榆神矿区南部中小煤矿突水危险性研究

侯高峰，蒋泽泉，崔邦军

(陕西省煤田地质局一八五队，陕西 榆林 719000)

榆神矿区南部中小煤矿突水危险性研究

侯高峰，蒋泽泉，崔邦军

(陕西省煤田地质局一八五队，陕西 榆林 719000)

论述了榆神矿区部分中小煤矿突水实例，分析了矿井突水的地质、水文地质条件，认为，榆神矿区萨拉乌苏组含水层厚度大，富水性强，煤层埋藏浅，煤层开采后产生的冒落带、裂隙带发育到萨拉乌苏组含水层底部，从而引起突水灾害。本文提出了矿井突水预测的思路和方法，认为应该加强矿井水文地质条件研究，开展水文地质补充勘探，查明水文地质条件，做好防治水工作，减少矿井涌水量，保护萨拉乌苏组含水层结构完整性。

煤矿突水;保水采煤;萨拉乌苏组;榆神矿区

陕北侏罗纪煤田是我国储量最大的煤田之一，神东、陕北两大煤炭基地的主体位于该煤田，神东基地开发初期，曾经发生突水溃沙地质灾害，据范立民(1992)研究，采煤产生的导水裂隙沟通第四系萨拉乌苏组含水层，是造成顶板突水的主因，也是造成萨拉乌苏组地下水水位下降、生态环境恶化的直接原因，保水采煤是陕北地区煤炭工业可持续发展的关键。为了确保煤矿安全，各大型煤矿综采工作面投产前，要开展疏降水工程。其中榆神矿区南部，煤层埋藏浅，萨拉乌苏组含水层厚度大，富水性强，部分中型煤矿开采过程中曾发生突水灾害，淹没矿井，造成巨大损失。同时，疏干萨拉乌苏组地下水，诱发一系列生态环境问题。本文结合榆神矿区南部水文地质勘查成果，论述了矿井突水灾害形成的条件及预测方法，为煤矿安全生产提供保证。

1 煤矿突水实例

榆神矿区东南部某煤矿年产15万 t。开采3号煤，平均煤厚6.12 m，埋藏深度100 m，采用斜立混合式开拓，主斜井进风，立井出风，主斜井将原来的双钩串车提升改为机轨合一。采煤工作采用房柱式加刀柱式采煤法，运输巷与回风巷均沿煤层底板布置。井田分为六个盘区，一、三、五盘区在矿井的南部，二、四、六盘区在矿井的北部，一盘区在掘进支护中，因出水而停止开采，三盘区已采完，目前正在五盘区生产。矿井最大涌水量150 m3/h，其中一盘区最大涌水量120 m3/h。

一盘区东边与三盘区相接，北边与二盘区相接，西南均为井田边界，地面无建筑物和居民居住，地表均为沙土草地。一盘区东西长900 m，南北长800 m，现已掘一盘区运输巷与一盘区回风巷各450 m，巷道为矩形断面、巷道规格为宽5 m，高3.2 m，巷道为近水平巷道、巷道沿煤层底板布置。

2005年5月18日晚9时一盘区3106巷道在打锚杆时，钻杆穿透煤层与上部含水层相通而出水，涌水量120 m3/h，锚杆长度为1.8 m。排水3个月水量仍不减，为了保证人员与矿井的安全，停止了一盘区所有的采掘工作，并设泵排水，其中5.5 kw潜水泵 3台，每台每小时排水 65 m3，2.2 kw、3 kw潜水泵各一台，每小时排水15 m3。鉴于矿井最大涌水量为150 m3/h，在立井水仓安装110 kw排水能力为150 m3/h的离心式水泵2台，实际排水量80 m3/h，形成双回路排水系统已保证矿井的正常排水。

由于在矿井突水处煤层没有大面积开采，只是有煤层掘进巷道通过，经过近6个月的排水观测，水量基本稳定。从目前情况来看，煤层大面积冒顶的可能性很小。根据临近矿井上河煤矿2004年的突水情况，顶板冒落时的矿井最大涌水量为500 m3/h。该煤矿地形东高西低，一盘区巷道的底板比车场底板低3 m;又因一盘区现已掘出巷道800 m，西大巷已掘900 m，两巷约1 700 m，可以储水约20 000 m3，可以储存2 d的涌水量，在及时排水的情况下，不会对其他井巷造成淹井事故。

2 矿井突水的水文地质背景

2.1 矿井突水的水源

研究区地下水主要赋存于第四系萨拉乌苏组、离石黄土和侏罗系风化带中，其中萨拉乌苏组是最主要的含水层，矿井突水的水源主要是地下水。

萨拉乌苏组孔隙潜水广泛分布于研究区，与第四系风积沙一起，构成研究区唯一的具有供水意义的含水层，也是矿井突水的主要水源。勘查表明，地下水赋存条件较好，有利于接受大气降水的下渗补给及侧向补给，形成了比较富水地段。含水层岩性主要为粉细砂、细砂、粗砂。根据勘查成果，厚0～160 m，水位埋深2.30～4.00 m。据机井抽水试验，降深 0.82 ～2.50 m，涌水量448.42 ～1 080.00 m3/d，单位涌水量5～6.329 L/s·m。萨拉乌苏组地下水是矿井充水的间接含水层，但它却是是矿井水的最主要来源。矿井涌水量大小，与萨拉乌苏组厚度直接相关，如锦界煤矿，萨拉乌苏组厚度大，矿井涌水量在2009年之前是3 800 m3/h，2010年后已经达到5 000 m3/h以上，成为陕北侏罗纪煤田及内蒙古东胜煤田区域内矿井涌水量最大的矿井。

另外，研究区还分布有离石黄土裂隙孔洞潜水和侏罗系基岩风化带裂隙潜水。离石黄土主要为棕黄、灰黄色亚粘土、亚砂土，岩性均一，含钙质结核，厚 4.46～76.01 m，水位埋深0.61～30.00 m。因所处地貌条件不同，富水性差异较大。黄土梁岗区，地形起伏较大，沟壑纵横，不利于大气降水的渗入补给，富水性较差。沙漠滩地区上覆分布有大面积的风成沙及萨拉乌苏组冲湖积层，为大气降水渗入补给提供了良好的条件。据附近SHK1950、Y23孔抽水资料，降深13.93～21.60 m，涌水量 46.40 ～107.40 m3/d，单位涌水量 0.039～0.058 L/s·m，渗透系数 0.112 ～0.174 m/d。侏罗系基岩风化带，主要含水层是延安组顶部的风化带，岩性为长石砂岩、泥岩、粉砂质泥岩不等厚互层组成，厚22～50 m，其赋存条件受地貌条件和上覆第四系含水层的富水性及含水层岩性控制，所以富水性变化较大。据常乐堡Y23孔抽水资料，降深 23.26 m，涌水量 20.48 m3/d，单位涌水量 0.01 L/s·m，渗透系数0.049 m/d。若上覆第四系为中更新统离石黄土裂隙孔洞潜水，其富水性较差。据井田东部Y24孔抽水资料，降深 16.50 m，涌水量 2.07 m3/d，单位涌水量 0.001 45 L/s·m，渗透系数0.003 m/d。若上覆第四系为全新统冲积层孔潜水，其富水性相对较好，是矿井突水的直接充水含水层。

2.2 矿井突水的形成原因

研究区矿井突水的形成，一是有较丰富的水源，即萨拉乌苏组地下水和侏罗系基岩风化带裂隙潜水;二是有突水的通道，矿井开采煤层的埋藏浅，不足100 m，煤层顶板基岩很薄，一般只有20 m左右，最薄处不到10 m，榆树湾煤矿首采长壁工作面裂隙带发育高度的数值模拟试验表明，覆岩最大裂隙带的高度为92 m。通过模拟表明在距工作面40～60 m处的地表土层出现了不同长度的裂缝，地表裂缝未和裂隙带贯通，裂隙带与地表土层裂隙之间，在倾向模拟时和走向模拟时分别有30.18 m的土层隔离带.通过进行安全分析得到了最小安全防水煤岩柱的尺寸为95 m，表明数值模拟结果与工程开采实践基本一致。因此，基岩厚度小于95 m就可能导致突水。因此，大面积的采空区形成后，必然导致地下水的大量涌入，引起地下水位下降和环境变迁。

2.3 矿井突水危险性预测

为了减少煤矿突水灾害，针对榆神矿区特殊的浅埋煤层结构，笔者建议应做好突水灾害预测的水文地质补充勘探工作，勘探的重点是萨拉乌苏组的分布、厚度、水位埋深、富水性及补给径流排泄条件、侏罗系基岩顶面形态、3号煤层上覆基岩厚度及岩石物理力学特性等，并编绘相关图纸，计算煤层开采产生的裂隙带高度，如果裂隙带发育顶界达到萨拉乌苏组含水层底部，则会发生突水灾害，根据勘查资料，榆神矿区常乐堡、白鹭、常兴、金牛等井田，具有突水危险性，采前必须采取一定的措施，预测矿井突水地段，保证煤矿安全。

3 矿井突水的防治

某矿井突水事故发生后，及时排水，封堵突水点，取得了较好的效果。在距一盘区巷口60 m的地方处在运输巷与回风巷各打防水闸门1道，防水闸门距出水点约340 m，墙为砖混结构即红砖与水泥沙浆筑成，沙浆标号为C10，墙体规格为宽×高×厚为4.9 m×3.1 m×1 m。闸门规格宽 ×高为750 mm×1 500 m，用1 cm钢板做成，框用12b槽钢制做，如有出水可以关闭防水闸门减少向矿井井底车场的流水，即时撤离人员。

范立民等认为，针对陕北侏罗纪煤田这样的大煤田，煤炭资源分布极广，而水、生态环境是稀缺资源。因此，要因地制宜，适度开发，科学开采。不宜开发的区域，如榆神矿区南部的部分井田，可以暂缓开发。具备采煤保水或萨拉乌苏组不含水的区域，如榆神矿区深部的部分区域、新民区的一些井田，优先开发。但对于已经建设、又不具备保水条件的矿井，要合理选择开采参数，留设足够的保水煤柱，或采用充填开采方式，达到保水采煤的目的。

建议榆阳区各煤矿，联合开展煤矿突水危险性预测研究，全面分析研究含水层、隔水层、煤层分布空间关系的基础上，科学划分采煤技术条件分区，根据开采条件分区确定采煤方法和防治水措施。对于生产矿井，定期观测井下水量变化情况，发现水量增大要分析原因，及时采取合理的措施;政府部门要尽快调整榆神矿区总体规划，慎重对待榆神矿区南部、榆神矿区秃尾河沿岸地带浅埋藏煤层的开发问题，切实做到采煤、保水并举。从长远考虑，榆神矿区南部区煤层上覆基岩较薄，采煤形成的顶板“三带”可与第四系含水层沟通，一方面对矿井的安全生产构成威胁，另一方面不利于地下水资源和生态环境的保护。因此，对于煤层埋藏浅且上覆萨拉乌苏组含水较丰富的区域，尽量不规划为开采区，若已建井开采，则要采取可靠的措施(如充填开采)，尽量减少矿井涌水量，保护地下水资源，保证地下水位的基本稳定，控制西部矿区生态环境恶化并不断改善矿区环境。

4 结论

1)榆神矿区煤矿突水的水源主要是第四系萨拉斯乌苏组潜水，其中矿区东南部局部地段含水层厚度大，煤层埋藏浅，突水危险性较大，应加强矿井防治水工作，做好矿井水文地质条件分类研究，必要时加强水文地质补充勘探，确保煤矿安全生产。

2)榆神矿区地处沙漠地区，生态环境脆弱，1992年范立民最早提出了保水采煤问题，随后他经过长期研究与工程实践，提出了实现保水采煤的两个途径。20年的开发实践表明，保水采煤是榆神矿区面临的重大难题，采煤条件下保护生态水位的稳定，是保水采煤的最终目标，必须通过采煤方法的改进和采空区充填技术，达到采煤与保水的统一。榆神矿区防治水工作的重点，也应该以防止地下水位下降为核心，既要保证煤矿安全生产，也要尽量减少矿井涌水量，保护萨拉乌苏组含水层结构的完整性。

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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，陕西富平人，助理工程师，主要从事煤田水文地质勘查工作。