寺河煤矿(西区)水文地质类型划分探讨
2014-01-15霍振龙程绍强
霍振龙,程绍强,刘 军
(1.山西晋煤集团,山西 晋城 048214;2. 华北科技学院,北京 东燕郊 101601;3.北京华安奥特科技有限公司,北京 100085)
0 引言
生产实践证明,水害是影响与制约煤矿安全生产的主要障碍之一[1]。而矿井水文地质类型及其复杂程度决定了矿井开采受水害威胁程度,也决定了矿井防治水工作的难易程度,它关系到矿井开拓方式的选择和采掘系统的布置,进而影响到矿井的总体规划和设计[2]。为遏制水害事故的发生,减少和避免损失,煤矿应按《煤矿防治水规定》要求并结合本矿的地质及水文地质资料[3],在查明矿井充水条件、充水水源、充水因素、涌突水量及其危害程度的基础上,进行水文地质条件类型划分[4]。煤矿水文地质条件类型划分工作的落实,对于分析和评价矿井水害危害程度,排查矿井水害隐患,防患于未然,经济合理地搞好矿井防治水工作,大幅提升矿井防治水技术能力,实现矿井安全、有序、高效生产,具有十分重要的现实意义[5]。
1 井田概况
1.1 矿井地理位置
寺河矿井位于山西省晋城市西偏北,行政区划属山西省晋城市所辖,跨沁水、阳城、泽州三县,其矿井工业场地位于沁水县嘉峰镇嘉峰村与殷庄村之间,距沁水县城53 km,距晋城市区70 km。井田面积76.6229 km2,地面工业场地占地总面积207.7万m2。
图1 山西省东南部构造纲要图
1.2 地形地貌
寺河煤矿所在井田位于太行山脉南段西侧,沁水盆地南缘。地貌形态属剥蚀、侵蚀山地,以低中山~丘陵为主,沟谷发育,地形较为破碎。井田地势受河流影响,东西方向上中部地势较低,东、西方向较高;南北方向上北高南低。
1.3 主要河流
井田内主要河流为胡底河,属黄河流域沁河水系,由七坡东,经蒲池、李庄流经井田南西部,于王庄沟东汇入固县河,区内河段长度3.5km,枯水期流量2.55~3.08L/s。
1.4 井田地层及煤层
井田(西区)主要出露的地层为新生界和古生界地层,新生界有第四系(Q),古生界的地层主要有二叠系(P)、石炭系(C)、奥陶系(O)。
井田煤系地层主要为石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s),平均总厚度136.02m,含煤15层,其中3号、15号为主要可采煤层,9号为局部可采煤层,其余为不可采煤层。
1.5 构造
井田(西区)内构造以褶皱为主,少见断层,断距大于20m的断层仅在井田的西北分布。主要构造如图2所示。
图2 山西省东南部构造纲要图
2 矿井水文地质条件
2.1 主要含水层
1) 第四系松散岩类孔隙含水层组
第四系松散岩类孔隙含水层组由砂、卵石、砾石及砂土等组成,一般厚0~64.33 m,均厚11.56 m,富水性强,水位埋深2~10 m,涌水量一般在20~50 m3/h。孔隙潜水的补给来源主要为大气降水及河流两侧砂岩、泥岩裂隙水。
2) 基岩风化带裂隙含水层组
井田内基岩出露较好,主要为碎屑岩类。该含水层厚度因风化带深度而异,山区最深达100 m。补给远主要为大气降水及河(沟)谷地表水。
3) 二叠系石盒子组碎屑岩类裂隙含水层组
二叠系石盒子组碎屑岩类裂隙含水层组在井田内普遍出露,直接受大气降水补给,在地势较低、砂岩发育及构造复杂区,以下降泉形式排泄,流量较小。埋深大时,不接收大气降水补给,富水性较差。
4) 二叠系下统山西组碎屑岩类裂隙含水层组
5) 石炭系上统太原组碎屑岩、碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层组
该组主要包括太原组砂岩裂隙含水层和K2、K3、K4及K5灰岩裂隙岩溶含水层,为15号煤层的直接充水含水层。
6) 奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组
该含水层组主要指奥陶系中统石灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、鲕状灰岩等,总厚度在670 m左右,其中以马家沟组灰岩含水较为丰富。
2.2 主要隔水层
1) 二叠系砂岩含水层间泥质岩隔水层
主要由塑性泥岩、铝质泥岩及砂质泥岩等构成,单层厚度2米至数十米,其中以上、下石盒子组分界处铝质泥岩最厚。
2) 石炭系上统太原组底部及中统本溪组泥岩、铝质泥岩隔水层
本隔水层厚度变化较大,为14~75 m,一般20~30 m。与奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水层组呈平行不整合接触,隔断了奥灰岩溶裂隙含水层组对上覆煤层的影响。主要含水层及隔水层如图3所示。
3 矿井充水因素分析
矿井充水的三大因素为矿井充水水源、充水通道及充水强度[6]。
3.1 矿井充水水源
对寺河煤矿矿井生产存在灾害威胁的突水水源为地表水和奥灰水。其中,区域内的地表水主要为地表发育的河流,而奥灰水则存在经由第四系含水层、基岩风化带含水层及K0~K13砂岩等导水含水层组突入采掘空间的可能性。
3.2 矿井充水通道
3号煤层距沁河河谷的垂直距离仅为50 m,为3号煤的主要充水因素。
3.3 矿井充水强度
寺河矿(西区)的突水系数在0~0.026 MPa/m之间,低于《煤矿防治水规定》的临界值。
4 矿井涌水量及其变化
在2003~2006年期间,矿井涌水量与产量关系不大与大气降水有一定的关系。而在2007~2009年期间,矿井涌水量呈逐年增长趋势,其矿井涌水量基本与产量变化趋势一致。
5 矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价
5.1 矿井开采受水害影响程度评价
寺河矿(西区)多数陷落柱具有导水性,可能沟通煤层与下伏奥灰岩溶水的水力联系,构成井田(西区)突水的主要危险来源。但寺河矿(西区)目前尚未开采,采掘工程不受水害影响,属于简单型。
图3 井田(西区)隔水层与煤层、含水层关系图
5.2 防治水工作难易程度评价
1) 矿区地表水
寺河井田内主要的地表水体为沁河,矿区工业广场地势较低,安装了排水设施,确保矿井安全度汛。安装排水设施,在技术上易于实现,防治水工作简单。
2) 采空区积水
寺河矿井工作面的开采范围和标高清楚,采空区的积水范围和积水量均可预测,探放水工作从技术上容易进行。
3) 断层水
① 留设断层防水煤柱
在导水断层和采场之间留设断层防水煤柱,从技术上容易实现。
② 注浆加固、疏水降压
煤层回采至断层时,采取注浆加固或疏水降压等安全措施,从技术上容易进行。
4) 煤系含水层水
矿井主要充水水源的涌水量较小,补给较差,矿井以排水为主,易于防治。
5) 冲积层水
通过留设合理的防水煤柱预防第四系含水层对煤层的充水,从技术上容易实现。
6) 奥灰水
通过加强回采工作面的水情监测,预防奥灰水经由陷落柱突入采掘空间,技术上易于实现,防治水工作易于进行。
6 矿井水文地质类型划分[7]
1) 受采掘破坏或影响的含水层及水体
寺河矿(西区)受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层,补给条件一般,有一定的补给水源,直接充水含水层单位涌水量≤0.1 L/s·m。受采掘破坏或影响的含水层为简单型。
2) 矿井及周边老空水分布状况
寺河矿存在少量老空积水,位置、范围、积水量清楚,可以确定矿井及周边老空水分布状况为中等型。
3) 矿井涌水量
寺河矿西区的设计正常涌水量为280 m3/h,最大涌水量为556 m3/h。矿井正常涌水量在180~600 m3/h范围内,涌水量最大值在300~1200 m3/h范围内。矿井涌水量为中等型。
4) 突水量
寺河矿(西区)尚未进行采掘工程,并未发生突水,矿井突水量为简单型。
5) 开采受水害影响程度
寺河矿(西区)采掘工程不受水害影响,属于简单型。
6) 防治水工作难易程度
防治水技术工作易于实现,经济方面投入不大,总体来说,防治水工作简单,易于进行,可以确定防治水工作难易程度为简单型。
7 结论
矿井水文地质类型划分依据《煤矿防治水规定》,根据矿井受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井及其周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度等,将寺河矿(西区)矿井水文地质类型划分为中等型(表1)。
表1 矿井(西区)水文地质类型
[1] 王建彬,程绍强,李永军. 胡底煤矿水文地质类型划分探讨[J]. 华北科技学院学报,2014,(04):25-30.
[2] 刘兆昌,李广贺,朱琨,等.供水水文地质(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[3] 武强,赵苏启等. 中国煤矿水文地质类型划分与特征分析[J].煤炭学报,38,(6):901-905.
[4] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定 [M].北京:煤炭工业出版社,2009.
[5] 郑世书,陈江中,刘汉湖,等.专门水文地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999.
[6] 杨成田.专门水文地质学[M].北京:地质出版社,1981.
[7] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定 [M].北京:煤炭工业出版社,2009.