丁麗萍
(大同市水文水資源勘測分局,山西 大同 037008)
十里河河水對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、礦壓并列的四大災害之一。根據(jù)草垛溝煤礦水文地質條件,從三方面對左云縣草垛溝煤礦形成的水患災害進行了分析,提出了相應的防治措施。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
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89.3 km,流域面積1 228.37 km2。流域內的地質覆蓋為云崗上段,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),故十里河的河床結構基本與上述地質覆蓋結構一致。
據(jù)十里河水文站水文資料顯示,流域內多年平均降水量為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%,因地質結構多為黃土丘陵區(qū),洪水中攜帶的泥沙較大,多年平均輸沙量達246萬t。地下煤礦水患大多集中在汛期,因此重點防治時間也應集中在這個階段。
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烈,溝壑發(fā)育,植被稀松,地勢西北高、東西低,高差達105m。井田界內有十里河由西向東穿過,地表徑流垂直滲透性強,地表巖層松散水量側向補給豐富,井田中部的草垛溝是井田范圍內較大的河谷,全長3 100m,因此水量集中沖刷性尤為嚴重。
根據(jù)該流域水文地質成果分析,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,地質情況十分復雜。
草垛溝煤礦地處黃土丘陵區(qū),溝谷切割復雜,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,地質結構破壞嚴重,形成了各種形態(tài)的地質災害。
3.1 礦區(qū)地裂縫調查及礦井涌水量災害影響分析
經(jīng)調查,在礦區(qū)內查明地裂縫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,初步認定與煤礦生產(chǎn)有關,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號和8-1號煤層,而8-1號煤層在舊代家溝至舊石灰窯村一線為一背斜隆起,標高在1 200m以上,軸部兩側緩慢傾斜,北側較平坦,南側較傾斜。根據(jù)全礦地層綜合柱狀圖,5號煤層上距8-1號煤層32m,煤層厚度1m,即5號煤層在背斜隆起軸部標高約為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。這幾處地裂縫標高在1 285~1 301m之間,說明在這一小區(qū)域中5號煤層頂板距地表面僅50~80m,8-1號煤層頂板在此處距地表80~120m,當 5號,8-1號煤層在該區(qū)域全部采空后,其上覆巖層及土層在自重應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,當進一步采掘煤層較厚的8-2號,11號和14號煤層時,地裂縫會在累加效應下規(guī)模擴大,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,其危險性將不堪設想。因此,地裂縫的存在是本礦最主要的水患災害之一。
3.2 洪水流量對礦區(qū)涌水量災害分析
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,故河道來水構成礦井主要充水因素之一。特別是當河道下方有煤礦采掘工作面時,采掘過程中打通河床底部發(fā)生局部下陷時,河道來水不以“下滲方式”補給,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,極易造成災難性的礦井水患。據(jù)實地調查,在新代家溝村南,東南側十里河河道上,發(fā)現(xiàn)7個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。另據(jù)本礦地質報告,8-1號,8-2號,11號和14號煤層間導水裂縫高度大于層間距離,故5號煤層涌水可直接灌入最低的14號煤層。
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,構成了河道來水涌入礦井通道的危險性增大,因此是本礦重要的水患災害之一。
3.3 十里河潛水流量對礦井危害
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,故十里河徑流量對礦井涌水具有一定的影響。張家場到本礦沿河流量的測定結果表明,十里河基流和七磨河支流的來水量在經(jīng)本礦上游河段經(jīng)下滲轉化為潛流地表徑流,經(jīng)計算現(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長的河道,到達本礦區(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給相當。因此在現(xiàn)狀情況下,河道潛流對礦井充水的影響作用較小。
綜上所述,本礦地表水災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,因此應采取以下防治措施。
第一,對礦區(qū)上部形成的地面裂縫和塌陷采用灌漿充填方法進行填堵,發(fā)現(xiàn)漏水的溝渠要及時堵漏,對開采區(qū)域的地面塌陷部分,必須采用注漿充填、灌實硬化等方法治理,對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準較低,遇有超標準洪水,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,同時造成地面建筑物損毀,故應進行此段防洪勘測設計和河道治理。
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)內有代家溝、老草溝、草垛溝等較大溝谷,局部地段深達20m,沖刷后將使上部煤層逐漸接近地表,當遇汛期洪水時,山坡流水都積聚在溝內,易使溝谷洪水流入井下,造成較大的水害,故應將深溝谷整平硬化,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,通過采動裂縫可能涌入本礦形成水害。因此,本礦礦界必須采取嚴格的防治水患措施。一是在每條廢舊的巷道內設立防水墻;二是關閉周邊煤礦老窖水,在礦界采用垂直法預留煤柱;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。
煤礦水害的防治應以“預測預報,有疑必探,先探后掘,先治后采”為原則,并根據(jù)礦井水害實際情況制定相應的“防、堵、疏、排、截”等防治措施。同時要提前預測預報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。
TV213.4
C
1004-7042(2016)03-0016-02
丁麗萍(1975-),女,2005年畢業(yè)于華北水利水電學院水利水電工程專業(yè),工程師。
2016-01-05;
2016-02-16