晋城矿区区域水害危险性研究

焦 阳,卫金善

(山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 技术研究院,山西 晋城 048006)

晋城矿区区域水害危险性研究

焦 阳,卫金善

(山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 技术研究院,山西 晋城 048006)

为了给晋煤集团旗下资源整合矿井不同煤层的安全回采提供依据和地质保障,对晋城矿区进行了深入的区域性水文地质情况研究,主要技术手段为沉积学的含、隔水层特性分析;构造学的褶曲、断层、陷落柱分布分析,富水性、积水性和水头压力分析;最终根据矿井主采煤层的水害危险性影响因素做出了相关的分区,包括:沁水块区、阳城块区、晋煤西区、构造区块、构造影响区块和晋煤东区,并针对不同区块的水害特点提出了相应的防治水措施,能够有效指导安全生产。

晋城矿区;资源整合矿井;水害类型;分区

能源是当今社会制约经济发展的重要因素之一,而煤炭是经济发展的主要可靠能源。对于煤矿来说,矿井水害是威胁煤矿安全生产的重要因素[1-2]。中国煤矿水害事故类型主要有:地表水体水害事故,冲积层水水害事故,砂岩类含水层水害事故,灰岩类岩溶水水害事故以及老空区透水事故[3-8]。

据不完全统计,在过去的20多年里,我国有数百对矿井被水淹没,死亡近万人,经济损失高达400多亿元人民币,特别是对于资源整合矿井,井田内富水区和水量不明,废弃巷道、废弃井筒及老空、采空区众多,位置和积水量无据可查,随着开采水平的延伸和开采范围的扩大,这种威胁越来越严重。如何解放矿井水害影响,实现安全、高产、高效生产,是中国煤炭行业的主要攻关课题之一[9-12]。

晋城矿区区域水害危险性研究是为防治矿井突水,根据区域及矿井水文地质资料和其他相关材料分析、确定矿井水害的影响因素和危险程度,并编制相关的矿井水害危险性分区图纸,据此制定最佳的矿井水害防治措施,对保证晋煤集团旗下资源整合矿井的安全生产具有重要的意义。

1 晋城矿区区域概况

晋城矿区隶属于华北型煤田,成煤时期较多,赋存状态差异性大,煤矿水文地质条件复杂,构造众多,地表水、第四系松散含水层水、砂岩裂隙水、灰岩裂隙水及奥灰承压水特征不同,加之早期小煤窑乱采乱挖现象严重,形成了分布各异的采空区、采空巷道和废弃井筒,资源整合矿井的煤层开采故而受到多种水体的威胁。因此,矿井水害防治成了晋煤集团旗下资源整合矿井安全生产与科研中的一大难题。

近年来,山西晋煤集团技术研究院水文地质研究所与物探工程分公司针对晋城矿区内晋煤集团所属矿井展开了丰富的水文地质研究和井下物探工作,但由于矿井数量众多,分布面广,地质及水文地质条件各异,且小煤窑采空区布局毫无规律,目前缺少一个对整体区域的水害危险性分类及分区的研究工作,另外,随着开采水平的延伸和开采范围的扩大,矿井生产向纵深发展,水患威胁日益严重,防治任务更加艰巨,矿井水灾时刻威胁着煤矿的安全生产和矿工的生命安全。

2 水害危险性分区及水害防治措施

晋煤集团资源整合矿井众多,主要分布在沁水煤田和泽州县老三矿(王台矿、凤凰山矿和古书院矿)周边,包括晋圣公司的松峪矿、亿欣矿、三沟鑫都矿、固隆矿、润东矿、上孔矿、城南矿和凤红矿,天安公司的宏祥矿、圣华矿、润宏矿、壁盈矿、岳圣山矿、海天矿、盈盛矿、苇町矿、靖丰矿、圣鑫矿、坡底矿、东沟矿、瑞旺矿、恒源矿、朝阳矿、昌都矿、高都矿、隆东矿、七岭矿、鸿升矿、广利矿和吴王山矿,覆盖矿井多达30座。

通过对晋煤集团(晋圣公司和天安公司)资源整合矿井的深入调研,及相关水文地质资料、物探资料及钻孔资料的收集、整理和分析,依据煤层赋存特征、构造特点、水文地质特征等进行了相关的水害危险性分区,主要包括:沁水块区、阳城矿区、晋煤西区、构造区块、构造影响区块和晋煤东区,矿井分布及分区见图1。

图1 晋煤集团资源整合矿井分布及分区示意图Fig.1 Distribution and Section of Resource Integration Mines in Jincheng Coal Group

2.1沁水块区

沁水块区主要包括晋圣公司的松峪矿、亿欣矿和三沟鑫都矿,该块区水文地质特征为:

1)主采2号、15号煤,局部地段煤层倾角较大。

2)构造发育,以正断层为主,西部零星发育有陷落柱。

3)中部和西部煤层浅埋,存在风化剥蚀和露头线,采空区、古窑区较多。

4)2号煤大面积采空,形成众多采空积水区,虽然15号煤开采无法直接沟通2号煤采空积水,但地质构造可能形成垂直导水通道,另外,东部15号煤存在奥灰水的带压问题。

防治水措施:针对采空区、古窑区及地质构造,应加强物探及钻探手段,采取预先疏放积水,预留隔水煤柱等措施,15号煤在带压开采时,更应注意构造的分布、位置和性质,采取地质构造及底板预注浆等措施。

2.2阳城块区

阳城区块主要包括晋圣公司的固隆矿、上孔矿、润东矿和城南矿,该块区水文地质特征为:

1)主采3号、9号、15号煤,且西南部和南部9号煤不可采,南部3号煤被剥蚀,只可采15号煤。

2)有少数断层发育,且以张性为主。

3)3号煤大面积采空,9号煤也存在小窑区、古窑区,南部15号煤由于浅埋,且赋存硫铁矿,被房柱式开采破坏。

4)主要水害防治类型为K2-K5灰岩水和不同层位的采空区积水,南部为地表水和采空区积水,另外,由于中部和北部的15号煤整体带压、9号煤部分带压,地质构造也应重视。

防治水措施:针对基岩水和采空区积水,应加强物探手段,进行提前疏放,下组煤带压开采则应注意导水构造及向斜轴部区域,采取预注浆和留设隔水煤柱等措施。

2.3晋煤西区

晋煤西区主要包括天安公司的宏祥矿、圣华矿、润宏矿、壁盈矿、岳圣山矿、海天矿、盈盛矿和苇町矿,该块区水文地质特征为:

1)主采3号、9号煤,煤层稳定。

2)西南部零星发育有断层,整体构造简单,以宽缓的背斜和向斜为主。

3)3号煤基本枯竭,仅西部存在可采资源,采用分层或复采等形式开采,9号煤也存在大面积采空区。

4)主要水害防治类型为采空区、废巷积水,废弃井筒更应得到重视,另外,全区煤层不带压。

防治水措施:主要水害类型为采空区、废巷积水和废弃井筒,应加强物探手段,提前圈定积水异常位置,并进行预疏放等措施,另外,分层开采时,应注意顶板水的疏排。

2.4构造区块

构造区块主要包括天安公司的靖丰矿、圣鑫矿和坡底矿,该块区水文地质特征为:

1)主采3号、9号、15号煤,受晋获大断裂和白马寺大断层影响,煤层不稳定,倾角大,地应力大。

2)全区构造发育,以断层和褶曲为主,存在隐伏断层和陷落柱。

3)3号煤几近枯竭,仅中部圣鑫矿在开采3号煤,但存在K6灰岩带压的问题。南部9号煤的采空区较多。

4)主要水害防治类型为古窑、露头,构造裂隙水,采空区积水等,另外,中东部区域9号、15号煤大面积带压,应注意隐伏构造的发育。

防治水措施:该区域古窑及露头较多,构造复杂,应结合地面及井下物探,查明积水异常区,提前疏放,针对带压煤层开采,应注意隐伏构造的发育,一旦查明,应预留隔水煤柱或采取注浆等措施。

2.5构造影响区块

构造影响区块主要包括天安公司的东沟矿和瑞旺矿,该块区水文地质特征为:

1)主采15号煤,由于位于晋获大断裂和白马寺大断层的尾部,煤层赋存不稳定,倾角大。

2)全区褶曲较多,存在隐伏断层和陷落柱。

3)3号煤几近枯竭,9号煤局部可采,且存在大面积采空和风氧化剥蚀区,15号煤也有采空区,且经常出现缺失、分层和风氧化剥蚀等现象。

4)主要水害防治类型为古窑、露头,采空区积水等,另外,全区煤层不带压,但应注意隐伏构造的发育。

防治水措施:该区域煤层不稳定,常出现无煤现象,在揭煤时,应提前采取物探和钻探手段,并制定专门的揭煤措施,避免突水,另外,煤层浅埋,古窑、露头较多,应加强地面和井下物探,查明异常区,提前疏放积水。

2.6晋煤东区

晋煤东区主要包括晋圣公司的凤红矿,天安公司的恒源矿、朝阳矿、昌都矿、高都矿、隆东矿、七岭矿、鸿升矿、广利矿和吴王山矿,该块区水文地质特征为:

1)3号煤已被采空或剥蚀殆尽,北部9号煤可采,但存在大面积小窑区和采空区,15号煤可采,也存在大面积采空积水区。

2)西部区域构造不发育,但煤层倾角大,其它区域以宽缓的褶曲为主。

3)主要水害防治类型为小窑区和采空区积水、K2-K5灰岩水、废弃井筒、褶曲轴部等,另外,全区煤层不带压。

防治水措施:由于靠近晋煤集团老三矿(凤凰山矿、王台矿和古书院矿),且煤层整体赋存条件好,构造不发育,因此,该区域采空区积水丰富,且小窑破坏严重,废弃井筒众多,基岩富水,应加强和丰富异常区的物探和钻探手段,提前疏放积水。

3 结论

1)根据晋煤集团资源整合矿井的区域特性及煤层赋存特征、构造特点、水文地质特征等进行了相关的水害危险性分区,主要包括:沁水块区、阳城矿区、晋煤西区、构造区块、构造影响区块和晋煤东区。

2)针对不同块区面对的水害特点,制定了相关的水害防治措施,包括:加强和丰富物探、钻探手段,积水的预疏放,留设防水煤柱,注浆加固断层和底板等,最大限度的减少甚至杜绝水害隐患。

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WaterHazardsofJinchengMiningArea

JIAOYang,WEIJinshan
(TechnologyInstituteofShanxiJinchengAnthraciteMiningGroup,Jincheng048006,China)

To provide geological guarantee for safe caving on different coal seams in resource integration mines in Jincheng Anthracite Mining Group, regional hydrogeological condition was studied. Major technical methods included: characteristic analysis on aquifer and aquiclude by sedimentology; distribution analysis on folds, faults, and collapse columns by tectonics; analysis on water abundance, accumulation and head pressure. Finally, the mining area was divided into different sections on the basis of water hazard factors, including Qinshui section, Yangcheng section, west section of Jincheng Coal Group, structural block section, structure influential block section, and east section of Jincheng Coal Group. Additionally, corresponding water control measures were proposed on the water hazard features in different sections, which could effectively guide the safe production for the mines.

Jincheng mining area; resource integration mine; water hazard type; division

1672-5050(2017)03-0063-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.018

2017-02-15

焦 阳(1988-),男,山西晋城人,硕士,从事矿井防治水、井物探等方面的研究和实践工作。

TD741

A

(编辑:樊 敏)