矿井水文地质与防治水问题

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【摘 要】近年来,随着矿井开采向地层深处不断延伸,地层地质及水文地质条件愈加复杂,突水淹井事故呈现出上升趋势,严重影响矿井安全生产.依据矿井充水水源及水源进入矿井的途径和方式,矿井水害可划分为五种,即地表水水害、老窑水水害、孔隙水水害、裂隙水水害及岩溶水水害.加强矿井水的探测和疏放工作,提高技术和管理水平,采取相应的矿井防治水措施,是降低煤矿水害事故的必要条件.

【关 键 词】矿井水文地质条件；断层；含水层；防治水措施

1.矿井水文地质条件

1.1地层

井田地层自下而上简述如下：

（1）前古生界变质岩系：由黑云母花岗岩、白云质大理岩和黑云母片麻岩等组成,是本区最古老的地层,构成煤系地层的基底.

（2）中生界白垩系下统的石头河子含煤组（总厚度在700m-900m之间）、石头庙子组（厚度约300m-500m）、东山组地层（厚度660m左右）.

（3）新生界第四系（Q）：主要由砾石、沙质粘土、黄色粘土、黑色腐植土组成,不整合于下伏地层之上,厚度一般在1m-8m之间.

1.2地质构造

矿井内构造比较复杂,通过多年生产勘探及井下巷道揭露,生产区内的构造除F47、F16初步控制外,其余断层已基本得到了控制.根据断层的序次,可划分为两期.

第一期构造主要为北西向主干断层,主要有F17、F47断层.F17断层：断层走向与含煤地层走向相近,断层倾角大于地层倾角,从5号勘探线延至15号勘探线,贯穿南北,是西部边界的大断层,各勘探线都有钻孔和井巷工程严密控制.断层落差较均匀,约在200m左右,走向NE20°左右,倾向南东,倾角20°左右.F47断层：贯穿南北的大断层,是生产区与群英山勘探区的分界断层,只有部分钻孔控制,井巷无确切的控制点,断层落差80m-200m,走向NE25°左右,倾向北西,倾角35°左右.

第二期构造是由第一期构造所派生的中型断层,落差在50m以上,井下控制较好的有6条,分别为F1、F2、F322、F10、F12、F49,较大的逆断层3条,为F33、F3、F8.除上述50m以上的断层外,小断层特别发育,每个回采区的边界,大中断层的派生小构造直接延续到回采工作面,给正常圈定回采面造成障碍,有不少回采面在回采过程中因小构造的出现,重新送切眼和绕道,给正常接续和生产造成困难.

1.3含水层

（1）含水层的划分.根据地层时代、岩性的不同,将本区含水层划分为四个含水岩系：基底花岗片麻岩含水岩系、白垩纪城子河组含煤组砂岩含水岩系、白垩纪砂砾岩含水岩系、第四纪冲积沙砾石含水岩系.①基底花岗片麻岩含水岩系：岩性为花岗片麻岩,为煤系地层的基底,中等裂隙,裂隙中含水量较小.1986年5月在开拓F17断层下盘,二水平配风巷有揭露点,其断层裂隙涌水量45.5m3/h,1987年12月减至10m3/h,现为5m3/h.②白垩纪城子河组含煤组砂岩含水岩系：岩性以砂岩、煤层及少量泥岩、凝灰岩、砾岩组成,全区发育,按岩性及断层性质发育不同,而其导水性也不同,一般含水都很少,为弱含水层,渗透系数为0.002m/d-1.9m/d.③白垩纪砂砾岩含水岩系：岩性以砂岩和砾岩为主,分布于含煤岩系之上,厚度不一,一般风化深度为40m左右,裂隙发育不均,其岩层的渗透系数为0.61m/d,水质为重碳酸钙镁型（HCO3-CaMg）.④第四纪沙砾石含水岩系：岩性为冲坡积松散的沙砾石及黄色亚粘土、腐植土组成,厚1m-10m,为孔隙水,地下水位埋深在0.1m-1.7m,单位涌水量为0.43l/m·s,渗水系数一般为31.5m/d,为重碳酸钙镁型（HCO3-CaMg）,是本区含水丰富的含水层.

（2）含水层的补给、排泄及水力联系.本区以孔隙、裂隙水为主,水文地质条件中等偏复杂.各含水岩系主要靠大气降水补给,以断层、裂隙、孔隙为补给通道.由于一、二水平煤层已采完,三水平正在开采,生产区的地表都有不同程度的缓慢下降,而造成很多塌陷坑,岩石垮落造成裂隙与地表沟通,井下涌水量随降水量大小而增减,每年七、八、九月份雨季时,井下涌水量最大,加上井田内的很多地方小煤矿和邻区新岭矿北露天矿,都在本矿二水平以上开采,井田内周围环山地势较高,而井田内地势较低,使汇水面积增大,侧向补给增多,造成矿井水文地质条件变得复杂.

2.矿井充水通道

2.1断层

该煤矿井田内断层较多,断层破碎带较宽,导水性较强,当井巷工程施工穿过断层时,断层裂隙带水或断层导通的积水区的水就会进入矿井.生产实践证明,一般断层落差为10m以上的情况下,断层破碎带较宽,断层附近节理的发育是顺断层两侧方向发展的,在断层两侧延展20m左右,使区域范围内的煤岩变成弱化区,强度降低.若有断层使主采煤层与含水层或积水区对接或导通时,就有可能产生突水.

2.2煤层开采形成“两带”裂隙

埋藏在地下深处的煤层承受着上覆地层的巨大的重力,同时它自身也产生抗力,两者之间处于平衡稳定的状态.煤层开采后,采空区上方的岩层因下部被采空而失去平衡,必然引起顶部岩体的开裂、跨落和移动,形成的冒落带和裂隙带,成为矿井充水的重要通道.

2.3封孔不良钻孔

井田范围内钻孔较多,钻孔施工年限较早,钻孔均可穿过煤层和各含水层.按规程规定要求,钻孔施工完毕后必须用水泥封孔,但部分钻孔封孔质量差或在封闭过程中因塌孔等原因而未能封闭或钻孔封孔情况不详,当开采接近或揭露时,若与其他水源沟通,亦可造成来水猛、压力大的突水事故.

3.矿井涌水量评述

该煤矿矿井涌水量每年六、七、八、九月份雨季时,最大降雨量278.3mm,所降雨水除一部分渗入地下外,大部分汇集在东帮水沟往南流入石头河,矿井涌水量较大,正常矿井涌水量为280m3/h-330m3/h,其它月份矿井涌水量为180m3/h-220m3/h,最大矿井涌水量为2385.18m3/h.

4.矿井防治水措施

4.1地表水防治

（1）进一步查清新增井田的水文地质条件.

（2）对井田范围内及相邻矿区回采塌陷所造成的地面裂隙进行检查、充填、疏通.

（3）具体措施：以导流为主,导排结合.对地面排放水系统进行完善,各排水沟进行清淤、加帮垫底.对各扬水站设备进行维修,保证设备的完好,对蓄水池进行清淤.对地面塌陷坑、裂隙、废弃露天坑及废弃小煤矿等进行回填.

4.2井下采空区积水的防治

（1）采空区积水的防治.采空区积水是由于开采时的低洼地段或下山开采所形成的,要以疏放为主,查清各期开采时形成的采空区积水情况,及时建立探放水系统进行探放水,确保煤层开采过程的安全,要按规定设立水仓和排水管路.健全相邻矿井间的交换图制度和雨季巡回检查制度,完善生产活动的监测和预测预报制度,要做好定期报交换图工作.

（2）断层水、裂隙水和钻孔水的治理.该煤矿井田内断层较多,断层破碎带较宽,导水性较强,当井巷工程施工穿过断层时,断层裂隙带水或断层导通的积水区的水就会进入矿井.对断层水的治理主要以疏导为主,在开采时要留设防隔水煤柱,确保开采安全.

5.结语

该煤矿矿井的主要充水水源是大气降水所引发的老空积水,通过多年来的开采,使地表塌陷、下沉,降水疏导不畅.由于矿井构造复杂,导水断层较多,开采后地表积水和周边矿井老空水的导入,造成矿井水文地质条件复杂.加强老空水和断层的探测与疏放工作,是降低煤矿突水风险的必要条件.[科]

【参考文献】

[1]李广文,李新强.何岗井田水患因素及防治[J].山东煤炭科技,2005,（06）.