鹤煤十矿充水因素分析及水害防治

王素玲,孙亚雯

（河南理工大学 资源与环境学院,河南 焦作 454003)

1672-5050（2017)05-0065-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.10.019

2017-06-16

王素玲（1964-),女,河南焦作人,本科,教授,从事矿井地质和水文地质的研究。

鹤煤十矿充水因素分析及水害防治

王素玲,孙亚雯

（河南理工大学 资源与环境学院,河南 焦作 454003)

鹤煤十矿的充水因素有很多种,通过对矿井充水水源和充水通道两个方面进行分析,发现其水害主要是来自老空区积水、断层水、含水层、封闭不良钻孔以及周边小煤矿,提出了相应的水害防治安全技术措施,对矿井安全生产提供了一定的保障。

矿井充水因素;水害防治

在矿山建设和生产过程中,矿井水害是影响和制约煤矿安全稳定生产的主要地质灾害之一,轻则影响煤矿的生产,严重则会导致重大的人员伤亡,它往往会给煤矿及国家造成巨大的经济损失和人员伤亡。所以,煤矿的防治水工作是保证煤矿安全稳定生产的关键[1]。这就需要我们全面分析矿井地质及水文地质资料,了解地质构造特征,掌握矿井水动态及充水条件,及时采取防治水措施,防止和杜绝煤矿水害事故的发生,保证矿区的安全生产及人员的人身安全,提高煤矿的经济效益。

1 矿井概况

鹤煤十矿位于河南省鹤壁市南部,井田南端跨越淇河进入淇县境内,南起F1070断层,北至F49断层与柴厂矿、鹤煤公司八矿为界,西起煤层露头与大河涧许沟煤矿、鹤壁市许沟煤矿为界,东到二1煤层-800 m底板等高线。全区开采二1煤层,开采深度由-30 m至-800 m标高,开采方式为地下开采。矿区走向长约2.5 km～5.5 km,倾向宽约0 km～2.4 km,面积为6.575 4 km2,始建于1994年底,2000年10月底开始试生产,2002年2月正式通过国家验收,生产规模60万t/年。

2 矿井充水因素分析

影响本矿井充水的因素主要有太原组上段灰岩岩溶水、煤层顶底板砂岩裂隙水、新近系砾岩水、老空区积水以及充水通道。

2.1充水水源

2.1.1太原组上段灰岩岩溶水

该含水层由3层灰岩（L7～9)组成,其中L8灰岩厚度大,层位稳定,为主要富水层,厚0 m～7.55 m,平均5.45 m,上距二1煤层20.58 m～55.38 m,平均33.75 m。据钻孔抽水资料（见表1),该含水层渗透系数K=0.413 m/d～5.554 m/d,单位涌水量q=0.050 3 L/（s·m) ～0.240 7 L/（s·m),水位标高为+93.81 m～117.13 m,为二1煤层底板直接充水含水层。当巷道直接揭露、接近或遇有断层破碎带导通的情况下,八灰水进入矿井,是矿井涌水量的重要组成部分。

表1 太原组上段灰岩含水层抽水试验成果表

2.1.2煤层顶底板砂岩裂隙水

煤层顶底板砂岩裂隙水为矿井主要充水水源,顶板砂岩厚4.25 m～50.47 m,平均27.83 m,下距二1煤0 m～41.57 m,平均12.83 m。据钻孔抽水资料（见表2),渗透系数K=0.061 m/d～0.235 m/d,单位涌水量q=0.024 L/（s·m)～0.049 3 L/（s·m),水位标高+116.50 m～116.94 m,为弱富水性含水层。采掘工程揭露砂岩或采动冒裂带导通砂岩含水层时,砂岩裂隙水进入矿井。突水初期瞬时水量较大,对矿井生产有一定影响,但因砂岩富水性差,水量一般不超过30 m3/h,水量衰减较快,易于疏放。

表2 煤层顶板砂岩含水层抽水试验成果表

2.1.3新近系砾岩水

新近系砾岩水仅在露头附近少量补给二1煤顶板直接充水含水层,对二1煤的浅部开采产生一定影响,但补给水量不大。目前,砾岩水主要通过井筒向矿井内充水,其水量在5 m3/h左右,十矿现开采-575 m水平,对开采基本没有水害影响。

2.1.4老空区积水

鹤壁市许沟煤矿及大河涧许沟煤矿曾跨越本矿井田边界开采,存在老空积水区,对本矿15、17采区及13采区南翼有一定充水影响,矿区范围内存在6个采空积水区,积水位置12采区为煤层底板等高线-280 m至-410 m;采空区积水面积约71 365 m2,积水量约144 170 m3,巷道积水约3432 m3,11采区为煤层底板等高线-320 m至-360 m;采空区积水面积约16 058 m2,积水量约32 440 m3,巷道积水约1 872 m3,共计积水量约181 914 m3,目前已经向深部维修巷道进行排水,解除老空区积水对本矿的威胁。1202、1103工作面曾经发生过采空区积水进入工作面影响矿井生产。故今后开采至其采空区附近时一定要留足防水煤柱,而且要加强探放水工作,防止水害事故的再次发生,确保矿井安全生产[2]。

2.2充水通道

矿井充水通道主要有两种,渗入性通道和溃入性通道。

2.2.1渗入性通道

水源以较小的流量进入矿井的通道,主要是指细小的裂隙,通过渗入性通道的水多以淋水、滴水方式进入矿井中[3]。二1煤层顶板裂隙水多以该方式进入矿井。

本矿由裂隙引起的突水28次,占矿井总突水次数的82%。裂隙形成的原因较多,主要是因地应力重新分配引起的,其次是由于放炮破坏了巷道围岩的完整性造成的,极少部分是因掘进削弱了底板隔水性能所致。

2.2.2溃入性通道

水源以较大的流量进入矿井的通道,一般由宽大的裂隙、溶洞、陷落柱、断层破碎带及封闭不良的钻孔构成充水通道。通过溃入性通道的水量一般较大,多以股状方式进入矿井为主,持续时间决定于含水层的富水程度。

1)导水陷落柱:本矿在矿区西部回风巷附近发现一小型陷落柱,面积约3 752 m2,在开采过程中未发现有其它陷落柱存在,从目前情况来看,随着矿井开采深度的增大,陷落柱存在的可能性不大。

2)封闭不良钻孔:据统计资料显示,在井田范围内的钻孔基本全部进行了封孔工作,且在无法修补的钻孔已留设钻孔保护煤柱线和防水警戒线,在钻孔附近时应采取相应的安全技术措施。

3)断层:矿井断层发育,不仅破坏了含、隔水层的连续性,形成空隙而成为地下水富集带,而且使岩石强度降低,在断层带内不同含水层之间发生水力联系,从而造成断层附近水文地质条件复杂化。另外,由于断层本身为软弱带,其导水性受生产采动影响较大,如天然状态下具有阻水作用断层,但在采矿影响下,可能会转变为导水断层,并成为导水通道。本矿井由断层造成的突水6次,占矿井总突水次数的18%。虽次数不多,但因断层多沟通了下部强含水层,对矿井生产和安全影响较大,造成掘进困难和工作面停产。

3 矿井水害防治措施

3.1矿井主要水害

本矿井的主要水害是矿井15采区浅部受大河涧许沟煤矿越界开采的影响,存在着大面积老空水;在巷道掘进过程中,由于断层的存在且部分落差大,很有可能会导通太原组下段石灰岩岩溶裂隙含水层,转变为导水断层,并成为导水通道。

3.2矿井水害防治措施

矿井水害防治措施需要我们首先在宏观上总体把握和加强隐患排查,并能够提前准备、及时准确地掌握水情水害预报,做好预测预报管理工作,先治后采;其次需要加强矿井涌水量、水位监测,若在雨季期间产生新的地表裂缝及地面塌陷,能够及时进行充填,防止地面水导入井下。

井下的防治水措施也是必不可少的环节,本矿需要对老空老巷积水、断层水、含水层、封闭不良钻孔以及周边小煤矿进行水害防治。

1)疏放老空、老巷积水措施:预防为主,有疑必探,探治结合,探采结合,先探后掘[4]。采掘头面遇有积水的老空、老巷时,必须进行探放水,对矿井采空区老巷积水认真排查,积水量、积水标高、积水区、警戒线、探水线按图例要求标注在生产图纸上,当工作面进入警戒线要采取先探后掘的措施,距积水区30 m停止掘进,进行打钻放水。探放水结束时,必须有两个以上在原水孔下方的钻孔,验证确认无水或无水害威胁时,才可以结束放水工程。在确认积水已经基本放净或无水害威胁后,才允许继续施工。

在地质构造复杂、临近老空老巷区施工的巷道应采取超前钻探、物探相结合等手段,做好水情水害预报工作。

2)防断层水措施:当采掘工作面接近落差较大断层时,要提前采用物探或超前钻探,进行分析查清断层的准确位置及是否导水;当遇到导水断层时,需要注浆封堵断层带,清挖水沟,安装排水设备,把水引流到水仓;对已经探明的导水断层,要留设合理的防水煤柱。

3)防含水层措施:施工过程中,要认真分析预测前方的地质构造、水文地质及顶板裂隙充水情况;对太原组下段石灰岩岩溶裂隙含水层、奥陶系中统马家沟组岩溶裂隙含水层主要采取查清条件、以防为主的措施,一旦发现有导通的可能,必须实施注浆封堵的措施;而且还要加强排水系统的维护与管理,确保矿井有足够的排水能力。

4)防封闭不良钻孔措施:遇到封闭不良的钻孔要留设钻孔保护煤柱线和防水警戒线,到钻孔附近时应采取相应的安全技术措施。

5)周边小煤矿水害防治措施:对周边及井田范围内的小煤矿我们需要定期派人检查,对查出的地质及水文地质问题,及时采取措施;严禁乱挖乱采矿界煤柱和防水煤柱,对地面水文观测孔、水源孔留设保护煤柱,不能够乱挖乱采[5]。

4 结束语

通过对十矿矿井充水因素分析,得出以下结论:该矿主要充水水源包括太原组上段灰岩岩溶水、煤层顶底板砂岩裂隙水、新近系砾岩水、老空区积水等四个方面;该矿井的主要水害是来自于老空区积水、断层水、含水层、封闭不良钻孔以及周边小煤矿的影响,并采取相应的矿井水害防治措施。

[1] 李左琴.矿井水害形成的原因[J].山西煤炭, 2014, 34（10): 74-76.

LI Zuoqin.Causes of Water Hazards in Hengtai Changshun Coal Co.[J].Shanxi Coal,2014,34（10):74-76.

[2] 周海泉.矿井充水因素分析及水害防治措施[J].山西科技,2014,29（2):140-141.

ZHOU Haiquan.The Mine Water Filling Factors Analysis and the Water Disasters Prevention and Control Measures [J].Shanxi Science and Technology,2014,29（2):140-141.

[3] 冉松河.梁北煤矿水文地质特征分析及水害综合防治[J].中州煤炭,2012（5): 92-94.

[4] 李现民.王河煤矿水文地质分析及矿井水害防治对策[J].中州煤炭,2008（4):76-77.

[5] 王启云.矿井防治水工作研究[J].煤炭技术,2010,29（1):127-128.

WANG Qiyun.Research on Prevention and Treatment of Mine Water [J].Coal Technology,2010,29（1):127-128.

Water-fillingFactorsandWaterDisasterControlinNo.10MineofHebiCoalGroup

WANGSuling,SUNYawen

（InstituteofResourcesandEnvironment,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

There are many factors of water-filling in No.10 mine in Hebi Coal Group. On the analysis of sources and channels of the water-filling, we found that water disaster is mainly caused by goaf water, fault water, aquifer, poor sealing boreholes, and surrounding small mines. Therefore, we proposed corresponding water control measures, which could provide certain guarantee for safe production in mines.

factors of water-filling in mines; water disaster control

TD745

A

（编辑:杨 鹏)