王 宏
(山西省水文水資源勘測(cè)局,山西 太原 030001)
霍州煤電集團(tuán)公司是全國(guó)少有的低硫焦煤基地之一,根據(jù)集團(tuán)總體發(fā)展規(guī)劃,需要建設(shè)包括干河礦井在內(nèi)的幾對(duì)大型骨干礦井,以彌補(bǔ)礦區(qū)老礦井的產(chǎn)量大幅衰減,加大礦區(qū)的規(guī)模。干河礦井批準(zhǔn)生產(chǎn)規(guī)模210萬(wàn) t/a,井田面積為35.56 km2。礦井采用立井兩個(gè)水平開(kāi)采,+80 m水平為上水平,主采上組煤1、2#煤,平均埋深500 m;-15 m水平為下水平,主采下組煤7下、9、11#煤,平均埋深600 m。
干河井田位于山西省洪洞縣北部,其行政轄區(qū)大部分為洪洞縣堤村鄉(xiāng),北部邊緣地帶屬于汾西縣團(tuán)柏鄉(xiāng),跨洪洞、汾西兩縣,井田處于郭莊泉域范圍內(nèi),位于泉域巖溶水南部埋藏徑流—滯流區(qū),處于泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)的南邊界,在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)約2.7 km2。
干河井田南北邊界分別以下團(tuán)柏?cái)鄬雍拖聫埗藬鄬訛榻?如圖1),且規(guī)模較大,因此,井田內(nèi)具有重要水文地質(zhì)意義的主要是井田邊界斷層,其性質(zhì)如下:
北邊界下團(tuán)柏?cái)鄬游挥诰锉蔽鞑窟吔?,總體近NE向延展,靠近井田東邊界一帶轉(zhuǎn)向NEE向,傾向SE,傾角70°,為南東盤(pán)下降的正斷層,落差280~350 m;北邊界F1斷層位于井田北部下團(tuán)柏?cái)鄬觾?nèi)側(cè)的正斷層,相距約150~200 m,是一條與下團(tuán)柏?cái)鄬悠叫醒诱埂㈦A梯狀分布的派生斷裂構(gòu)造,傾角約為70°,落差20~180 m,井田內(nèi)延伸長(zhǎng)度約5 400 m,該斷層為隱伏斷裂;南邊界下張端斷層位于井田南邊界,走向N26°E向NNE向延伸,傾向SE,為南東盤(pán)下降的正斷層,區(qū)內(nèi)延展長(zhǎng)度7 500 m,斷層下盤(pán)干河井田全部為黃土覆蓋,斷層傾角約為70°,斷層斷距約35~100 m。
根據(jù)干河井田邊界斷層兩盤(pán)地層對(duì)接情況,下團(tuán)柏?cái)鄬由媳P(pán)2、11#煤層均與下盤(pán)O2灰?guī)r地層對(duì)接,下盤(pán)巖溶水對(duì)上盤(pán)煤系地層有側(cè)滲補(bǔ)給作用;F1斷層西段采區(qū)上盤(pán)2、11#煤層與O2灰?guī)r地層對(duì)接,東段采區(qū)上盤(pán)2、11#煤層與C砂頁(yè)巖地層和O2灰?guī)r地層對(duì)接,F(xiàn)1斷層下盤(pán)巖溶水的側(cè)滲補(bǔ)給雖然不及下團(tuán)柏?cái)鄬訌?qiáng),但F1斷層距離下團(tuán)柏?cái)鄬觾H150~200 m,富水性較強(qiáng)的巖溶水仍有可能通過(guò)F1斷層而側(cè)滲補(bǔ)給上盤(pán)煤系地層。
井田內(nèi)奧陶系灰?guī)r含水層屬于郭莊泉域南部埋藏徑流—滯流區(qū),含水層巖溶裂隙發(fā)育,地下水補(bǔ)、蓄條件良好,根據(jù)干河礦水源井奧灰水混合抽水試驗(yàn),單位涌水量1.767 L/s·m,富水性較強(qiáng)。但干河井田位處奧灰深埋區(qū)(奧灰埋藏深450~700 m),不可能直接獲得大氣降水入滲及地表水的滲漏補(bǔ)給,其上覆含水層中的越流補(bǔ)給量也極為有限,因此主要補(bǔ)給來(lái)自側(cè)向徑流補(bǔ)給,下團(tuán)柏?cái)鄬?、下張端斷層局部?dǎo)水,使得奧灰含水層水流從井田北部向南部逕流。井田區(qū)內(nèi),巖溶水的排泄是以潛流形式補(bǔ)給鄰區(qū)含水層。
圖1 干河井田邊界斷層示意圖
根據(jù)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算,上組煤2#煤層導(dǎo)水裂隙帶高度為62.7 m,2#煤層開(kāi)采產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶將主要影響到山西組和下石盒子組含水層,而對(duì)以上含水層不會(huì)造成影響,導(dǎo)水裂縫帶距離地面尚有300多m,在沒(méi)有斷層導(dǎo)水的情況下,2#煤層開(kāi)采形成的導(dǎo)水裂縫帶波及不到地表,對(duì)地表水亦沒(méi)有影響。
礦區(qū)內(nèi)2#煤層底板等高線(xiàn)在-30~320 m之間,礦區(qū)奧灰水位標(biāo)高為520.97 m,煤層全部位于奧灰靜水位之下,為帶壓開(kāi)采。礦區(qū)內(nèi)2#煤層埋深500 m左右,奧灰頂板埋深為600 m,二者高差約100 m。奧陶系石灰?guī)r頂部本溪組主要含鐵鋁巖、泥巖,可視為隔水層,平均厚度為14.92 m,煤層在其上部,在正常條件下,2#煤層開(kāi)采對(duì)奧灰水沒(méi)有影響,但存在導(dǎo)水?dāng)鄬拥那闆r下,也不能排除突水的可能。
根據(jù)突水系數(shù)計(jì)算,下組煤7下#煤層O2灰?guī)r巖溶水突水系數(shù)介于0.06~0.121 MPa/m之間,9#煤層O2灰?guī)r巖溶水突水系數(shù)介于0.107~0.628 MPa/m之間,11#煤層 O2灰?guī)r巖溶水突水系數(shù)介于0.218~0.786 MPa/m之間。由于本井田斷層數(shù)量多,邊界斷層斷距大,井田構(gòu)造比較發(fā)育,因此采用0.06 MPa/m臨界值為突水危險(xiǎn)區(qū)的依據(jù),則下組煤7下、9、11#煤層帶壓開(kāi)采底板突水系數(shù)均大于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m,由于下組煤水文地質(zhì)條件復(fù)雜,有導(dǎo)水構(gòu)造存在的條件下,極具底板突水的可能。
(1)干河井田地處郭莊泉域巖溶水系統(tǒng)南部徑流排泄區(qū),泉口之南汾河河谷西側(cè),井田北東部約2.7 km2的面積在泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍之內(nèi)。根據(jù)《山西省泉域水資源保護(hù)條例》,泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)內(nèi)禁止建設(shè)項(xiàng)目,因此,位于郭莊泉域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)范圍之內(nèi)的井田面積2.7 km2禁止煤炭開(kāi)采。
(2)根據(jù)北邊界下團(tuán)柏?cái)鄬訉?dǎo)水性分析,在礦井開(kāi)采條件下,斷層一側(cè)奧灰含水層滲透能力強(qiáng),傳導(dǎo)快,是斷層另一側(cè)煤系含水層的主要充水水源之一,但局部F1斷層上盤(pán)煤系地層段與下盤(pán)奧灰含水層接觸,滲透能力弱,傳導(dǎo)慢,該段可視為相對(duì)阻水。因此,井田開(kāi)采北邊界應(yīng)以F1斷層為界,并根據(jù)有關(guān)規(guī)范在F1邊界留設(shè)足夠的保安煤柱墻。
(3)干河井田下組煤底板所承受的奧灰水壓已超過(guò)臨界突水系數(shù)(0.06 MPa/m)的多倍,由于下組煤水文地質(zhì)條件復(fù)雜,開(kāi)采下組煤時(shí)極具底板突水的可能,因此,為保護(hù)郭莊泉巖溶水資源,確保煤炭開(kāi)采不影響巖溶水,禁止開(kāi)采下組煤。
(4)礦井應(yīng)查清井田內(nèi)帶壓開(kāi)采條件,禁止采用降壓排水進(jìn)行采煤,制定帶壓開(kāi)采條件下防治奧灰水突水的應(yīng)急預(yù)案。
干河礦井是北邊界緊鄰郭莊泉域泉源排泄帶(井田位于泉口西南1 km)的大水礦床,水文地質(zhì)條件復(fù)雜,下組煤7下、9、11#煤層帶壓開(kāi)采O2灰?guī)r底板突水系數(shù)均大于臨界突水系數(shù)0.06 MPa/m,礦井煤炭開(kāi)采過(guò)程中均存在底板突水的可能性,且邊界斷層局部導(dǎo)水,因此,為了保護(hù)郭莊泉巖溶水資源,禁止采用降壓排水進(jìn)行采煤,禁止開(kāi)采下組煤,在井田邊界及斷層附近必須留設(shè)足夠的保安煤柱墻,并制定帶壓開(kāi)采條件下防治奧灰水突水的應(yīng)急預(yù)案。
[1]霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司霍寶干河煤礦邊界斷層產(chǎn)狀及導(dǎo)水性勘查報(bào)告[M].中國(guó)煤炭地質(zhì)總局水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)勘查院,2009.
[2]山西霍寶干河煤礦有限公司水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探報(bào)告[M].煤炭科學(xué)研究總院西安研究院,2009.
[3]山西省泉域邊界范圍及重點(diǎn)保護(hù)區(qū)[M].山西省水資源管理委員會(huì)辦公室,1998.
[4]山西省巖溶泉域水資源保護(hù)[M].山西省水利廳,中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院巖溶地質(zhì)研究所,山西省水資源管理委員會(huì).北京:中國(guó)水利水電出版社,2008.