浅析鄯善县某煤矿+280运输大巷突水因素及其对勘探工作的启示

邓韬

摘要:叙述了鄯善县某煤矿水文地质条件,实录了其+280运输大巷底板突水事故的发生的过程,对事故原因做出了分析,据此提出了吐哈盆地煤田勘探过程中应注意的水文地质问题。

关键词:鄯善吐哈盆地煤矿水文地质突水事故启示

中图分类号:TD745 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(c)-0091-02

鄯善县某煤矿位于鄯善县城北东50°方向约50km处,行政区划隶属于鄯善县七克台镇管辖,井田平面上呈北西-南东向展布,略呈扇面形,东西长约4.89km,南北宽约2.50km,面积12.23km2,属吐哈盆地地湖煤矿区的一部分。

煤矿位于吐哈盆地中央隆起带东部丘陵区,为典型的风蚀残丘和戈壁浅滩地貌,覆盖层较薄,属掩盖-半掩盖地区;气候分区为温带极干旱区,全年降水量34.8mm,蒸发量2500mm。区内无地表水系,夏季偶降大雨,降雨形成的暂时性水流多由南北方向排泄于沙尔湖盆地的低洼地,汇集蒸发。

煤矿构造位置位于七克台背斜北翼,表现为走向南西-北东,倾向北西的单斜构造,地层倾角在45°～75°之间,走向上地层起伏不大,沿倾向略呈浅部较缓、深部逐渐陡立的形态,区内未发现断裂构造。中侏罗系统西山窑组(J2x)为含煤地层,含可采煤层3层,自下而上分别编号为一、二、三号煤层,煤层可采厚度在2.58m～11.60m。

煤矿建成于1995年,经过历次技术改造,于2009年达到了年产9万吨的生产规模。开拓方式为竖井,井底标高280m,矿井分为二个水平,一水平标高+280m水平,二水平标高+200m水平。走向开掘,目前开采煤层为一水平二号煤层,后退式开采,先采上部区段,目前280m水平以上已基本采空。前期地质报告及生产矿井观测资料显示,水文地质条件简单,以碎屑岩孔隙裂隙水为主,日涌水量20m3～30m3。

1煤矿水文地质条件

1.1 地下水的补、迳、排条件

历次勘查报告,将煤矿区地层依照其含水性不同划分为:(1)第四系冲—风积透水不含水层:该层在静止水位以上,为透水不含水层。(2)侏罗系头屯河组碎屑岩孔隙、裂隙弱含(隔)水层(J2t):该弱含水岩组主要接受大气降水的渗入补给,补给条件较差,富水性弱。(3)侏罗系中统西山窑组弱含水层组(J2x):含水层为厚度不均的泥质胶结的砾岩、粗砂岩、中粒砂岩以及细砂岩,呈条带状或透镜体状分布,被多个粉砂岩、泥岩等相对隔水层分割,主要接受大气降水的临时性地表汇流的渗入补给、或通过透水不含水层间接渗入补给,形成碎屑岩类层间孔隙-裂隙水,略具承压性。单位涌水量q=0.0015L/s·m左右,渗透系数K=0.002m/d,含水层组富水性弱,为弱含水层组。

结合吐哈盆地区域水文地质特征,煤矿地下的补给有两种途径:大气降水和北部雪峰、冰川的融雪、融冰水。大气降水直接通过第四系透水不含水层补给地下或降水、融雪、融冰水在沿冲沟由北往南运移过程中,经多年冲刷而裸露地表的构造裂隙或地表风化裂隙补给地下。但是,由于地形坡角大,气候干燥、蒸发强烈,降水少而集中,且地层倾向与冲沟洪水流向相逆,洪流、降水多转为地表径流散失,而不易补给地下水。

头屯河组(J2t)和西山窑组(J2x)的主要含水岩组砂岩、砂砾岩等多以透镜体状产出,在剖面上和平面上多以孤岛状产出,各单层含水层间的泥岩、粉砂岩,起到了隔水作用,因此,单个的含水透镜体只有通过局部裂隙发育地段而相互发生水力联系,除个别连续分布的砂岩层外,其余无论在倾向及走向上含水层之间相互补给极弱,水力联系并不十分密切。

由于头屯河组、西山窑组的孔隙-裂隙水径流条件受裂隙发育程度控制,使得地下水含水岩组含水层之间相互补给极弱,水力联系不密切,地下水基本处于滞水状态。蒸发和矿井疏干排水是地下水排泄的唯一方式。

1.2 矿井充水因素

(1)煤层及煤层顶、底板基岩裂隙水(西山窑组弱含水层水),由于受内在隔水层和次生裂隙不发育的影响,各含水层之间的水力联系微弱,从生产矿井开拓情况看,矿坑主要充水水源来自煤层及煤层顶底板岩层裂隙水,因此其为矿坑直接充水水因素。

(2)大气降水可通过第四系透水不含水层沿岩层和煤层裂隙进入矿井,成为矿坑间接充水因素。

2素浅析

+280水平运输大巷突水事故发生在煤矿为扩大井型而进行的补充勘探施工过程中。为提高资源量控制程度,在距离主井口NE方向215.47m、距离+280运输大巷以北垂直距离96.61m处由某勘探队施工14-4号钻孔(图1),该孔设计孔深375m,分别在270m、275m、340m钻遇一、二、三号煤层。实际施工至孔深276.99m处钻遇二号煤层,煤层伪厚度14m,此时,孔内水位深度13m,钻至孔孔深318m,水平标高+117时,+280运输大巷测风站处发生巷道底板突水事故,涌水量达到20m3/h左右,远大于平时巷道日涌水量,对井下設施及人员安全造成威胁。

经对14-4孔岩芯进行仔细研究后发现,孔深71m以上,岩芯极为破碎,岩石呈强风化状态,裂隙极为发育,经询问当机司钻,该孔在钻至孔深32m～59m深度范围时,曾有自动“掉钻”现象发生,最大掉钻钻程近3m,疑似空洞,钻探班报反映,这一时段冲洗液消耗量没有增大,反而略显减少。钻孔岩芯表明,在二号煤层底板下孔深290.99m～303.99m段为一层伪厚度为13m的中砂岩,泥质胶结,结构疏松。+280巷道编录显示,在测风站部位,巷道底板岩性为中砂岩。因此判定:(1)孔深71m以上风化岩层为煤矿区含水层,含水层底板标高为+364;(2)14-4钻孔沟通了风化岩层含水层和二号煤层底板砂岩间的水力联系;(3)风化岩含水层水头高度和+280巷道的高差,导致了巷道底板突水事故的发生(图2)。

经停钻观测72h后,14-4孔内水位稳定在17m左右,+280大巷测风站涌水量保持在10m3/h左右。因此大致可以判定,在煤矿区内,风化岩层含水层顶面标高为418水平。

经对14-4孔0～71m孔深段进行井壁管止水处理,对孔深71m～276m段进行水泥砂浆封闭,阻隔了风化带含水层和二号煤层底板砂岩的水力联系,+280运输大巷的涌水量随即恢复到正常水平。目前该孔保留深度71m作为煤矿地下水动态观测孔使用。

3本次突水事故对水文地质勘探工作的启示

传统观点认为,吐哈盆地地下水主要为大气降水和远距离的北部雪峰、冰川的融雪、融冰水通过第四系透水不含水层补给,由于地处干旱,蒸发量远大于降水量,滞留于浅层包括风化带的地下水很少,加之地下水运移通道不畅,不会直接补给煤层顶底板。但在急倾斜地层条件下,采空区发生冒落时会伴随着顺层“抽冒”现象发生,这种冒落过程,会产生多种层间冒裂和垂向冒裂,当冒裂带高度和宽度足以沟通层间含水层或多层含水层时,自然就存在着如14-4钻孔沟通不同含水层的可能,给未来煤矿生产带来灾害。

此次煤矿运输大巷突水事故表明,在吐哈盆地,存在有浅层风化岩层含水层的现象,因此在这一区域,当存在风化岩层时,应有针对性的开展专项水文地质工作。这样,不仅能够极早的消除未来矿井生产过程中水害的隐患,也存在有部分解决煤矿生产、生活用水的可能。

参考文献

[1] 内蒙古龙旺地质勘探有限公司.鄯善县煤矿补充勘探工作总结,2011.

[2] 王大纯.水文地质学基础[M].地质出版社,1995.

[3] 谭鸿贊.吐哈盆地水文地质研究[J].铀矿地质,2002(2).

[4] 刘正峰.水文地质手册[M].银声音像出版社,2010.