張守瑞，李文軍，楊海濤

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))白云煤業(yè)有限公司新河礦井，河南修武縣454361)

新河礦井水害初步分析與評(píng)價(jià)

張守瑞，李文軍，楊海濤

(焦作煤業(yè)(集團(tuán))白云煤業(yè)有限公司新河礦井，河南修武縣454361)

針對(duì)新河礦當(dāng)前水害情況進(jìn)行了研究，分析了新河礦的水文地質(zhì)情況。在查明礦井水文地質(zhì)條件，掌握礦井水情水害，強(qiáng)化安全責(zé)任，采取有針對(duì)性的防治水措施等方面，提出了可行性建議。

礦井;水害分析;防治措施

0 引言

焦作煤田是我國著名的大水礦區(qū)，新河井田位于焦作煤田深部，煤系上覆沖積砂礫層孔隙水，下覆厚約800m喀斯特灰?guī)r，地下水豐富，水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜。對(duì)新河礦井水害進(jìn)行分析和研究，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 地質(zhì)概況

1.1 水文地質(zhì)特征

新河礦井位于焦作市東部，修武縣城北部。礦區(qū)附近的大沙河最高洪水位標(biāo)高為+84.00m左右，設(shè)計(jì)礦井井筒附近的洪水位標(biāo)高為+84.60m左右，高于歷史最高水位，地表水對(duì)礦井的突水威脅較小。

礦區(qū)西北部(淺部)為自由進(jìn)水邊界，主要接受側(cè)向徑流補(bǔ)給，東南部(深部)為排泄邊界，將流經(jīng)本區(qū)的地下水排泄出本區(qū)以外。西北部和南部由于分別受F212和F4－1斷層的影響，使本區(qū)首采區(qū)段抬升形成一地壘式構(gòu)造，成為相對(duì)隔水邊界，但由于F212斷層的阻隔會(huì)使水平徑流受阻，從而使斷層上盤成為徑流排泄的主通道，由于排泄區(qū)域的變小，會(huì)形成強(qiáng)徑流帶;其次，由于受鳳凰嶺斷層的影響，全本區(qū)再次抬升，灰?guī)r巖溶徑流繼續(xù)受阻，可能會(huì)使本區(qū)深部風(fēng)凰嶺斷層附近成為強(qiáng)富水區(qū)。縱觀本區(qū)格局，為一西北面進(jìn)水，東南面排泄，南北兩面阻水的相對(duì)獨(dú)立的水文地質(zhì)單元，地下水是礦井充水的主要水源。

1.2 構(gòu)造特征

本區(qū)基本構(gòu)造形態(tài)為地層走向大致呈20°～40°，傾向南東，傾角7°～14°的單斜構(gòu)造，伴有較多的中、小斷層，沿地層走向具有寬緩的波狀起伏。本區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)落差≥100m的斷層3條，落差≥50m的斷層1條，落差≥20m的斷層6條，落差≥10m的斷層4條，落差3～8m的小斷層9條，本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度中等。從本區(qū)內(nèi)的斷裂走向來看，DF9及其以南的斷層走向均為近東西向，傾向南，與鳳凰嶺斷層走向基本相一致，DF5及其以北的斷層走向均為近東西和北東向，傾向北和北西，與九里山斷層走向基本相一致。這一斷裂組合規(guī)律，在未來礦井下判斷斷裂方向時(shí)有一定借鑒意義。

2 礦井水害分析

2.1 可能導(dǎo)致的水害分析

本區(qū)屬海河流域衛(wèi)河水系。在距本區(qū)南部邊界約0.50km處的大沙河(又稱新河)呈北東向通過，具有排洪防澇功能。大沙河在本區(qū)附近最高洪水位標(biāo)高為+84.00m左右，礦井井筒標(biāo)高為+86.50 m，位于歷年最高洪水位(+84.6m)之上。此外，二1煤層煤厚4.33～8.10m，平均5.88m，煤層埋深400～1300m，賦存標(biāo)高－320～－1220m，普遍埋深較大，采空區(qū)裂隙帶不會(huì)達(dá)到地面沖溝內(nèi)，雨季洪水對(duì)礦井不構(gòu)成威脅。

2.2 地下水可能導(dǎo)致的水害

(1)二1煤層頂板水源:F4－1斷層處于本區(qū)深部，二1煤層上部基巖保留厚度更大，二1煤頂板砂巖為一弱含水組，因此，頂板水對(duì)礦井不構(gòu)成威脅。

(2)太原組灰?guī)r充水水源:含水層主要有L8灰?guī)r、L2灰?guī)r的巖溶裂隙承壓水。本區(qū)L8灰?guī)r距二1煤底板平均僅18m左右，局部隔水層又較小，本區(qū)內(nèi)小斷層又比較發(fā)育，故分析認(rèn)為:L8灰?guī)r水將是二1煤層底板充水的主要水源，在斷裂構(gòu)造作用下，L8灰?guī)r一旦與下部奧陶、寒武系強(qiáng)含水層發(fā)生水力聯(lián)系時(shí)，危害不可低估。L2灰?guī)r位于太原組下部，厚度穩(wěn)定，一般厚11m左右。巖溶裂隙發(fā)育，富水性強(qiáng)，是二1煤底板間接充水含水層。特別是L2灰?guī)r下距O2m灰?guī)r20m左右，往往因斷層使二者發(fā)生水力聯(lián)系，一但突入礦井將會(huì)給生產(chǎn)造成巨大影響。在正常情況下，由于L2灰?guī)r上距二1煤間距較大，平均80m左右，一般不會(huì)對(duì)礦井造成威脅。

(3)奧陶系灰?guī)r充水水源:奧陶系馬家溝組灰?guī)r含水層，含水性強(qiáng)，水量豐富，層厚310～420m，水位標(biāo)高為+84m，上距二1煤底板110m左右，且其間分布具有良好隔水作用的本溪組鋁土質(zhì)泥巖隔水層，據(jù)相關(guān)資料計(jì)算，奧灰水的最大突水系數(shù)為0.09MPa/m，一般情況下對(duì)礦井充水影響不大，對(duì)礦井不構(gòu)成威脅。但是本區(qū)斷層發(fā)育有奧灰突水，可成為其它突水含水層的補(bǔ)給水源可能性。

2.3 斷層可能導(dǎo)致的水害

其一，F(xiàn)212和F216兩條斷層，均由演馬莊礦西區(qū)延伸入本區(qū)，而演馬礦西區(qū)較東區(qū)的水文地質(zhì)條件更為復(fù)雜，演馬礦西部涌水量占礦井總涌水量的4/5，東部占1/5，這是由于西部斷裂密度高于東部之故。當(dāng)采掘至兩條斷層附近時(shí)，應(yīng)注意防止斷層帶突水。

其二，本區(qū)位于演馬礦深部，按一般規(guī)律，巖溶發(fā)育應(yīng)有所減弱，演馬礦第二水平水文地質(zhì)條件較第一水平明顯簡單就是證據(jù)。但含水層的水頭增高，水壓增大(3901孔L8灰?guī)r水位高出地面1.9m)這就加大了礦井突水的危險(xiǎn)性。

其三，由于F212、F216和F4－1斷層的存在，使本區(qū)第一水平(–505以淺)形成一個(gè)地壘構(gòu)造，這樣不僅使首采區(qū)得以抬升，而且使二1煤層與南、北兩側(cè)的二疊系砂、泥巖對(duì)接，故分析首采區(qū)的水文地質(zhì)條件可能會(huì)趨于簡單。

其四，F(xiàn)212斷層上盤與北部徑流補(bǔ)給區(qū)緊密相接，徑流流經(jīng)斷層破碎帶時(shí)遇到奧灰，在延深到本區(qū)深部時(shí)又會(huì)與弱隔水層對(duì)接，這就加劇了地下水沿F212斷層帶的活動(dòng)。推測該地下水活躍區(qū)將會(huì)沿?cái)鄬幼呦蛳虮緟^(qū)深部運(yùn)移，在斷層尖滅帶將會(huì)重新進(jìn)入本區(qū)次級(jí)采區(qū)。在二1煤底板水文地質(zhì)、工程地質(zhì)圖上可以看到由瞬變電磁圈出的富水區(qū)及強(qiáng)富水區(qū)均在該斷層附近，在斷層走向尖滅處富水區(qū)轉(zhuǎn)入本區(qū)深部次級(jí)采區(qū)成為水平徑流，證明了上述的推測。同時(shí)由底板隔水層等值線圖上可以看到這一區(qū)域的隔水層底板厚度是本區(qū)中較薄的，分析認(rèn)為由37線以東至斷層尖滅處可能會(huì)成為礦井突水的危險(xiǎn)區(qū)，建議采至上述區(qū)域時(shí)加強(qiáng)突水的預(yù)防工作。

其五，對(duì)本區(qū)而言，一般認(rèn)為演馬莊礦及九里山礦的排水會(huì)減弱本礦未來涌、突水的壓力，但礦井長期的抽排也可能會(huì)引起地下分水嶺的位置和補(bǔ)排點(diǎn)系的變化，使巖溶含水層產(chǎn)生塌陷，形成新的人工充水通道，使礦區(qū)水文地質(zhì)條件更加復(fù)雜化，礦井的涌水量有可能不減反增。

其六，本次深部補(bǔ)勘鉆孔未揭露新斷層，對(duì)本區(qū)水文地質(zhì)條件有較大影響的F212及F4－1斷層未能向深部延伸，同時(shí)據(jù)焦作礦區(qū)經(jīng)驗(yàn)表明，主要巖溶含水層的裂隙向深部發(fā)育時(shí)亦有不同程度的減弱，這對(duì)本區(qū)是有利的一面，但是，深部水壓增大，小斷裂不可避免，局部帶壓開采會(huì)面臨更大困難，應(yīng)引起重視。

其七，沖積層突水的可能性較小，局部可能補(bǔ)給大占砂巖水，充水通道仍然是斷裂破碎帶和灰?guī)r的巖溶裂隙發(fā)育帶，以及人為造成的通道，如鉆孔封閉和采礦造成的裂隙。

在今后的礦井生產(chǎn)過程中，當(dāng)井巷接近斷層時(shí)應(yīng)采取探放水措施，并留設(shè)足夠的防水煤柱，嚴(yán)禁在防水煤柱范圍內(nèi)從事采掘生產(chǎn)活動(dòng)。

3 水害防治技術(shù)

礦井建設(shè)初期的水文地質(zhì)工作，是在礦井資源勘探及水文地質(zhì)勘探工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，進(jìn)一步查清礦區(qū)水文地質(zhì)條件，是防治水的前提，應(yīng)從多方面著手。

(1)補(bǔ)充水文地質(zhì)勘探。該礦井水文地質(zhì)勘探程度較低，在今后的生產(chǎn)中，需要進(jìn)行補(bǔ)充勘探，充分查清全礦井的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件。

(2)完善礦井地下水位監(jiān)測系統(tǒng)。目前礦井地面只有1個(gè)L8灰觀測孔，井下有1個(gè)L8灰和1個(gè)L2灰觀測孔，在礦區(qū)沒有形成觀測系統(tǒng)。應(yīng)補(bǔ)充完善L8灰?guī)r、L2灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r長觀孔，進(jìn)行地下水動(dòng)態(tài)長期觀測，以便正確判斷突水水源，監(jiān)測地下水動(dòng)態(tài)變化。

(3)加強(qiáng)礦井水文地質(zhì)資料的分析整理。水文地質(zhì)資料的管理是分析和指導(dǎo)礦井防治水的重要工作，特別是施工巷道地質(zhì)水文素描、測量、編導(dǎo)以及揭露的各種水文地質(zhì)現(xiàn)象，建立水文地質(zhì)臺(tái)賬，繪制礦井充水性圖及各種關(guān)系曲線圖，總結(jié)規(guī)律，指導(dǎo)生產(chǎn)。

(4)利用物探技術(shù)、查清水文地質(zhì)條件。在地面，采用三維地震勘探精確控制地層結(jié)構(gòu)、煤層賦存形態(tài)、煤層頂?shù)装鍢?gòu)造情況及各含水層的溝通情況等。利用瞬變電磁勘探測定煤層頂?shù)装搴畬痈凰畢^(qū)的分布情況，構(gòu)造的含、導(dǎo)水情況，老窯、采空區(qū)的富水性及導(dǎo)水通道等。在井下巷道，用于探測巷道前方掘進(jìn)工作面構(gòu)造帶和富水區(qū)，巷道頂?shù)装?、?cè)幫構(gòu)造帶和富水區(qū)。在采煤工作面，可探測工作面內(nèi)隱伏構(gòu)造帶、頂?shù)装甯凰畢^(qū)，為頂板放水孔設(shè)計(jì)和底板注漿孔位置的確定提供依據(jù)。

(5)采掘工作面探放水與煤柱留設(shè)。堅(jiān)持“有掘必探、先探后掘、不探不掘”探放水原則。堅(jiān)持做好探放老空水、斷層水、強(qiáng)含水層水等工作。清楚并留足斷層防水煤柱、礦井邊界煤柱、老空區(qū)防水煤柱，嚴(yán)禁冒險(xiǎn)采掘活動(dòng)。

(6)采煤工作面底板含水層注漿改造。通過注漿鉆孔，注入水泥漿液或黃土水泥漿液，來充填底板含水層的巖溶裂隙和導(dǎo)水裂隙，以漿液置換含水層中的賦水，從而大大減弱含水層的富水性并切斷水源的補(bǔ)給通道，給工作面開采創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)語

新河礦井水文地質(zhì)條件十分復(fù)雜，L8灰?guī)r距二1煤層較近對(duì)礦井突水的威脅性較大。L2灰?guī)r和奧陶系灰?guī)r正常地段對(duì)礦井的突水威脅性不大，如遇導(dǎo)水?dāng)鄬映蔀榈V井充水水源，對(duì)礦井的威脅較大。因此，在礦井的生產(chǎn)中應(yīng)堅(jiān)持以下幾點(diǎn):

(1)按照《煤礦防治水規(guī)定》和《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定和要求，留設(shè)足夠的井田邊界和斷層防水煤柱;

(2)進(jìn)一步加強(qiáng)礦井防治水工作，認(rèn)真采取綜合防治水措施，防止水患事故的發(fā)生;

(3)進(jìn)一步加強(qiáng)防探水人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，搞好水文地質(zhì)的日常預(yù)測和預(yù)報(bào)工作，嚴(yán)防斷層水和底板灰?guī)r水的危害;

(4)認(rèn)真編制防突水應(yīng)急預(yù)案，并實(shí)地演習(xí)。

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2011－06－16)

張守瑞(1968－)，女，河南滑縣人，工程師，主要研究方向?yàn)榈販y防治水，Email:zsr23410@126.com。