郭 峰

（潞安環(huán)能股份公司 余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046103）

石圪節(jié)煤礦地質(zhì)條件分析及水害防治措施

郭 峰

（潞安環(huán)能股份公司 余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046103）

主要根據(jù)礦區(qū)水文地質(zhì)條件、主要隔水層、構(gòu)造等因素，分析石圪節(jié)煤礦目前存在的各種水害威脅，提出了治理這些水害的方法，為煤礦防治水害提供切實(shí)可行的思路和手段。

水害；威脅；治理

石圪節(jié)煤礦位于沁水盆地的東側(cè)。井田內(nèi)開采煤層主要分布在二疊系下統(tǒng)山西組和石炭系上統(tǒng)太原組，經(jīng)過70多年的開采，井田內(nèi)山西組3號(hào)煤層大部分采空，現(xiàn)開采太原組15號(hào)煤層。15號(hào)煤層開采在潞安來講，無先例可循，鑒于此及周邊復(fù)雜的水害隱患，專門針對(duì)礦區(qū)的地質(zhì)條件進(jìn)行研究，分析水害的各種因素，對(duì)未來礦井水害防治提出建設(shè)性意見。

該井田內(nèi)大部分為第四系黃土覆蓋區(qū),僅有零星的二疊系基巖出露，無大的地表水體，但井田內(nèi)有多處小型蓄水池，降雨后地面有部分積水。無常年性河流，僅有季節(jié)性河流,河流流量隨季節(jié)性變化明顯,雨季時(shí)常有洪水發(fā)生,其余季節(jié)河流流量很小或斷流。

1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

1.1 主要含水巖層

奧陶系中統(tǒng)（O2）巖溶裂隙含水層，井田內(nèi)該含水層埋藏深度在148.70 m～354.00 m，含水層主要由石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r等組成，含水空間以巖溶裂隙為主。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)水源井資料，含水層主要在上馬家溝組中上部及峰峰組上下部之間的石灰?guī)r與泥灰?guī)r的接觸部位，根據(jù)抽水試驗(yàn)，單位涌水量 3.11 L/s·m，滲透系數(shù) 0.47 m/d～3.15 m/d，水位標(biāo)高638 m～640 m，為強(qiáng)富水性含水層，水質(zhì)HCO3－Ca·Mg型。由于礦區(qū)及周邊地區(qū)過量開采奧灰?guī)r溶裂隙水，奧灰水位標(biāo)高由上世紀(jì)70年代的720m降至現(xiàn)在的水位標(biāo)高640 m，部分地段已低于辛安泉泉水出露標(biāo)高，局部形成降落漏斗，水位下降對(duì)開采15號(hào)煤層有利，可消除對(duì)其底板產(chǎn)生突水的威脅。

1.2 石炭上統(tǒng)太原組（C3t）含水層組

井田內(nèi)地表無出露，為碎屑巖夾碳酸鹽巖層間巖溶裂隙含水層，含水層主要由 K2、K3、K4、K5等石灰?guī)r組成，含水空間以巖溶裂隙為主，構(gòu)成太原組各煤層的直接充水含水層。

K2石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，為14號(hào)煤層直接頂板，距15-1號(hào)煤層頂平均間距4.33m，距15-2號(hào)煤頂層平均間距7.75m，距15-3號(hào)煤層頂平均間距10.28 m，分布范圍廣，K2石灰?guī)r厚度2.20 m～17.95 m，平均7.80 m，垂直裂隙發(fā)育，部分被方解石充填，見溶孔，少數(shù)鉆孔裂隙面上有水銹，部分鉆孔在該層段鉆進(jìn)時(shí)沖洗液有漏失現(xiàn)象，最大消耗量達(dá)15m3/h。

石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，井田內(nèi)2-1號(hào)鉆孔對(duì)太原組進(jìn)行混合注水試驗(yàn)，單位注水量q=0.068 L/s·m，滲透系數(shù)K=0.6330m/d，水位標(biāo)高804.02 m。另據(jù)鄰區(qū)43號(hào)鉆孔對(duì)該含水層進(jìn)行注水試驗(yàn)，單位注水量 q=0.000046L/s·m～0.00047L/s·m，滲透系數(shù)K=0.00039m/d～0.0011m/d。

對(duì)井田注水試驗(yàn)資料與鄰區(qū)注水試驗(yàn)資料對(duì)比，說明太原組巖溶裂隙發(fā)育不均一，富水性差異較大，但仍屬于弱富水性含水層。

1.3 上石盒子組（P1s）砂巖裂隙含水層

為碎屑巖裂隙含水層，井田內(nèi)有零星的出露，含水層主要由中、粗粒砂巖等組成。含水空間以構(gòu)造裂隙為主。含水層埋藏淺或出露于地表時(shí)，含水空間以風(fēng)化裂隙為主，成為基巖風(fēng)化帶砂巖裂隙含水層。據(jù)鉆探資料，砂巖裂隙較發(fā)育，鉆進(jìn)至該層位時(shí)，消耗量較大，最大達(dá)15.0m3/h。

1.4 基巖風(fēng)化帶砂巖裂隙含水層

井田內(nèi)零星出露，為碎屑巖裂隙含水層組，含水層主要由粗-細(xì)粒砂巖組成，含水空間以風(fēng)化裂隙為主，富水性取決于風(fēng)化裂隙發(fā)育程度，風(fēng)化裂隙發(fā)育程度受構(gòu)造、巖性及埋藏深度等條件的影響，其富水性差異較大。井田內(nèi)風(fēng)化裂隙發(fā)育深度一般在基巖面以下60m左右，強(qiáng)風(fēng)化帶一般在界面以下達(dá)30m左右。在該層段鉆進(jìn)時(shí)，沖洗液有漏失現(xiàn)象，最大漏失量為15.0m3/h。

1.5 第四系松散巖類孔隙含水層

為第四系松散巖類孔隙水，井田內(nèi)大面積出露，含水層主要由砂土及砂礫石組成，含水空間以孔隙為主，厚度變化較大，為0.00 m～68.11 m，富水性受大氣降水、地形、巖性的影響明顯，在不同地方富水性差異較大。

據(jù)鄰區(qū)43號(hào)鉆孔對(duì)第四系松散巖類孔隙含水層與基巖風(fēng)化帶砂巖裂隙含水層進(jìn)行混合抽水抽水試驗(yàn)資料，單位涌水量q=0.474 1 L/s·m，滲透系數(shù)K=1.19m/d，為中等富水性含水層。

2 主要隔水層

石炭系上統(tǒng)太原組15-3號(hào)煤層底部至中統(tǒng)本溪組底隔水層，巖性主要為灰綠色泥巖、鋁質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖組成，厚度12.40 m～20.40 m，平均16.66 m，透水性差，平行不整合于峰峰組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層之上，阻隔其上、下含水層的水力聯(lián)系。

太原組上部石灰?guī)r層間隔水層，主要由灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成，分布于各石灰?guī)r含水層之間，起層間隔水的作用。

二疊系砂巖含水層層間隔水層，主要由泥巖、砂質(zhì)泥巖等組成，呈層狀分布于各砂巖含水層之間，形成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，起層間隔水作用。

3 構(gòu)造對(duì)水文地質(zhì)條件的影響

褶曲。井田基本構(gòu)造形態(tài)為一向西傾斜的單斜構(gòu)造，局部發(fā)育寬緩的向背斜，其軸部裂隙發(fā)育，成為相對(duì)富水部位。

斷層。井田內(nèi)目前有兩條小的斷層，斷距8m～22 m，傾角70°，另外根據(jù)開采3號(hào)煤層的情況，發(fā)育有1m～14m的正斷層，生產(chǎn)中未發(fā)現(xiàn)對(duì)礦井涌水產(chǎn)生明顯的影響。

陷落柱。開采3號(hào)煤層時(shí)，發(fā)現(xiàn)有九個(gè)陷落柱，平面最小面積為1 142 m2，最大面積為21 195 m2，生產(chǎn)中也未發(fā)現(xiàn)對(duì)礦井涌水產(chǎn)生明顯的影響。

根據(jù)對(duì)3號(hào)煤層開采的實(shí)際礦井涌水量資料，礦井涌水量與大氣降水有一定的規(guī)律，一般在降雨一個(gè)月以后，礦井涌水量有所增加，說明斷層和陷落柱對(duì)礦井涌水存在影響。

4 主要含水層補(bǔ)給、逕流、排泄條件

第四系松散含水層主要接受大氣降水的補(bǔ)給，其逕流、排泄區(qū)不明顯，其下伏基巖風(fēng)化帶含水層在淺埋區(qū)除可直接接受大氣降水補(bǔ)給外，可接受第四系含水層的補(bǔ)給。在不同地段，不同時(shí)期第四系含水層與基巖風(fēng)化帶含水層可互為補(bǔ)給含水層。

井田內(nèi)碎屑巖含水層及石炭系上統(tǒng)層間巖溶裂隙含水層，其間有厚度不等的泥巖隔水層相隔，相互水力聯(lián)系差，主要以相互平行的層間逕流為主，僅在構(gòu)造部位或淺埋區(qū)才可與其它含水層發(fā)生直接的水力聯(lián)系。

奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層是區(qū)內(nèi)主要含水層之一，位于辛安泉域由北向南的逕流帶上，在構(gòu)造部位可能與其它含水層發(fā)生水力聯(lián)系。

5 鄰近生產(chǎn)礦井充水因素分析

井田周圍目前尚無大型礦井開采15號(hào)煤層，只有小型煤窯正在開采，其中一個(gè)煤礦開采15-3號(hào)煤層，年產(chǎn)量6萬t，目前礦井涌水量80 m3/d。另一個(gè)煤礦開采15-1號(hào)煤層，據(jù)了解礦井充水主要來自頂板石灰?guī)r含水層。

6 井田15號(hào)煤層水患及防治措施

頂板充水，頂板直接充水水源為其頂板太原組K2石灰?guī)r巖溶裂隙水。由于開采時(shí)形成的導(dǎo)水裂隙帶，可能溝通太原組其它石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，其導(dǎo)水裂隙帶高度見下面公式計(jì)算結(jié)果。

式中：Hf為導(dǎo)水裂隙帶（包括冒落帶最大高度），m；M為煤層厚度，平均1.82 m；n為煤分層開采層數(shù)1層。

按一次采全高計(jì)算，預(yù)算全井田煤層開采時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶高度為18.31 m～144.76 m，一般51.64 m?？蓽贤ㄌM各石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。15-3號(hào)煤層頂距3號(hào)煤層底板間距為116.33 m～140.33 m，除去開采3號(hào)煤層底板擾動(dòng)破壞帶（按經(jīng)驗(yàn)值取13 m）后為103.33 m～127.33 m，在15號(hào)煤層較厚的地方開采時(shí)可通過導(dǎo)水裂隙帶使3號(hào)煤層采空區(qū)積水進(jìn)入礦井，引起礦井突水。東部埋藏較淺的地方可直接溝通大氣降水及基巖風(fēng)化帶含水層第四系含水層，生產(chǎn)中應(yīng)引起注意，開采過程中留設(shè)防水煤（巖）柱。

斷層或陷落柱充水，根據(jù)本次資料，井田內(nèi)主要有2條正斷層，小斷層14條，7個(gè)陷落柱，在開采3號(hào)煤層的過程中未發(fā)現(xiàn)斷層和陷落柱引起礦井突水事件，但并不能排除開采15號(hào)煤層時(shí)3號(hào)煤層采空區(qū)積水，通過斷層或陷落柱產(chǎn)生側(cè)向或垂向向礦井突水的可能。因此應(yīng)加強(qiáng)對(duì)井田內(nèi)構(gòu)造、水文地質(zhì)方面的研究工作,并堅(jiān)特“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探,先探后掘，先治后采”的原則。

底板充水，全井田15號(hào)煤層底板最低標(biāo)高645.07 m，位于奧灰水位標(biāo)高以上,不會(huì)引起底板突水。值得注意的是，在上世紀(jì)70年代，該區(qū)奧灰水位標(biāo)高在720 m左右，至目前為止降至640 m，隨著全民節(jié)水意識(shí)的加強(qiáng)，或遇豐水年份時(shí)，奧灰水位有上升的可能，生產(chǎn)部門應(yīng)密切監(jiān)視奧灰水位恢復(fù)情況，預(yù)防底板突水事件的發(fā)生。

人為通道，開采爆破引起的裂隙及鉆孔封閉不良，也可形成導(dǎo)水通道。應(yīng)加大排水力度。

采空區(qū)積水或越界開采，3號(hào)煤層采空區(qū)積水位于15號(hào)煤層之上，是開采15號(hào)煤層的一大安全隱患，開采15煤層時(shí)任何于采空區(qū)積水溝通的通道均可引起礦井突水，特別是在向斜軸部的采空區(qū)，易富集采空區(qū)積水。同時(shí)區(qū)內(nèi)15號(hào)煤層采空區(qū)積水或越界開采也可引起礦井突水。因此在開采15號(hào)煤層時(shí)需做好探放水的工作，防止造成水災(zāi)。

7 結(jié)論

綜上所述，該礦以煤水共采、超前探采為理念，“有疑必探，先探后掘”，真正實(shí)現(xiàn)由事后排水向超前防水，有突然涌水向均衡采水，由動(dòng)壓突水到靜壓抽水的轉(zhuǎn)變，真正實(shí)現(xiàn)從被動(dòng)防治向主動(dòng)防治的根本轉(zhuǎn)型，全面構(gòu)建安全的防治水體系，提升煤礦安全保障能力。

[1]賈琇明.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2]王宏斌，劉伯.礦井水害防治技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[3]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦防治水規(guī)定［S］.2009.

Discussion on Geological Condition and Water Disaster Treatment in Shigejie Mine

GUO Feng
(Yuwu Coal Co.,Lu'an Environment and Energy Co.,Changzhi Shanxi 046103，China)

On the basis of hydro-geological condition,water-resisting strata,and composition of Shigejie mining area,the paper analysis various water disasters,and then proposes some treatment advice and feasible approaches for water disaster protection.

water disaster;threatening;treatment

TD823.9

A

1672-5050（2010）11-0032-03

編輯：劉新光

2010-09-17

郭 峰（1965—），男，河南林州人，本科，工程師，主要從事煤礦管理工作。