干曉銳

(云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖655001)

0 引言

煤炭是我國的主體能源，其開采多為井工開采，屬于地下作業(yè)，開采的環(huán)境較為惡劣，生產(chǎn)過程極為復(fù)雜。在進行井下煤炭開采的過程中可能發(fā)生各類安全事故，其中礦井水害一直以來都是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。煤礦一旦發(fā)生水害事故，往往具有突發(fā)性和極大的危害性,不僅影響生產(chǎn)，造成經(jīng)濟損失，而且易發(fā)生重大傷亡事故。因此，分析雨汪煤礦的水文地質(zhì)特征、充水因素及未來礦山生產(chǎn)中主要存在的水文地質(zhì)問題，提出具體的水害防治對策，對確保礦井安全具有重要意義。

1 礦區(qū)概況

雨汪煤礦位于云南省富源縣老廠煤礦區(qū)四勘區(qū)西南部，分2個井田開采。其中，一井田范圍呈北東-南西向延展的“矩形”，礦區(qū)屬構(gòu)造剝蝕與巖溶中山地貌，山脈走向與構(gòu)造線方向基本一致，形成中間高、四周低的山勢形態(tài)；地勢北西部高，南部及東部低，沖溝發(fā)育，井田北部的馬墳梁子最高，海拔2 025 m，最低點位于井田南西部的丕德河谷，海拔1 442 m，相對高差583 m；礦區(qū)構(gòu)造總貌為北東方向展布的單斜構(gòu)造，地層傾向南東，傾角6°～20°，一般10°～15°，斷層和牽引褶皺發(fā)育，對煤層開采影響大。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜程度屬中等類型，礦區(qū)面積31 km2，開采標高2 000 ～550 m。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力300萬t/a，可采煤層11層，可采總厚18 m；采用立井多水平開拓方式，一水平標高+1 250 m，綜合機械化回采工作面，一次采全高；采區(qū)煤層開采順序為前進式開采，從上向下逐步回采，自然垮落法管理頂板。

2 礦井水文地質(zhì)條件

2.1 主要含水層及其特征

礦區(qū)出露地層有第四系(Q)，下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)和卡以頭組(T1k)，上二疊統(tǒng)長興組(P2c)和龍?zhí)督M(P2l)，下二疊統(tǒng)茅口組P1m。根據(jù)《雨汪煤礦地質(zhì)勘探報告》，各含水層特征如下:

(1)第四系(Q)孔隙含水層。為殘積、沖積、洪積、坡積物，零星分布河、溝谷及低洼地段，巖性為礫石、砂土及黏土。結(jié)構(gòu)較松散，泉流量0.21～1.296 L/s，水位季節(jié)性變化較大。

(2)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組第2、3段(T1f2+3)裂隙弱含水層。分布在礦區(qū)中部，巖性為細砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，平均厚度238.49 m。地表裂隙發(fā)育，泉點出露較多，多為季節(jié)性泉，流量0.014～0.828 L/s，富水性較弱，對礦床充水無直接影響。

(3)下三疊統(tǒng)卡以頭組(T1k)裂隙弱含水層。僅局部出露于井田邊緣丕德河河床附近，巖性上部為灰綠色中厚層狀細砂巖、粉砂巖，下部為淺灰白色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，平均厚度132.75 m。富水性上部比下部強。井田內(nèi)基本無泉點出露，原詳查報告鉆孔抽水試驗單位涌水量0.001 75 L/s·m，滲透系數(shù)0.000 699 1 m/d，該含水層富水性在淺部露頭區(qū)為弱裂隙潛水，向深部過渡為承壓含水層[1]。其富水性較淺部弱，該含水層底板下距C2煤層頂板平均厚20.25 m，在采空塌陷帶范圍內(nèi)，是礦床充水頂板直接充水含水層，對煤層開采影響較大。

(4)上二疊統(tǒng)長興組及龍?zhí)督M主含煤段(P2c+P2l)裂隙弱含水層。井田內(nèi)深埋于卡以頭組地層之下，巖性為灰色薄至中厚層狀細砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖及泥巖。含煤10～15層，一般11層，含主要可采煤層C2、C3、C7+8、C9、C13、C14、C15、C16共8層。其中細砂巖、泥質(zhì)粉砂巖組成含水層，粉砂質(zhì)泥巖及泥巖與煤為相對隔水層；平均總厚度157.83 m。節(jié)理裂隙發(fā)育，原詳查報告鉆孔抽水試驗單位涌水量0.009 L/s·m，滲透系數(shù)0.005 904 96 m/d，深部富水性較淺部弱，是礦井頂板直接充水含水層，對煤層開采影響大。

(5)下二疊統(tǒng)茅口組P1m強巖溶含水層。井田內(nèi)深埋于龍?zhí)督M地層之下，地表未出露，巖性為淺灰色厚層狀石灰?guī)r，厚度大于200 m，地表巖溶發(fā)育，溶洞、漏斗、落水洞、天生橋以及石芽分布普遍，泉點枯季流量12.92～283.4 L/s，原詳查報告鉆孔抽水試驗單位涌水量0.002 56～0.35 L/s·m，是礦井底板間接充水含水層，對深部煤層開采影響大。

2.2 斷層的水文地質(zhì)特征

井田及周邊共有7條主要斷層，其破碎帶水文地質(zhì)特征如下：

(1)F1-19正斷層。為井田北西側(cè)邊界斷層，走向長9 km，斷層落差達50～500 m。傾向約293°，傾角70°，斷層破碎帶巖芯破碎，呈角礫、碎塊狀，斷層附近節(jié)理裂隙發(fā)育，地表與斷層接觸的地層巖性有碎屑巖和可溶性碳酸巖，在斷層影響帶的碳酸鹽巖地段有泉出露，碎屑巖一側(cè)未出露泉點，因而該斷層導(dǎo)水性和富水性明顯受兩盤巖性的制約。

(2)F426逆斷層。位于井田南部及東部，近東西走向，走向長約10 km。在井田西部斜交于F1-19，斷層傾角45°～55°，一般45°。斷層落差550 m，切斷整個煤系地層，影響較大。斷層破碎帶巖芯呈角礫、碎塊狀，具有強烈擠壓現(xiàn)象，斷層附近節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性大于正常地層，對礦井充水影響較大。

(3)F405逆斷層。位于井田東北部，走向北東20°，井田內(nèi)走向長2 km，傾向110°，傾角70°。斷層落差20 m，斷層破碎帶明顯，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性大于正常地層，對礦井充水有一定影響。

(4)F406正斷層。位于F405斷層北部1 km處，走向北東50°，井田內(nèi)走向長1 700 m，傾向140°，傾角70°。斷層落差20 m，斷層破碎帶巖芯呈角礫、碎塊狀，富水性大于正常地層，對礦井充水有一定影響。

(5)F428逆斷層。位于井田東南部，走向北東50°，井田內(nèi)走向長2 800 m，傾向310°，傾角80°。斷層落差55 m，斷層破碎帶巖芯呈角礫、碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性大于正常地層，對礦井充水有一定影響。

(6)F427正斷層。位于井田南部，走向北東85°，長2 600 m，傾向175°，傾角70°。斷層落差30 m，斷層破碎帶巖芯呈角礫、碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性相對較強，大于正常地層，對礦井充水有較大影響。

(7)F430正斷層。位于井田西南角一帶，走向北東35°，井田內(nèi)走向長2.2 km，傾向125°，傾角70°。斷層落差100 m，斷層破碎帶巖芯呈角礫、碎塊狀，節(jié)理裂隙發(fā)育，富水性相對較強，大于正常地層，對礦井充水有一定影響。

3 礦井充水因素分析及涌水量預(yù)測

3.1 礦井充水因素分析

雨汪煤礦屬構(gòu)造剝蝕與巖溶中山地貌。井田南西部有丕德河，東北部有岔河。礦區(qū)地形切割強烈，地表坡度大，大氣降水極易形成地表徑流。龍?zhí)督M主含煤段及卡以頭組含水層在井田范圍內(nèi)基本未出露，其含水層地下水主要來自淺部的含煤地層出露區(qū)大氣降水入滲徑流，及上覆含水地層沿破碎影響帶垂直補給，以弱裂隙水向深部徑流，富水性弱。煤巷中一般少見出水、淋水、滴水現(xiàn)象，多為中小斷裂影響帶的涌水量。據(jù)井田現(xiàn)有資料分析，除局部地段因斷層導(dǎo)致主含煤段與上、下含水層溝通，產(chǎn)生斷層影響帶出水外，沒有太多的補給源，礦井充水以消耗弱裂隙含水層靜儲量為主。根據(jù)井田水文地質(zhì)條件，礦床充水因素主要是：

(1)大氣降水和河溝水主要通過淺部的含煤地層出露區(qū)的地表風(fēng)化裂隙和構(gòu)造裂隙以緩慢滲透形式間接對礦井充水。

(2)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M主含煤段砂巖弱裂隙含水層水，受采動破壞直接進入采掘空間，對礦井直接充水。

(3)當巷道接近或揭露斷層破碎帶時，地下水對礦井直接充水；上覆含水層也可通過破碎帶或構(gòu)造裂隙對礦井間接充水。

3.2 礦井涌水量預(yù)測

雨汪煤礦一井屬在建礦井，采用立井多水平開拓，第一開采水平為1 250 m。井田內(nèi)目前無礦井開采，毗鄰的白龍山一井與本井田處于同一水文地質(zhì)單元，水文地質(zhì)條件相似，開采方法基本相同。該礦井開拓系統(tǒng)及回采塌陷裂隙已基本形成，因此采用水文地質(zhì)比擬法預(yù)測井田第一水平礦井涌水量。據(jù)對雨汪煤礦一井田礦床充水因素調(diào)查，礦井充水以消耗弱裂隙含水層靜儲量為主，井田目前只是掘進巷道，尚未形成開拓系統(tǒng)及回采塌陷裂隙，而主含煤段含水層具有承壓性，富水性向深部減弱，因此采用涌水量與水位降深呈正比關(guān)系，與開拓面積呈曲線關(guān)系，預(yù)測礦井平均涌水量為

(1)

式(1)中,Q為預(yù)測礦井平均涌水量，m3/d；Q0為白龍山煤礦平均巷道涌水量，Q0=310.4 m3/d；F為涌水量計算范圍面積，即C3煤層底板等高線先期開采地段范圍內(nèi)1 250 m水平以上預(yù)算面積，經(jīng)計算F=6 480 000 m2；F0為白龍山煤礦目前巷道控制范圍面積，F(xiàn)0=471 877 m2；S為預(yù)測區(qū)水位降深，采用本次勘探范圍內(nèi)主含煤段、卡以頭組鉆孔地下水穩(wěn)定水位平均值與預(yù)算水平1 250 m之差，即S=1 714.42-1250=464.42(m)；S0為白龍山煤礦巷道初見水位1 380.8 m與煤層巷道最低平均標高1 243.11 m之差，即S0=1 380.8-1 243.11=137.69 m。

將以上各參數(shù)值代入式(1)，預(yù)測結(jié)果：雨汪煤礦一井田平均涌水量為3.88×103m3/d。

4 礦井水害防治措施

4.1 礦山生產(chǎn)中的水文地質(zhì)問題

基于上述水文地質(zhì)條件分析，隨著礦井建設(shè)及開采推進，雨汪煤礦一井開采過程中可能會受多種潛在水害影響。

(1)季節(jié)性地表水體在巷道施工與開采中，特別是開采中后期通過斷層及采空塌陷裂隙等導(dǎo)水通道，溝通與其他含水層的水力聯(lián)系，沿導(dǎo)水裂隙滲入礦井發(fā)生淹井事故[2]，所以礦山必須嚴格按照設(shè)計部門要求預(yù)留保護煤柱。

(2)巷道掘進、煤層開采過程中，導(dǎo)水斷層或破碎帶很可能溝通礦床與煤系間接底板巖溶含水層而產(chǎn)生大量涌水，因而礦山必須提前做好預(yù)防井下涌水預(yù)案，增設(shè)排水的設(shè)施，加大排水的力度。

(3)未開采煤層大部分位于最低侵蝕基準面以下，當井下探采活動遠遠低于侵蝕基準面以下時，井田地下水的補給、徑流、排泄條件將產(chǎn)生較大變化，井田水文地質(zhì)條件將會變得更加復(fù)雜。

4.2 礦井水害防治對策

針對雨汪煤礦一井水文地質(zhì)特征，結(jié)合礦井充水因素及防治水技術(shù)現(xiàn)狀，提出相應(yīng)防治水對策。

(1)加強“雨季四防”工作，時刻關(guān)注天氣情況，及時清理疏通地面，防止淤積堵塞，定期檢查泄洪溝等設(shè)施的完好情況，發(fā)現(xiàn)於堵及時清理，保證地表水流順暢通過[3]。制定相應(yīng)防洪措施，防止地表水滲入礦井發(fā)生淹井事故。

(2)礦井應(yīng)成立專門的防治水管理機構(gòu)，完善礦井防治水組織機構(gòu)及各崗位職責，配備防治水專業(yè)技術(shù)人員，建立專業(yè)的防治水隊伍，配齊探放水設(shè)備。制定完善的防治水專業(yè)管理制度和水害的預(yù)測預(yù)報制度，建立井下防水救災(zāi)應(yīng)急預(yù)案[4]，發(fā)現(xiàn)水情及時處理。

(3)在礦山建設(shè)施工及運行期間，于地下含水層中設(shè)置動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，同時與礦山井下、井上其他涌水監(jiān)測系統(tǒng)相結(jié)合，時刻監(jiān)測礦山水情信息，切實做到水情問題超前預(yù)測，提前處理。

(4)對井田范圍內(nèi)的斷層及其破碎帶采用物探、化探和鉆探等綜合探測技術(shù)手段，進行超前探水，進一步探查其水文地質(zhì)特征其導(dǎo)(含)水性，預(yù)留超前距離不小于20 m，導(dǎo)水斷層與強含水層聯(lián)通時，嚴格按《煤礦安全規(guī)程》《煤礦防治水規(guī)定》留設(shè)合理的防水煤柱。

(5)隨著礦山生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，開采深度和開采條件不斷變化，各種水情水害問題逐漸顯露，要及時編制礦井防治水工作的中到長期規(guī)劃及實施方案[5]，對可能構(gòu)成水害威脅的區(qū)域，采用物探、化探和鉆探等綜合探測技術(shù)手段，提前查清涌水水源、涌水通道、預(yù)測礦井涌水量，以便及時指導(dǎo)礦山防治水工作。

(6)加強對全礦職工水害相關(guān)知識培訓(xùn)、教育，提升全員安全意識和素質(zhì)，如對各種水情水害的識別。切實做到時刻不忘落實“三大規(guī)程”，堅決鏟除“三違”滋生土壤，在生產(chǎn)過程中切實保障“預(yù)測預(yù)報、有疑必探、先探后掘、先治后采”[6]。用科學(xué)的方式方法確保礦山安全高效生產(chǎn)。

5 結(jié)論

本文旨在針對礦山未來生產(chǎn)過程中可能存在危害礦山安全的各種水文地質(zhì)問題，通過詳細的礦山水文地質(zhì)、涌水因素等條件的分析，提出合理的礦山水情水害防治措施，采用“防、疏、堵、截、排”五位一體的科學(xué)綜合防治方式，保證礦山安全生產(chǎn)，對礦山井巷道建設(shè)及防治水安全生產(chǎn)具有一定指導(dǎo)作用