柳林縣整合煤礦區(qū)防治水分析及治理措施

賀靜兵

(山西省柳林縣 應(yīng)急管理局,山西 柳林 033300)

山西省柳林縣煤炭資源豐富,地方煤礦眾多。按照省政府關(guān)于推進(jìn)煤礦企業(yè)兼并重組的政策精神,柳林縣對全縣現(xiàn)有生產(chǎn)煤礦進(jìn)行了重組整合規(guī)劃,將全縣生產(chǎn)煤礦重新組合為26個大中型煤礦企業(yè),生產(chǎn)規(guī)模達(dá)2 610萬t/a,為全縣煤礦企業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件[1]。礦區(qū)煤炭地質(zhì)勘探工作開展較早,但整合前后的各煤礦地質(zhì)工作零星分散,且均沒有進(jìn)行過專門的水文地質(zhì)勘查工作,對礦區(qū)地下水富水性及補(bǔ)徑排等水文地質(zhì)條件尚不清楚,且存在底板突水、陷落柱突水等礦井水害隱患。

本研究在查明水文地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上,對整個勘查區(qū)進(jìn)行煤炭開采水文地質(zhì)條件總體評價。查明勘查區(qū)內(nèi)主要含水層的富水性和補(bǔ)徑排條件，詳細(xì)調(diào)查了解勘查區(qū)內(nèi)及周邊煤炭開采及采空區(qū)分布及積水情況,分析其對煤礦安全生產(chǎn)的影響。采用科學(xué)先進(jìn)的技術(shù)方法計(jì)算礦井正常和最大涌水量，預(yù)測開采過程中發(fā)生突水的可能性及地段，有針對性地提出有效可行的礦井防治水措施及建議[2]。

1 研究區(qū)水文地質(zhì)概況

柳林巖溶水系統(tǒng)位處晉西南呂梁復(fù)背斜的西翼即呂梁山中段的西部,大體呈近南北及東西向展布,為一完整的水文地質(zhì)單元,其邊界條件基本清楚。東起元古界變質(zhì)巖露頭線及東川河地表水分水嶺;南以南川河地表水分水嶺為界;北至湫水河及北川河地表分水嶺;西以奧陶系灰?guī)r深埋區(qū)(埋深600 m左右)為限。東西長約60 km,南北長約120 km,巖溶水系統(tǒng)匯流面積5 100 km2。

2 礦井涌水量預(yù)測

2.1 預(yù)測方法概述

礦井涌水量預(yù)測分別采用地下水動力學(xué)的“大井法”、比擬法和數(shù)值模擬法[3-5],根據(jù)計(jì)算結(jié)果,結(jié)合礦井水文地質(zhì)條件選擇推薦結(jié)果。

2.2 涌水量計(jì)算結(jié)果

運(yùn)用上述礦井涌水量預(yù)測計(jì)算方法,分別對26個整合煤礦進(jìn)行礦井涌水量預(yù)測評價,并將結(jié)果匯總。限于篇幅,本文僅選取部分煤礦計(jì)算結(jié)果,如表1所示。

表1 整合煤礦區(qū)礦井涌水量計(jì)算成果一覽表(部分煤礦)

2.3 結(jié)果分析

26個整合煤礦預(yù)測下組煤開采礦井正常涌水量大于4 000 m3/d的僅有同德礦;下組煤開采礦井正常涌水量為3 000～4 000 m3/d的僅聚德礦;下組煤開采礦井正常涌水量為2 000～3 000 m3/d的有西坡、王家溝、柳家莊、王家焉、柳林、賀昌、興無和金家莊等8個煤礦;下組煤開采礦井正常涌水量為1 000～2 000 m3/d的有下山峁、碾焉、安泰、鄧家莊、興家溝、成家莊、龍門塔、曹家山和寨崖底等9個煤礦;其余7個煤礦預(yù)測礦井正常涌水量均小于1 000 m3/d。

由礦井涌水量預(yù)測計(jì)算結(jié)果可見,取預(yù)測結(jié)果最大值,即同德煤礦下組煤礦井正常和最大涌水量分別為4 067.05 m3/d(169.46 m3/h)和5 693.87 m3/d(237.24 m3/h),小于“礦井水文地質(zhì)類型”劃分中的礦井涌水量“簡單”類型界限值(Q1(正常)≤180 m3/h;Q2(最大)≤300 m3/h)。因此,柳林縣兼并重組整合煤礦區(qū)內(nèi)26個煤礦的礦井涌水量均屬于“簡單”類別。

3 突水危險性評價

3.1 評價方法

本次預(yù)測底板突水危險性評價所采取的措施主要是根據(jù)“突水系數(shù)法”評價的結(jié)果,但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中仍要參考“脆弱性指數(shù)法”評價的結(jié)果。

3.2 頂、底板突水評價及分區(qū)(以柳林礦為例)

3.2.1 頂板突水評價及分區(qū)

現(xiàn)將26個兼并重組整合煤礦中的柳林礦頂、底板充水含水層涌(突)水條件綜合分區(qū)評價成果簡述于下。

柳林礦上組煤4#和5#、下組煤8#煤頂板含水層涌(突)水條件綜合評價和分區(qū)如圖1所示。

(a)4#、5#煤頂板直接含水層

由圖1(a)可知,礦區(qū)上組煤4#、5#煤頂板直接含水層(二疊系含水層)綜合分區(qū)的西北部較危險,南部相對安全;由圖1(b)可知,礦區(qū)下組煤8#煤頂板直接含水層(太灰含水層)綜合分區(qū)西北部較危險,南部相對安全;由圖1(c)可知,西部局部導(dǎo)通間接含水層(二疊系含水層),因此,二疊系含水層對8#煤開采局部有影響。

3.2.2 底板突水評價及分區(qū)

根據(jù)鉆孔的各煤層底板隔水層所承受的含水層的水壓值以及對應(yīng)的隔水層厚度,計(jì)算并繪制出各煤層底板到相應(yīng)含水層的突水系數(shù)等值線圖。由于柳林井田存在構(gòu)造,根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》突水系數(shù)臨界值取0.06 MPa/m。經(jīng)計(jì)算作圖,柳林礦區(qū)內(nèi)4#、5#煤層底板太灰含水層帶壓開采區(qū)的突水系數(shù)在礦區(qū)西部及構(gòu)造發(fā)育區(qū)大于0.06 MPa/m,屬于危險區(qū),其余大部區(qū)域小于0.06 MPa/m,屬于安全區(qū)域。礦區(qū)內(nèi)4#、5#、8#煤層底板奧灰含水層帶壓開采區(qū)(除構(gòu)造發(fā)育區(qū))的突水系數(shù)為0.01～0.04 MPa/m,遠(yuǎn)小于0.06 MPa/m,屬于安全區(qū)域。

上組煤(4#、5#)煤層底板太灰含水層突水脆弱性評價分區(qū)如圖2(a)、圖2(b)所示,下組煤(8#)煤層底板奧灰含水層突水脆弱性評價分區(qū)如圖2(c)所示。

(a)4#煤層

從圖2(a)所示的4#煤層底板太灰含水層帶壓開采分區(qū)用脆弱性指數(shù)法評價結(jié)果可以看出,柳林4#煤層底板到太灰含水層隔水層標(biāo)記為淺藍(lán)色的非帶壓區(qū)分布在礦區(qū)的東部,在此認(rèn)為是安全區(qū)域;標(biāo)記為綠色的區(qū)域太灰水突水的可能性不大,屬于相對安全區(qū);標(biāo)記為淺綠色的較安全區(qū)分布在礦區(qū)內(nèi)綠色區(qū)域周圍,屬較安全的區(qū)域;標(biāo)記為黃色的過渡區(qū)主要分布在淺綠色較安全區(qū)的西部,將這些區(qū)域劃分為較安全區(qū)到較脆弱區(qū)的過渡區(qū);標(biāo)記為橙色的較脆弱區(qū)有發(fā)生突水可能性;標(biāo)記為紅色的脆弱區(qū)主要分布在礦區(qū)西部及構(gòu)造發(fā)育區(qū),綜合分析將這些區(qū)域劃分為脆弱區(qū)。

從圖2(b)所示的5#煤層底板太灰含水層帶壓開采分區(qū)用脆弱性指數(shù)法評價結(jié)果可以看出,帶壓區(qū)內(nèi)突水危險性比較大,即帶壓區(qū)全部危險。在柳林5#煤層賦煤可采區(qū)內(nèi),太灰含水層富水性的弱-較弱,劃為相對安全和較安全區(qū)。

從圖2(c)所示的8#煤層底板奧灰含水層帶壓開采分區(qū)用脆弱性指數(shù)法評價結(jié)果可以看出,標(biāo)記為淺藍(lán)色的非帶壓區(qū)分布在礦區(qū)的東部,在此認(rèn)為是安全區(qū)域;標(biāo)記為綠色的相對安全區(qū)分布在礦區(qū)東部,奧灰水突水的可能性不大,屬于相對安全區(qū);標(biāo)記為淺綠色的較安全區(qū)主要分布在綠色相對安全區(qū)東部區(qū)域,導(dǎo)致奧灰突水的可能性不大;標(biāo)記為黃色的過渡區(qū)為較安全區(qū)到較脆弱區(qū)的過渡區(qū);標(biāo)記為橙色的較脆弱區(qū)分布在礦區(qū)北部及構(gòu)造較發(fā)育區(qū),有發(fā)生突水可能性的較脆弱區(qū);標(biāo)記為紅色的脆弱區(qū)主要分布在礦區(qū)構(gòu)造發(fā)育地區(qū),將這些區(qū)域劃分為脆弱區(qū)。

4 防治水措施

4.1 各礦水文地質(zhì)類型情況

整合區(qū)內(nèi)各礦井主采煤層的直接充水含水層富水性均為弱-中等,雖然經(jīng)過多年開采存在大量的采空區(qū),但采空區(qū)位置和積水情況基本清楚。礦井目前生產(chǎn)中的正常涌水量均小于180 m3/h,各礦井的采掘工程不同程度受水害影響,但不威脅礦井安全,防治水工作較簡單。據(jù)此，除山西柳林宏盛聚德煤業(yè)有限公司的水文地質(zhì)類型劃分為復(fù)雜外,其他礦井水文地質(zhì)類型均為中等。

4.2 防治水措施

根據(jù)對影響煤層頂?shù)装逋凰饕蛩氐姆治?依據(jù)《煤礦安全規(guī)程》,結(jié)合前面頂板“三圖-雙預(yù)測”和底板突水危險性分析評價[6-8],建立健全各級水害防治工作責(zé)任制,明確責(zé)任,抓好日常水害防治工作。重點(diǎn)措施有如下幾點(diǎn)。

1)了解基本的突水前兆。

2)加強(qiáng)地下水的動態(tài)監(jiān)測。

3)根據(jù)實(shí)際情況建立好水倉、泵房及排水管道等設(shè)施。

4)按照《煤礦防治水細(xì)則》的有關(guān)探放水要求,加強(qiáng)井下采掘過程中的超前探放水工作,真正做到有掘必探,先探后掘,先治后采。

5)工作面回采過程中,應(yīng)采取原有水文資料、工作面富水性探測資料的靜態(tài)分析、工作面回采推進(jìn)情況和含水層水位資料動態(tài)觀測相結(jié)合的方式,進(jìn)行工作面突水的預(yù)測預(yù)報工作,以提高工作質(zhì)量,更好地指導(dǎo)回采。

6)對先期開采階段內(nèi)封閉不良鉆孔的情況進(jìn)行全面排查,并登記上冊,建立封孔不良鉆孔資料臺賬;井田井下使用中的鉆孔,必須安裝孔口蓋,廢棄的鉆孔必須及時按照規(guī)范要求封孔。

7)采掘過程中要進(jìn)行實(shí)時觀測,時刻注意水量變化情況,確認(rèn)安全情況下再進(jìn)行生產(chǎn)。

5 結(jié)論

1)采用“大井法”、比擬法和三維數(shù)值模擬法預(yù)測了各煤礦礦井正常和最大涌水量。

2)依據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，結(jié)合礦井生產(chǎn)情況和水文地質(zhì)條件以及涌水量大小、采空區(qū)分布等綜合因素,劃分了勘查區(qū)內(nèi)各礦井的水文地質(zhì)類型,區(qū)內(nèi)除山西柳林宏盛聚德煤業(yè)有限公司礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜外,其他礦井的水文地質(zhì)類型均為中等。

3)應(yīng)用“三圖-雙預(yù)測法”、“突水系數(shù)法”、“脆弱性指數(shù)法”分別對各礦主采煤層頂、底板涌(突)水危險性進(jìn)行了評價,進(jìn)行了涌(突)水危險性綜合分區(qū),根據(jù)各煤層頂、底板含水層的不同特性針對性地提出了相應(yīng)的防治水措施及建議。