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        單侯煤礦礦井水文地質(zhì)條件與防治水難易程度分析

        2022-03-19 03:13:02王燕
        煤炭與化工 2022年1期
        關(guān)鍵詞:隔水層導(dǎo)水井田

        王燕

        (河北省煤田地質(zhì)局 第四地質(zhì)隊(duì),河北 宣化 075100)

        1 概 況

        我國(guó)煤礦以井工開采為主,由于煤層賦存水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變,導(dǎo)致我國(guó)大多數(shù)礦井受到水害的威脅,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)受水害威脅的礦井超過8 000 座,歷史上曾經(jīng)發(fā)生多次透水、突水事故,造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,因此,礦井水害是制約我國(guó)煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。

        單侯煤礦位于蔚縣礦區(qū)南部,地形呈北高南低的傾斜平原,壺流河流經(jīng)井田南側(cè)及東側(cè),井田內(nèi)北西向沖溝密布,平時(shí)干枯無水,目前礦井主采1號(hào)、5 號(hào)煤,礦井近三年正常涌水量328.4 m3/h,最大涌水量343.6 m3/h。

        2 井田內(nèi)含水層與隔水層分布特征

        2.1 井田含水層分布

        根據(jù)鉆孔揭露,井田內(nèi)含水層可自上而下劃分為4 個(gè)含水層,各含水層的基本特征見表1,煤層與含水層分布結(jié)構(gòu)柱狀圖如圖1 所示。

        表1 各含水層的基本特征Table 1 Essential characteristics of each aquifer

        圖1 煤層與含水層分布結(jié)構(gòu)柱狀圖Fig.1 Histogram of coal seam and aquifer distribution structure

        2.2 井田隔水層分布

        井田內(nèi)煤系地層內(nèi)的粘土巖、粉砂巖以及非煤地層內(nèi)的火山碎屑巖、第四系的粘土、粉質(zhì)粘土,隔離了各層之間的水力聯(lián)系。

        1 號(hào)煤層與基底奧陶系灰?guī)r之間發(fā)育一層鮞狀粘土巖、粉砂巖,為良好的隔水層,平均厚度27 m;侏羅系中統(tǒng)下花園組地層中粘土巖、粉砂巖隔水層平均厚度80 m;侏羅系中統(tǒng)髫髻山組火山碎屑巖隔水層厚度為5~135 m;第四系的粘土、粉質(zhì)粘土隔水層厚度為50~296 m。

        3 礦井充水因素分析

        3.1 充水水源

        礦井目前主采1 號(hào)、5 號(hào)煤,根據(jù)采掘揭露,礦井主要充水水源為奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層水、煤系含水層水、采空區(qū)積水以及第四系礫石孔隙含水層水。

        (1) 奧陶系下統(tǒng)石灰?guī)r裂隙巖溶水。

        該含水層是開采1 號(hào)、5 號(hào)煤層主要充水含水層,局部煤層底板承受水頭壓力較大,富水性弱—強(qiáng)。目前全井田范圍內(nèi)1 號(hào)煤層承受該含水層水壓為0.01 ~ 0.78 MPa,未來3 a 開采區(qū)域水壓為0 ~0.3 MPa。

        (2) 煤系砂巖裂隙含水層水。

        主要為下花園組砂巖含水層下段和后城組礫巖含水層,下花園組砂巖含水層下段富水性弱,近5 a 來該含水層水對(duì)各主采煤層采掘工作基本無影響,僅在斷層或局部煤巖層裂隙發(fā)育地段以淋水、裂隙出水形式進(jìn)入礦井。

        (3) 采空區(qū)積水。

        主要包括井田內(nèi)1 號(hào)、5 號(hào)煤層開采后形成的采空積水,及井田周邊煤礦(單侯北井、崔家寨、北陽莊礦) 關(guān)閉后形成的采空區(qū)積水。前者積水范圍清楚可控,積水量很??;后者其采掘范圍、積水范圍和積水量清楚,且各礦井與單侯礦之間均留設(shè)了寬度足夠的防隔水煤巖柱,對(duì)生產(chǎn)區(qū)域正常采掘活動(dòng)無影響。

        (4) 第四系孔隙水。

        該含水層組地層覆蓋于全井田,受大氣降水補(bǔ)給,富水性弱—中等,并補(bǔ)給其它含水層水,為礦井間接充水含水層。

        3.2 充水通道

        主要充水通道包括導(dǎo)水?dāng)鄬?、煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙以及封閉不良鉆孔。

        (1) 導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

        井田內(nèi)各類斷層比較發(fā)育,且多成群出現(xiàn)和密集成帶,斷層的存在縮短了煤層與奧陶系含水層的距離,尤其是在煤層與奧陶系含水層對(duì)接部位,采動(dòng)影響下,斷層成為溝通含水層的主要通道。

        (2) 煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙。

        煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙包括頂板冒落和底板擠壓破壞形成的裂隙通道,1 號(hào)煤層開采過程產(chǎn)生的底板破壞現(xiàn)象,削弱底板隔水層的阻水能力,成為底板導(dǎo)水通道,誘發(fā)底板突水;5 號(hào)煤層開采過程中形成的冒落裂隙帶成為煤層頂板含水層水和采空區(qū)積水的直接通道。

        (3) 封閉不良鉆孔。

        單侯礦井田范圍內(nèi)共有封閉不良鉆孔40 個(gè),其中位于設(shè)計(jì)采掘區(qū)域的鉆孔有6 個(gè),16~18 孔在回采前對(duì)其封閉情況進(jìn)行了鉆探、物探驗(yàn)證,確認(rèn)對(duì)回采工作無影響,其余5 個(gè)目前采掘工程均未達(dá)到其所處位置,準(zhǔn)備在采掘工程接近時(shí)采取相應(yīng)的防治水措施;位于各類保護(hù)煤柱內(nèi)共26 個(gè),對(duì)采掘工作無影響;剩余8 個(gè)均位于無煤區(qū)或采掘工程達(dá)不到的井田邊界,因此也對(duì)安全采掘無影響。

        4 防治水難易程度分析

        (1) 地表水。

        地表水系僅有壺流河,流經(jīng)井田南側(cè)及東側(cè),歷史上最高洪水位為+924.8 m,單侯煤礦主井標(biāo)高+1 038.5 m,副井標(biāo)高為+1 040 m,風(fēng)井標(biāo)高為+1 042 m,均高于歷史最高洪水位100 m 以上,因此,地表水對(duì)單侯煤礦井口安全無威脅,地表水害防治水工作易于進(jìn)行。

        (2) 含煤地層裂隙水。

        單侯煤礦煤層直接充水含水層為侏羅系中統(tǒng)下花園組煤系砂巖含水層下段(Ⅱ1),含水層水沿著構(gòu)造裂隙及煤層開采形成的冒落裂隙帶向礦井充水,實(shí)際揭露資料顯示,該含水層已富水性極弱,加上單侯礦有健全的排水系統(tǒng),因此含煤地層裂隙水防治水工作易于進(jìn)行。

        (3) 礦井內(nèi)及周邊煤礦采空區(qū)積水。

        井田內(nèi)采空區(qū)分布及積水情況清楚,對(duì)單侯礦采掘工作不構(gòu)成威脅,礦井周邊興源礦、北陽莊礦、崔家寨礦與單侯井田均按規(guī)定留有井田邊界煤柱,掘空間范圍清楚、積水量清楚,臨近邊界進(jìn)行采掘活動(dòng)時(shí),要加強(qiáng)超前探測(cè),防治水工作易于進(jìn)行。

        (4) 奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層(Ⅰ3)。

        經(jīng)過多年的疏水降壓,奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層(Ⅰ3) 對(duì)對(duì)5 號(hào)煤絕大部開采已無影響,但對(duì)開采1 號(hào)煤絕大部分影響較大。該含水層厚度為0~101.60 m,富水性中等—強(qiáng),單位涌水量0.1~2.0 L/s·m,由于井田內(nèi)斷層發(fā)育,且多成群出現(xiàn)和密集成帶,縮短了煤層與奧灰含水層的距離,尤其是在1 號(hào)、5 號(hào)煤層與奧灰含水層對(duì)接部位,在采動(dòng)影響下,減弱了斷層的阻水性能,使某些斷層成為溝通奧灰含水層的主要充水通道。

        綜上所述,單侯礦開采開采1 號(hào)煤層時(shí),由于底板隔水層厚度薄,承壓較大,需進(jìn)行局部疏水降壓工程,防治水工程量大,難度較大;開采5 號(hào)煤層時(shí),充水條件簡(jiǎn)單,僅局部以頂板淋水的形式進(jìn)入采掘工作面,礦井防治水工程量一般,防治水工作易于進(jìn)行。

        5 結(jié) 語

        水害威脅著煤礦安全開采,總結(jié)了單侯煤礦井田內(nèi)含水層、隔水層分布特征,分析了礦井充水因素,礦井主要充水水源為奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層水、煤系含水層水、采空區(qū)積水以及第四系礫石孔隙含水層水,主要充水通道包括導(dǎo)水?dāng)鄬?、煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙以及封閉不良鉆孔?;诖耍治隽说V井防治水難易程度,單侯煤礦開采1 號(hào)煤層時(shí),防治水工程量大,難度較大;開采5 號(hào)煤層時(shí),防治水工程量一般,易于進(jìn)行。

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