矿井水害形成的原因

2014-04-05李左琴

山西煤炭 2014年10期

关键词：井田富水太原

李左琴

(山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，太原 030045)

恒泰常顺煤业井田面积7.599 7 km2，二叠系下统山西组和石炭系上统太原组为本区主要含煤地层，其中太原组9号、12号、15上号、15号煤层为主要可采煤层。

1 矿井水文地质条件及其特征

1.1 煤系含水层与隔水层组合关系

1）山西组。本组厚度38.20～65.30 m，平均45.00 m，连续沉积于太原组之上，为陆相碎屑岩沉积含煤建造，井田内含煤地层之一，以下部灰色中粗粒砂岩（K7）底面为山西组与太原组的分界线。主要由灰色砂岩、灰黑色砂质泥岩、细砂岩及煤层组成。含4层煤，均为不可采煤层。山西组含砂岩层数多，厚度大，但裂隙发育程度差，含水层主要为砂岩裂隙水，隔水层为砂质泥岩、泥岩和煤互层。隔水层多于含水层，富水性弱。

2）太原组。本组厚度为95～133 m，为海陆交互相沉积，由深灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩、灰白色细砂岩、灰黑色石灰岩及煤层组成，含8号、9号、11号、12号、13号、15上号、15号煤层，其中可采煤层5层，即 8号、9号、12号、15上号、15号，其余均为不可采煤层。该组赋存有4层含水层，即K2、K3、K4石灰岩和K5砂岩，含水层厚度较大，且井田北部又有该组出露，补给良好，富水性较强，对煤层开采有一定的影响。其中以K2灰岩含水层最厚，含水性最强，一般在10 m左右，是15上号煤的顶板，是下组煤主要充水水源。

综上所述：煤层、含水层及隔水层均为交互相沉积，煤层夹于含水层中，其顶底板均有含水层和隔水层，所以矿井在开采煤层时，含水层会受到影响，地下水的补、径、排关系会发生变化。

1.2 矿井水文地质条件及含水层特征

1）矿井水文地质条件。矿井含水层多，富水性较强，水文地质条件中等。

2）含水层。山西组、太原组为矿井含煤地层，上覆含水层主要为上、下石盒子组、山西组及太原组砂岩裂隙水，下伏为奥陶系岩溶裂隙水。①上、下石盒子组砂岩裂隙含水层。上、下石盒子组砂岩裂隙含水层砂岩裂隙发育，由于大气降水补给有限，属于弱富水性含水层。②山西组砂岩裂隙含水层。山西组含砂岩层数多，厚度大，但裂隙发育程度差，据区域资料，单位涌水量0.000 2 L/s·m，渗透系数0.001 1 m/d。因此，该层属于富水性弱的含水层。③太原组石灰岩岩溶、砂岩裂隙含水层。太原组赋存有四层含水层，即K2、K3、K4石灰岩和 K5砂岩，含水层厚度较大，且井田北部又有该组出露，补给良好，富水性较强，对煤层开采有一定的影响。其中以K2灰岩含水层厚，含水性最强，一般在10 m左右，是15号煤的顶板。据119队详查钻孔资料，在钻至该层位时，冲洗液漏失严重，单位涌水量0.27～0.710 L/s·m，渗透系数0.216～6.299 m/d，属富水性中等的含水层。④奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。本含水层厚度110 m左右，井田内未出露，含水层主要为上马家沟组，埋藏于煤系地层下部，岩性主要为灰色，厚层状石灰岩，普遍有被水侵蚀溶解现象，局部溶洞裂隙发育。据119队1989年6月提交的《山西省沁水煤田寿阳东勘探区详查地质勘探报告》钻孔资料，峰峰组富水性较弱，其下部上马家沟组为强含水层。奥灰地下水位标高460.00～620.00 m。2011年8月初该矿委托盂县晋盂井业有限公司为其在井田东北部钻凿一眼深水井，井深1 240.00 m，终孔层位下马家沟组，静止水位埋深630 m，单井出水量21 m3/h，奥灰水水位标高为553.57 m，水质类型为HCO3-Ca·Mg型。该水井水属奥陶系灰岩水，水量较大。从区域资料结合井田内水井资料分析，该含水层属富水性弱-强的含水层。

1.3 井田地下水补给、径流和排泄的关系

第四系孔隙含水层主要接受大气降水的补给，向地表及下伏基岩风化壳含水层排泄。基岩风化壳含水层，主要接受大气降水及沟谷处地表水的补给，局部可以得到第四系孔隙水的补给，通过裂隙向下伏岩层入渗，由于沟谷的切割，局部又以泉的形式排泄。

煤系地层各含水层接受上覆含水层的补给顺层运移，若无构造沟通或人为破坏，则各含水层相对独立，水力联系差，地下水主要以层间运移为主。

下伏奥灰岩溶含水层在区外接受大气降水的补给，岩溶水向东南径流至娘子关泉排泄。

2 矿井水害类型及其防治措施

根据以上矿井水文地质条件的叙述，该矿生产过程中主要有以下3种类型的矿井水害。

2.1 大气降水与地表水

据调查，井下涌水量随着大气降水量的增大有增大的趋势，即大气降水是该矿矿坑水的来源之一，即降水通过基岩裂隙及松散沉积物孔隙渗入地下，在岩石裂隙或采空导水裂隙相互沟通的情况下进入坑道。

井田内沟谷发育，各大小沟谷平时为干沟，仅在雨季汇集井田中部、东部及东南部较大沟谷洪水沿沟排泄至井田外秀水河。该区属海河流域滹沱河水系，地表水随季节变化水量变化明显。其中井田内中部西南关河对矿区采煤有一定影响。

本井田四层可采煤层在井田北部均有剥蚀露头。在煤层浅埋处，当采煤引起地面塌陷时，大气降水部分及地表水将会通过岩石裂隙或采空塌陷所产生的导水裂隙及松散沉积物孔隙进入矿井形成水害。

防治措施：在水体下方留足防隔水煤柱。

2.2 煤系含水层水

主要为二叠系砂岩裂隙水及石炭系上统太原组岩溶、砂岩裂隙水，其中石炭系上统太原组岩溶、砂岩裂隙水为本井田的直接充水含水层。由于太原组灰岩裂隙含水层富水性不均匀，且下层煤采动裂缝可能沟通上层煤采空区积水，其间含水层的性质也将发生较大的变化，对矿井有一定的影响，也可能对安全生产构成威胁。

防治措施：在采掘过程中，适时进行矿井水文地质补充勘探，密切关注矿井涌水量的变化，并配足排水设备，将采掘过程中破坏的含水层中的水及时抽放。

2.3 采空区、小（古）窑破坏区积水

据调查，井田内8号煤层井田存在小面积采空区，9号、15号煤层井田现存在较大面积采空区，各煤层井田在低洼地带均存在不同程度积水。

该矿为开采8号、9号、15上、15号煤时间较长的老矿，部分采（古）空区内存在积水，采（古）空区积水是山西煤炭运销集团盂县恒泰常顺煤业有限公司主要的充水水源也是防治水工作的重点。采空区积水现为同层的采空区积水，以静储量为主，初见水量大，对安全有一定的威胁。

防治措施：按照《煤矿防治水规定》和山西省行业管理有关规定，应补充、完善严格“物探先行、化探跟进、钻探验证”的综合探测程序，建立健全“探测超前、预报准确、防治达效、管理到位”的防治水工作体系。严格执行探、掘分离的规定和“有疑必停、有险必撤”的紧急措施。坚决做到“采掘规划没批准或施工计划外工程不生产作业，没有经过探放水的区域不安排生产作业，没有经过探放水队签字确认的工作面不生产作业。