奧灰突水危險(xiǎn)性分析及其防治

孫立超，劉建平

(1.開灤(集團(tuán))承德興隆礦業(yè)公司，河北 承德 067200；2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063004)

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奧灰突水危險(xiǎn)性分析及其防治

孫立超1，劉建平2

(1.開灤(集團(tuán))承德興隆礦業(yè)公司，河北 承德 067200；2.河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063004)

唐山煤礦岳胥擴(kuò)大區(qū)煤系基底奧灰富水性強(qiáng)，發(fā)育有斷裂構(gòu)造、巖溶陷落柱等垂向構(gòu)造，因此，奧灰水為該區(qū)域重點(diǎn)防范對(duì)象。為確保安全生產(chǎn)，分析評(píng)價(jià)煤礦開采中是否存在突水危險(xiǎn)，提出防范水害發(fā)生的技術(shù)措施，這對(duì)同類礦井水害防治也有一定的借鑒意義。

巖溶陷落柱；奧灰水；防治水；對(duì)策

引言

唐山煤礦岳胥擴(kuò)大區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜，含煤地層上方為巨厚沖積層所覆蓋，含水豐富；煤系基底是奧陶系地層，屬巖溶裂隙承壓強(qiáng)含水層；含煤地層中砂巖裂隙含水層發(fā)育，這些含水層受上覆第四紀(jì)沖積層含水層和下伏奧灰強(qiáng)含水層的直接或間接補(bǔ)給，加之研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，特別是地質(zhì)異常體(疑似陷落柱)的存在，使礦區(qū)地質(zhì)及水文地質(zhì)環(huán)境趨于復(fù)雜。由于岳胥擴(kuò)大區(qū)存在這些深大垂向?qū)畼?gòu)造，對(duì)岳胥擴(kuò)大區(qū)安全生產(chǎn)構(gòu)成潛在威脅，因此，奧灰水患是唐山煤礦開采過(guò)程中防范的重點(diǎn)。為了確保安全生產(chǎn)，分析和研究煤礦水害，進(jìn)而提出相應(yīng)的防范措施，對(duì)于安全開采具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.岳胥擴(kuò)大區(qū)地質(zhì)構(gòu)造

唐山煤礦位于開平主向斜北西翼，井田內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，同時(shí)伴生一系列的褶皺構(gòu)造，主要有FⅢ斷層掩下褶皺構(gòu)造、FⅢ斷層以南褶皺構(gòu)造和FⅣ與FⅤ斷層間背斜構(gòu)造，岳胥擴(kuò)大區(qū)發(fā)育一系列褶皺構(gòu)造，即西側(cè)逆掩斷裂帶、胥各莊向斜帶、嶺子傾伏背斜帶、岳各莊波褶曲構(gòu)造帶、安機(jī)寨單斜構(gòu)造帶(圖1)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)圖

唐山煤礦井田內(nèi)發(fā)育FⅠ、FⅡ、FⅢ、FⅣ、FⅤ等大型斷層，其中FⅠ、FⅡ斷層位于礦區(qū)西北翼邊界，F(xiàn)Ⅳ、FⅤ斷層位于礦區(qū)東南翼邊界，F(xiàn)Ⅲ斷層橫穿整個(gè)井田。這些大型斷層均延伸至岳胥擴(kuò)大區(qū)內(nèi)，使岳胥擴(kuò)大區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造更趨于復(fù)雜。

2.水文地質(zhì)情況

2.1 主要含水層

礦區(qū)主要含水層從老到新有：奧灰?guī)r溶含水層、14煤-K3含水層、12-14煤含水層、11-12煤含水層、9-11煤含水層、7-9煤含水層、5-7煤含水層、5煤頂板含水層、第四紀(jì)含水層，其中奧灰含水層、第四紀(jì)含水層為強(qiáng)含水層，其余含水層為弱含水層。

12煤層是最下部的一個(gè)可采煤層，距下部奧灰承壓含水層160.0～220.0m，最大水壓8.0MPa。根據(jù)有關(guān)資料，突水系數(shù)小于0.06MPa/m，正常情況下不受底板承壓水威脅，但由于地質(zhì)異常體及導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造的存在，奧灰水一旦被導(dǎo)入煤系地層，就將成為礦井水的直接補(bǔ)給水源，從而存在一定的安全隱患。

各個(gè)含水層在空間分布上呈不規(guī)則狀，水文單元邊界位置和邊界條件也呈差異。地下水在各含水層中的徑流特征和水力類型隨著時(shí)間和空間的變化而變化。煤礦開采必然引起地下水徑流、流向、水頭高度等變化。開平主向斜煤系地層的地下水特征整體為西北翼補(bǔ)給，東南翼泄出，各含水層地下水的徑流如圖2所示。

圖2 地下水徑流示意圖

2.2 礦井充水水源及充水通道

第四系沖積層厚度在井田北部為50m左右，到井田南部已達(dá)500m以上，大氣降水直接補(bǔ)給第四系含水層，第四系含水層再通過(guò)基巖露頭補(bǔ)給煤系地層各含水層。礦井主要充水水源為煤系地層各含水層水、奧灰水和老空水，其中，對(duì)煤礦安全影響最大的為奧灰水。

礦井充水通道包括斷裂構(gòu)造、地質(zhì)異常體構(gòu)造、采動(dòng)裂隙等，其中，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ш偷刭|(zhì)異常體是礦井充水最主要通道。

2.2.1地質(zhì)異常體充水

2001年，在T1451溜子道237m處遇地質(zhì)異常體，柱內(nèi)巖層呈雜亂狀，地層為5煤層至2煤層之間，呈橢圓形，東西長(zhǎng)38m，南北寬32m，地質(zhì)異常體無(wú)水，但地質(zhì)異常體的存在破壞了煤層與基底奧灰強(qiáng)含水層抗壓強(qiáng)度(圖3)。

圖3 T1451地質(zhì)異常體剖面示意圖

2.2.2斷裂帶導(dǎo)水

根據(jù)對(duì)礦井水文資料分析，唐山礦構(gòu)造突水與地質(zhì)構(gòu)造力學(xué)特征及分布關(guān)系密切，岳胥擴(kuò)大區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造南北向最為發(fā)育，突水點(diǎn)往往與南北向地質(zhì)構(gòu)造密切相關(guān)，另外，還與斷裂構(gòu)造密度有關(guān)，一般地，斷裂構(gòu)造密度大，突水點(diǎn)涌水量也大。

3. 岳胥擴(kuò)大區(qū)突水危險(xiǎn)性分析

煤層突水因素包括含水層水壓、隔水層厚度和礦壓破壞深度，根據(jù)繪制的12煤奧灰水突水系數(shù)等值線圖，按照《煤礦防治水規(guī)定》中對(duì)構(gòu)造破壞塊段和完整塊段突水系數(shù)的建議界限值，圈定了煤層帶壓開采危險(xiǎn)區(qū)，如圖4，岳胥區(qū)兩側(cè)均存在開采危險(xiǎn)區(qū)。

圖4 帶壓開采危險(xiǎn)區(qū)分布圖

4. 防治水對(duì)策

(1)加強(qiáng)水文地質(zhì)分析，做好預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。下部煤層開采前可根據(jù)上部煤層開采揭露的斷裂構(gòu)造的發(fā)育情況、范圍及展布規(guī)律，預(yù)測(cè)下部煤層斷裂構(gòu)造的分布范圍、可能出現(xiàn)的位置，對(duì)煤層開采中可能出現(xiàn)的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(2)先物探后鉆探，對(duì)隱伏導(dǎo)水構(gòu)造探測(cè)。運(yùn)用瞬變電磁探測(cè)進(jìn)行富水性探查，發(fā)現(xiàn)異常區(qū)域，再通過(guò)鉆探驗(yàn)證。

(3)存在導(dǎo)水構(gòu)造應(yīng)該留設(shè)防(隔)水煤柱，重要部位還應(yīng)采用留設(shè)煤柱和注漿加固雙重措施。

(4)利用井上下水文觀測(cè)網(wǎng)，對(duì)含水層水位進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析。井下加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)出水點(diǎn)或涌水量異常，及時(shí)取樣化驗(yàn)，如發(fā)現(xiàn)水質(zhì)類型與奧灰類似，應(yīng)及時(shí)停止回采。在回采中實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，引入物探監(jiān)測(cè)新方法，達(dá)到對(duì)水害的預(yù)警，防范斷裂構(gòu)造活化。

5. 結(jié)論

(1)5煤層頂板砂巖含水層富水性，由于長(zhǎng)期疏排，形成了以采掘范圍為中心的降落漏斗，中心水位降幅較大，水害威脅逐漸減??；但煤系基底奧灰強(qiáng)含水層，由于區(qū)內(nèi)存在深大斷裂構(gòu)造、地質(zhì)異常體等垂向構(gòu)造，其水害威脅依然存在。

(2)確定工作面防治水技術(shù)路線，以深大垂向構(gòu)造探查為重點(diǎn)，以注漿改造底板為手段，完善防排水系統(tǒng)、監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)、應(yīng)急救援體系，確保煤礦生產(chǎn)安全。

(3)預(yù)測(cè)的帶壓開采危險(xiǎn)區(qū)，應(yīng)進(jìn)行注漿改造，增大增強(qiáng)有效隔水層，方可實(shí)施正常帶壓開采；再經(jīng)過(guò)驗(yàn)證孔檢查評(píng)估以及物探的全面探查核實(shí)，配合監(jiān)測(cè)預(yù)警等安全措施，確保回采安全。

[1]辛大平，梁立勛，余玉江，等.龍灘煤礦采煤工作面巖溶水防治技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，38(03):109-112.

[2]尹尚先，虎維岳，劉其聲等.承壓含水層上采煤突水危險(xiǎn)性評(píng)估研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，37(03)：29-33.

[3]劉建平.用綜合勘探方法驗(yàn)證三維地震斷層[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011，38(3):66-68.

[4]尹尚先，徐斌，徐慧等.綜采條件下煤層頂板導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41(09)：140-144.

Risk Analysis of Ordovician Limestone Water and Countermeasures

SUN Li-chao1，LIU Jian-ping2

(1.Chengde Xinglong Mining Company of Kailuan (Group) Co., Ltd, Chengde Hebei 067200,China；2.Hebei Engrgy College of Vocation and Technology, Tangshan Hebei 063004,China)

In Tangshan Coal Mine Yue-Xu Expanding area, the water of base Ordovician limestone is abundant. And vertical structures are developed, such as fault structure, karst collapse column, and so on. Therefore, it's very important to prevent Ordovician limestone water. In order to insure the security of production, it has been analyzed and evaluated that whether there is water inrush hazard in coal mining, and the corresponding prevention and control measures have been put forward, which provides

ignificance for water prevention and control in the similar mines.

karst collapse column; Ordovician limestone water; water prevention and control; countermeasure

2016-04-02

孫立超(1987- ),男，大學(xué)，開灤(集團(tuán))承德礦業(yè)公司助理工程師，從事礦業(yè)技術(shù)與管理工作。

TD745

A

1671-3974(2016)03-0062-03