小煤礦開采水文地質存在的問題及防治措施

小煤礦開采水文地質存在的問題及防治措施

　　系地層灰巖含水層除接受滲漏補給外，在構造影響下局部接受奧陶系灰巖地下水的補給，下面是小編搜集整理的一篇相關論文范文，歡迎閱讀借鑒。

　　隨著資源儲量的不斷減少，開采深度的不斷加大，煤礦的開采環境漸趨復雜，水害問題突出，尤其是地方小煤礦，形勢更加嚴峻[1-5].因此，合理了解礦井水文地質條件是保證煤礦安全生產的前提和必要條件，更是提高煤礦生產工作效益和良好社會效益的重要措施[6-11].

　　1礦區概況

　　目前，沙河市小礦井均處于停產階段，井田范圍均被第四紀沉積物覆蓋，勘探深度范圍內，地層自下而上為奧陶系，石炭系，二疊系及第四系。含煤地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組。隨著多年的開采，煤炭儲量不斷減少，僅剩下組煤可供開采。礦井地質構造簡單，有少量巖漿巖侵入。

　　2下組煤開采充水條件分析

　　2.1礦井水文地質背景

　　礦區屬于邯邢水文地質單元中基本獨立且封閉的百泉水文地質單元。單元東北界為邢臺大斷層;西界為寒武系中統毛莊組相對隔水層;南界為北名河地下分水嶺。地下水總體流向為NNE-NE向，至邢臺百泉排泄。

　　2.2地表水對煤層的開采影響礦區范圍內無大的地表水體，僅洪水季節有短暫水流。鄰近礦井多年的開采實踐證明，地下開采不會受到地表水系影響。因此，可以確定下組煤不會受到地表水影響。

　　2.3含(隔)水層

　　井田內對開采9號煤產生影響的主要含水層有大青灰巖裂隙巖溶含水層、本溪灰巖裂隙巖溶含水層、奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層。

　　(1)大青灰巖裂隙巖溶含水層厚度2.25~9.63m,巖性為灰、深灰色石灰巖，窩狀溶孔與小溶洞發育，裂隙多被方解石或泥質充填或半充填。正常情況下可疏性較強�？梢詫崿F對大青灰巖含水層的可控疏降。

　　(2)本溪灰巖裂隙巖溶含水層厚度1.4~11.72m.巖性為深灰色含泥質灰巖，局部巖溶裂隙發育。富水性很不均一，局部可能與奧灰存在一定的水力聯系。巖溶裂隙聯通性好，可注性強，進行全面注漿改造后可形成穩定的隔水層。

　　(3)奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層平均厚度110~160m.巖性主要為巨厚層狀灰巖、角礫狀灰巖等組成，巖溶裂隙發育富水性強，補給量大，一般難以疏干，為礦井的間接充水水源，一旦存在隱伏構造及導水裂隙，將成為主要補給水源和礦井突水水源。因而是下組煤安全開采的重點防治與預防對象。

　　2.4地下水的補給徑流與排泄條件

　　地下水的主要補給來源是大氣降水和溝谷河床滲漏。煤系地層灰巖含水層除接受滲漏補給外，在構造影響下局部接受奧陶系灰巖地下水的補給。除奧灰含水層外，各含水層天然補給量較小，徑流條件較差。地下水徑流受地形、地質構造控制，形成7個徑流帶。受采礦、工農業生產和生活用水的影響，地下水主要以人工排泄為主。

　　2.5礦井充水因素分析

　　2.5.1充水水源

　　(1)大青灰巖裂隙巖溶含水層水。金磊礦單位涌水量為0.0011~0.29L/s·m,滲透系數為0.62~6.56m/d,富水性較弱;啟瑞礦單位涌水量為0.0037~0.18L/s·m,滲透系數0.1116~3.086m/d,富水性較弱;裕豐礦單位涌水量為0.00357~0.123L/s·m,滲透系數0.0024~2.91m/d,礦化度0.646~1.064g/L,富水性中等。含水層位于為9號煤頂板冒落范圍內，煤層開采后，頂板淋水更加突出，是煤層開采的直接充水水源之一。

　　(2)本溪灰巖裂隙巖溶含水層水。富水性中等，在局部與奧灰存在水力聯系的塊段富水性較強。是煤層開采的直接充水水源之一。含水層與上下軟巖層形成下組煤與奧灰含水層間的相對隔水層。

　　(3)奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層水。金磊礦單位涌水量為0.883~18.15L/s·m,滲透系數為0.95~11.54m/d;啟瑞礦單位涌水量2.78L/s·m;裕豐礦單位涌水量0.0195~2.662L/s·m.開采下組煤時，由于奧灰水的水壓力較大，富水性強，可能會通過隱伏構造或采煤裂隙涌入礦井，成為礦井的主要水患。因此應采取有效的防治措施，保證安全。

　　(4)老空水。礦井周邊小煤礦開采活躍，開采歷史較長，不同階段生產形成的采空區積水范圍、積水量不清楚。當采掘工作面接近或揭露采空區積水時，老空水將成為礦井的直接充水水源，老空水突水迅速，水量大，危害極大，要重點防范。

　　2.5.2充水通道

　　(1)斷層。金磊礦僅發現一條正斷層，設計的運輸和回風大巷將穿過該斷層，斷層的導水性及富水性未知。啟瑞礦掘進過程中發現并揭露7條不導水斷層，控制程度較高。裕豐礦僅在邊界2條落差較大的斷層。礦井中其它區域不排除存在導水及富水斷層的可能，煤層的采動影響也可能造成斷層的活化而導水，尤其當斷層導通奧灰含水層時威脅安全開采。為確保掘進及回采安全，應采取超前探放水措施，做到“有疑必探，先探后掘”的原則，保證安全生產。

　　(2)陷落柱。煤礦中均未發現陷落柱，根據相鄰礦井資料，礦區具有陷落柱發育的條件，不排除在井田范圍內存在導水陷落柱的可能，尤其是在采煤過程中，初始的地應力平衡會遭到破壞，改變部分陷落柱的水文地質特性，導通含水層水，形成礦井危害。因此，下組煤開采過程中應引起注意，查明陷落柱的發育情況，預留安全煤柱及采取其它相應的預防措施。

　　(3)采煤引起的導水裂隙。礦井生產中，形成的冒落帶和裂隙帶可能聯通含水層水和老空水進入礦井，底板裂隙帶將降低相對隔水層的阻水能力，尤其是采動裂隙與導水構造聯通誘發奧灰突水。成為礦井重要的充水通道。應引起高度重視。

　　3礦井涌水量

　　根據大青灰巖含水層所占比例折算，綜合利用單位降深法計算及富水系數比擬法分別可知，金磊礦礦井涌水量包括-109m和-220m兩個水平涌水量構成，其正常涌水量和最大涌水量為分別為318m3/h、572m3/h.啟瑞礦礦井正常和最大涌水量分別為124m3/h、237m3/h.裕豐礦井正常和最大涌水量為32m3/h、60m3/h.

　　通過以上的計算分析可知，開采下組煤時的礦井涌水量中頂板冒落范圍內的大青灰巖含水層水構成了礦井涌水量的大部分水源，大青灰巖含水層的厚度小，富水性弱至中等，一般情況下可以進行可控疏降。其它充水水源中本溪灰巖含水層巖溶裂隙發育程度受構造影響，局部可能與奧灰存在一定水力聯系，奧灰含水層厚度大，儲存量及補給量大，一旦導通成為上覆含水層的主要補給水源，對礦井安全造成威脅。并且由于該區小煤礦生產形成的采空區積水范圍和積水量不清，當采掘接近或揭露采空區積水時，將成為直接充水水源，因此，應引起足夠的重視。

　　4防治水措施

　　4.1巷道掘進前防治水措施

　　巷道掘進前采用井上、下綜合探測技術，以查明設計采掘區域可能存在的導水構造、老空水分布、巷道底板及側方含水異常區的分布情況。對于圈定的含水異常區，必須利用鉆探方法進行探查。

　　根據探查結果，制定相應的治理方案與措施，為巷道安全掘進奠定基礎。

　　4.2巷道掘進階段防治水措施

　　(1)物探超前探。在巷道掘進前首先采用綜合物探手段進行超前探測，確定地質異常體位置和范圍。鑒于物探結果的多解性，應采用多種物探方法進行互相印證，以提高探測結果的可靠性。

　　(2)鉆探超前探。巷道迎頭至少布置3個斜下方的超前探查孔，以控制巷道正前方、兩側及底板含水構造。實際超前距和套管按《煤礦防治水規定》執行。

　　(3)物探異常區驗證。對綜合物探探測的異常區應布置專門的鉆孔進行驗證，鉆孔方位與個數依據異常體與待掘巷道的位置關系確定。

　　(4)物探異常體治理。分析異常體與奧灰含水層是否存在水力聯系，并采取超前預注漿進行治理后方可繼續掘進。

　　4.3工作面回采前防治水措施

　　采用物探對一定范圍內的底板、老空水、隱伏導水構造及裂隙發育帶的情況進行探測并利用鉆探進行驗證，對已驗證的導水構造、富水異常區和底板薄弱帶進行注漿加固并檢驗效果至滿足要求為止，最大限度降低底板突水的風險。對影響范圍內的老空水，提前進行疏放。

　　4.4工作面回采及采后防治水措施

　　奧灰突水通過導水通道導升，且具有一定的滯后性，可將本溪含水層作為檢測層，通過檢測水位和水質在開采前后的動態變化做出預報。開展底板破壞深度檢測、底板水害預警等工作，回采結束后，建立水閘墻。

　　4.5其他防治水措施

　　對邊界及探測到的較大斷層預留防隔水煤(巖)柱，完善排水系統，建立礦井防水應急救援系統，提高全員防治水培訓。

　　5結語

　　目前該地區小煤礦僅剩9號煤可供開采，地質條件相對簡單，礦井主要充水水源是大青灰巖水和本溪灰巖水，主要水患是奧灰水和老空水。在開采過程中，綜合利用物探、鉆探等超前探技術并采取合理的防治水措施來有效降低水害事故的發生，確保礦井的安全生產。同時，也能夠為其他類似煤礦實現煤層安全帶壓開采提供一定的參考。

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