摘 要:根據(jù)超化煤礦礦井地質(zhì)條件,結(jié)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(bǔ)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,為該礦深部開采突水防治提供了依據(jù)。
關(guān)鍵詞:礦井突水;突水防治;水文地質(zhì)
中圖分類號:TD745+.2 文獻(xiàn)標(biāo)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(zāi)害之一,突水災(zāi)害地質(zhì)條件研究是解決突水防治問題的基礎(chǔ)〔1-3〕,突水機(jī)理研究則是關(guān)鍵〔4-6〕。鄭州煤業(yè)集團(tuán)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(gòu)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(shù)為95%,屬極不穩(wěn)定煤層。頂、底板起伏大,為砂質(zhì)泥巖及泥巖,受區(qū)域性滑動影響,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(qū)域構(gòu)造的影響,發(fā)育北西向或近東西向兩組斷裂(圖1)。
2.2 區(qū)域井田水文地質(zhì)條件超化煤礦區(qū)域?qū)俚蜕角鹆甑匦?各地層出露,水文地質(zhì)條件復(fù)雜,地質(zhì)構(gòu)造線近東西向,皺褶、斷裂發(fā)育,對地下水起著控制作用,地下水類型為碳酸鹽巖溶水,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礦區(qū),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(bǔ)給邊界;東至崔莊斷層,為補(bǔ)給邊界;西至二1煤層露頭,奧灰出露,為礦井主要補(bǔ)給邊界,受邊界構(gòu)造影響,井田內(nèi)小構(gòu)造發(fā)育。區(qū)域邊緣為變質(zhì)巖系組成的裂隙補(bǔ)給區(qū),由于斷層南升北降,東南部大量地下水補(bǔ)給了奧陶系含水層后又通過龜山斷層的東段補(bǔ)給井田內(nèi)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(qū)域地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件復(fù)雜,上山區(qū)域則簡單,但整個礦井工程地質(zhì)條件復(fù)雜。主要突水工作面21071、21051、22121含水性均較差,其補(bǔ)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?guī)r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?guī)r含水層(L5~6)、1~4灰?guī)r含水層(L1~4)和奧陶系灰?guī)r含水層(奧灰),富水性均較強(qiáng),其中奧灰與L1~4有較強(qiáng)的水力聯(lián)系,L5~6和L1~4之間也有部分水力聯(lián)系(表1),三者均可通過小司溝斷層等導(dǎo)水?dāng)鄬酉嗷?dǎo)通并補(bǔ)給太原組L7~9(圖1)。
圖1 超化煤礦井田地質(zhì)構(gòu)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(hù),沿煤層底板掘進(jìn)。16:00,21051上副巷迎頭上幫出現(xiàn)淋水,隨后水量劇增,導(dǎo)致局部巷道沖垮、運輸設(shè)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、來勢猛、衰退快,具有老空水突水特征;突水水樣的主要指標(biāo)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(gòu)造簡單,附近區(qū)域煤層賦存穩(wěn)定,無落差較大的斷層和其它地質(zhì)構(gòu)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(qū),該采空區(qū)與出水點位置相吻合。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(qiáng)度而導(dǎo)致隔水層變形、斷裂而形成的裂隙。
超化煤礦在嚴(yán)格堅持“有疑必探,先探后掘”的同時,采用巷道接近老空、被淹的井巷、防水煤柱時超前探水,提前疏干降壓或預(yù)先封堵導(dǎo)水通道,加設(shè)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(qū)最南部,主采的二1煤層賦存基本穩(wěn)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?guī)r。該面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,上副巷南部有1個落差為的滑動構(gòu)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?dāng)鄬印?6時工作面上副巷尾部發(fā)生L7~9水突水,突水量最大達(dá)/h,后穩(wěn)定在/h,40 d后采用跳采方案恢復(fù)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)一步活化原采動裂隙,并使之與新生裂隙導(dǎo)通,導(dǎo)致底板斷裂造成突水,突水通道是煤層底板采動裂隙與巖溶破碎帶。因此該礦采掘接近底板承壓含水層、充水?dāng)鄬訒r,一定要查明底板水文地質(zhì)構(gòu)造情況,如果探水時底板大量涌水,要及時封閉鉆孔、打隔水墻密閉,必要時采取留設(shè)防水煤柱、巷道預(yù)注漿切斷L7~9補(bǔ)給通道、疏水降壓等措施,以防突水。
巷道穿越斷層時要加強(qiáng)支護(hù),對井田東南部斷層交叉點等構(gòu)造發(fā)育地段需重點加固,以防滯后突水。當(dāng)遇到裂隙密集帶、兩組或兩組以上斷裂和裂隙交叉部位,最好回避開采,如開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(jié) 論
(1)超化煤礦地表水及大氣降水入滲補(bǔ)給基巖地下水,進(jìn)而補(bǔ)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(bǔ)給水源是L5~6水、L1~4水和奧灰水,突水通道是采動裂隙。
(2)威脅超化煤礦深部開采的水源是底板含水層水和地表水體入滲補(bǔ)給水,在留防水煤柱減少地表入滲補(bǔ)給的基礎(chǔ)上,頂板砂巖水應(yīng)以疏排為主,地表水、底板灰?guī)r水應(yīng)以防為主。超化煤礦需加強(qiáng)各工作面的水文地質(zhì)預(yù)測預(yù)報,在采掘中遇斷層和老空區(qū)時‘有疑必探,先探后掘,疏堵結(jié)合,分類防治’,可防治突水。
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作者簡介: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(xiàn)為中國礦業(yè)大學(xué)(北京校區(qū))防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程碩士研究生。
(收稿日期:;責(zé)任編輯:梁紹權(quán))
