焦 陽,衛(wèi)金善

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研究院,山西 晉城 048006)

晉城礦區(qū)區(qū)域水害危險(xiǎn)性研究

焦 陽,衛(wèi)金善

(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 技術(shù)研究院,山西 晉城 048006)

為了給晉煤集團(tuán)旗下資源整合礦井不同煤層的安全回采提供依據(jù)和地質(zhì)保障,對(duì)晉城礦區(qū)進(jìn)行了深入的區(qū)域性水文地質(zhì)情況研究,主要技術(shù)手段為沉積學(xué)的含、隔水層特性分析;構(gòu)造學(xué)的褶曲、斷層、陷落柱分布分析,富水性、積水性和水頭壓力分析;最終根據(jù)礦井主采煤層的水害危險(xiǎn)性影響因素做出了相關(guān)的分區(qū),包括:沁水塊區(qū)、陽城塊區(qū)、晉煤西區(qū)、構(gòu)造區(qū)塊、構(gòu)造影響區(qū)塊和晉煤東區(qū),并針對(duì)不同區(qū)塊的水害特點(diǎn)提出了相應(yīng)的防治水措施,能夠有效指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

晉城礦區(qū);資源整合礦井;水害類型;分區(qū)

能源是當(dāng)今社會(huì)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素之一,而煤炭是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要可靠能源。對(duì)于煤礦來說,礦井水害是威脅煤礦安全生產(chǎn)的重要因素[1-2]。中國(guó)煤礦水害事故類型主要有:地表水體水害事故,沖積層水水害事故,砂巖類含水層水害事故,灰?guī)r類巖溶水水害事故以及老空區(qū)透水事故[3-8]。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),在過去的20多年里,我國(guó)有數(shù)百對(duì)礦井被水淹沒,死亡近萬人,經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)400多億元人民幣,特別是對(duì)于資源整合礦井,井田內(nèi)富水區(qū)和水量不明,廢棄巷道、廢棄井筒及老空、采空區(qū)眾多,位置和積水量無據(jù)可查,隨著開采水平的延伸和開采范圍的擴(kuò)大,這種威脅越來越嚴(yán)重。如何解放礦井水害影響,實(shí)現(xiàn)安全、高產(chǎn)、高效生產(chǎn),是中國(guó)煤炭行業(yè)的主要攻關(guān)課題之一[9-12]。

晉城礦區(qū)區(qū)域水害危險(xiǎn)性研究是為防治礦井突水,根據(jù)區(qū)域及礦井水文地質(zhì)資料和其他相關(guān)材料分析、確定礦井水害的影響因素和危險(xiǎn)程度,并編制相關(guān)的礦井水害危險(xiǎn)性分區(qū)圖紙,據(jù)此制定最佳的礦井水害防治措施,對(duì)保證晉煤集團(tuán)旗下資源整合礦井的安全生產(chǎn)具有重要的意義。

1 晉城礦區(qū)區(qū)域概況

晉城礦區(qū)隸屬于華北型煤田,成煤時(shí)期較多,賦存狀態(tài)差異性大,煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜,構(gòu)造眾多,地表水、第四系松散含水層水、砂巖裂隙水、灰?guī)r裂隙水及奧灰承壓水特征不同,加之早期小煤窯亂采亂挖現(xiàn)象嚴(yán)重,形成了分布各異的采空區(qū)、采空巷道和廢棄井筒,資源整合礦井的煤層開采故而受到多種水體的威脅。因此,礦井水害防治成了晉煤集團(tuán)旗下資源整合礦井安全生產(chǎn)與科研中的一大難題。

近年來,山西晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院水文地質(zhì)研究所與物探工程分公司針對(duì)晉城礦區(qū)內(nèi)晉煤集團(tuán)所屬礦井展開了豐富的水文地質(zhì)研究和井下物探工作,但由于礦井?dāng)?shù)量眾多,分布面廣,地質(zhì)及水文地質(zhì)條件各異,且小煤窯采空區(qū)布局毫無規(guī)律,目前缺少一個(gè)對(duì)整體區(qū)域的水害危險(xiǎn)性分類及分區(qū)的研究工作,另外,隨著開采水平的延伸和開采范圍的擴(kuò)大,礦井生產(chǎn)向縱深發(fā)展,水患威脅日益嚴(yán)重,防治任務(wù)更加艱巨,礦井水災(zāi)時(shí)刻威脅著煤礦的安全生產(chǎn)和礦工的生命安全。

2 水害危險(xiǎn)性分區(qū)及水害防治措施

晉煤集團(tuán)資源整合礦井眾多,主要分布在沁水煤田和澤州縣老三礦(王臺(tái)礦、鳳凰山礦和古書院礦)周邊,包括晉圣公司的松峪礦、億欣礦、三溝鑫都礦、固隆礦、潤(rùn)東礦、上孔礦、城南礦和鳳紅礦,天安公司的宏祥礦、圣華礦、潤(rùn)宏礦、壁盈礦、岳圣山礦、海天礦、盈盛礦、葦町礦、靖豐礦、圣鑫礦、坡底礦、東溝礦、瑞旺礦、恒源礦、朝陽礦、昌都礦、高都礦、隆東礦、七嶺礦、鴻升礦、廣利礦和吳王山礦,覆蓋礦井多達(dá)30座。

通過對(duì)晉煤集團(tuán)(晉圣公司和天安公司)資源整合礦井的深入調(diào)研,及相關(guān)水文地質(zhì)資料、物探資料及鉆孔資料的收集、整理和分析,依據(jù)煤層賦存特征、構(gòu)造特點(diǎn)、水文地質(zhì)特征等進(jìn)行了相關(guān)的水害危險(xiǎn)性分區(qū),主要包括:沁水塊區(qū)、陽城礦區(qū)、晉煤西區(qū)、構(gòu)造區(qū)塊、構(gòu)造影響區(qū)塊和晉煤東區(qū),礦井分布及分區(qū)見圖1。

圖1 晉煤集團(tuán)資源整合礦井分布及分區(qū)示意圖Fig.1 Distribution and Section of Resource Integration Mines in Jincheng Coal Group

2.1沁水塊區(qū)

沁水塊區(qū)主要包括晉圣公司的松峪礦、億欣礦和三溝鑫都礦,該塊區(qū)水文地質(zhì)特征為:

1)主采2號(hào)、15號(hào)煤,局部地段煤層傾角較大。

2)構(gòu)造發(fā)育,以正斷層為主,西部零星發(fā)育有陷落柱。

3)中部和西部煤層淺埋,存在風(fēng)化剝蝕和露頭線,采空區(qū)、古窯區(qū)較多。

4)2號(hào)煤大面積采空,形成眾多采空積水區(qū),雖然15號(hào)煤開采無法直接溝通2號(hào)煤采空積水,但地質(zhì)構(gòu)造可能形成垂直導(dǎo)水通道,另外,東部15號(hào)煤存在奧灰水的帶壓?jiǎn)栴}。

防治水措施:針對(duì)采空區(qū)、古窯區(qū)及地質(zhì)構(gòu)造,應(yīng)加強(qiáng)物探及鉆探手段,采取預(yù)先疏放積水,預(yù)留隔水煤柱等措施,15號(hào)煤在帶壓開采時(shí),更應(yīng)注意構(gòu)造的分布、位置和性質(zhì),采取地質(zhì)構(gòu)造及底板預(yù)注漿等措施。

2.2陽城塊區(qū)

陽城區(qū)塊主要包括晉圣公司的固隆礦、上孔礦、潤(rùn)東礦和城南礦,該塊區(qū)水文地質(zhì)特征為:

1)主采3號(hào)、9號(hào)、15號(hào)煤,且西南部和南部9號(hào)煤不可采,南部3號(hào)煤被剝蝕,只可采15號(hào)煤。

2)有少數(shù)斷層發(fā)育,且以張性為主。

3)3號(hào)煤大面積采空,9號(hào)煤也存在小窯區(qū)、古窯區(qū),南部15號(hào)煤由于淺埋,且賦存硫鐵礦,被房柱式開采破壞。

4)主要水害防治類型為K2-K5灰?guī)r水和不同層位的采空區(qū)積水,南部為地表水和采空區(qū)積水,另外,由于中部和北部的15號(hào)煤整體帶壓、9號(hào)煤部分帶壓,地質(zhì)構(gòu)造也應(yīng)重視。

防治水措施:針對(duì)基巖水和采空區(qū)積水,應(yīng)加強(qiáng)物探手段,進(jìn)行提前疏放,下組煤帶壓開采則應(yīng)注意導(dǎo)水構(gòu)造及向斜軸部區(qū)域,采取預(yù)注漿和留設(shè)隔水煤柱等措施。

2.3晉煤西區(qū)

晉煤西區(qū)主要包括天安公司的宏祥礦、圣華礦、潤(rùn)宏礦、壁盈礦、岳圣山礦、海天礦、盈盛礦和葦町礦,該塊區(qū)水文地質(zhì)特征為:

1)主采3號(hào)、9號(hào)煤,煤層穩(wěn)定。

2)西南部零星發(fā)育有斷層,整體構(gòu)造簡(jiǎn)單,以寬緩的背斜和向斜為主。

3)3號(hào)煤基本枯竭,僅西部存在可采資源,采用分層或復(fù)采等形式開采,9號(hào)煤也存在大面積采空區(qū)。

4)主要水害防治類型為采空區(qū)、廢巷積水,廢棄井筒更應(yīng)得到重視,另外,全區(qū)煤層不帶壓。

防治水措施:主要水害類型為采空區(qū)、廢巷積水和廢棄井筒,應(yīng)加強(qiáng)物探手段,提前圈定積水異常位置,并進(jìn)行預(yù)疏放等措施,另外,分層開采時(shí),應(yīng)注意頂板水的疏排。

2.4構(gòu)造區(qū)塊

構(gòu)造區(qū)塊主要包括天安公司的靖豐礦、圣鑫礦和坡底礦,該塊區(qū)水文地質(zhì)特征為:

1)主采3號(hào)、9號(hào)、15號(hào)煤,受晉獲大斷裂和白馬寺大斷層影響,煤層不穩(wěn)定,傾角大,地應(yīng)力大。

2)全區(qū)構(gòu)造發(fā)育,以斷層和褶曲為主,存在隱伏斷層和陷落柱。

3)3號(hào)煤幾近枯竭,僅中部圣鑫礦在開采3號(hào)煤,但存在K6灰?guī)r帶壓的問題。南部9號(hào)煤的采空區(qū)較多。

4)主要水害防治類型為古窯、露頭,構(gòu)造裂隙水,采空區(qū)積水等,另外,中東部區(qū)域9號(hào)、15號(hào)煤大面積帶壓,應(yīng)注意隱伏構(gòu)造的發(fā)育。

防治水措施:該區(qū)域古窯及露頭較多,構(gòu)造復(fù)雜,應(yīng)結(jié)合地面及井下物探,查明積水異常區(qū),提前疏放,針對(duì)帶壓煤層開采,應(yīng)注意隱伏構(gòu)造的發(fā)育,一旦查明,應(yīng)預(yù)留隔水煤柱或采取注漿等措施。

2.5構(gòu)造影響區(qū)塊

構(gòu)造影響區(qū)塊主要包括天安公司的東溝礦和瑞旺礦,該塊區(qū)水文地質(zhì)特征為:

1)主采15號(hào)煤,由于位于晉獲大斷裂和白馬寺大斷層的尾部,煤層賦存不穩(wěn)定,傾角大。

2)全區(qū)褶曲較多,存在隱伏斷層和陷落柱。

3)3號(hào)煤幾近枯竭,9號(hào)煤局部可采,且存在大面積采空和風(fēng)氧化剝蝕區(qū),15號(hào)煤也有采空區(qū),且經(jīng)常出現(xiàn)缺失、分層和風(fēng)氧化剝蝕等現(xiàn)象。

4)主要水害防治類型為古窯、露頭,采空區(qū)積水等,另外,全區(qū)煤層不帶壓,但應(yīng)注意隱伏構(gòu)造的發(fā)育。

防治水措施:該區(qū)域煤層不穩(wěn)定,常出現(xiàn)無煤現(xiàn)象,在揭煤時(shí),應(yīng)提前采取物探和鉆探手段,并制定專門的揭煤措施,避免突水,另外,煤層淺埋,古窯、露頭較多,應(yīng)加強(qiáng)地面和井下物探,查明異常區(qū),提前疏放積水。

2.6晉煤東區(qū)

晉煤東區(qū)主要包括晉圣公司的鳳紅礦,天安公司的恒源礦、朝陽礦、昌都礦、高都礦、隆東礦、七嶺礦、鴻升礦、廣利礦和吳王山礦,該塊區(qū)水文地質(zhì)特征為:

1)3號(hào)煤已被采空或剝蝕殆盡,北部9號(hào)煤可采,但存在大面積小窯區(qū)和采空區(qū),15號(hào)煤可采,也存在大面積采空積水區(qū)。

2)西部區(qū)域構(gòu)造不發(fā)育,但煤層傾角大,其它區(qū)域以寬緩的褶曲為主。

3)主要水害防治類型為小窯區(qū)和采空區(qū)積水、K2-K5灰?guī)r水、廢棄井筒、褶曲軸部等,另外,全區(qū)煤層不帶壓。

防治水措施:由于靠近晉煤集團(tuán)老三礦(鳳凰山礦、王臺(tái)礦和古書院礦),且煤層整體賦存條件好,構(gòu)造不發(fā)育,因此,該區(qū)域采空區(qū)積水豐富,且小窯破壞嚴(yán)重,廢棄井筒眾多,基巖富水,應(yīng)加強(qiáng)和豐富異常區(qū)的物探和鉆探手段,提前疏放積水。

3 結(jié)論

1)根據(jù)晉煤集團(tuán)資源整合礦井的區(qū)域特性及煤層賦存特征、構(gòu)造特點(diǎn)、水文地質(zhì)特征等進(jìn)行了相關(guān)的水害危險(xiǎn)性分區(qū),主要包括:沁水塊區(qū)、陽城礦區(qū)、晉煤西區(qū)、構(gòu)造區(qū)塊、構(gòu)造影響區(qū)塊和晉煤東區(qū)。

2)針對(duì)不同塊區(qū)面對(duì)的水害特點(diǎn),制定了相關(guān)的水害防治措施,包括:加強(qiáng)和豐富物探、鉆探手段,積水的預(yù)疏放,留設(shè)防水煤柱,注漿加固斷層和底板等,最大限度的減少甚至杜絕水害隱患。

[1] 王永紅,沈文.中國(guó)煤礦水害預(yù)防及治理[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1996.

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WaterHazardsofJinchengMiningArea

JIAOYang,WEIJinshan
(TechnologyInstituteofShanxiJinchengAnthraciteMiningGroup,Jincheng048006,China)

To provide geological guarantee for safe caving on different coal seams in resource integration mines in Jincheng Anthracite Mining Group, regional hydrogeological condition was studied. Major technical methods included: characteristic analysis on aquifer and aquiclude by sedimentology; distribution analysis on folds, faults, and collapse columns by tectonics; analysis on water abundance, accumulation and head pressure. Finally, the mining area was divided into different sections on the basis of water hazard factors, including Qinshui section, Yangcheng section, west section of Jincheng Coal Group, structural block section, structure influential block section, and east section of Jincheng Coal Group. Additionally, corresponding water control measures were proposed on the water hazard features in different sections, which could effectively guide the safe production for the mines.

Jincheng mining area; resource integration mine; water hazard type; division

1672-5050(2017)03-0063-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.018

2017-02-15

焦 陽(1988-),男,山西晉城人,碩士,從事礦井防治水、井物探等方面的研究和實(shí)踐工作。

TD741

A

(編輯:樊 敏)