奥灰突水危险性分析及其防治

孙立超，刘建平

(1.开滦(集团)承德兴隆矿业公司，河北 承德 067200；2.河北能源职业技术学院，河北 唐山 063004)



奥灰突水危险性分析及其防治

孙立超1，刘建平2

(1.开滦(集团)承德兴隆矿业公司，河北 承德 067200；2.河北能源职业技术学院，河北 唐山 063004)

唐山煤矿岳胥扩大区煤系基底奥灰富水性强，发育有断裂构造、岩溶陷落柱等垂向构造，因此，奥灰水为该区域重点防范对象。为确保安全生产，分析评价煤矿开采中是否存在突水危险，提出防范水害发生的技术措施，这对同类矿井水害防治也有一定的借鉴意义。

岩溶陷落柱；奥灰水；防治水；对策

引言

唐山煤矿岳胥扩大区水文地质条件复杂，含煤地层上方为巨厚冲积层所覆盖，含水丰富；煤系基底是奥陶系地层，属岩溶裂隙承压强含水层；含煤地层中砂岩裂隙含水层发育，这些含水层受上覆第四纪冲积层含水层和下伏奥灰强含水层的直接或间接补给，加之研究区内断裂构造发育，特别是地质异常体(疑似陷落柱)的存在，使矿区地质及水文地质环境趋于复杂。由于岳胥扩大区存在这些深大垂向导水构造，对岳胥扩大区安全生产构成潜在威胁，因此，奥灰水患是唐山煤矿开采过程中防范的重点。为了确保安全生产，分析和研究煤矿水害，进而提出相应的防范措施，对于安全开采具有极其重要的现实意义。

1.岳胥扩大区地质构造

唐山煤矿位于开平主向斜北西翼，井田内断裂构造发育，同时伴生一系列的褶皱构造，主要有FⅢ断层掩下褶皱构造、FⅢ断层以南褶皱构造和FⅣ与FⅤ断层间背斜构造，岳胥扩大区发育一系列褶皱构造，即西侧逆掩断裂带、胥各庄向斜带、岭子倾伏背斜带、岳各庄波褶曲构造带、安机寨单斜构造带(图1)。

图1 矿区地质构造简图

唐山煤矿井田内发育FⅠ、FⅡ、FⅢ、FⅣ、FⅤ等大型断层，其中FⅠ、FⅡ断层位于矿区西北翼边界，FⅣ、FⅤ断层位于矿区东南翼边界，FⅢ断层横穿整个井田。这些大型断层均延伸至岳胥扩大区内，使岳胥扩大区内地质构造更趋于复杂。

2.水文地质情况

2.1 主要含水层

矿区主要含水层从老到新有：奥灰岩溶含水层、14煤-K3含水层、12-14煤含水层、11-12煤含水层、9-11煤含水层、7-9煤含水层、5-7煤含水层、5煤顶板含水层、第四纪含水层，其中奥灰含水层、第四纪含水层为强含水层，其余含水层为弱含水层。

12煤层是最下部的一个可采煤层，距下部奥灰承压含水层160.0～220.0m，最大水压8.0MPa。根据有关资料，突水系数小于0.06MPa/m，正常情况下不受底板承压水威胁，但由于地质异常体及导水断裂构造的存在，奥灰水一旦被导入煤系地层，就将成为矿井水的直接补给水源，从而存在一定的安全隐患。

各个含水层在空间分布上呈不规则状，水文单元边界位置和边界条件也呈差异。地下水在各含水层中的径流特征和水力类型随着时间和空间的变化而变化。煤矿开采必然引起地下水径流、流向、水头高度等变化。开平主向斜煤系地层的地下水特征整体为西北翼补给，东南翼泄出，各含水层地下水的径流如图2所示。

图2 地下水径流示意图

2.2 矿井充水水源及充水通道

第四系冲积层厚度在井田北部为50m左右，到井田南部已达500m以上，大气降水直接补给第四系含水层，第四系含水层再通过基岩露头补给煤系地层各含水层。矿井主要充水水源为煤系地层各含水层水、奥灰水和老空水，其中，对煤矿安全影响最大的为奥灰水。

矿井充水通道包括断裂构造、地质异常体构造、采动裂隙等，其中，导水断裂带和地质异常体是矿井充水最主要通道。

2.2.1地质异常体充水

2001年，在T1451溜子道237m处遇地质异常体，柱内岩层呈杂乱状，地层为5煤层至2煤层之间，呈椭圆形，东西长38m，南北宽32m，地质异常体无水，但地质异常体的存在破坏了煤层与基底奥灰强含水层抗压强度(图3)。

图3 T1451地质异常体剖面示意图

2.2.2断裂带导水

根据对矿井水文资料分析，唐山矿构造突水与地质构造力学特征及分布关系密切，岳胥扩大区内地质构造南北向最为发育，突水点往往与南北向地质构造密切相关，另外，还与断裂构造密度有关，一般地，断裂构造密度大，突水点涌水量也大。

3. 岳胥扩大区突水危险性分析

煤层突水因素包括含水层水压、隔水层厚度和矿压破坏深度，根据绘制的12煤奥灰水突水系数等值线图，按照《煤矿防治水规定》中对构造破坏块段和完整块段突水系数的建议界限值，圈定了煤层带压开采危险区，如图4，岳胥区两侧均存在开采危险区。

图4 带压开采危险区分布图

4. 防治水对策

(1)加强水文地质分析，做好预测预报。下部煤层开采前可根据上部煤层开采揭露的断裂构造的发育情况、范围及展布规律，预测下部煤层断裂构造的分布范围、可能出现的位置，对煤层开采中可能出现的地质及水文地质条件进行预测。

(2)先物探后钻探，对隐伏导水构造探测。运用瞬变电磁探测进行富水性探查，发现异常区域，再通过钻探验证。

(3)存在导水构造应该留设防(隔)水煤柱，重要部位还应采用留设煤柱和注浆加固双重措施。

(4)利用井上下水文观测网，对含水层水位进行实时动态监控，发现异常及时分析。井下加强监测，发现出水点或涌水量异常，及时取样化验，如发现水质类型与奥灰类似，应及时停止回采。在回采中实施实时监测，引入物探监测新方法，达到对水害的预警，防范断裂构造活化。

5. 结论

(1)5煤层顶板砂岩含水层富水性，由于长期疏排，形成了以采掘范围为中心的降落漏斗，中心水位降幅较大，水害威胁逐渐减小；但煤系基底奥灰强含水层，由于区内存在深大断裂构造、地质异常体等垂向构造，其水害威胁依然存在。

(2)确定工作面防治水技术路线，以深大垂向构造探查为重点，以注浆改造底板为手段，完善防排水系统、监控预警系统、应急救援体系，确保煤矿生产安全。

(3)预测的带压开采危险区，应进行注浆改造，增大增强有效隔水层，方可实施正常带压开采；再经过验证孔检查评估以及物探的全面探查核实，配合监测预警等安全措施，确保回采安全。

[1]辛大平，梁立勋，余玉江，等.龙滩煤矿采煤工作面岩溶水防治技术[J].煤炭科学技术，2010，38(03):109-112.

[2]尹尚先，虎维岳，刘其声等.承压含水层上采煤突水危险性评估研究[J].中国矿业大学学报，2008，37(03)：29-33.

[3]刘建平.用综合勘探方法验证三维地震断层[J].矿业安全与环保，2011，38(3):66-68.

[4]尹尚先，徐斌，徐慧等.综采条件下煤层顶板导水裂缝带高度计算研究[J].煤炭科学技术，2013，41(09)：140-144.

Risk Analysis of Ordovician Limestone Water and Countermeasures

SUN Li-chao1，LIU Jian-ping2

(1.Chengde Xinglong Mining Company of Kailuan (Group) Co., Ltd, Chengde Hebei 067200,China；2.Hebei Engrgy College of Vocation and Technology, Tangshan Hebei 063004,China)

In Tangshan Coal Mine Yue-Xu Expanding area, the water of base Ordovician limestone is abundant. And vertical structures are developed, such as fault structure, karst collapse column, and so on. Therefore, it's very important to prevent Ordovician limestone water. In order to insure the security of production, it has been analyzed and evaluated that whether there is water inrush hazard in coal mining, and the corresponding prevention and control measures have been put forward, which provides

ignificance for water prevention and control in the similar mines.

karst collapse column; Ordovician limestone water; water prevention and control; countermeasure

2016-04-02

孙立超(1987- ),男，大学，开滦(集团)承德矿业公司助理工程师，从事矿业技术与管理工作。

TD745

A

1671-3974(2016)03-0062-03