李磊
摘 要:為更好本文闡述了大平井田的水文地質(zhì)特征,并著重分析了大平井田的充水因素,最后結(jié)合大平井田的充水因素,提出了相應(yīng)的水害防治策略。
關(guān)鍵詞:大平井田;充水因素;水害;防治策略
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.21.069
大平煤礦于1986年建成投產(chǎn),礦井核定生產(chǎn)能力90萬噸,主采二1煤層,立井單水平開采,面積約4.77平方公里。
1 水文地質(zhì)特征
1.1 構(gòu)造概況
大平井田位于新密煤田西南方向,嵩山背斜南翼。井田基本構(gòu)造形態(tài)為軸向近東西、向東傾伏的大冶向斜,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造較發(fā)育,多為逆斷層。探明落差大于15m的斷層有16條,生產(chǎn)過程中揭露小于10m的斷層有100條,其中周山逆斷層構(gòu)成井田的南部邊界,馬溝逆斷層構(gòu)成井田東部邊界。
1.2 含水層與隔水層
(1)含水層。1)第四系砂、礫石孔隙含水層。平均厚度18.37m,主要由流砂、礫(卵)石組成,呈未膠結(jié)或半固結(jié),富含孔隙潛水,但水位、水量變化動(dòng)態(tài)不穩(wěn)。2)二1煤層頂板砂巖裂隙含水層。主要由大占砂巖和香炭砂巖構(gòu)成,厚度0~32.87m,致密堅(jiān)硬,裂隙較發(fā)育,多被方解石脈充填,生產(chǎn)中多以頂板滴、淋水形式向礦坑充水,目前已基本被疏干。3)太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層。其中上段L7和L8灰?guī)r厚度2~13.90m,致密堅(jiān)硬,巖溶裂隙不發(fā)育,單位涌水量為0.0024~0.038L/s·m,富水性差,為二1煤層底板直接充水含水層;下段L1~L4灰?guī)r厚度4.75~23.79 m,巖溶裂隙不發(fā)育,富水性弱。4)奧陶系中統(tǒng)O2 m灰?guī)r巖溶裂隙含水層,揭露厚度為2.05~73.50m。鉆孔抽水試驗(yàn)單位涌水量為0.0141~18.79 L/s·m,該含水層巖溶裂隙發(fā)育,補(bǔ)給徑流好,富水性強(qiáng),極不均一,在導(dǎo)水?dāng)鄬拥淖饔孟?,成為煤層底板水間接補(bǔ)給水源。
(2)隔水層。1)本溪組隔水層。主要為深灰色鋁質(zhì)巖及鋁質(zhì)泥巖,層位穩(wěn)定,分布廣泛,可阻隔奧陶系灰?guī)r水對(duì)上層的補(bǔ)給;2)太原組中段隔水層。主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖和細(xì)粒砂巖等。層位穩(wěn)定,分布廣泛,一般情況下,阻隔太原組上、下段灰?guī)r含水層之間的水力聯(lián)系;3)二1煤層底板隔水層。主要為砂質(zhì)泥巖、砂巖等,層位穩(wěn)定,全區(qū)分布,受二1煤層采動(dòng)影響,無法阻隔太原組上段灰?guī)r水進(jìn)入礦井.
2 礦井邊界及其水力性質(zhì)
礦井位于新密復(fù)向斜西南端,屬大平~超化~新鄭水文地質(zhì)亞單元的一部分。礦井南、北部以二1煤層露頭為邊界,北部及南部外圍山區(qū)為石炭二疊系基巖出露區(qū),為地下水補(bǔ)給邊界;東部以馬溝逆斷層為邊界,東南部以周山逆斷層為邊界,為地下水相對(duì)隔水邊界;西部及東北部為人為邊界,接受地下水的側(cè)向補(bǔ)給。二1煤層上下各含水層之間均有穩(wěn)定隔水層,水力聯(lián)系較弱。對(duì)礦井安全生產(chǎn)威脅最大的水源是奧陶系巖溶含水層,該含水層出露面積大,補(bǔ)給條件好,是所有含水層中充水強(qiáng)度最大的含水層。
3 大平井田充水因素分析
3.1 充水水源
(1)頂板水。二1煤層頂板砂巖含水層主要為大占砂巖和香炭砂巖,鉆孔單位涌水量為0.018 L/sm,滲透系數(shù)為0.001~0.06 m/d,該含水層單層厚度小,裂隙發(fā)育不良,富水程度弱,補(bǔ)給條件差,工作面回采落頂后,頂板砂巖裂隙水通過導(dǎo)水裂隙帶充入礦井,目前該含水層水量已基本疏干。
(2)老空水。礦井周邊生產(chǎn)及廢棄小窯較多,其礦井水通過采空區(qū)多排入大平井田內(nèi),近些年礦井正常涌水量200 m3/h左右,其中對(duì)周邊小窯水的疏排量達(dá)80 m3/h以上,所以礦井及周邊小窯老空水成為大平煤礦充水的主要水源。特別是小窯老空水在大平礦采空區(qū)內(nèi)的積聚,對(duì)大平礦安全生產(chǎn)造成較大水害隱患。
(3)底板水。二1煤層底板巖溶裂隙承壓水包括太原組上段L7-8灰?guī)r與下段L1-4灰?guī)r巖溶裂隙承壓水和O2m巖溶裂隙承壓水,其中L7-8灰?guī)r含水層巖溶裂隙發(fā)育程度弱,富水性不均一,為二1煤層底板直接充水含水層,經(jīng)多年疏放,目前已疏干。太原組下段L1-4灰?guī)r巖溶裂隙承壓水和奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓水為二1煤層底板間接充水水源,鉆孔單位涌水量為0.0141~18.79 L/sm,滲透系數(shù)0.0285~119.27m/d,該含水層巖溶裂隙發(fā)育,補(bǔ)給徑流條件好,富水性強(qiáng),但極不均一,是二1煤開采期間的底板間接充水含水層,充水強(qiáng)度較大。
3.2 充水通道
(1)斷層導(dǎo)水通道。大平井田內(nèi)存在周山、馬溝、吳莊等落差在100m以上的大型斷裂構(gòu)造,自然狀態(tài)這些斷層具有一定阻水作用。根據(jù)探查和實(shí)際揭露,斷層存在導(dǎo)富水性不均一狀況,礦井水在疏干開采時(shí),在地下水靜水壓力和礦壓的作用下,使斷層帶的富水性不斷加強(qiáng),一旦巷道掘進(jìn)、采煤揭露或接近斷層,二1煤底板下部灰?guī)r含水層將直接或通過斷裂帶向礦井充水或突水。
(2)采動(dòng)裂縫。大平井田在開采的過程中,由于礦山和地下水壓力的共同作用,使得井田采空區(qū)處的巖層遭到一定程度的破壞,并且產(chǎn)生巖層裂縫,這在另一方面又成為井田的導(dǎo)水通道,有利于井田中含水層淋水或者滲水的導(dǎo)出。
4 水害防治策略
4.1 老空水害超前探放策略
做好周邊小窯采掘活動(dòng)與積水情況調(diào)查,與小窯積水區(qū)留足防(隔)水煤柱;沿空掘進(jìn)期間堅(jiān)持有疑必探,物探先行,鉆孔驗(yàn)證原則,做好老空水超前探放工作;積極開展沿空留巷技術(shù)研究,減少空區(qū)內(nèi)積水情況存在。
4.2 底板水害防治策略
以回采工作面斷層破碎帶、底板裂隙發(fā)育區(qū)和隔水層薄弱帶為重點(diǎn),采用多種工藝進(jìn)行底板注漿加固,達(dá)到充填含水層和加固隔水層目的。掘進(jìn)工作面,帶壓開采突水系數(shù)大于0.06 MPa/m時(shí),必須超前預(yù)注漿。
4.3 斷層預(yù)留煤(巖)柱水害防治策略
針對(duì)井田內(nèi)大于15米以上的斷層,需要預(yù)留煤(巖)柱,以用來防水隔水,避免水害的產(chǎn)生。在預(yù)留煤柱時(shí),注意嚴(yán)格控制煤柱的寬度和完整性,嚴(yán)禁在煤柱內(nèi)進(jìn)行采掘活動(dòng)?;夭善陂g注意觀測(cè)地表沉陷狀況,根據(jù)實(shí)際情況的變化適時(shí)更正開采方案。
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