柳林县整合煤矿区防治水分析及治理措施

贺静兵

(山西省柳林县 应急管理局,山西 柳林 033300)

山西省柳林县煤炭资源丰富,地方煤矿众多。按照省政府关于推进煤矿企业兼并重组的政策精神,柳林县对全县现有生产煤矿进行了重组整合规划,将全县生产煤矿重新组合为26个大中型煤矿企业,生产规模达2 610万t/a,为全县煤矿企业的发展创造了有利条件[1]。矿区煤炭地质勘探工作开展较早,但整合前后的各煤矿地质工作零星分散,且均没有进行过专门的水文地质勘查工作,对矿区地下水富水性及补径排等水文地质条件尚不清楚,且存在底板突水、陷落柱突水等矿井水害隐患。

本研究在查明水文地质条件的基础上,对整个勘查区进行煤炭开采水文地质条件总体评价。查明勘查区内主要含水层的富水性和补径排条件，详细调查了解勘查区内及周边煤炭开采及采空区分布及积水情况,分析其对煤矿安全生产的影响。采用科学先进的技术方法计算矿井正常和最大涌水量，预测开采过程中发生突水的可能性及地段，有针对性地提出有效可行的矿井防治水措施及建议[2]。

1 研究区水文地质概况

柳林岩溶水系统位处晋西南吕梁复背斜的西翼即吕梁山中段的西部,大体呈近南北及东西向展布,为一完整的水文地质单元,其边界条件基本清楚。东起元古界变质岩露头线及东川河地表水分水岭;南以南川河地表水分水岭为界;北至湫水河及北川河地表分水岭;西以奥陶系灰岩深埋区(埋深600 m左右)为限。东西长约60 km,南北长约120 km,岩溶水系统汇流面积5 100 km2。

2 矿井涌水量预测

2.1 预测方法概述

矿井涌水量预测分别采用地下水动力学的“大井法”、比拟法和数值模拟法[3-5],根据计算结果,结合矿井水文地质条件选择推荐结果。

2.2 涌水量计算结果

运用上述矿井涌水量预测计算方法,分别对26个整合煤矿进行矿井涌水量预测评价,并将结果汇总。限于篇幅,本文仅选取部分煤矿计算结果,如表1所示。

表1 整合煤矿区矿井涌水量计算成果一览表(部分煤矿)

2.3 结果分析

26个整合煤矿预测下组煤开采矿井正常涌水量大于4 000 m3/d的仅有同德矿;下组煤开采矿井正常涌水量为3 000～4 000 m3/d的仅聚德矿;下组煤开采矿井正常涌水量为2 000～3 000 m3/d的有西坡、王家沟、柳家庄、王家焉、柳林、贺昌、兴无和金家庄等8个煤矿;下组煤开采矿井正常涌水量为1 000～2 000 m3/d的有下山峁、碾焉、安泰、邓家庄、兴家沟、成家庄、龙门塔、曹家山和寨崖底等9个煤矿;其余7个煤矿预测矿井正常涌水量均小于1 000 m3/d。

由矿井涌水量预测计算结果可见,取预测结果最大值,即同德煤矿下组煤矿井正常和最大涌水量分别为4 067.05 m3/d(169.46 m3/h)和5 693.87 m3/d(237.24 m3/h),小于“矿井水文地质类型”划分中的矿井涌水量“简单”类型界限值(Q1(正常)≤180 m3/h;Q2(最大)≤300 m3/h)。因此,柳林县兼并重组整合煤矿区内26个煤矿的矿井涌水量均属于“简单”类别。

3 突水危险性评价

3.1 评价方法

本次预测底板突水危险性评价所采取的措施主要是根据“突水系数法”评价的结果,但是在实际生产过程中仍要参考“脆弱性指数法”评价的结果。

3.2 顶、底板突水评价及分区(以柳林矿为例)

3.2.1 顶板突水评价及分区

现将26个兼并重组整合煤矿中的柳林矿顶、底板充水含水层涌(突)水条件综合分区评价成果简述于下。

柳林矿上组煤4#和5#、下组煤8#煤顶板含水层涌(突)水条件综合评价和分区如图1所示。

(a)4#、5#煤顶板直接含水层

由图1(a)可知,矿区上组煤4#、5#煤顶板直接含水层(二叠系含水层)综合分区的西北部较危险,南部相对安全;由图1(b)可知,矿区下组煤8#煤顶板直接含水层(太灰含水层)综合分区西北部较危险,南部相对安全;由图1(c)可知,西部局部导通间接含水层(二叠系含水层),因此,二叠系含水层对8#煤开采局部有影响。

3.2.2 底板突水评价及分区

根据钻孔的各煤层底板隔水层所承受的含水层的水压值以及对应的隔水层厚度,计算并绘制出各煤层底板到相应含水层的突水系数等值线图。由于柳林井田存在构造,根据《煤矿防治水细则》突水系数临界值取0.06 MPa/m。经计算作图,柳林矿区内4#、5#煤层底板太灰含水层带压开采区的突水系数在矿区西部及构造发育区大于0.06 MPa/m,属于危险区,其余大部区域小于0.06 MPa/m,属于安全区域。矿区内4#、5#、8#煤层底板奥灰含水层带压开采区(除构造发育区)的突水系数为0.01～0.04 MPa/m,远小于0.06 MPa/m,属于安全区域。

上组煤(4#、5#)煤层底板太灰含水层突水脆弱性评价分区如图2(a)、图2(b)所示,下组煤(8#)煤层底板奥灰含水层突水脆弱性评价分区如图2(c)所示。

(a)4#煤层

从图2(a)所示的4#煤层底板太灰含水层带压开采分区用脆弱性指数法评价结果可以看出,柳林4#煤层底板到太灰含水层隔水层标记为浅蓝色的非带压区分布在矿区的东部,在此认为是安全区域;标记为绿色的区域太灰水突水的可能性不大,属于相对安全区;标记为浅绿色的较安全区分布在矿区内绿色区域周围,属较安全的区域;标记为黄色的过渡区主要分布在浅绿色较安全区的西部,将这些区域划分为较安全区到较脆弱区的过渡区;标记为橙色的较脆弱区有发生突水可能性;标记为红色的脆弱区主要分布在矿区西部及构造发育区,综合分析将这些区域划分为脆弱区。

从图2(b)所示的5#煤层底板太灰含水层带压开采分区用脆弱性指数法评价结果可以看出,带压区内突水危险性比较大,即带压区全部危险。在柳林5#煤层赋煤可采区内,太灰含水层富水性的弱-较弱,划为相对安全和较安全区。

从图2(c)所示的8#煤层底板奥灰含水层带压开采分区用脆弱性指数法评价结果可以看出,标记为浅蓝色的非带压区分布在矿区的东部,在此认为是安全区域;标记为绿色的相对安全区分布在矿区东部,奥灰水突水的可能性不大,属于相对安全区;标记为浅绿色的较安全区主要分布在绿色相对安全区东部区域,导致奥灰突水的可能性不大;标记为黄色的过渡区为较安全区到较脆弱区的过渡区;标记为橙色的较脆弱区分布在矿区北部及构造较发育区,有发生突水可能性的较脆弱区;标记为红色的脆弱区主要分布在矿区构造发育地区,将这些区域划分为脆弱区。

4 防治水措施

4.1 各矿水文地质类型情况

整合区内各矿井主采煤层的直接充水含水层富水性均为弱-中等,虽然经过多年开采存在大量的采空区,但采空区位置和积水情况基本清楚。矿井目前生产中的正常涌水量均小于180 m3/h,各矿井的采掘工程不同程度受水害影响,但不威胁矿井安全,防治水工作较简单。据此，除山西柳林宏盛聚德煤业有限公司的水文地质类型划分为复杂外,其他矿井水文地质类型均为中等。

4.2 防治水措施

根据对影响煤层顶底板突水主要因素的分析,依据《煤矿安全规程》,结合前面顶板“三图-双预测”和底板突水危险性分析评价[6-8],建立健全各级水害防治工作责任制,明确责任,抓好日常水害防治工作。重点措施有如下几点。

1)了解基本的突水前兆。

2)加强地下水的动态监测。

3)根据实际情况建立好水仓、泵房及排水管道等设施。

4)按照《煤矿防治水细则》的有关探放水要求,加强井下采掘过程中的超前探放水工作,真正做到有掘必探,先探后掘,先治后采。

5)工作面回采过程中,应采取原有水文资料、工作面富水性探测资料的静态分析、工作面回采推进情况和含水层水位资料动态观测相结合的方式,进行工作面突水的预测预报工作,以提高工作质量,更好地指导回采。

6)对先期开采阶段内封闭不良钻孔的情况进行全面排查,并登记上册,建立封孔不良钻孔资料台账;井田井下使用中的钻孔,必须安装孔口盖,废弃的钻孔必须及时按照规范要求封孔。

7)采掘过程中要进行实时观测,时刻注意水量变化情况,确认安全情况下再进行生产。

5 结论

1)采用“大井法”、比拟法和三维数值模拟法预测了各煤矿矿井正常和最大涌水量。

2)依据《煤矿防治水细则》，结合矿井生产情况和水文地质条件以及涌水量大小、采空区分布等综合因素,划分了勘查区内各矿井的水文地质类型,区内除山西柳林宏盛聚德煤业有限公司矿井水文地质类型为复杂外,其他矿井的水文地质类型均为中等。

3)应用“三图-双预测法”、“突水系数法”、“脆弱性指数法”分别对各矿主采煤层顶、底板涌(突)水危险性进行了评价,进行了涌(突)水危险性综合分区,根据各煤层顶、底板含水层的不同特性针对性地提出了相应的防治水措施及建议。