摘 要:根據超化煤礦礦井地質(zhì)條件,結合2次突水事件,利用綜合水文地質(zhì)分析方法研究了礦井水文地質(zhì),分析了礦井含水層的含水性、補給條件,以及各含水層間的水力關(guān)系,提出了礦井突水原因及防治方法,為該礦深部開(kāi)采突水防治提供了依據。
關(guān)鍵詞:礦井突水;突水防治;水文地質(zhì)
中圖分類(lèi)號:TD745+.2 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)02-0055-03基金項目:國家自然科學(xué)基金資助項目(40472084)
1 概 況
礦井突水是煤礦安全生產(chǎn)的重要災害之一,突水災害地質(zhì)條件研究是解決突水防治問(wèn)題的基礎〔1-3〕,突水機理研究則是關(guān)鍵〔4-6〕。鄭州煤業(yè)集團超化煤礦位于新密市城南
2 礦井地質(zhì)和水文地質(zhì)條件
2.1 地層煤層及地質(zhì)構造超化煤礦井田屬石炭系、二疊系煤系地層,共含煤8組,31個(gè)煤層。井田主采煤層為二疊系山西組二1煤層,厚度為0.19~,可采指數為95%,屬極不穩定煤層。頂、底板起伏大,為砂質(zhì)泥巖及泥巖,受區域性滑動(dòng)影響,煤層及其頂、底板滑面發(fā)育,易冒落(表1)。井田除超化、陽(yáng)臺、崔莊等大的邊界斷層外,還揭露了多條落差以上的斷層,傾向多為北偏東,傾角多在15°~20°,受區域構造的影響,發(fā)育北西向或近東西向兩組斷裂(圖1)。
2.2 區域井田水文地質(zhì)條件超化煤礦區域屬低山丘陵地形,各地層出露,水文地質(zhì)條件復雜,地質(zhì)構造線(xiàn)近東西向,皺褶、斷裂發(fā)育,對地下水起著(zhù)控制作用,地下水類(lèi)型為碳酸鹽巖溶水,整體流向為自西向東。超化煤礦地表河有麻河自南向北穿過(guò)礦區,井田主要有二疊系、奧陶系和寒武系地層出露,地勢南高北低。井田北至超化斷層,為隔水邊界;南至龜山斷層,為弱補給邊界;東至崔莊斷層,為補給邊界;西至二1煤層露頭,奧灰出露,為礦井主要補給邊界,受邊界構造影響,井田內小構造發(fā)育。區域邊緣為變質(zhì)巖系組成的裂隙補給區,由于斷層南升北降,東南部大量地下水補給了奧陶系含水層后又通過(guò)龜山斷層的東段補給井田內各含水層(圖1)。
3 超化煤礦工作面突水原因及防治措施超化煤礦下山區域地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復雜,上山區域則簡(jiǎn)單,但整個(gè)礦井工程地質(zhì)條件復雜。主要突水工作面21071、21051、22121含水性均較差,其補給水源一是賦存于煤系地層以上的頂板裂隙水和老空水,特點(diǎn)是裂隙水水量較小,老空水水量較大;二是賦存于煤系地層下的石炭系含水層和奧陶系含水層,其水量、水壓均較大。研究表明,超化煤礦頂板含水層主要是第四系含水層,其富水程度受大氣降水和地表水影響,屬弱含水層;底板直接承壓含水層為二1煤底板石炭系太原組7~9灰巖含水層(L7~9),距煤層最近,富水性受裂隙控制,是底板主要突水水源;底板間接承壓含水層為石炭系太原組5~6灰巖含水層(L5~6)、1~4灰巖含水層(L1~4)和奧陶系灰巖含水層(奧灰),富水性均較強,其中奧灰與L1~4有較強的水力聯(lián)系,L5~6和L1~4之間也有部分水力聯(lián)系(表1),三者均可通過(guò)小司溝斷層等導水斷層相互導通并補給太原組L7~9(圖1)。
圖1 超化煤礦井田地質(zhì)構造綱要圖
3.1 21051工作面突水原因及防治措施
超化煤礦21051工作面走向長(cháng)1,傾斜寬,上副巷與井田北部邊界平均距離為,U型鋼支架加塑料網(wǎng)支護,沿煤層底板掘進(jìn)。16:00,21051上副巷迎頭上幫出現淋水,隨后水量劇增,導致局部巷道沖垮、運輸設備被毀。19:20,水量猛增至5/h,21:00,水量劇減至/h,8:00,水量已衰減到/h(圖2)。
圖2 超化煤礦21051工作面突水情況示意圖
本次突水特征是水量大、來(lái)勢猛、衰退快,具有老空水突水特征;突水水樣的主要指標鐵離子、NH4+、耗氧量、溶解性固形物的濃度也具有老空水的濃度特征,且與頂、底板水差異較大(表2);該巷道地質(zhì)構造簡(jiǎn)單,附近區域煤層賦存穩定,無(wú)落差較大的斷層和其它地質(zhì)構造存在,且屬不帶壓掘進(jìn);該巷道頂板水已被大面積疏放,含水層富水性弱,且透水前后奧灰水水位無(wú)變化,可排除頂板砂巖和奧灰突水;突水位置前方有富含水的小煤窯采空區,該采空區與出水點(diǎn)位置相吻合。因此,21051工作面突水是小煤窯老空水潰入礦井所致,突水通道是因老空水水壓大于隔水層強度而導致隔水層變形、斷裂而形成的裂隙。
超化煤礦在嚴格堅持“有疑必探,先探后掘”的同時(shí),采用巷道接近老空、被淹的井巷、防水煤柱時(shí)超前探水,提前疏干降壓或預先封堵導水通道,加設檔水墻,未探清地質(zhì)情況的工作面不采掘等措施,可防治突。
3.2 22121工作面突水原因及防治措施超化煤礦22121工作面位于22采區最南部,主采的二1煤層賦存基本穩定,平均厚度約,煤層直接底為深灰色泥巖,厚度為,老底為石炭系灰巖。該面地質(zhì)構造復雜,上副巷南部有1個(gè)落差為的滑動(dòng)構造帶,工作面中部也有多條落差約的走向正斷層,逆斷層F1(,∠52°)和正斷層F2(,∠80°)為主要含水斷層。16時(shí)工作面上副巷尾部發(fā)生L7~9水突水,突水量最大達/h,后穩定在/h,40 d后采用跳采方案恢復生產(chǎn)。
本次底板突水原因在于該巷底板傾角大,裂隙發(fā)育,采煤引起的礦壓使底板又產(chǎn)生新裂隙,L7~9水進(jìn)一步活化原采動(dòng)裂隙,并使之與新生裂隙導通,導致底板斷裂造成突水,突水通道是煤層底板采動(dòng)裂隙與巖溶破碎帶。因此該礦采掘接近底板承壓含水層、充水斷層時(shí),一定要查明底板水文地質(zhì)構造情況,如果探水時(shí)底板大量涌水,要及時(shí)封閉鉆孔、打隔水墻密閉,必要時(shí)采取留設防水煤柱、巷道預注漿切斷L7~9補給通道、疏水降壓等措施,以防突水。
巷道穿越斷層時(shí)要加強支護,對井田東南部斷層交叉點(diǎn)等構造發(fā)育地段需重點(diǎn)加固,以防滯后突水。當遇到裂隙密集帶、兩組或兩組以上斷裂和裂隙交叉部位,最好回避開(kāi)采,如開(kāi)采則需采取巷道注漿加固措施,巷道可每前進(jìn)注漿加固1次,在巷道頂、底板上各打3排注漿孔,孔深為(圖3),兩幫各打1排注漿孔,注漿孔間距,巷幫注漿孔布置在巷道腰線(xiàn)上,以防治突水。
圖3 超化煤礦注漿加固巷道俯視平面示意圖
4 結 論
(1)超化煤礦地表水及大氣降水入滲補給基巖地下水,進(jìn)而補給奧陶系和石炭系各含水層,為礦井突水主要水源。石炭系底板水和老空水是主要突水隱患。礦井底板突水主要水源是L7~9水,補給水源是L5~6水、L1~4水和奧灰水,突水通道是采動(dòng)裂隙。
(2)威脅超化煤礦深部開(kāi)采的水源是底板含水層水和地表水體入滲補給水,在留防水煤柱減少地表入滲補給的基礎上,頂板砂巖水應以疏排為主,地表水、底板灰巖水應以防為主。超化煤礦需加強各工作面的水文地質(zhì)預測預報,在采掘中遇斷層和老空區時(shí)‘有疑必探,先探后掘,疏堵結合,分類(lèi)防治’,可防治突水。
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作者簡(jiǎn)介:于輝光(1971-),男,黑龍江七臺河人,工程師,1994年本科畢業(yè)于東北大學(xué),現為中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區)防災減災工程及防護工程碩士研究生。
(收稿日期:;責任編輯:梁紹權)
