蒲白煤矿开采技术条件分析

吕 云

(安徽省煤田地质局水文队，安徽 宿州234000)

蒲白煤矿开采技术条件分析

吕 云

(安徽省煤田地质局水文队，安徽 宿州234000)

为提高煤炭开采率，保证后期生产安全、产量稳定，根据以往地质及矿井生产资料，通过矿区水文、工程、环境地质等要素分析、评价煤矿开采技术条件，为企业后续生产提供技术支持。

蒲白煤矿;开采技术条件;分析

蒲白煤矿剩余服务年限约5 a，周边历史老窑多，不能准确圈定原开采范围。巷道掘进中易造成突水事故。另矿权范围内小断层极其发育，煤层的连续性和完整性变差，增加了煤层开采的难度。

1 水文地质条件状况

1.1 地形地貌及地表水系

蒲白煤矿地处渭北黄土高原南缘，地表均为第四系黄土覆盖，除西南部及器休村东北部沟谷发育外，其余均为广阔的黄土台塬地貌，地势总体呈西北高而东南低，相对高差202 m。

白水河是区内唯一的长年性流水河，由煤矿的西南边界流过，近年河流量一般仅0.1～0.2 m3/s，向东汇入洛河。

1.2 含(隔)水层(段)的划分及其水文地质特征

1.2.1 奥陶系石灰岩岩溶裂隙承压强含水层

位于含煤地层之下，受断裂构造发育程度及岩溶裂隙的密集程度所控制，在空间上为一含水既不均匀，但又互相连通的含水岩体。历史上，凡矿区在380 m标高以下掘进的灰岩巷道，均有不同程度的涌水，是矿井的主要充水含水层。

多年来，由于开采量增加(奥灰供水工程，水位已下降至372.65 m，并有持续下降趋势。因此，在370 m标高以下采煤时，应防止岩溶裂隙水突出。

1.2.2 石炭系上统太原组底部隔水层

为奥灰岩之上、K2之下的太原组地层，由泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩及煤层组成，最小厚度5.87 m，最大厚度23.25 m，一般12～14 m，隔水性能良好。

1.2.3 石炭二叠系及其上覆基岩裂隙含水层组

赋存于石炭二叠系及其上覆基岩裂隙含水层中，岩性为坚硬的粗、中、细粒砂岩及石灰岩，由于为刚脆性岩石，在地应力作用下易产生各种裂隙及断裂，这就为地下水的赋存和运移提供了条件;但各含水层间常被分布普遍、厚度较稳定的泥岩、砂质泥岩(相对隔水层)所隔离，故在无断裂影响的情况下，形成无水力联系的复合含水层。

1.2.4 第四系松散层孔隙、裂隙潜水含水层(Q)

第四系全新统(Qh)冲洪积层孔隙潜水主要赋存于西南边界蒲白河两侧漫滩及一级阶地的砂砾层中，沿河谷呈带状分布，水位埋藏浅，富水性相对较好。

更新统(Qp)黄土广布全区，一般厚度60～120 m，含孔隙裂隙潜水，主要贮存于其底部砾石层中，水位埋藏深，富水性弱。

1.3 地下水的补给、迳流和排泄条件

1.3.1 第四系松散层潜水

白水河河谷区冲洪积层潜水具有良好的储水空间，透、储水性强，水位埋藏浅，季节性变化明显，且与地表河流存在互补关系。黄土台塬区以大气降水补给为主，由北向南或由塬中心向边缘迳流，在沟谷地段以泉或潜流的形式排泄。

1.3.2 含煤地层及其上覆基岩裂隙水

煤系及其上覆基岩裂隙含水层在露头地段接受大气降水的直接渗入补给，在河流流经地段接受地表水及冲洪积层潜水的垂直渗透补给，在透水“天窗”和隔水层薄弱地段接受上覆含水层及黄土层潜水的垂直渗透补给或越流补给，沿隔水底板由高向低运移，向东南方向排入洛河谷地或沿导水断裂排入奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层中。

另外，煤矿开采过程中的疏、排水也是含煤地层裂隙水的重要排泄方式。

1.4 矿井充水条件

1.4.1 充水水源

煤系中的太原组、山西组裂隙含水层虽是煤层开采的直接充水含水层，但补给条件差，裂隙不甚发育，故水量较小;上、下石盒子组中下段砂岩裂隙含水层、底部砂岩裂隙含水层为矿井的间接充水含水层，因其含水不甚丰富，加之受下部隔水层的阻隔，因而对煤层开采影响不大;奥陶系岩溶裂隙水仅对370m高程以下的煤层开采产生威胁。

蒲白煤矿开采5号煤层，据建井及采煤积累的资料，矿井水主要来自以下几个方面:

(1)直接充水水源

K3砂岩裂隙水，与煤层底板直接接触或上覆隔水层较薄时，以渗水方式向矿坑充水，涌水量0.5 m3/h左右。

K4砂岩裂隙水。为5号煤层老顶，局部地段与煤层直接接触，煤层开采后，以顶板滴水或淋水向矿坑充水，涌水量一般 0.5 ～5.0 m3/h。

历史老窑积水，本区煤层开采历史悠久，在新井断层东南侧及蒲白河两岸，老窑密布，由于其停采年久，采空区塌陷并有不同程度的积水，开采范围不能准确圈定，当巷道掘进遇到老窑采空区时，可能造成突水事故。

(2)间接充水水源

地下水:上、下石盒子组砂岩裂隙含水层及第四系松散层潜水含水层为矿井水的间接充水水源，主要在隔水层薄弱地带通过采矿冒裂带间接向矿坑充水，或直接向井筒涌水。蒲白煤矿井筒在开凿初期，上述含水层曾涌水，最大涌水量31.2 m3/h，经砌碹后逐渐减小。据近年疏、排水资料统计，蒲白煤矿主斜井涌水量4.4 m3/h，副立井涌水量3.2 m3/h，风井涌水量2.7 m3/h，均为上述含水层充水。

地表水:白水河从煤矿西部边界流过，据以往观测资料，在流经郭家围断层处漏失量为0.205 m3/s，新井断层处漏失量为0.120 m3/s，毛家河断层处漏失量0.169 m3/s;另外蒲白河河床附近老窑分布较多，特别是在洪峰期更易与老窑水发生水力联系，进而通过老窑采空区间接向矿坑充水。

煤层回采后产生的地表塌陷在暴雨时常有积水，这些暂时性积水也可通过地裂缝间接向矿坑充水。

在渠道下采煤时，渠道灌溉水也是矿井水的又一水源。

1.4.2 充水途径

主要有采矿冒裂带、断层、未封闭或封闭不良钻孔三种途径。

当煤层位于370 m高程以上时，北部杜康沟逆断层阻止了区外地下水的侧向补给，东南及西北均为泄水边界;加之东部冲沟较多，大气降水多以地表径流形式排泄，因而本区地下水补给条件差，排泄条件好，水文地质勘探类型为二类一型，即“以裂隙含水层充水为主的水文地质条件简单的矿床”。

当煤层位于370 m高程以下时，由于本区断裂构造极其发育，奥灰岩溶裂隙水更容易通过煤层底板隔水层薄弱带或构造裂隙带进入矿坑，造成突水事故。水文地质勘查类型为三类三型，即“以岩溶含水层充水为主的水文地质条件复杂的矿床”。

1.5 供水水源

蒲白煤矿在工业广场新井正断层附近打有深水井二眼，井深505 m，抽取奥灰岩溶水作为矿井的供水水源。经取样分析，其水质为 HCO3·SO4－Na·Ca·Mg型，矿化度一般0.774 g/L，细菌总数 27个/ml，大肠菌群 2个/L，其水量大、水质较好，可满足该矿生活及工业用水的需要。

2 工程地质条件状况

2.1 岩(土)体工程地质特征及物理力学性质

2.1.1 土体工程地质特征及物理力学性质

冲洪积层及坡积物:分布于蒲白河河谷和各冲沟沟底及坡脚地带，厚度变化大，呈散体结构，孔隙率高，含水率大，承载力低，稳定性差。

黄土层:更新统黄土广布全区，结构疏松，垂直节理发育，多不具湿陷性，承载力老黄土优于新黄土。冲沟边缘雨季受流水冲蚀，常有小型滑坡、崩塌现象发生。

2.1.2 岩石工程地质特征及物理力学性质

本区岩石包括正常岩石、风化岩石和构造破碎带岩石三类。依据以往资料及邻区矿井资料。

(1)正常岩石

分坚硬岩、中硬岩和软弱岩三类。

坚硬岩、中硬岩岩体结构为块状结构，岩体完整性及稳定性好。

软弱岩主要为粉砂岩、泥岩、煤层及互层岩组。易受地下水软化;稳定性较差。

(2)风化岩石

主要为上石盒子组上部地层，结构松散，力学性能低，抗压强度小，属软弱岩。

(3)构造破碎带岩石

主要位于各大型断裂两侧，岩体呈碎裂结构，地下水对其稳定性影响较大，易使井巷围岩失稳破坏或造成工作面采空区顶板大面积切顶垮落。

2.2 煤层结构及物理力学性质

5号煤层为蒲白煤矿的主采煤层，厚度0.16～5.87 m，平均3.23 m。含矸 0～6层，一般 2层，一般厚度 0.10～0.35 m，多为高岭石炭质泥岩。

受构造影响，本区煤体结构以碎裂—碎粒煤为主，煤层硬度3～4级，煤层破坏比较严重的区域，煤体大多为粉末状，开采时易发生片帮现象，采下的煤遇水后易形成煤泥堵塞溜煤眼。

2.3 煤层顶底板岩石稳定性评价

5号煤层直接顶板按岩性特征分为二类。一类为泥岩、砂质泥岩组成的顶板，分布面积广泛，一般厚度3～5 m，岩体破碎，稳定性差，常常诱发冒顶事故，是影响煤矿安全生产的主要地质因素之一。另一类为中、细粒砂岩组成的顶板，一般3～8m，较坚硬，稳定性好，易于管理。

5号煤层直接底板基本以K3石英砂岩为主，局部为深灰色泥岩。一般厚度1～4 m，硬度大，具有较强的支撑力，属Ⅴ类坚硬底板。间接地板为泥岩，质地松软，支撑力弱，支柱有可能出现钻底现象，但无底鼓现象。

2.4 工程地质勘探类型

开采矿体为埋深200～300 m的层状煤层，顶、底板为层状碎屑岩，多属半坚硬的—软弱的层状岩类。由于本区大中型断裂构造较多，特别是小断层极其发育，使煤层的连续性和完整性变差，工程地质勘探类型应划分为层状岩类工程地质条件中等型矿床。

3 环境地质条件状况

3.1 自然因素形成的环境地质问题

3.1.1 地震

据有关资料，本区为地震烈度Ⅶ度区;通过对郭家围正断层的观测研究发现，郭家围断层不但两侧基岩被错开数百米，而且切割了新生代洪积扇裙及马兰黄土等第四系沉积，说明其断裂活动仍在继续。

3.1.2 水资源现状

区内的地表水资源主要为蒲白河，河流量随季节变化较大，洪峰期水体含砂量大，河水浑浊;枯水期河水澄清，水质较好，仅细菌超标，是良好的工农业用水，经处理后也可作为饮用水。

地下水主要有煤系及其上覆含水层及奥灰岩溶裂隙水。煤系及其上覆含水层由于遭受采矿破坏及导水断层的下泄作用，含水微弱。

奥灰岩溶裂隙水水量大、水质较好，为矿区供水水源。

3.1.3 煤矿开采对环境的影响和治理情况

(1)煤矿开采对环境的影响

煤层开采后造成地面下沉、地裂缝和塌陷及污水排放、渣石的不合理堆放等。

(2)治理措施

在采空地段应采用不同的充填方式(带状充填、水砂充填等)，及时了解采空位区地表变形情况，根据变形程度进行修复，及时填埋地裂缝，安置危险区内的居民。

矸石应在沟谷排弃，并在底部设置粘土垫层。待矸石填到一定程度时，及时覆土压实，造田复垦，植树种草，绿化环境。

4 结语

综上所述。含煤地层及上覆岩石富水性弱，水量小，可以疏干或用于井下除尘;开采煤层位于370 m标高以上，采煤不受奥灰水影响，水文地质条件简单;本矿为低瓦斯矿井，地温正常，煤层不易自燃，但煤尘具爆炸性危险。主采5号煤层顶板岩性大部分为粉砂岩及泥岩类(直接顶)，单轴抗压强度13.0 Mpa，受断裂构造影响，井巷围岩结构面较发育，该矿属开采技术条件中等的矿床(Ⅱ－2)，所以后续开采应以防范工程地质问题为主。

［1］范立民.论保水采煤问题［J］.煤田地质与勘探.2005(5):50－53.

［2］李东英.西北地区工矿资源开发的用水对策［M］.北京:科学出版社.2004:46－64.

［3］蒋泽泉.浅埋煤层开采的矿井突水与治理［J］.陕西煤炭.2006，25(3):35－36.

［4］渭北石炭二叠纪煤田蒲白矿区白水煤矿井田精查报告［R］.榆林:陕西省煤田地质局一八五队.1965.

P641.4+61

B

1004－1184(2012)04－0168－02

2012－04－19

吕云(1965－)，女，安徽界首人，工程师，主要从事水文工程地质工作。