新河矿井水害初步分析与评价

2011-08-15张守瑞李文军杨海涛

采矿技术 2011年6期

关键词：水害本区突水

张守瑞，李文军，杨海涛

(焦作煤业(集团)白云煤业有限公司新河矿井，河南修武县454361)

新河矿井水害初步分析与评价

张守瑞，李文军，杨海涛

(焦作煤业(集团)白云煤业有限公司新河矿井，河南修武县454361)

针对新河矿当前水害情况进行了研究，分析了新河矿的水文地质情况。在查明矿井水文地质条件，掌握矿井水情水害，强化安全责任，采取有针对性的防治水措施等方面，提出了可行性建议。

矿井;水害分析;防治措施

0 引言

焦作煤田是我国著名的大水矿区，新河井田位于焦作煤田深部，煤系上覆冲积砂砾层孔隙水，下覆厚约800m喀斯特灰岩，地下水丰富，水文地质条件十分复杂。对新河矿井水害进行分析和研究，具有重要的现实意义。

1 地质概况

1.1 水文地质特征

新河矿井位于焦作市东部，修武县城北部。矿区附近的大沙河最高洪水位标高为+84.00m左右，设计矿井井筒附近的洪水位标高为+84.60m左右，高于历史最高水位，地表水对矿井的突水威胁较小。

矿区西北部(浅部)为自由进水边界，主要接受侧向径流补给，东南部(深部)为排泄边界，将流经本区的地下水排泄出本区以外。西北部和南部由于分别受F212和F4－1断层的影响，使本区首采区段抬升形成一地垒式构造，成为相对隔水边界，但由于F212断层的阻隔会使水平径流受阻，从而使断层上盘成为径流排泄的主通道，由于排泄区域的变小，会形成强径流带;其次，由于受凤凰岭断层的影响，全本区再次抬升，灰岩岩溶径流继续受阻，可能会使本区深部风凰岭断层附近成为强富水区。纵观本区格局，为一西北面进水，东南面排泄，南北两面阻水的相对独立的水文地质单元，地下水是矿井充水的主要水源。

1.2 构造特征

本区基本构造形态为地层走向大致呈20°～40°，倾向南东，倾角7°～14°的单斜构造，伴有较多的中、小断层，沿地层走向具有宽缓的波状起伏。本区内共发现落差≥100m的断层3条，落差≥50m的断层1条，落差≥20m的断层6条，落差≥10m的断层4条，落差3～8m的小断层9条，本区构造复杂程度中等。从本区内的断裂走向来看，DF9及其以南的断层走向均为近东西向，倾向南，与凤凰岭断层走向基本相一致，DF5及其以北的断层走向均为近东西和北东向，倾向北和北西，与九里山断层走向基本相一致。这一断裂组合规律，在未来矿井下判断断裂方向时有一定借鉴意义。

2 矿井水害分析

2.1 可能导致的水害分析

本区属海河流域卫河水系。在距本区南部边界约0.50km处的大沙河(又称新河)呈北东向通过，具有排洪防涝功能。大沙河在本区附近最高洪水位标高为+84.00m左右，矿井井筒标高为+86.50 m，位于历年最高洪水位(+84.6m)之上。此外，二1煤层煤厚4.33～8.10m，平均5.88m，煤层埋深400～1300m，赋存标高－320～－1220m，普遍埋深较大，采空区裂隙带不会达到地面冲沟内，雨季洪水对矿井不构成威胁。

2.2 地下水可能导致的水害

(1)二1煤层顶板水源:F4－1断层处于本区深部，二1煤层上部基岩保留厚度更大，二1煤顶板砂岩为一弱含水组，因此，顶板水对矿井不构成威胁。

(2)太原组灰岩充水水源:含水层主要有L8灰岩、L2灰岩的岩溶裂隙承压水。本区L8灰岩距二1煤底板平均仅18m左右，局部隔水层又较小，本区内小断层又比较发育，故分析认为:L8灰岩水将是二1煤层底板充水的主要水源，在断裂构造作用下，L8灰岩一旦与下部奥陶、寒武系强含水层发生水力联系时，危害不可低估。L2灰岩位于太原组下部，厚度稳定，一般厚11m左右。岩溶裂隙发育，富水性强，是二1煤底板间接充水含水层。特别是L2灰岩下距O2m灰岩20m左右，往往因断层使二者发生水力联系，一但突入矿井将会给生产造成巨大影响。在正常情况下，由于L2灰岩上距二1煤间距较大，平均80m左右，一般不会对矿井造成威胁。

(3)奥陶系灰岩充水水源:奥陶系马家沟组灰岩含水层，含水性强，水量丰富，层厚310～420m，水位标高为+84m，上距二1煤底板110m左右，且其间分布具有良好隔水作用的本溪组铝土质泥岩隔水层，据相关资料计算，奥灰水的最大突水系数为0.09MPa/m，一般情况下对矿井充水影响不大，对矿井不构成威胁。但是本区断层发育有奥灰突水，可成为其它突水含水层的补给水源可能性。

2.3 断层可能导致的水害

其一，F212和F216两条断层，均由演马庄矿西区延伸入本区，而演马矿西区较东区的水文地质条件更为复杂，演马矿西部涌水量占矿井总涌水量的4/5，东部占1/5，这是由于西部断裂密度高于东部之故。当采掘至两条断层附近时，应注意防止断层带突水。

其二，本区位于演马矿深部，按一般规律，岩溶发育应有所减弱，演马矿第二水平水文地质条件较第一水平明显简单就是证据。但含水层的水头增高，水压增大(3901孔L8灰岩水位高出地面1.9m)这就加大了矿井突水的危险性。

其三，由于F212、F216和F4－1断层的存在，使本区第一水平(–505以浅)形成一个地垒构造，这样不仅使首采区得以抬升，而且使二1煤层与南、北两侧的二叠系砂、泥岩对接，故分析首采区的水文地质条件可能会趋于简单。

其四，F212断层上盘与北部径流补给区紧密相接，径流流经断层破碎带时遇到奥灰，在延深到本区深部时又会与弱隔水层对接，这就加剧了地下水沿F212断层带的活动。推测该地下水活跃区将会沿断层走向向本区深部运移，在断层尖灭带将会重新进入本区次级采区。在二1煤底板水文地质、工程地质图上可以看到由瞬变电磁圈出的富水区及强富水区均在该断层附近，在断层走向尖灭处富水区转入本区深部次级采区成为水平径流，证明了上述的推测。同时由底板隔水层等值线图上可以看到这一区域的隔水层底板厚度是本区中较薄的，分析认为由37线以东至断层尖灭处可能会成为矿井突水的危险区，建议采至上述区域时加强突水的预防工作。

其五，对本区而言，一般认为演马庄矿及九里山矿的排水会减弱本矿未来涌、突水的压力，但矿井长期的抽排也可能会引起地下分水岭的位置和补排点系的变化，使岩溶含水层产生塌陷，形成新的人工充水通道，使矿区水文地质条件更加复杂化，矿井的涌水量有可能不减反增。

其六，本次深部补勘钻孔未揭露新断层，对本区水文地质条件有较大影响的F212及F4－1断层未能向深部延伸，同时据焦作矿区经验表明，主要岩溶含水层的裂隙向深部发育时亦有不同程度的减弱，这对本区是有利的一面，但是，深部水压增大，小断裂不可避免，局部带压开采会面临更大困难，应引起重视。

其七，冲积层突水的可能性较小，局部可能补给大占砂岩水，充水通道仍然是断裂破碎带和灰岩的岩溶裂隙发育带，以及人为造成的通道，如钻孔封闭和采矿造成的裂隙。

在今后的矿井生产过程中，当井巷接近断层时应采取探放水措施，并留设足够的防水煤柱，严禁在防水煤柱范围内从事采掘生产活动。

3 水害防治技术

矿井建设初期的水文地质工作，是在矿井资源勘探及水文地质勘探工作的基础上进行的，进一步查清矿区水文地质条件，是防治水的前提，应从多方面着手。

(1)补充水文地质勘探。该矿井水文地质勘探程度较低，在今后的生产中，需要进行补充勘探，充分查清全矿井的地质及水文地质条件。

(2)完善矿井地下水位监测系统。目前矿井地面只有1个L8灰观测孔，井下有1个L8灰和1个L2灰观测孔，在矿区没有形成观测系统。应补充完善L8灰岩、L2灰岩及奥陶系灰岩长观孔，进行地下水动态长期观测，以便正确判断突水水源，监测地下水动态变化。

(3)加强矿井水文地质资料的分析整理。水文地质资料的管理是分析和指导矿井防治水的重要工作，特别是施工巷道地质水文素描、测量、编导以及揭露的各种水文地质现象，建立水文地质台账，绘制矿井充水性图及各种关系曲线图，总结规律，指导生产。

(4)利用物探技术、查清水文地质条件。在地面，采用三维地震勘探精确控制地层结构、煤层赋存形态、煤层顶底板构造情况及各含水层的沟通情况等。利用瞬变电磁勘探测定煤层顶底板含水层富水区的分布情况，构造的含、导水情况，老窑、采空区的富水性及导水通道等。在井下巷道，用于探测巷道前方掘进工作面构造带和富水区，巷道顶底板、侧帮构造带和富水区。在采煤工作面，可探测工作面内隐伏构造带、顶底板富水区，为顶板放水孔设计和底板注浆孔位置的确定提供依据。

(5)采掘工作面探放水与煤柱留设。坚持“有掘必探、先探后掘、不探不掘”探放水原则。坚持做好探放老空水、断层水、强含水层水等工作。清楚并留足断层防水煤柱、矿井边界煤柱、老空区防水煤柱，严禁冒险采掘活动。

(6)采煤工作面底板含水层注浆改造。通过注浆钻孔，注入水泥浆液或黄土水泥浆液，来充填底板含水层的岩溶裂隙和导水裂隙，以浆液置换含水层中的赋水，从而大大减弱含水层的富水性并切断水源的补给通道，给工作面开采创造良好条件。