蘭華 趙建鵬

摘? ? 要：麥垛山煤礦屬水文地質(zhì)條件復(fù)雜型礦井，近期開采的2煤層頂板存在巨厚含水層——直羅組砂巖含水層，該含水層是影響本礦安全開采2煤層的重大隱患問題。本文以近年開展的水文地質(zhì)補勘成果為基礎(chǔ)，綜合運用GIS，F(xiàn)LAC3D數(shù)值模擬等技術(shù)，應(yīng)用“三圖——雙預(yù)測”原理對2煤頂板涌（突）水危險性進行評價。通過本文研究，將2煤層頂板涌（突）水危險性劃分為相對安全區(qū)、較安全區(qū)、過渡區(qū)、較危險區(qū)和危險區(qū)，并提出可行防治水措施，為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：麥垛山煤礦;三圖—雙預(yù)測;頂板涌（突）水;富水性;危險性評價

1? 引言

麥垛山井田位于寧夏中東部，行政隸屬于靈武市寧東鎮(zhèn)馬家灘管轄，距銀川100km，。井田呈西北—東南條帶狀展布，北部與石槽村井田相鄰，東部與紅柳井田相鄰，西部為毛烏素沙漠，南至馬家灘。礦井面積65km2，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模8.00Mt/a，服務(wù)年限102年[1]。

井田可采煤層20層，采用主斜井-副立井、單水平開拓方式，首采煤層2、6煤 [2]。2007年10月開工建設(shè)，2015年8月投入試運行。

井田在水文地質(zhì)單元上位處鄂爾多斯盆地都思兔河—鹽池地下水系統(tǒng)，陶（樂）、靈（武）、鹽（池）臺地裂隙孔隙地下水系統(tǒng)亞區(qū)。據(jù)以往勘探資料，該礦侏羅系直羅組砂巖裂隙孔隙水為2煤頂板充水水源，富水性強，含水層厚度27.33m～148.67m。含水層分上、下兩段，據(jù)礦井地質(zhì)報告，直羅組上段含水層與下段含水層間存在厚層且分布穩(wěn)定的泥巖隔水層，開采2煤引起的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度不會導(dǎo)通直羅組上段含水層，故本次評價以2煤直羅組下段含水層為研究對象展開。直羅組下段含水層平均厚度65m，水位標(biāo)高1305.9m～1309.5m，經(jīng)實測，2煤頂板承受水壓為1.44MPa～5.0MPa，在構(gòu)造裂隙發(fā)育且富水性較好地段，頂板受地下水威脅程度大。

2? 基于“三圖—雙預(yù)測”原理的煤層頂板涌（突）水危險性評價

針對麥垛山煤礦2煤層頂板存在巨厚含水層威脅這一問題，本文采用《煤礦防治水規(guī)定》提出的“三圖一雙預(yù)測”原理和方法進行評價，即富水性分區(qū)圖、冒裂安全性分區(qū)圖、涌（突）水條件綜合分區(qū)圖。

2.1? 頂板充水含水層富水性分區(qū)

結(jié)合《麥垛山煤礦11采區(qū)水文地質(zhì)補充勘探設(shè)計》、《麥垛山井田煤炭勘探報告》及《麥垛山煤礦11采區(qū)水文地質(zhì)補充勘探報告》[3]相關(guān)資料，確定從以下六個主要因素分析麥垛山2煤頂板直羅組下段含水層富水性：含水層厚度、單位涌水量、滲透系數(shù)、脆塑性巖厚度比、巖芯采取率、沖洗液消耗量。

建立基于層次分析的含水層富水性評價模型，借助GIS軟件計算各信息專題圖疊加后各單元富水性指數(shù)值大小，每一單元內(nèi)各單一地學(xué)信息量化后的歸一值一致，富水性指數(shù)值在0～1之間。根據(jù)富水性指數(shù)大小將全區(qū)分為富水程度不同的5個區(qū)。

從圖1可知，在中部區(qū)域富水性較強，北部和南部富水性較弱，在南部有局部過渡區(qū)域。

2.2? 頂板冒落安全性分區(qū)

利用FLAC3D數(shù)值模擬技術(shù)對采空區(qū)冒落裂隙帶發(fā)育高度特征進行模擬，并對經(jīng)驗公式進行修正，再利用修正后公式計算整個研究區(qū)冒落裂隙帶發(fā)育高度特征。

2煤均厚2.8m，數(shù)值模擬開采冒落裂隙帶發(fā)育高度為66m，“三下”規(guī)范經(jīng)驗公式計算為40.25m。利用FLAC3D得出的結(jié)果與經(jīng)驗公式計算結(jié)果比值為1.64，用此系數(shù)對“三下”采煤規(guī)范經(jīng)驗公式進行修正后得數(shù)據(jù)可知：直羅組下段含水層與2煤層之間基本無有效隔水層，開采2煤引起的導(dǎo)水裂隙帶高度較大，導(dǎo)通了直羅組下段含水層至2煤，故該段含水層為直接充水含水層，其冒裂安全性分區(qū)劃分全區(qū)為相對危險區(qū)（圖2）。

2.3? 煤層頂板充水條件綜合分區(qū)

煤層頂板充水條件綜合分區(qū)圖由含水層富水性分區(qū)圖和冒裂安全性分區(qū)圖疊加而成。2煤開采頂板涌（突）水條件評價綜合分區(qū)為：

開采2煤形成的導(dǎo)水裂隙帶可導(dǎo)通直羅組下段含水層，為冒裂安全性全區(qū)危險。故，該含水層涌（突）水條件綜合分區(qū)取決于其富水性分區(qū)，該段含水層綜合分區(qū)如圖1-3。分別以1.07，1.2，1.27，1.34，1.43，1.59為界限值，綜合性分區(qū)依次為相對安全區(qū)、較安全區(qū)、過渡區(qū)、較危險區(qū)、危險區(qū)。

2.4? 頂板涌（突）水危險性評價

從圖3所示，北部大部分為過渡區(qū)，西北角附近為較安全區(qū)，井田中西部為危險區(qū);中部、南部和北部部分區(qū)域為較危險區(qū)和過渡區(qū)交雜;東南部為較安全區(qū)。故，該充水含水層涌（突）水的危險性中部比南部和北部大。

3? 礦井防治水措施

（1）加強地下水動態(tài)觀測，盡快建立健全的地下水位觀測系統(tǒng)。在2煤頂板含水層中布置一定密度水位（壓）觀測點，以井下觀測為主，在地表適當(dāng)布置。

（2）開采前進行井下物探，對工作面及斷層實施水文超前探查，查明富水區(qū)，并采取相應(yīng)疏放水措施，有針對性的進行疏放水。

（3）回采過程中，根據(jù)已掌握資料提前做好工作面突水預(yù)測預(yù)報，根據(jù)探測結(jié)果制定針對措施。

（4）對斷層發(fā)育區(qū)，探明斷層位置、產(chǎn)狀、規(guī)模、富水性及斷層兩盤對接部位巖性及富水性等。

（5）針對直羅組下段含水層，加強井下探放水，消除水災(zāi)隱患。工作面出現(xiàn)異常時，探明水情，選擇性留設(shè)放水孔，必要時需留設(shè)防隔水煤柱。2煤頂板隔水層厚度薄且分布不均，需進行疏排降至安全開采水壓范圍，建議提前分階段、多鉆孔、長時間疏放，實現(xiàn)安全疏干。

參考文獻：

[1] 寧東煤田鴛鴦湖礦區(qū)麥垛山井田煤炭勘探報告[Z].寧夏煤田地質(zhì)局，2011：85～142.

[2] 神華寧煤麥垛山礦井初步設(shè)計[Z].中煤國際北京華宇工程有限公司，2011：126～138.

[3]神華寧煤麥垛山煤礦11采區(qū)水文地質(zhì)補充勘探報告[Z].中國煤炭地質(zhì)總局華盛水文地質(zhì)勘察工程公司，2012：13～27.