监测工作, 确保防水墙的放水效果, 对于放水的薄弱带应及时修补、加固, 与断层、陷落柱时, 应当留设防 (隔) 水煤柱。

参考文献

[1]杨坤光, 袁曼明.地质学基础[M].北京:中国地质大学出版社, 2009.

[2]吴吉春.地下水动力学[M].北京:中国水利水电出版社, 2009.