某矿水害防治管控措施研究

2020-12-08

世界有色金属 2020年13期

关键词：突水井田水害

（中国石化长城能源化工（宁夏）有限公司宋新庄煤矿，宁夏银川 750000）

1 自然地理

（1）地形地貌。井田地形地貌以缓坡丘陵、洼地地貌为主，局部形成较为平坦草原地、林地；区内无基岩出露，基岩被第四系黄土或沙丘所覆盖；地势东高西低，南高北低的趋势；地形相对较为平坦，地面起伏不大。

（2）气候特征。井田地处西北内陆，为典型的半干旱半沙漠大陆性气候。根据灵武市气象站气象资料，井田所在地降水多集中在7、8、9三个月，年最小降水量为116.9mm，年最大降水量为322.4mm。

2 矿井水文地质条件

（1）地表水体。井田区域属黄河水系，因地势平坦、干旱少雨，无常年地表河流。井田中西部碱池子南端、南部陈家梁碱滩北段等地势低洼区有季节性水流，其流量受季节性影响变化较大。矿盐环定扬黄干渠，自西而东穿越井田，平时无水，在农耕时期供水。另外井田范围内还建设有矿井储水池、浓盐水蒸发池和中水池，水池子总容量为64.97万立方米。除此之外，矿井还有零星分布的居民取水水井，水井深度一般不超过10m。

（2）含水层及隔水层。井田矿系地层为侏罗系中统延安组地层，其上分别是侏罗系直罗组和古近系、第四系地层。按照岩性组合特征及地下水水力性质、埋藏条件等，井田地层划分为6个主要含水层和相对应的隔水层。①含水层。第四系地层松散、孔隙发育，划分为第四系空隙潜水含水层，含水层上段以风积沙及沙土层为主，导水性较强，一般不含水，含水层下段主要为孔隙潜水层，岩性以亚沙土、亚粘土为主。其它含水层岩性主要为中粗粒砂岩，岩层中裂隙、空隙发育，岩层导水性和渗透性相对较好，自上而下划分为5个含水层。②隔水层。矿区隔水层岩性多为泥岩、粉砂岩与细砂岩互层。井田矿系地层各旋回上部多由粉砂岩、泥岩或砂泥岩互层组成，岩性致密，和矿层本身形成良好的隔水层，隔水层以低阻、高密度的粉砂岩、泥岩为主。

（3）地下水的补给、径流及排泄条件分析。矿区地下水补给来源，主要是以大气降水为主。其次是含水层之间的越流补给。据附近矿区矿井涌水量调查得知，矿坑涌水量和大气降水的延续时间、性质及数量无明显相关，说明基岩承压水含水层补给主要通过含水层之间越流及构造破碎带补给，大部分基岩含水层径流条件较差，承压水补给微弱，水力坡度小，径流极为缓慢。

（4）井下涌（突）水点。根据宋新庄矿在建设期间井下涌（突）水点的资料有，2013年1月回风斜井施工至+950水平时工作面底板曾发生过一次集中小型突水，水源为侏罗系中统延安组砂岩裂隙～孔隙承压含水层水，突水时涌水量为35m3/h，至2020年1月出水点涌水量稳定至12m3/h。

3 矿井充水情况分析

宋新庄矿目前矿井涌水量来源主要为各井筒及井底车场水，表现形式多为淋水、涌水。根据对矿井2011年～2019年矿井涌水量资料统计分析有，2011年至2014年12月矿井涌水量从18.8 m3/h逐步增大到59.2m3/h，由于停工建设的影响，矿井涌水量又从2014年12月至2019年底逐步降到35.4m3/h,2020年矿井由于复工建设，矿井涌水量又逐步增加，至目前达到40m3/h。含水层水沿岩层中的导水裂隙渗入采空区内形成老空水，老空水可沿岩层中裂隙导入或沿岩层面渗入，形成矿井涌水。同时矿井巷施工，破坏了围岩的完整性，承压含水层水可通过围岩隔水薄弱区域涌出，也可通过裂隙、支护锚眼对巷道淋水，形成矿井的涌水量。

4 矿井水害形式及影响分析

（1）大气降水水害分析。矿井涌水量未随降雨量的增减而出现波动，即矿井涌水量与降雨量关系不大，对井田地下水影响较小。但在强降雨或暴雨天气时，井筒井口区域存在降水倒灌入井下的风险，矿井储水池存在水位超过安全水位线时导致坝体溃坝风险。

（2）地表水水害分析。矿井地表水体主要有盐环定扬黄干渠水、矿井水池水和井泉水。干渠和水池都经过防渗和硬化处理，基本不会渗透到地下，对井田地下水和矿井生产影响较小。井田区域内井、泉主要分布在村庄附近，深度一般不超过10m，主要对第四系潜水含水层有一定影响，但由于深度和水量都有限，且下伏岩层隔水性较好，距离回采冒落裂隙带较远，对矿井生产影响较小。

（3）含水层水水害分析。含水层水广泛分布于整个井田。含水层水对矿井的影响最常见的就是通过顶板砂岩空隙裂隙产生淋、滴水，有时也通过锚杆孔、锚索孔导通含水层流入工作面，这种影响是始终存在。根据井田水文钻孔资料分析，各含水层钻孔单位涌水量均小于0.1L/s.m，含水层富水性弱，渗透性差，在地层中构造裂隙等不发育的情况下，对矿井充水影响可控。但是含水层中一旦有构造裂隙发育，含水层的导水性就会增强，施工靠近时就易引发突水事故，这是矿井生产过程中要重点关注的方面。回风斜井+950水平突水导致井筒被淹，就是因为施工地段附近区域的中粗粒砂岩因为构造裂隙区域成为了导水性较好的富含水区域，施工到附近时，由于隔水层的承压能力小于含水层的水头压力时就发生了突水。

（4）断层水水害分析。根据勘探钻进过程中简易水文观测记录，断层附近的钻孔施工中有漏水现象，表现为正断层岩性较为破碎，漏水较严重，说明断层有导水的可能；逆断层段漏水不明显，在岩性特别破碎时，才有漏孔现象，呈现出阻水构造；如果断层导水，更有贯通其间各含水层的可能，甚至成为发生突水的地段，矿山开采时应予特别重视。

（5）钻孔水水害分析。宋新庄不存在封闭不良钻孔，但在整个勘探过程中产生了三个事故钻孔，部分钻具留在了孔内，这可能影响封孔质量，钻孔可能有积水或导通含水层，对矿井生产存在一定的水害威胁。

（6）风氧化带水水害分析。风氧化带水主要为风化壳裂隙充水，主要分布于井田东南部，被第四系、古近系沉积层所覆盖。风化壳裂隙含水层含水性受岩性影响明显，当岩性为粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩时，这些岩层风化后趋于粘土化，其塑性显著增大，岩层裂隙度和渗透性减弱，浸水后易迅速崩解和泥化，在岩石自重应力作用下原有的构造裂隙被压实弥合，具有一定的隔水性；当岩性为中、粗粒砂岩等硬脆性岩石时，裂隙常常呈层状分布，岩石抗压强度减弱，导水性增强，成为富水性较强的地段，通过各种裂隙通道进入地下，补给深部含水层，对矿井开采有一定影响。

（7）老空水水害分析。通过计算，矿井各主要可采矿层冒落带最大高度一般为3.24m～9.68m，均小于上覆基岩厚或矿层间距。而导水裂隙带情况为，1号矿层开采后形成的导水裂隙带最大高度26.93m～32.55m，与直罗组含水层可能勾通，而直落组底部分布有一层较厚的中粗粒砂岩叫“七里镇砂岩”，富水性在整个井田中是最强的，裂隙带一旦沟通了该含水层，成为老空水的直接充水水源，老空水的防治就变得更得相对复杂和困难。其他各含水层，冒落带及导水裂隙带高度均小于主要可采矿层间距，各主要可采矿层之间不会贯通，含水层之间水力联系较弱，相邻含水层只能作为间接充水水源，对开采区域影响有限。

综上所述，宋新庄矿存在的各种水害形式中，对矿井影响较大有以下5种情况：一是大气降水倒灌入井下；二是水池溃坝；三是含水层突水；四是断层水突水；五是老空水突水。其他水害形式对矿井影响较小，防治工作相对简单。下面针对矿井的主要水害风险分别提出防治措施。

5 水害防治管控措施

（1）降水倒灌入井下的管控措施。可能倒灌入井下的大气降水是强降雨或暴雨，主要发生在汛期。其重点防治管控措施有：一是建立矿井灾害性天气预防、预警机制，对强降雨天气及时预警，以便提前做好防止降雨时倒灌入井下的各项应急抢险准备工作；二是加强强降雨前、中、后的井口周围区域积水水位观测，必要时在井口处码放应急沙袋，提高井口挡水位置标高；三是完善矿井“三防”应急救援体系，备好“三防”应急物资等，提升矿井抗灾救灾能力。

（2）水池溃坝防治管控措施。大气降水水位升高超过水池坝体安全水位线可能导致溃坝，管理不善坝体损坏可能导致水池溃坝。其重点防治管控措施有：一是加强对水池水位、坝体等情况进行经常性检查，发现坝体有裂隙、空洞时及时修理完好；其二是加强降雨中、后期的水池水位、坝体情况等的观测，发现问题时及时处理，出现紧急情况时要做好撤人准备。

（3）含水层水突水防治管控措施。矿井含水层富水性弱，如果构造裂隙等发育，就会改变含水层性质引发突水。其重点防治管控措施有：一是做好好水害预测预报工作，根据已有水文地质资料，采用合适的水害预测评价方法，做出水害预测分区；二是做好工作面水害探测工作，根据水害预测分区对重点区域采用地面瞬变电磁法、井下瞬变电磁法和直流电法等物探方法，查出工作面前方、顶底板的富水异常区域，然后根据物探成果对富水异常区域编制专门探放水设计，查清或排除工作面水害情况；三是选择合理的水害治理措施，根据工作面存在的具体水害，制定有针对性的水害治理综合措施，直到消除水害隐患；四是加强水害效果评价，水害通过治理过后，是否达到了预期效果，需选择合理的评价方法，消除水患后方可继续施工。

（4）断层水突水的防治管控措施。矿井正断层水的导水性好，易引发突水。其重点防治管控措施有：一是开展好地质和水文地质预测预报工作，准确预报断层位置、性质、产状和导水性等；二是对断层开展探测，施工到断层附近区域，要提前编制探测断层的设计对于断层进行探测，钻孔数量、深度、终孔位置的横向、纵向距离都要合理，查清断层的分布和含水等情况；三是采取合理的治理措施，探测查明断层情况后，根据实际情况制定合理的过断层措施，必要时还应先治理。

（5）老空水突水的防治管控措施。老空水是矿井生产后产生的重点水害，其重点防治管控措施有：一是查清老空水分布，老空区域要清楚的绘制在采掘工作平面图等图件上，老空水量、水位和水压要标准清楚；二是对老空水进行疏放水，编制老空水疏放设计，在合适地点施工疏放水钻孔，疏干老空积水。