丁麗萍

（大同市水文水資源勘測(cè)分局，山西 大同 037008）

十里河河水對(duì)地下煤礦危害及防治措施探討

丁麗萍

（大同市水文水資源勘測(cè)分局，山西 大同 037008）

煤礦水害是與瓦斯、粉塵、礦壓并列的四大災(zāi)害之一。根據(jù)草垛溝煤礦水文地質(zhì)條件，從三方面對(duì)左云縣草垛溝煤礦形成的水患災(zāi)害進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的防治措施。通過采取有效措施，避免了突發(fā)性水患的發(fā)生。

煤礦；水患；防治；十里河

1 十里河概況

十里河是大同市的中型河流之一，發(fā)源于大同市左云縣馬道頭鄉(xiāng)曹家堡村，途經(jīng)左云縣城和云岡鎮(zhèn)，最后經(jīng)大同市北郊田村匯入御河。全長(zhǎng)89.3 km，流域面積1 228.37 km2。流域內(nèi)的地質(zhì)覆蓋為云崗上段，基本上屬于黃土丘陵區(qū)。云崗下段到入河口基本上屬于土石山區(qū)，故十里河的河床結(jié)構(gòu)基本與上述地質(zhì)覆蓋結(jié)構(gòu)一致。

據(jù)十里河水文站水文資料顯示，流域內(nèi)多年平均降水量為400mm，水量集中在汛期6—9月，主要依靠降水產(chǎn)生的徑流補(bǔ)給，降水產(chǎn)生的最大洪峰流量為2 000m3/s，最小流量為零。多年平均徑流深26.5mm，洪水流量占80%，因地質(zhì)結(jié)構(gòu)多為黃土丘陵區(qū)，洪水中攜帶的泥沙較大，多年平均輸沙量達(dá)246萬(wàn)t。地下煤礦水患大多集中在汛期，因此重點(diǎn)防治時(shí)間也應(yīng)集中在這個(gè)階段。

2 水文地質(zhì)情況

草垛溝煤礦位于大同市左云縣東北草垛溝村附近，西距左云縣城24 km，東距大同市區(qū)34 km，處于十里河上游段。井田為不規(guī)則地形，南北最長(zhǎng)4.9 km，東西最寬3.5 km，面積10余km2。井田地處黃土丘陵區(qū)，地表侵蝕切割作用強(qiáng)烈，溝壑發(fā)育，植被稀松，地勢(shì)西北高、東西低，高差達(dá)105m。井田界內(nèi)有十里河由西向東穿過，地表徑流垂直滲透性強(qiáng)，地表巖層松散水量側(cè)向補(bǔ)給豐富，井田中部的草垛溝是井田范圍內(nèi)較大的河谷，全長(zhǎng)3 100m，因此水量集中沖刷性尤為嚴(yán)重。

根據(jù)該流域水文地質(zhì)成果分析，本區(qū)含水層平均厚度在8～12m之間，由砂、砂礫石、碎石以及黏土組成，含水性較弱，經(jīng)20多年的開采，破壞了隔水層，形成了地下水降落漏斗，地質(zhì)情況十分復(fù)雜。

3 十里河水對(duì)草垛溝煤礦存在水患災(zāi)害分析

草垛溝煤礦地處黃土丘陵區(qū)，溝谷切割復(fù)雜，地形高差較大，雖有利于地表徑流的排泄，但煤田經(jīng)過20多年的開采，地質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，形成了各種形態(tài)的地質(zhì)災(zāi)害。

3.1 礦區(qū)地裂縫調(diào)查及礦井涌水量災(zāi)害影響分析

經(jīng)調(diào)查，在礦區(qū)內(nèi)查明地裂縫12條，主要分布在草垛溝村西南和新代家溝村一代，最長(zhǎng)約200m，可見深度2.5～7.5m不等，寬度0.2～1.0m不等，并伴有數(shù)量不等的陷落坑。地裂縫的形成，初步認(rèn)定與煤礦生產(chǎn)有關(guān)，屬陷落引發(fā)的裂縫。由于草垛溝煤礦兼并重組前有13家小煤礦連續(xù)開采20余年，均開采5號(hào)和8-1號(hào)煤層，而8-1號(hào)煤層在舊代家溝至舊石灰窯村一線為一背斜隆起，標(biāo)高在1 200m以上，軸部?jī)蓚?cè)緩慢傾斜，北側(cè)較平坦，南側(cè)較傾斜。根據(jù)全礦地層綜合柱狀圖，5號(hào)煤層上距8-1號(hào)煤層32m，煤層厚度1m，即5號(hào)煤層在背斜隆起軸部標(biāo)高約為1 233m，而草垛溝村西南的幾條地裂縫（f1～f6）正處于這一隆起軸部的正上方或稍偏北。這幾處地裂縫標(biāo)高在1 285～1 301m之間，說(shuō)明在這一小區(qū)域中5號(hào)煤層頂板距地表面僅50～80m，8-1號(hào)煤層頂板在此處距地表80～120m，當(dāng) 5號(hào)，8-1號(hào)煤層在該區(qū)域全部采空后，其上覆巖層及土層在自重應(yīng)力的作用下將整體下沉，并在地表上首先呈現(xiàn)出裂隙帶和漏斗狀陷落坑。本礦區(qū)其他幾處地裂縫（f7～f12）產(chǎn)生的因素也類似上述成因。值得注意的是，當(dāng)進(jìn)一步采掘煤層較厚的8-2號(hào)，11號(hào)和14號(hào)煤層時(shí)，地裂縫會(huì)在累加效應(yīng)下規(guī)模擴(kuò)大，出現(xiàn)新的地裂縫。因此，由于地裂縫的存在，一方面使所采煤層直接與地表相通，降雨由入滲方式變成注入方式；另一方面地裂縫溝通了第四紀(jì)與侏羅系各含水層，使逐層滲透的上下含水層聯(lián)系變成直接注入式聯(lián)系，導(dǎo)致礦井涌水量增大，采用突水系數(shù)法估算該礦井正常涌水量為320～400m3/d，如果十里河汛期洪水流量沿著地裂縫灌入礦井，其危險(xiǎn)性將不堪設(shè)想。因此，地裂縫的存在是本礦最主要的水患災(zāi)害之一。

3.2 洪水流量對(duì)礦區(qū)涌水量災(zāi)害分析

十里河洪水流量通過礦區(qū)中部偏南方向流過，因多年開采煤炭逐步疏于上覆巖系和煤系地層地下水，使礦區(qū)地下水位下降形成漏斗，故河道來(lái)水構(gòu)成礦井主要充水因素之一。特別是當(dāng)河道下方有煤礦采掘工作面時(shí)，采掘過程中打通河床底部發(fā)生局部下陷時(shí)，河道來(lái)水不以“下滲方式”補(bǔ)給，而以“灌入方式”涌入礦井，如果正逢汛期洪水頻繁水量較大時(shí)，極易造成災(zāi)難性的礦井水患。據(jù)實(shí)地調(diào)查，在新代家溝村南，東南側(cè)十里河河道上，發(fā)現(xiàn)7個(gè)大小不等的陷落洼地，最大面積約5.33 hm2，最小面積約0.2 hm2，并有4個(gè)陷落坑邊緣存在7條規(guī)模不等的地裂縫，而上述洼地、陷落坑、裂縫的形成均為草垛溝煤礦周邊小煤礦沿河越界開采造成的。另?yè)?jù)本礦地質(zhì)報(bào)告，8-1號(hào)，8-2號(hào)，11號(hào)和14號(hào)煤層間導(dǎo)水裂縫高度大于層間距離，故5號(hào)煤層涌水可直接灌入最低的14號(hào)煤層。

綜上所述，十里河河道上的裂縫、陷落洼地、陷落坑與廢舊巷道的存在，構(gòu)成了河道來(lái)水涌入礦井通道的危險(xiǎn)性增大，因此是本礦重要的水患災(zāi)害之一。

3.3 十里河潛水流量對(duì)礦井危害

十里河河床下有向草垛溝煤礦灌水的通道，雖經(jīng)治理，但尚未完全切斷，故十里河徑流量對(duì)礦井涌水具有一定的影響。張家場(chǎng)到本礦沿河流量的測(cè)定結(jié)果表明，十里河基流和七磨河支流的來(lái)水量在經(jīng)本礦上游河段經(jīng)下滲轉(zhuǎn)化為潛流地表徑流，經(jīng)計(jì)算現(xiàn)狀河段向下游潛流的流量為229m3/d，這些潛水流經(jīng)3.8 km長(zhǎng)的河道，到達(dá)本礦區(qū)南部河段，經(jīng)沿途蒸發(fā)損耗，所剩潛流不足100m3/d，即使全部涌入礦區(qū)，也與正常十里河道滲漏補(bǔ)給相當(dāng)。因此在現(xiàn)狀情況下，河道潛流對(duì)礦井充水的影響作用較小。

4 防治措施

綜上所述，本礦地表水災(zāi)害的防治主要涉及十里河河水漫灌，地裂縫涌水及草垛溝、代家溝、老草溝深度下切形成的洼地、陷落坑，使礦區(qū)一帶地表洪水及沖積層潛水流入井下，因此應(yīng)采取以下防治措施。

第一，對(duì)礦區(qū)上部形成的地面裂縫和塌陷采用灌漿充填方法進(jìn)行填堵，發(fā)現(xiàn)漏水的溝渠要及時(shí)堵漏，對(duì)開采區(qū)域的地面塌陷部分，必須采用注漿充填、灌實(shí)硬化等方法治理，對(duì)十里河段地面陷落洼地及伴生的地裂縫采用相同方法治理。

第二，十里河新代家溝村南斷面行洪標(biāo)準(zhǔn)較低，遇有超標(biāo)準(zhǔn)洪水，可能漫過壩頂或沖毀堤壩涌入塌陷凹地，極易造成礦井透水事故，同時(shí)造成地面建筑物損毀，故應(yīng)進(jìn)行此段防洪勘測(cè)設(shè)計(jì)和河道治理。

第三，查明十里河河道下廢舊巷道的分布情況，在廢舊巷道內(nèi)修建多道防水墻，以切斷十里河河水下灌的通道。

第四，深溝洪水和沖積層水的防治。本礦區(qū)內(nèi)有代家溝、老草溝、草垛溝等較大溝谷，局部地段深達(dá)20m，沖刷后將使上部煤層逐漸接近地表，當(dāng)遇汛期洪水時(shí)，山坡流水都積聚在溝內(nèi)，易使溝谷洪水流入井下，造成較大的水害，故應(yīng)將深溝谷整平硬化，使洪水流暢，排出礦區(qū)。

第五，十里河下的草垛溝煤礦東接鵲兒山精煤公司，西界、東北界、東界有已關(guān)閉的胡泉溝、銀盤溝、星星、石墻框等小煤礦。十里河河水通過越界開采的廢舊巷道可使本礦出現(xiàn)透水事故。另外，周邊煤礦老窖水如在本礦周邊采掘時(shí)，通過采動(dòng)裂縫可能涌入本礦形成水害。因此，本礦礦界必須采取嚴(yán)格的防治水患措施。一是在每條廢舊的巷道內(nèi)設(shè)立防水墻；二是關(guān)閉周邊煤礦老窖水，在礦界采用垂直法預(yù)留煤柱；三是查明東界原石墻框老窖水的位置，增加保留煤柱的厚度。

5 結(jié)語(yǔ)

煤礦水害的防治應(yīng)以“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有疑必探，先探后掘，先治后采”為原則，并根據(jù)礦井水害實(shí)際情況制定相應(yīng)的“防、堵、疏、排、截”等防治措施。同時(shí)要提前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)分析存在水害的因素，采取有效措施，防患于未然，從而避免突發(fā)性水患的發(fā)生。

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1004-7042（2016）03-0016-02

丁麗萍（1975-），女，2005年畢業(yè)于華北水利水電學(xué)院水利水電工程專業(yè)，工程師。

2016-01-05；

2016-02-16