小鱼沟矿区矿井开采安全性评估分析

王 丽，刘 烨

（1.内蒙古自治区煤田地质局153勘探队，内蒙古 呼和浩特 010020；2.内蒙古地质工程有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

小鱼沟矿产位于鄂尔多斯市准格尔旗境内。小鱼沟矿区有着丰富的矿产资源，小鱼沟矿产属于准格尔矿区，属华北石炭、二叠纪矿区，在华北聚矿的北部区域，成矿古地理环境在内蒙古陆边缘区域。矿区的主要含矿层是太原组上岩段（C2t2），有6个含矿层，6上、6、8、9上、9、10号矿层。6、9上、9号矿层的大部分矿层可以开采，8号矿层局部可以开采。6上、10号矿层不能开采[1]。

在矿层顶底板隔水层的薄弱地带、构造破碎带，容易产生岩溶水突破，隔水层的水流进矿坑中。文中根据矿井的开采实际情况和区域构造条件、隔水层、抗压性能等，对矿带压开采的安全性进行评价，并提出有效措施。

1 区域水文地质概况

1.1 太原组（C2t）隔水层

（1）上岩段（C2t2）：出露于矿区东部、中部、南部，厚度12m～115m。岩性由灰黄、灰白、灰黑色、深灰砂岩、粘土岩、砂质泥岩组成，是本矿区主要含矿层[1]。偶见裂隙承压水存在，地表以泉水的方式出露，流量0.01L/s～0.60L/s。

（2）下岩段（C2t1）：出露矿区南部和东部，厚度5.27 m～42.00m，与奥陶系平行不整合接触。岩性由灰、灰白、灰黑色泥岩、砂岩、灰岩和铝土质泥岩构成。

1.2 奥陶系（O1+2）含水层

出露于矿区东部边缘，黄河岸边，南部榆树湾一带，厚度大于100m。岩溶裂隙发育非常不均匀，造成含水性差异较大。如在黑岱沟一带，灰岩厚度大约100m，岩溶裂隙发育较差。含水量少，单位涌水量低于0.10L/s·m。

2 带压开采条件分析

矿井大部区域6、8、9上、9号矿层底板在奥陶系岩溶水的水位下，是带压开采的矿层。能否顺利带压开采6、8、9号矿层，要分析矿区的构造特性、隔水层的厚度、隔水性能和抗压性能等诸多因素。

2.1 隔水层性能分析

根据矿井钻孔施工过程及资料显示，石炭系上统太原组（C2t）：分上、下岩段。上岩段（C2t2）：出露于小鱼沟下游和中游，厚度10.46～101.93m，是主要的含矿层。上部含有6号矿层、灰白砂岩和灰黄色砂岩，浅灰色粘土岩；下部含有9号矿层、灰白色砂岩、深灰色泥岩。地表未见泉水出露。很多钻孔钻至该组地层会出现严重的漏水现象，水位低于一百米。下岩段（C2t1）分布在小鱼沟下游，揭露厚度为0.20～24.19m。和奥陶系是平行不整合接触。

2.2 矿井断裂构造的水文地质特征

本矿井的断裂构造主要为背斜。在生产中没有揭露明显的断层，没有导水和富水的现象。矿井内地表没有明显的陷落柱，没有发现导水和富水陷落柱。

2.3 矿井寒武奥陶系岩溶含水层特点

矿井内寒武奥陶系岩溶含水层岩性主要为灰岩、泥灰岩、白云岩、白云质灰岩、灰质白云岩、竹叶状灰岩、鲕状灰岩等。根据小鱼沟C7号水文孔对奥陶系中统岩溶裂隙含水层抽水试验资料分析，单位涌水量q=0.0424L/（s·m），渗透系数K=0.04833m/d，水化学类型属HCO3—Mg·Ca·Na型，矿化度为0.41g/L，水位标高+879.66m。根据扶贫1号水文孔对奥陶系中统岩溶裂隙含水层抽水试验资料分析，单位涌水量q=0.00052L/（s·m），渗透系数K=0.0000005m/d，水化学类型属Cl·HCO3—Na型，矿化度为0.59g/L，水位标高+869.87m。结合矿井周边奥灰水文孔资料，推测矿井内奥灰水富水性差且极不均匀，奥灰水水位标高为+870～+879.66m。

3 带压开采安全性评价

带压开采评价和分区主要是针对强富水含水层和巨厚含水层（华北地区一般为奥灰含水层）进行的，奥灰水能否进入采掘区，第一要看寒武奥灰水的水位标高是否高于矿层底板的标高。在承压区内，底板寒武奥灰水有可能进入采掘工作面，在非承压区，底板寒武奥灰水不可能进入采掘工作面。

采用以下计算公式来计算突水系数：

式中：T-突水系数，MPa/m；P-隔水层底板承受的水压（MPa）；M0-底板的隔水层厚度（m）；计算出各个矿层突水系数，见表1。

表1 6、8、9上、9号矿层底板突水系数计算结果统计表

小鱼沟6号矿层开采底板标高为+909.04m～+1004.64m，8号矿层开采底板标高为+893.20m～+987.52m，9上矿层开采底板标高为+883.34m～+978.58m，9号矿层开采底板标高为+874.94m～+959.25m，本井田奥灰水位标高为+870m～+879.66m。据此分析，小鱼沟矿产采矿许可证范围内6、8、9上、9号矿层，均在奥灰水位以上，为非承压区，底板寒武奥灰含水层不会对矿层开采产生影响。

图1 6号矿层底板突水系数等值线图

根据表1的9个钻孔矿层底板突水系数计算结果，最大为0.0025MPa/m，小于0.06MPa/m（底板受构造破坏块段不大于0.06MPa/m），即寒武、奥陶系岩溶、裂隙承压水对开采本区矿层无大的影响，计算结果与准格尔矿井开采从未发生寒武、奥陶系岩溶、裂隙水底板充水的情况相吻合。

4 防治措施

本矿区井田北部和东北部带压开采6、8、9上、9号矿层时，正常开采时，奥灰水对矿井的日常生产威胁不大，但是也需要随时监测和观察。对井田内部的断层、内陷落柱等异常构造需要重点观察，封闭质量较差或者未封闭钻孔的奥灰水很有可能会涌入矿井之中，需要现场工作人员高度重视相关问题，采取有效的防范措施，防止大量水涌入开采现场。

（1）查看陷落柱和断层。使用钻探、化探、物探等方法详细查明陷落柱和断层等构造的空间展布形态、详细位置和赋水情况等。如果查明陷落柱和断层含水量较大，需要及时采取注浆等措施拦截水害。

（2）陷落柱和断层的注浆封堵措施。开采中发现陷落柱和断层时，采用注浆堵水是主要预防措施，经济性好，堵水效果明显。封堵的具体部位是6号、8号、9号上、9号矿层底板以下20m的位置，避免开采对陷落柱和断层产生二次破坏。

（3）及时封闭不良钻孔。钻孔是容易产生突水的关键部位之一，钻孔中的含水层或者容易引发矿井水体导通的钻孔，以及废弃钻孔都有可能产生突水，需要用泥浆及时封孔，认真填写封孔报告，并建立统一台账方便日后查询。

（4）设置防水矿柱。直径大于20m的陷落柱、高差大于8m的断层，不仅按照规程实行注浆封堵，同时要设置防水矿柱。防水矿柱的设计尺寸要严格执行《矿井水文地质规程》中关于防水矿柱的说明进行设计和计算。

（5）建立矿区防排水系统。矿区的排水系统具体包含泵房、水仓、配电所、排水管路等相关工程。根据报告中预测的涌水量，建立对应的排水配套工程，排水配套工程应该充分考虑矿区预测正常涌水量、最大涌水量和预测奥灰水突水量之和。

（6）制定合理的矿井避水灾路线。在掘进面上制定合理的避水灾路线，在路线设置中明显标记路标，定期进行撤离演习，保证掘进施工人员的安全。

5 结论

通过计算研究区内底突水系数最大值为0.0025MPa/m，远远小于临界突水系数0.066MPa/m，通常情况下不会发生底板突水事故，在开采过程中仍然需要注意，在陷落柱和断层等构造复杂的区域要预留防水矿柱和排水通道，实现矿层的带压安全开采。