榆神礦區(qū)南部中小煤礦突水危險(xiǎn)性研究

侯高峰，蔣澤泉，崔邦軍

(陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊(duì)，陜西 榆林 719000)

榆神礦區(qū)南部中小煤礦突水危險(xiǎn)性研究

侯高峰，蔣澤泉，崔邦軍

(陜西省煤田地質(zhì)局一八五隊(duì)，陜西 榆林 719000)

論述了榆神礦區(qū)部分中小煤礦突水實(shí)例，分析了礦井突水的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，認(rèn)為，榆神礦區(qū)薩拉烏蘇組含水層厚度大，富水性強(qiáng)，煤層埋藏淺，煤層開采后產(chǎn)生的冒落帶、裂隙帶發(fā)育到薩拉烏蘇組含水層底部，從而引起突水災(zāi)害。本文提出了礦井突水預(yù)測的思路和方法，認(rèn)為應(yīng)該加強(qiáng)礦井水文地質(zhì)條件研究，開展水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，查明水文地質(zhì)條件，做好防治水工作，減少礦井涌水量，保護(hù)薩拉烏蘇組含水層結(jié)構(gòu)完整性。

煤礦突水;保水采煤;薩拉烏蘇組;榆神礦區(qū)

陜北侏羅紀(jì)煤田是我國儲量最大的煤田之一，神東、陜北兩大煤炭基地的主體位于該煤田，神東基地開發(fā)初期，曾經(jīng)發(fā)生突水潰沙地質(zhì)災(zāi)害，據(jù)范立民(1992)研究，采煤產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙溝通第四系薩拉烏蘇組含水層，是造成頂板突水的主因，也是造成薩拉烏蘇組地下水水位下降、生態(tài)環(huán)境惡化的直接原因，保水采煤是陜北地區(qū)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。為了確保煤礦安全，各大型煤礦綜采工作面投產(chǎn)前，要開展疏降水工程。其中榆神礦區(qū)南部，煤層埋藏淺，薩拉烏蘇組含水層厚度大，富水性強(qiáng)，部分中型煤礦開采過程中曾發(fā)生突水災(zāi)害，淹沒礦井，造成巨大損失。同時(shí)，疏干薩拉烏蘇組地下水，誘發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題。本文結(jié)合榆神礦區(qū)南部水文地質(zhì)勘查成果，論述了礦井突水災(zāi)害形成的條件及預(yù)測方法，為煤礦安全生產(chǎn)提供保證。

1 煤礦突水實(shí)例

榆神礦區(qū)東南部某煤礦年產(chǎn)15萬 t。開采3號煤，平均煤厚6.12 m，埋藏深度100 m，采用斜立混合式開拓，主斜井進(jìn)風(fēng)，立井出風(fēng)，主斜井將原來的雙鉤串車提升改為機(jī)軌合一。采煤工作采用房柱式加刀柱式采煤法，運(yùn)輸巷與回風(fēng)巷均沿煤層底板布置。井田分為六個(gè)盤區(qū)，一、三、五盤區(qū)在礦井的南部，二、四、六盤區(qū)在礦井的北部，一盤區(qū)在掘進(jìn)支護(hù)中，因出水而停止開采，三盤區(qū)已采完，目前正在五盤區(qū)生產(chǎn)。礦井最大涌水量150 m3/h，其中一盤區(qū)最大涌水量120 m3/h。

一盤區(qū)東邊與三盤區(qū)相接，北邊與二盤區(qū)相接，西南均為井田邊界，地面無建筑物和居民居住，地表均為沙土草地。一盤區(qū)東西長900 m，南北長800 m，現(xiàn)已掘一盤區(qū)運(yùn)輸巷與一盤區(qū)回風(fēng)巷各450 m，巷道為矩形斷面、巷道規(guī)格為寬5 m，高3.2 m，巷道為近水平巷道、巷道沿煤層底板布置。

2005年5月18日晚9時(shí)一盤區(qū)3106巷道在打錨桿時(shí)，鉆桿穿透煤層與上部含水層相通而出水，涌水量120 m3/h，錨桿長度為1.8 m。排水3個(gè)月水量仍不減，為了保證人員與礦井的安全，停止了一盤區(qū)所有的采掘工作，并設(shè)泵排水，其中5.5 kw潛水泵 3臺，每臺每小時(shí)排水 65 m3，2.2 kw、3 kw潛水泵各一臺，每小時(shí)排水15 m3。鑒于礦井最大涌水量為150 m3/h，在立井水倉安裝110 kw排水能力為150 m3/h的離心式水泵2臺，實(shí)際排水量80 m3/h，形成雙回路排水系統(tǒng)已保證礦井的正常排水。

由于在礦井突水處煤層沒有大面積開采，只是有煤層掘進(jìn)巷道通過，經(jīng)過近6個(gè)月的排水觀測，水量基本穩(wěn)定。從目前情況來看，煤層大面積冒頂?shù)目赡苄院苄?。根?jù)臨近礦井上河煤礦2004年的突水情況，頂板冒落時(shí)的礦井最大涌水量為500 m3/h。該煤礦地形東高西低，一盤區(qū)巷道的底板比車場底板低3 m;又因一盤區(qū)現(xiàn)已掘出巷道800 m，西大巷已掘900 m，兩巷約1 700 m，可以儲水約20 000 m3，可以儲存2 d的涌水量，在及時(shí)排水的情況下，不會對其他井巷造成淹井事故。

2 礦井突水的水文地質(zhì)背景

2.1 礦井突水的水源

研究區(qū)地下水主要賦存于第四系薩拉烏蘇組、離石黃土和侏羅系風(fēng)化帶中，其中薩拉烏蘇組是最主要的含水層，礦井突水的水源主要是地下水。

薩拉烏蘇組孔隙潛水廣泛分布于研究區(qū)，與第四系風(fēng)積沙一起，構(gòu)成研究區(qū)唯一的具有供水意義的含水層，也是礦井突水的主要水源?？辈楸砻鳎叵滤x存條件較好，有利于接受大氣降水的下滲補(bǔ)給及側(cè)向補(bǔ)給，形成了比較富水地段。含水層巖性主要為粉細(xì)砂、細(xì)砂、粗砂。根據(jù)勘查成果，厚0～160 m，水位埋深2.30～4.00 m。據(jù)機(jī)井抽水試驗(yàn)，降深 0.82 ～2.50 m，涌水量448.42 ～1 080.00 m3/d，單位涌水量5～6.329 L/s·m。薩拉烏蘇組地下水是礦井充水的間接含水層，但它卻是是礦井水的最主要來源。礦井涌水量大小，與薩拉烏蘇組厚度直接相關(guān)，如錦界煤礦，薩拉烏蘇組厚度大，礦井涌水量在2009年之前是3 800 m3/h，2010年后已經(jīng)達(dá)到5 000 m3/h以上，成為陜北侏羅紀(jì)煤田及內(nèi)蒙古東勝煤田區(qū)域內(nèi)礦井涌水量最大的礦井。

另外，研究區(qū)還分布有離石黃土裂隙孔洞潛水和侏羅系基巖風(fēng)化帶裂隙潛水。離石黃土主要為棕黃、灰黃色亞粘土、亞砂土，巖性均一，含鈣質(zhì)結(jié)核，厚 4.46～76.01 m，水位埋深0.61～30.00 m。因所處地貌條件不同，富水性差異較大。黃土梁崗區(qū)，地形起伏較大，溝壑縱橫，不利于大氣降水的滲入補(bǔ)給，富水性較差。沙漠灘地區(qū)上覆分布有大面積的風(fēng)成沙及薩拉烏蘇組沖湖積層，為大氣降水滲入補(bǔ)給提供了良好的條件。據(jù)附近SHK1950、Y23孔抽水資料，降深13.93～21.60 m，涌水量 46.40 ～107.40 m3/d，單位涌水量 0.039～0.058 L/s·m，滲透系數(shù) 0.112 ～0.174 m/d。侏羅系基巖風(fēng)化帶，主要含水層是延安組頂部的風(fēng)化帶，巖性為長石砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖不等厚互層組成，厚22～50 m，其賦存條件受地貌條件和上覆第四系含水層的富水性及含水層巖性控制，所以富水性變化較大。據(jù)常樂堡Y23孔抽水資料，降深 23.26 m，涌水量 20.48 m3/d，單位涌水量 0.01 L/s·m，滲透系數(shù)0.049 m/d。若上覆第四系為中更新統(tǒng)離石黃土裂隙孔洞潛水，其富水性較差。據(jù)井田東部Y24孔抽水資料，降深 16.50 m，涌水量 2.07 m3/d，單位涌水量 0.001 45 L/s·m，滲透系數(shù)0.003 m/d。若上覆第四系為全新統(tǒng)沖積層孔潛水，其富水性相對較好，是礦井突水的直接充水含水層。

2.2 礦井突水的形成原因

研究區(qū)礦井突水的形成，一是有較豐富的水源，即薩拉烏蘇組地下水和侏羅系基巖風(fēng)化帶裂隙潛水;二是有突水的通道，礦井開采煤層的埋藏淺，不足100 m，煤層頂板基巖很薄，一般只有20 m左右，最薄處不到10 m，榆樹灣煤礦首采長壁工作面裂隙帶發(fā)育高度的數(shù)值模擬試驗(yàn)表明，覆巖最大裂隙帶的高度為92 m。通過模擬表明在距工作面40～60 m處的地表土層出現(xiàn)了不同長度的裂縫，地表裂縫未和裂隙帶貫通，裂隙帶與地表土層裂隙之間，在傾向模擬時(shí)和走向模擬時(shí)分別有30.18 m的土層隔離帶.通過進(jìn)行安全分析得到了最小安全防水煤巖柱的尺寸為95 m，表明數(shù)值模擬結(jié)果與工程開采實(shí)踐基本一致。因此，基巖厚度小于95 m就可能導(dǎo)致突水。因此，大面積的采空區(qū)形成后，必然導(dǎo)致地下水的大量涌入，引起地下水位下降和環(huán)境變遷。

2.3 礦井突水危險(xiǎn)性預(yù)測

為了減少煤礦突水災(zāi)害，針對榆神礦區(qū)特殊的淺埋煤層結(jié)構(gòu)，筆者建議應(yīng)做好突水災(zāi)害預(yù)測的水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探工作，勘探的重點(diǎn)是薩拉烏蘇組的分布、厚度、水位埋深、富水性及補(bǔ)給徑流排泄條件、侏羅系基巖頂面形態(tài)、3號煤層上覆基巖厚度及巖石物理力學(xué)特性等，并編繪相關(guān)圖紙，計(jì)算煤層開采產(chǎn)生的裂隙帶高度，如果裂隙帶發(fā)育頂界達(dá)到薩拉烏蘇組含水層底部，則會發(fā)生突水災(zāi)害，根據(jù)勘查資料，榆神礦區(qū)常樂堡、白鷺、常興、金牛等井田，具有突水危險(xiǎn)性，采前必須采取一定的措施，預(yù)測礦井突水地段，保證煤礦安全。

3 礦井突水的防治

某礦井突水事故發(fā)生后，及時(shí)排水，封堵突水點(diǎn)，取得了較好的效果。在距一盤區(qū)巷口60 m的地方處在運(yùn)輸巷與回風(fēng)巷各打防水閘門1道，防水閘門距出水點(diǎn)約340 m，墻為磚混結(jié)構(gòu)即紅磚與水泥沙漿筑成，沙漿標(biāo)號為C10，墻體規(guī)格為寬×高×厚為4.9 m×3.1 m×1 m。閘門規(guī)格寬 ×高為750 mm×1 500 m，用1 cm鋼板做成，框用12b槽鋼制做，如有出水可以關(guān)閉防水閘門減少向礦井井底車場的流水，即時(shí)撤離人員。

范立民等認(rèn)為，針對陜北侏羅紀(jì)煤田這樣的大煤田，煤炭資源分布極廣，而水、生態(tài)環(huán)境是稀缺資源。因此，要因地制宜，適度開發(fā)，科學(xué)開采。不宜開發(fā)的區(qū)域，如榆神礦區(qū)南部的部分井田，可以暫緩開發(fā)。具備采煤保水或薩拉烏蘇組不含水的區(qū)域，如榆神礦區(qū)深部的部分區(qū)域、新民區(qū)的一些井田，優(yōu)先開發(fā)。但對于已經(jīng)建設(shè)、又不具備保水條件的礦井，要合理選擇開采參數(shù)，留設(shè)足夠的保水煤柱，或采用充填開采方式，達(dá)到保水采煤的目的。

建議榆陽區(qū)各煤礦，聯(lián)合開展煤礦突水危險(xiǎn)性預(yù)測研究，全面分析研究含水層、隔水層、煤層分布空間關(guān)系的基礎(chǔ)上，科學(xué)劃分采煤技術(shù)條件分區(qū)，根據(jù)開采條件分區(qū)確定采煤方法和防治水措施。對于生產(chǎn)礦井，定期觀測井下水量變化情況，發(fā)現(xiàn)水量增大要分析原因，及時(shí)采取合理的措施;政府部門要盡快調(diào)整榆神礦區(qū)總體規(guī)劃，慎重對待榆神礦區(qū)南部、榆神礦區(qū)禿尾河沿岸地帶淺埋藏煤層的開發(fā)問題，切實(shí)做到采煤、保水并舉。從長遠(yuǎn)考慮，榆神礦區(qū)南部區(qū)煤層上覆基巖較薄，采煤形成的頂板“三帶”可與第四系含水層溝通，一方面對礦井的安全生產(chǎn)構(gòu)成威脅，另一方面不利于地下水資源和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。因此，對于煤層埋藏淺且上覆薩拉烏蘇組含水較豐富的區(qū)域，盡量不規(guī)劃為開采區(qū)，若已建井開采，則要采取可靠的措施(如充填開采)，盡量減少礦井涌水量，保護(hù)地下水資源，保證地下水位的基本穩(wěn)定，控制西部礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化并不斷改善礦區(qū)環(huán)境。

4 結(jié)論

1)榆神礦區(qū)煤礦突水的水源主要是第四系薩拉斯烏蘇組潛水，其中礦區(qū)東南部局部地段含水層厚度大，煤層埋藏淺，突水危險(xiǎn)性較大，應(yīng)加強(qiáng)礦井防治水工作，做好礦井水文地質(zhì)條件分類研究，必要時(shí)加強(qiáng)水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探，確保煤礦安全生產(chǎn)。

2)榆神礦區(qū)地處沙漠地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，1992年范立民最早提出了保水采煤問題，隨后他經(jīng)過長期研究與工程實(shí)踐，提出了實(shí)現(xiàn)保水采煤的兩個(gè)途徑。20年的開發(fā)實(shí)踐表明，保水采煤是榆神礦區(qū)面臨的重大難題，采煤條件下保護(hù)生態(tài)水位的穩(wěn)定，是保水采煤的最終目標(biāo)，必須通過采煤方法的改進(jìn)和采空區(qū)充填技術(shù)，達(dá)到采煤與保水的統(tǒng)一。榆神礦區(qū)防治水工作的重點(diǎn)，也應(yīng)該以防止地下水位下降為核心，既要保證煤礦安全生產(chǎn)，也要盡量減少礦井涌水量，保護(hù)薩拉烏蘇組含水層結(jié)構(gòu)的完整性。

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Study on Water Inrush Danger of the Small and Medium－sized Coal Mine in the South of Yushen Mining Area

HOU Gao－feng，JIANG Ze－quan，CUI Bang－jun
(Team 185，shaanxi provincial coal Geological Bureau，YuLin 719000 shaan xi)

It is based on some of the small and medium －sized coal mine water inrush in Yushen mine area，analyzes the geological of mine well water inrush，the hydro－geological conditions.We think the aquifer thickness of Salawusu group is large，rich water，coals buried in shallow，and after coal seam exploitation，the caving zone，the fracture zone development to the bottom of the aquifer of Salawusu group which cause to sudden water－related disasters.The article puts forward some ideas and methods for mine well water inrush prediction，meanwhile，strengthens to study the well hydro－geological conditions，promotes the hydro－geological recharged investigation and find out the hydro－geological condition in order to do well in controlling water inrush，reducing the mine discharge，at last protects the Salawusu aquifer structure integrity.

Water inrush of the mine;Salawusu group;Yushen Mine area

P641.4+61

A

1004－1184(2012)03－0015－03

2012－03－12

侯高峰(1964－)，男，陜西富平人，助理工程師，主要從事煤田水文地質(zhì)勘查工作。