堂市煤礦水害特征及防治措施

唐憶晨1 卿國屏1 秦明陽2（湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410014）

堂市煤礦水害特征及防治措施

唐憶晨1 卿國屏1 秦明陽2（湖南省煤炭地質(zhì)勘查院，湖南 長沙 410014）

本文簡要介紹了堂市煤礦水文地質(zhì)條件，全面闡述了礦井水害特征，提出相應(yīng)的水害防治措施，對該礦井水害防治工作有積極的指導(dǎo)作用。

水害特征；防治措施；堂市煤礦

引言

堂市煤礦自建井以來共發(fā)生過3次礦井突水事故，造成了人員傷亡及地面塌陷。均為老空區(qū)突水，影響較大。本礦為碎屑巖弱裂隙含水層充水的礦床，礦井在-150m水平一般涌水量20～30m3/h，最大涌水量160m3/h。由于老窯水、老采空區(qū)積水、地表水及斷層水對礦井開采影響較大，易引發(fā)礦井突水，本礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜。礦井存在較大的水害隱患，需采取有效的防治措施才能確保礦井安全生產(chǎn)。

1.礦區(qū)地質(zhì)概況

湖南省株洲縣堂市煤礦主采三疊系上統(tǒng)安源組第二段的y32煤層。礦井為地下開采，斜井開拓方式，工作面采用走向短壁式采煤方法，全部垮落法管理頂板。

礦區(qū)出露的地層由新到老有：第四系（Q）、三疊系上統(tǒng)安源組（T3a）、泥盆系上統(tǒng)錫礦山組（D3x）。其中安源組含煤地層，由砂質(zhì)泥巖及少量細(xì)砂巖、泥巖及煤與炭質(zhì)泥巖組成，厚約164.4m。分為四段，由上而下編號(hào)為四、三、二及一段。y32煤層位于安源組第二段底部，煤厚1.4～8.46m，平均厚3.88m。

2.水文地質(zhì)條件

2.1 地表水

湘江位于礦區(qū)南東面，在本區(qū)最高洪水位標(biāo)高49.0m，湘江河堤頂面標(biāo)高52.0m。

大塘湖位于礦區(qū)東面，蓄水面積約40000m2，平均水深約1m，蓄水量40000m3。

丫塘積水區(qū)面積18000m2，平均水深約1.5m，積水量27000m3。

2.2 含水層、隔水層

2.2.1 含水層

第四系孔隙含水層:主要為坡積、殘積砂土及河流沖積砂礫石，厚0～30m。砂礫層中含孔隙潛水，富水性中等。

安源組第二段砂巖裂隙含水層：y32煤層上部有3層砂巖，厚9m，含較弱的裂隙水，為礦井直接充水含水層。

錫礦山組巖溶裂隙含水層：該組灰?guī)r巖溶較發(fā)育，含中等的巖溶裂隙水。

2.2.2隔水層

2.3 斷層富水性

正斷層F1斷層使錫礦山組巖溶裂隙含水層與煤系地層接觸。該斷層的富水性及導(dǎo)水性較強(qiáng)，且南部切穿了湘江，在斷層帶附近開采時(shí)，斷層水對礦井充水影響較大。

2.4 老窯水文地質(zhì)特征

本區(qū)老窯較多，開采垂深一般80m以內(nèi)，少數(shù)達(dá)100余m，老窯采空區(qū)有大量積水，對礦井充水影響較大。

2.5 礦井水文地質(zhì)特征

本礦井直接充水含水層為安源組第二段砂巖裂隙含水層，富水性弱。礦井在-150m水平涌水量一般20～30m3/h，最大160m3/h。斷層的導(dǎo)水性及富水性較強(qiáng)，對礦井充水影響較大。老窿眾多，且部分老窯被積水區(qū)淹沒，老空區(qū)大，大氣降水與老窿水沿淺部裂隙帶及老空區(qū)進(jìn)入巷道。

湘江水通過F1斷層帶對礦井進(jìn)行補(bǔ)給，積水區(qū)水通過砂巖裂隙含水層及老空區(qū)對礦井進(jìn)行補(bǔ)給，地表水通過老空區(qū)對礦井充水，對礦井威脅大。

因此，礦井主要充水因素為砂巖裂隙水、老窯水和斷層水，大氣降水、地表水是補(bǔ)給來源。礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜。

3.礦井水害特征

3.1 礦井歷次水害特征

據(jù)調(diào)查，本礦自建井以來共發(fā)生過3次礦井突水，均為老空區(qū)突水（見圖1）。1984年在-92m標(biāo)高南運(yùn)輸大巷當(dāng)頭發(fā)生突水，突水量2000m3。2000年在-136m標(biāo)高煤巷發(fā)生突水，突水量 500m3。2006年 1月 11日，在-150m標(biāo)高南大巷掘煤工作面發(fā)生突水，突水量為2000m3，突泥渣400m3，死亡4人。在老井附近產(chǎn)生明顯地面塌陷，塌陷為漏斗型，直徑18m，深達(dá)10m。

3.2 礦井存在的水害隱患

3.2.1 老窯水

據(jù)調(diào)查，本礦周邊共有8個(gè)老窯，2個(gè)淺井（見圖1）。老窯主要開采y2

2與y32煤層，開采垂深一般在80m以內(nèi)，少數(shù)的達(dá)100m以上。老窯積水區(qū)分布最低標(biāo)高西翼為-50m、東翼為-75m。根據(jù)圈定的老窯采空區(qū)面積，按開采厚度2m，放頂后巖石空隙率按0.7計(jì)算，老窯采空區(qū)Ⅰ區(qū)積水面積為60000m2，積水量為84000m3；老窯采空區(qū)Ⅱ區(qū)積水面積為35000m2，積水量為49000m3。對礦井開采-75m標(biāo)高附近的煤層影響大，水害隱患大。

3.2.2 本礦老采空區(qū)積水

由于可采煤層上部為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖。放頂后，砂質(zhì)泥巖與泥巖為隔水體，而砂巖為含水體，當(dāng)巖層厚度不均一時(shí)，采空區(qū)放頂后可能局部積水，對開采煤層影響較大。

3.2.3 斷層帶水

F1斷層富水性及導(dǎo)水性較強(qiáng)，斷層使煤系地層與下伏巖溶裂隙含水層接觸，且該斷層南部切穿了湘江，在斷層帶附近開采時(shí)，斷層水對礦井充水影響較大。

3.2.4 地表水

丫塘積水區(qū)：位于礦井中部開采區(qū)，該積水區(qū)原為農(nóng)田，礦山開采引起地面沉陷后才變?yōu)榉e水區(qū)。2005年前積水面積約13000m2，積水深度小于1m。2005年，由于湘江修建水電站，電站上游蓄水造成湘江水位上升，使積水區(qū)面積擴(kuò)大至18000m2，積水平均深度達(dá)1.5m，積水量27000m3。當(dāng)積水區(qū)水位標(biāo)高于+38m時(shí)，積水區(qū)地表水通過煤層上部含水層對礦井水進(jìn)行補(bǔ)給。且該積水區(qū)下方-44m～-70m有開采y22煤層老采空區(qū)(見圖2)，存在積水。開采y22、y32煤層產(chǎn)生的導(dǎo)水裂縫帶最大高度計(jì)算如下：

式中 Hli——最大導(dǎo)水裂縫帶高度（m）；

M——yy22開采煤層最大厚度，為1.70m ，y32開采煤層最大厚度，為8.48m。

計(jì)算出yy22、y32煤層導(dǎo)水裂縫帶最大高度分別為33m、55m。

積水區(qū)下y32煤層最低開采-130m水平，導(dǎo)水裂隙帶標(biāo)高至-130+55=-75m，導(dǎo)水裂隙帶已接近y22煤層老采空區(qū)積水區(qū)。因此，丫塘積水區(qū)積水通過含水層裂隙、老采空區(qū)通道對礦井充水影響較大。

大塘湖積水區(qū)：位于礦井北東面，目前積水標(biāo)高+38m，積水面積40000m2，積水深度1m，積水量40000m3。該積水區(qū)原為基本農(nóng)田，2005年后，由于下游修建水電站建成蓄水，蓄水后水位上升，基本農(nóng)田被水淹沒。該積水區(qū)已淹沒了開采煤層及其上部含水層，對開采淺部煤層影響較大。由于在大塘湖中分布有一個(gè)老窯(又九窯)，且與大塘湖水貫通，如發(fā)生老窯突水，定會(huì)造成淹井事故。因此，大塘湖積水區(qū)對礦山開采威脅大。

湘江：湘江位于礦井南東面，湘江水對礦井可能產(chǎn)生間接影響：①通過積水區(qū)影響礦山；②通過F1斷層帶對礦井間接充水；③通過第四系砂礫層含水層對老窯及下伏含水層進(jìn)行補(bǔ)給。

4.礦井水害防治措施

4.1 老窯水的防治措施

礦區(qū)老窯較多，最大開采垂深超過100m；2號(hào)老窯（又九窯）被大塘湖積水淹沒，老窯積水量大。一旦突水，將造成淹井，危害嚴(yán)重，務(wù)必重點(diǎn)防治。防治措施：加強(qiáng)探放水工作；對積水量大的老窯(特別是被大塘湖積水淹沒的老窯)務(wù)必留設(shè)防水煤柱。防止老窯突水。

4.2 本礦老采空區(qū)水的防治措施

從本礦歷次突水情況來看，本礦老采空區(qū)存在積水。當(dāng)開采到老采空區(qū)附近時(shí)，特別開采上山煤層時(shí)，老采空區(qū)突水可能性大，危害大。防治措施：加強(qiáng)探放水工作。

為防止丫塘積水區(qū)下y22煤層老采空區(qū)突水。如按y32煤層最大厚度8.48m開采，其上只有5m的保護(hù)層厚度，最大導(dǎo)水裂隙帶接近該積水區(qū)。根據(jù)三下煤層開采規(guī)程計(jì)算最低保護(hù)層厚度須達(dá)到13m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度應(yīng)小于55-8=47m，據(jù)此反算煤層開采厚度應(yīng)小于4.3m。因此，要控制y32煤層開采厚度在4.3m內(nèi)。

4.3 斷層突水的防治措施

斷層使煤系地層與下伏巖溶裂隙含水層接觸，且斷層切割湘江，湘江水通過斷層帶對礦井充水影響較大，應(yīng)重點(diǎn)防治。防治措施：留設(shè)40m寬的斷層防水煤柱。

4.4 地表水的防治措施

湘江：湘江水通過江堤水閘門與丫塘、大塘湖積水區(qū)及斷層發(fā)生聯(lián)系，對礦井充水產(chǎn)生影響。防治措施：及時(shí)抽排積水區(qū)水，使積水區(qū)水位標(biāo)高控制在+38m以下；留設(shè)斷層防水煤柱。

丫塘積水區(qū)：該水體通含水層裂隙、老采空區(qū)對礦對礦井充水影響較大。防治措施：建立丫塘積水區(qū)的排灌站，加強(qiáng)積水區(qū)水位觀測，控制該積水區(qū)水位標(biāo)高低于+38m。

大塘湖積水區(qū)：該水體通過含水層、老采空區(qū)及老窯對礦井充水，對礦井開采威脅十分嚴(yán)重，應(yīng)重點(diǎn)防治。防治措施：設(shè)立大塘湖排灌站，控制積水區(qū)水位小于+38m標(biāo)高；加強(qiáng)井下探放水，防止老窯突水；嚴(yán)禁開采大塘湖積水區(qū)保安煤柱。

5.結(jié)論

本礦雖為碎屑巖弱裂隙含水層充水的礦床，但老窯水、老采空區(qū)積水、地表水及斷層水對礦井開采影響大，礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜。礦山企業(yè)應(yīng)根據(jù)不同水害特征，采取相應(yīng)的防治措施，保障礦井安全生產(chǎn)。

參考資料：

[1]湖南省安全生產(chǎn)專家委員會(huì).湖南省株洲縣堂市鄉(xiāng)堂市煤礦“1·11” 水害（突水）重大事故技術(shù)鑒定報(bào)告.湖南 長沙.2006.1

[2]湖南省煤炭地質(zhì)勘查院.湖南省株洲縣堂市煤礦水文地質(zhì)條件及防治水方案.湖南 長沙.2006.4

[3]武強(qiáng)等編.礦井水災(zāi)防治.北京.中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2002.

[4]金連生等編.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程.北京.煤炭工業(yè)出版社.2000.6

唐憶晨（1966.10） 女，水工環(huán)高級(jí)工程師，從事水文、工程、環(huán)境地質(zhì)工作。