鄧韜

摘要:敘述了鄯善縣某煤礦水文地質條件,實錄了其+280運輸大巷底板突水事故的發(fā)生的過程,對事故原因做出了分析,據(jù)此提出了吐哈盆地煤田勘探過程中應注意的水文地質問題。

關鍵詞:鄯善吐哈盆地煤礦水文地質突水事故啟示

中圖分類號:TD745 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)04(c)-0091-02

鄯善縣某煤礦位于鄯善縣城北東50°方向約50km處,行政區(qū)劃隸屬于鄯善縣七克臺鎮(zhèn)管轄,井田平面上呈北西-南東向展布,略呈扇面形,東西長約4.89km,南北寬約2.50km,面積12.23km2,屬吐哈盆地地湖煤礦區(qū)的一部分。

煤礦位于吐哈盆地中央隆起帶東部丘陵區(qū),為典型的風蝕殘丘和戈壁淺灘地貌,覆蓋層較薄,屬掩蓋-半掩蓋地區(qū);氣候分區(qū)為溫帶極干旱區(qū),全年降水量34.8mm,蒸發(fā)量2500mm。區(qū)內(nèi)無地表水系,夏季偶降大雨,降雨形成的暫時性水流多由南北方向排泄于沙爾湖盆地的低洼地,匯集蒸發(fā)。

煤礦構造位置位于七克臺背斜北翼,表現(xiàn)為走向南西-北東,傾向北西的單斜構造,地層傾角在45°～75°之間,走向上地層起伏不大,沿傾向略呈淺部較緩、深部逐漸陡立的形態(tài),區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構造。中侏羅系統(tǒng)西山窯組(J2x)為含煤地層,含可采煤層3層,自下而上分別編號為一、二、三號煤層,煤層可采厚度在2.58m～11.60m。

煤礦建成于1995年,經(jīng)過歷次技術改造,于2009年達到了年產(chǎn)9萬噸的生產(chǎn)規(guī)模。開拓方式為豎井,井底標高280m,礦井分為二個水平,一水平標高+280m水平,二水平標高+200m水平。走向開掘,目前開采煤層為一水平二號煤層,后退式開采,先采上部區(qū)段,目前280m水平以上已基本采空。前期地質報告及生產(chǎn)礦井觀測資料顯示,水文地質條件簡單,以碎屑巖孔隙裂隙水為主,日涌水量20m3～30m3。

1煤礦水文地質條件

1.1 地下水的補、逕、排條件

歷次勘查報告,將煤礦區(qū)地層依照其含水性不同劃分為:(1)第四系沖—風積透水不含水層:該層在靜止水位以上,為透水不含水層。(2)侏羅系頭屯河組碎屑巖孔隙、裂隙弱含(隔)水層(J2t):該弱含水巖組主要接受大氣降水的滲入補給,補給條件較差,富水性弱。(3)侏羅系中統(tǒng)西山窯組弱含水層組(J2x):含水層為厚度不均的泥質膠結的礫巖、粗砂巖、中粒砂巖以及細砂巖,呈條帶狀或透鏡體狀分布,被多個粉砂巖、泥巖等相對隔水層分割,主要接受大氣降水的臨時性地表匯流的滲入補給、或通過透水不含水層間接滲入補給,形成碎屑巖類層間孔隙-裂隙水,略具承壓性。單位涌水量q=0.0015L/s·m左右,滲透系數(shù)K=0.002m/d,含水層組富水性弱,為弱含水層組。

結合吐哈盆地區(qū)域水文地質特征,煤礦地下的補給有兩種途徑:大氣降水和北部雪峰、冰川的融雪、融冰水。大氣降水直接通過第四系透水不含水層補給地下或降水、融雪、融冰水在沿沖溝由北往南運移過程中,經(jīng)多年沖刷而裸露地表的構造裂隙或地表風化裂隙補給地下。但是,由于地形坡角大,氣候干燥、蒸發(fā)強烈,降水少而集中,且地層傾向與沖溝洪水流向相逆,洪流、降水多轉為地表徑流散失,而不易補給地下水。

頭屯河組(J2t)和西山窯組(J2x)的主要含水巖組砂巖、砂礫巖等多以透鏡體狀產(chǎn)出,在剖面上和平面上多以孤島狀產(chǎn)出,各單層含水層間的泥巖、粉砂巖,起到了隔水作用,因此,單個的含水透鏡體只有通過局部裂隙發(fā)育地段而相互發(fā)生水力聯(lián)系,除個別連續(xù)分布的砂巖層外,其余無論在傾向及走向上含水層之間相互補給極弱,水力聯(lián)系并不十分密切。

由于頭屯河組、西山窯組的孔隙-裂隙水徑流條件受裂隙發(fā)育程度控制,使得地下水含水巖組含水層之間相互補給極弱,水力聯(lián)系不密切,地下水基本處于滯水狀態(tài)。蒸發(fā)和礦井疏干排水是地下水排泄的唯一方式。

1.2 礦井充水因素

(1)煤層及煤層頂、底板基巖裂隙水(西山窯組弱含水層水),由于受內(nèi)在隔水層和次生裂隙不發(fā)育的影響,各含水層之間的水力聯(lián)系微弱,從生產(chǎn)礦井開拓情況看,礦坑主要充水水源來自煤層及煤層頂?shù)装鍘r層裂隙水,因此其為礦坑直接充水水因素。

(2)大氣降水可通過第四系透水不含水層沿巖層和煤層裂隙進入礦井,成為礦坑間接充水因素。

2素淺析

+280水平運輸大巷突水事故發(fā)生在煤礦為擴大井型而進行的補充勘探施工過程中。為提高資源量控制程度,在距離主井口NE方向215.47m、距離+280運輸大巷以北垂直距離96.61m處由某勘探隊施工14-4號鉆孔(圖1),該孔設計孔深375m,分別在270m、275m、340m鉆遇一、二、三號煤層。實際施工至孔深276.99m處鉆遇二號煤層,煤層偽厚度14m,此時,孔內(nèi)水位深度13m,鉆至孔孔深318m,水平標高+117時,+280運輸大巷測風站處發(fā)生巷道底板突水事故,涌水量達到20m3/h左右,遠大于平時巷道日涌水量,對井下設施及人員安全造成威脅。

經(jīng)對14-4孔巖芯進行仔細研究后發(fā)現(xiàn),孔深71m以上,巖芯極為破碎,巖石呈強風化狀態(tài),裂隙極為發(fā)育,經(jīng)詢問當機司鉆,該孔在鉆至孔深32m～59m深度范圍時,曾有自動“掉鉆”現(xiàn)象發(fā)生,最大掉鉆鉆程近3m,疑似空洞,鉆探班報反映,這一時段沖洗液消耗量沒有增大,反而略顯減少。鉆孔巖芯表明,在二號煤層底板下孔深290.99m～303.99m段為一層偽厚度為13m的中砂巖,泥質膠結,結構疏松。+280巷道編錄顯示,在測風站部位,巷道底板巖性為中砂巖。因此判定:(1)孔深71m以上風化巖層為煤礦區(qū)含水層,含水層底板標高為+364;(2)14-4鉆孔溝通了風化巖層含水層和二號煤層底板砂巖間的水力聯(lián)系;(3)風化巖含水層水頭高度和+280巷道的高差,導致了巷道底板突水事故的發(fā)生(圖2)。

經(jīng)停鉆觀測72h后,14-4孔內(nèi)水位穩(wěn)定在17m左右,+280大巷測風站涌水量保持在10m3/h左右。因此大致可以判定,在煤礦區(qū)內(nèi),風化巖層含水層頂面標高為418水平。

經(jīng)對14-4孔0～71m孔深段進行井壁管止水處理,對孔深71m～276m段進行水泥砂漿封閉,阻隔了風化帶含水層和二號煤層底板砂巖的水力聯(lián)系,+280運輸大巷的涌水量隨即恢復到正常水平。目前該孔保留深度71m作為煤礦地下水動態(tài)觀測孔使用。

3本次突水事故對水文地質勘探工作的啟示

傳統(tǒng)觀點認為,吐哈盆地地下水主要為大氣降水和遠距離的北部雪峰、冰川的融雪、融冰水通過第四系透水不含水層補給,由于地處干旱,蒸發(fā)量遠大于降水量,滯留于淺層包括風化帶的地下水很少,加之地下水運移通道不暢,不會直接補給煤層頂?shù)装濉５诩眱A斜地層條件下,采空區(qū)發(fā)生冒落時會伴隨著順層“抽冒”現(xiàn)象發(fā)生,這種冒落過程,會產(chǎn)生多種層間冒裂和垂向冒裂,當冒裂帶高度和寬度足以溝通層間含水層或多層含水層時,自然就存在著如14-4鉆孔溝通不同含水層的可能,給未來煤礦生產(chǎn)帶來災害。

此次煤礦運輸大巷突水事故表明,在吐哈盆地,存在有淺層風化巖層含水層的現(xiàn)象,因此在這一區(qū)域,當存在風化巖層時,應有針對性的開展專項水文地質工作。這樣,不僅能夠極早的消除未來礦井生產(chǎn)過程中水害的隱患,也存在有部分解決煤礦生產(chǎn)、生活用水的可能。

參考文獻

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