李嘉欣, 左耀東, 劉普查

((1.成都理工大學(xué),四川 成都 610059; 2.四川省三巖地質(zhì)勘查有限公司,四川 成都 610000)

四川珙縣麻塘村煤礦水患研究及防治

李嘉欣1, 左耀東2, 劉普查2

((1.成都理工大學(xué),四川 成都 610059; 2.四川省三巖地質(zhì)勘查有限公司,四川 成都 610000)

運(yùn)用礦井充水因素分析法以及水文地質(zhì)比擬法對珙縣麻塘村煤礦進(jìn)行水患研究,研究表明,通過采空導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入坑道的煤層頂板砂巖裂隙水是水患的主要充水來源,采空區(qū)是主要的過水通道;采用水文地質(zhì)比擬法對涌水量進(jìn)行預(yù)測,得出麻塘村煤廠與高石煤廠正常涌水量分別為3 763.2 m3/d、547.2 m3/d,汛期最大涌水量分別為7 051.2 m3/d、864 m3/d。針對麻塘村煤礦的水患特點(diǎn),提出了有針對性的水患防治對策,為今后礦井開展防治水工作提供經(jīng)驗參考。

煤礦水患;充水因素;涌水量;防治水

1 礦區(qū)概況

麻塘村煤礦位于四川珙縣洛表鎮(zhèn)民權(quán)村四社,礦山位于珙縣縣城170°方向,直線距離50 km。礦區(qū)中心點(diǎn)地理坐標(biāo)為東經(jīng):28°01′29″,北緯:104°47′08″,東西長約3.82 km,南北寬約0.79 km,井田面積為3.024 km2,煤層開采深度為+950～+500 m。礦區(qū)內(nèi)及附近山勢分布與巖層走向一致,呈北東—南西向延伸,地形北高南低,海拔約+670～+1 198.8 m,相對高差約528 m。地表沖溝發(fā)育,切割強(qiáng)烈,屬中低山地貌。三哥莊至后山坳口山頂一線構(gòu)成地表分水嶺,橫向溝谷溪水分別向北西、南東流泄。

麻塘村煤礦包括原麻塘村煤廠、原珙縣飛躍煤廠、原高石煤廠。根據(jù)煤層與主要充水含水層的空間關(guān)系,以及礦井主要突水點(diǎn)分布位置,確定珙縣麻塘村煤廠與高石煤廠充水方式屬頂板裂隙充水。

2 地質(zhì)及水文地質(zhì)特征

2.1 地質(zhì)概況

(1) 地層巖性。麻塘村煤礦區(qū)出露地層由老至新有二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m)、二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P2β)、二疊系上統(tǒng)宣威組(P2x)、三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f)、三疊系下統(tǒng)嘉陵江組(T1j)、第四系(Q)(見圖1),分述如下:

① 二疊系下統(tǒng)茅口組(P1m),上部巖性為深灰色、灰色厚層狀生物灰?guī)r夾中厚層灰?guī)r,中部為淺灰、灰白巨厚層狀灰?guī)r,底部含深灰色、黑灰色生物碎屑灰?guī)r。

② 晚二疊世玄武巖(P2β),巖性主要為暗灰色、深灰色塊狀、杏仁狀玄武巖,具有塊狀、杏仁狀、氣孔狀構(gòu)造,柱狀節(jié)理發(fā)育。其礦物成分以基性斜長石、輝石、綠泥石為主,頂部通常為凝灰?guī)r,與下伏茅口組呈平行不整合接觸。

③ 二疊系上統(tǒng)宣威組(P2x),巖性以灰、深灰色中厚層狀粉砂巖為主,次為深灰色薄層泥巖與灰色厚層細(xì)粒砂巖,可燃有機(jī)巖與碳酸鹽巖較少。下部(P2x)巖性以淺灰色、灰色薄層狀泥巖為主,次為灰色厚—中厚層粉砂巖與厚層砂巖,可燃有機(jī)巖較少,視為相對隔水層。

④ 三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組(T1f),可以劃分為四段。一段(T1f1)厚約82 m,巖性為灰綠、藍(lán)灰色、淺灰綠色中厚層狀綠泥石質(zhì)粉砂巖夾薄層生物碎屑灰?guī)r,下部粒度變細(xì)為砂質(zhì)泥巖,水平、波狀層理、裂隙發(fā)育,富含鈣質(zhì),底部有一層2～10 m的泥巖,與下伏宣威組整合接觸;二段(T1f2)上部、中部以紫灰色中—厚層狀泥質(zhì)粉砂巖為主,下部為粉砂巖與泥質(zhì)粉砂巖互層;三段(T1f3)由暗紫色、紫灰色薄—中厚層狀泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、薄層砂質(zhì)泥巖組成;四段(T1f4)平均厚123 m,上部、下部巖性多為暗紫色厚—中厚層狀泥巖、鈣質(zhì)粉砂巖及少量泥質(zhì)條帶;中部亦為暗紫色鈣質(zhì)粉砂巖夾薄層狀泥巖。

⑤ 嘉陵江組(T1j),只在北西側(cè)外圍出露有嘉陵江組一段(T1j1)。上部灰色、黃綠色中厚層狀灰?guī)r,間夾薄層泥質(zhì)灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r;下部紫灰色泥巖;中下部夾紫色鈣質(zhì)泥巖,與下伏地層整合接觸,本段平均厚150 m。

⑥ 第四系(Q),零星或線狀分布松散堆積層與礦區(qū)南東側(cè)分布的古滑坡體群。

含煤地層為二疊系上統(tǒng)宣威組(P2x),屬層狀礦體,含煤地層總厚149.17 m,一般含煤7層,最多可達(dá)10～15層,純煤總厚4.84 m,含煤系數(shù)3.2%。

圖1 區(qū)域水文地質(zhì)圖Fig.1 Regional hydrogeological map

(2) 構(gòu)造。礦區(qū)位于東西向的落木柔復(fù)式背斜與建武向斜之間。基本構(gòu)造形態(tài)為一走向近東西的單斜構(gòu)造,巖層傾向340°～10°,一般傾角6°～15°,為緩傾單斜構(gòu)造,根據(jù)以往地質(zhì)工作,本礦區(qū)開采范圍位于主構(gòu)造——洛表短軸背斜西翼,基本構(gòu)造形態(tài)為一北西向傾斜的單斜構(gòu)造。F356正斷層分布于本礦區(qū)的中部,走向近東西向,區(qū)內(nèi)走向長度約500 m,斷層面傾向北,傾角>60°,斷距不詳。F360正斷層位于礦區(qū)南部,走向近南北,區(qū)內(nèi)走向長度約150 m,斷層面傾向西,傾角>70°,斷距不詳。F356、F360均對煤層開采有一定的影響。隱伏斷層:經(jīng)麻塘煤廠巷道及鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)有4條小型隱伏斷層(F1、F2、F3、F57),均為正斷層,落差3～5 m,對煤層開采有一定影響。經(jīng)高石煤廠巷道揭露發(fā)現(xiàn)的3條小型隱伏斷層(F4、F5、F6),均為正斷層,落差3～6 m,對煤層開采有一定影響。

2.2 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

2.2.1 含水層和相對隔水層

研究區(qū)含水層總體可以劃分為孔隙含水層、砂巖裂隙含水層、巖溶含水層和相對隔水層,分述如下:

(1) 孔隙含水層。零星或線狀分布于礦區(qū)的第四系(Q)松散堆積層和礦區(qū)東南側(cè)的古滑坡體群,富水性較弱。

(2) 砂巖裂隙含水層。該類含水層有三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組二段(T1f2)和三段(T1f3)。其中飛仙關(guān)組三段(T1f3)富水性弱,飛仙關(guān)組二段(T1f2)在煤層開采后砂巖裂隙發(fā)育,富水性較好。

(4) 相對隔水層。礦區(qū)及周邊范圍內(nèi)的相對隔水層主要有三疊系下統(tǒng)飛仙關(guān)組一段(T1f1)和四段(T1f4)、二疊系上統(tǒng)宣威組(P2x)和峨眉山玄武巖組(P2β)。

2.2.2 地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件

礦區(qū)歷年降雨量多在902.2～1 597.9 mm,平均降雨量1 143.6 mm,且集中在5—8月以大雨或暴雨降落,9—12月為淫雨季節(jié),為裂隙水提供了充足的補(bǔ)給來源。

礦區(qū)內(nèi)飛仙關(guān)(T1f)砂巖含水層大面積出露,地表裂隙發(fā)育,接受大氣降水、地表水補(bǔ)給,隨后通過砂巖導(dǎo)水裂隙流入巷道。礦井井巷系統(tǒng)是良好的地下水集水廊道,裂隙水在水壓、重力等作用之下,不斷匯入礦井成為礦井水,礦井水經(jīng)人工抽排又補(bǔ)給地表溪溝水。原裂隙水天然流場被逐漸改造,新的裂隙水人工流場逐步形成。

3 礦井充水因素分析

珙縣麻塘村礦區(qū)礦井充水的主要因素包括地表水、采空區(qū)積水、砂巖裂隙水、巖溶裂隙水、斷層水和老窯水。

3.1 地表水

在浙江省委負(fù)責(zé)人說到美院領(lǐng)導(dǎo)強(qiáng)調(diào)社會主義現(xiàn)實主義，強(qiáng)調(diào)政治，結(jié)果影響了國畫的發(fā)展，黨外人士（代表就是潘天壽）很有意見時，毛澤東臉色一沉，突然插話：“強(qiáng)調(diào)政治就不要國畫了嗎？政治工作就是要團(tuán)結(jié)更多的人搞國畫！把那些人找來，審查他們的黨籍，看他們是不是共產(chǎn)黨員？國民黨可能還好一些，國民黨也要國畫嘛！不是共產(chǎn)黨，又不是國民黨，是什么黨？我看是第三黨?！边@導(dǎo)致包括已經(jīng)調(diào)離的江豐在內(nèi)、一批美院領(lǐng)導(dǎo)與教師在此后成了右派，而其實那都是些左派。

礦區(qū)屬長江上游一級支流的南廣河水系,內(nèi)無常年性地表水體,該范圍內(nèi)分布有較多的北西向、南東向季節(jié)性沖溝,在雨季或暴雨季節(jié)有山洪水匯流。礦區(qū)經(jīng)過長期開采后,周圍地表水多已疏干。汛期沖溝中有水,流量可增大數(shù)倍。大氣降水、季節(jié)性沖溝水沿煤層露頭采空塌陷及煤層采空導(dǎo)水裂隙入滲,成為采空區(qū)水、裂隙水、巖溶水的重要補(bǔ)給來源。

3.2 采空區(qū)積水及相鄰煤礦老窯水

3.2.1 原珙縣麻塘村煤廠

原珙縣麻塘村煤廠+770 m水平以上已基本采空,其采空區(qū)與老采空區(qū)已連成一片。目前煤層采空區(qū)面積約141 565 m2。以上采空區(qū)水主要沿煤層底板通過煤層巷道匯入主水倉。

3.2.2 原珙縣高石煤廠

原珙縣高石煤廠+880 m水平以上已基本采空,其采空區(qū)與老采空區(qū)已連成一片。目前煤層采空區(qū)面積約102 838 m2。以上采空區(qū)水主要沿煤層底板通過煤層巷道匯入主水倉。

3.2.3 原飛躍煤廠

飛躍煤廠現(xiàn)已關(guān)閉,估算空區(qū)積水量約20 000 m3。若珙縣麻塘村煤廠和珙縣高石煤廠礦井在今后的開采中,與飛躍老采空區(qū)揭穿,易造成因巷道貫通而存在透水的水害隱患。

3.3 砂巖裂隙水

礦區(qū)開采的宣威組(P2x)的無煙煤層頂板為飛仙關(guān)組二段、三段(T1f2、T1f3)砂巖、泥巖,砂巖層厚度大,裂隙發(fā)育,采空導(dǎo)水裂隙最大高度可達(dá)400 m,導(dǎo)水裂隙可穿過飛仙關(guān)組(T1f)砂巖裂隙含水層。特別是當(dāng)嘉陵江組巖溶含水層接受第四系或其自身露頭接受補(bǔ)給,煤層開采冒裂帶到達(dá)此含水層時,入滲的水會順著裂隙進(jìn)入礦井,導(dǎo)致煤層巷內(nèi)局部地段出現(xiàn)頂板淋水、滴水、小股狀涌水點(diǎn)(段)。尤其是雨季地表沖溝裂隙水將滲入礦井,導(dǎo)致涌水量增大。

3.4 巖溶裂隙水

在灰?guī)r溶洞發(fā)育的礦井中,其充水性很強(qiáng),對開采的影響很大。礦區(qū)煤層底板下存在茅口組灰?guī)r,巖層厚度為345 m,為富水性強(qiáng)的含水層。目前在有鋁質(zhì)泥巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖相隔,且無斷裂相互溝通的正常情況下,茅口組灰?guī)r水對礦井各煤田開采無影響。若后期開采下部煤層引起底板破壞、斷層以及陷落柱等情況,茅口組灰?guī)r水可能會涌入礦井[1]。

3.5 構(gòu)造斷層導(dǎo)水

麻塘村煤廠在開采和鉆孔中揭露的隱伏斷層對煤層開采影響較小,但斷層破壞了巖體的完整性,可能成為地表水入滲通道,調(diào)查發(fā)現(xiàn)未見明顯涌水現(xiàn)象,僅見滴水,在雨季涌水量有所增加。

高石煤廠在開采中揭露的隱伏斷層對煤層開采有一定影響,斷層破壞了巖體的完整性,有成為地表水入滲通道的可能,調(diào)查發(fā)現(xiàn)高石煤廠巷道在斷層經(jīng)過處有明顯涌水現(xiàn)象(主斜井900 m標(biāo)高之下至落平點(diǎn)段),呈線狀、小股狀、點(diǎn)滴水狀涌水現(xiàn)象,涌水量約0.25 mL/s,在雨季有加大的現(xiàn)象。

4 礦井涌水量預(yù)測與防治

4.1 礦井涌水現(xiàn)狀

(1) 原珙縣麻塘村煤廠:礦井水主要來自煤層頂板飛仙關(guān)組二段、三段(T1f2、T1f3)砂巖構(gòu)造及層間裂隙水和來自采空區(qū)順著煤層底板的滲水。沿C7煤層巷內(nèi)局部地段有頂板淋水、滴水、小股狀涌水點(diǎn)(段),涌水量約0.05 L/s,在主平巷距一級暗斜井口約50 m處的10 m范圍內(nèi),隱伏斷層破碎段巷道,該段涌水現(xiàn)象較明顯,呈線狀、小股狀、點(diǎn)滴狀涌水,涌水量約0.06 L/s。

(2) 原珙縣高石煤廠:+880 m水平落平處設(shè)有一主水倉,容積約800 m3,該水平之上已基本采空,水倉積水主要來自采空區(qū)水。在二級暗斜井落平處有一臨時水倉,容積約60 m3,該水倉積水主要為裂隙出水。

4.2 礦井涌水量分析

通過對珙縣麻塘村礦區(qū)水文地質(zhì)單元劃分及動態(tài)分析后,進(jìn)一步對該礦區(qū)礦井充水條件及涌水量進(jìn)行綜合研究,建立預(yù)測煤礦涌水量的水文地質(zhì)模型,本次調(diào)查采用非確定性模型方法——水文地質(zhì)比擬法,水文地質(zhì)條件相似的新設(shè)計的礦坑總涌水量,計算中所用的公式為:

(1)

式中:Q預(yù)為預(yù)測礦井正常涌水量;Q正為原礦井正常涌水量;F0為已開采面積;F為預(yù)計最大開采面積。

采用水文地質(zhì)比擬法,根據(jù)公式(1)對礦區(qū)涌水量進(jìn)行估算。麻塘村煤廠與高石煤廠為礦區(qū)內(nèi)兩個獨(dú)立的生產(chǎn)系統(tǒng),涌水量分為兩個礦井單獨(dú)估算如表1所示。

根據(jù)已知參數(shù),通過計算預(yù)測麻塘村煤廠后期開采+500 m標(biāo)高水平礦井正常涌水量為3 763.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為7 051.2 m3/d;預(yù)測高石煤廠生產(chǎn)后期開采+780 m標(biāo)高水平礦井正常涌水量為547.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為864 m3/d。

表1 礦井涌水量計算結(jié)果表

注:原礦井正常涌水量達(dá)到最大時(即原礦井最大涌水量)帶入式(1)得出預(yù)測最大涌水量。

計算預(yù)測的涌水量較大,建議在麻塘村煤廠+500 m,高石煤廠+780 m標(biāo)高處水平鋪設(shè)管道及排水設(shè)備,將巷道及采空區(qū)積水抽排至主平硐流出硐口,使其對新采區(qū)不構(gòu)成水患威脅。

4.3 礦井水患防治對策

在礦井水防治時,應(yīng)樹立很強(qiáng)的水患意識,針對生產(chǎn)中遇到的各種情況,因地制宜,根據(jù)不同的水情選取相應(yīng)的防范措施。

(1) 地面防治水:正常情況下地表水易于疏干,但汛期沖溝中水流量增大數(shù)倍。在采空塌陷及煤層采空導(dǎo)水裂隙部位,在地面應(yīng)修建攔截山洪的引流渠,雨季中監(jiān)控攔截山洪。

(2) 承壓裂隙水防治:飛仙關(guān)組二段、三段(T1f2、T1f3)砂巖裂隙水會通過采空導(dǎo)水裂隙帶進(jìn)入坑道,成為礦井主要充水水源。對砂巖裂隙水應(yīng)采取鉆孔疏水降壓措施,建立完善的抽排水系統(tǒng),經(jīng)過長期疏放,砂巖含水層井下涌水量會大大減弱。

區(qū)內(nèi)多處斷層被揭露,部分?jǐn)鄬痈浇谐袎毫严端?巷道掘進(jìn)及回采過程中查明了斷層導(dǎo)水性,對大型斷層留設(shè)防水煤柱,對小型隱伏斷層防治采用注漿堵水。

(3) 采空區(qū)積水防治:在原麻塘村煤廠和原高石煤廠煤礦后期開采時,上部煤采空區(qū)積水可能沿導(dǎo)水裂隙帶涌入下部煤工作面,分布范圍和積水量較清晰,防范措施是下部煤工作面回采之前施工探放水鉆孔時疏放;開采中若與飛躍老采空區(qū)揭穿,易導(dǎo)致巷道貫通而存在透水隱患,故按相關(guān)規(guī)定留設(shè)防水煤柱。

(4) 灰?guī)r水防治:灰?guī)r含水層為下部煤直接充水含水層,若后期開采下部煤層引起茅口組灰?guī)r水涌入礦井,則必須查明其補(bǔ)給地段及補(bǔ)給強(qiáng)度,采取注漿封堵措施,切斷灰?guī)r水的補(bǔ)給通道后再進(jìn)一步對其實施疏干。

5 結(jié)論

筆者對珙縣麻塘村煤礦水文地質(zhì)特征及水患狀況進(jìn)行了分析研究,并對礦井涌水量進(jìn)行了估算,在此基礎(chǔ)上指出了礦井防治水的具體建議措施。

珙縣麻塘村煤礦為砂巖裂隙充水礦床,裂隙承壓水、老采空區(qū)水和斷層水是礦井的主要充水因素,水患危險性較大。采用水文地質(zhì)比擬法對礦區(qū)涌水量進(jìn)行了預(yù)測,麻塘村煤廠正常涌水量為3 763.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為7 051.2 m3/d,高石煤廠礦井正常涌水量為547.2 m3/d,洪汛期最大涌水量為864 m3/d,對礦井生產(chǎn)構(gòu)成一些潛在的威脅。

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(責(zé)任編輯：陳姣霞)

Research and Prevention for Matangcun Coal Mine Floodingof Gong County,Sichuan Province

LI Jiaxin1, ZUO Yaodong2, LIU Pucha2

(1.ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059; 2.SichuanProvincethreerockgeologicalexplorationCo.,Ltd,Chengdu,Sichuan610031)

Using the coal mine water filling factors analysis method and hydrogeological analogy method to research the coal mine flooding of Gong County，the analytical results show that the sandstone fissure water in the coal seam roof，which through mined-out water flowing fracture zone into tunnel,is the main source of water flooding,and the goaf water flow fractured zone is the main water channel.The water inflow is predicted by hydrologic geology analogy method,3 763.2 m3/d of normal inflow and 7 051.2 m3/d of maximum inflow in Matangcun coal；and 547.2 m3/d of normal inflow and 864.0 m3/d of maximum inflow in Gaoshi coal. According to the flooding characteristics of Matangcun coal mine，the prevention and control countermeasures aiming at flooding have proposed，and theoretical data for mine water prevention and control work have provided.

coal mine flooding； water filling factors； water inflow； water prevention and control

2015-11-04;改回日期:2016-03-21

李嘉欣(1992-),女,在讀碩士研究生,地下水科學(xué)與工程專業(yè),從事地質(zhì)方面的研究。E-mail:1546383865@qq.com

TV745

A

1671-1211(2016)05-0734-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.015

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160811.0814.008.html 數(shù)字出版日期:2016-08-11 08:14