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1、新密超化煤矿矿井水文地质类型划分 陈金涛 山西煤炭进出口集团蒲县豹子沟煤业有限公司 摘 要： 矿井水文地质类型的是否科学划分, 是决定煤矿能否有效防止水害的前提条件, 也就是决定矿井能否安全高效生产的关键因素之一, 因此, 科学合理的水文地质类型划分对整个矿井有效生产具有重要意义。本文针对新密超化煤矿水文地质类型划分问题, 依据矿井水源、涌水量以及防治水难易程度等方面综合考虑, 严格按照煤矿防治水规定相关要求, 科学合理的确定超化煤矿水文地质类型为中等, 为矿井有效防治水工作提供了有力保障。关键词： 超化煤矿; 水文地质类型; 防治水; Mine Hydrogeological Type Cl
2、assification of Chaohua Coal Mine in XinmiChen Jintao Puxian Baozigou Coal Industry Company Limited Shanxi Coal Import and Export Group; Abstract： Whether the mine hydrogeological types was divided was a prerequisite for determining whether coal mines could prevent water damage effectively.And it wa
3、s the key factors whether the production was implemented safely and efficiently. Sscientific and rational classification of hydrogeological types was of great significance to the effective production of the whole mine. According to the classification of hydrogeological types of Chaohua coal mine in
4、Xinmi, the result was determined to be medium, through the mine water, the amount of water and the degree of water control and so on were considered and The Directive of Coal Mines to Prevent &Control Mine Water Hazards. Mine water control work was protected effectively.Keyword： Chaohua coal mine; H
5、ydrogeological type; water control; 众所周知, 矿井水文地质类型是矿井防治水规划以及安全治理的基本依据, 主要是因为矿井水文地质类型对煤矿水文地质条件、重点水害类型、防治难易程度等因素进行了详细研究并做综合评价。我国对煤矿水文地质类型的研究起步较晚, 从上世纪 50 年代开始探索1, 到 80 年代才确定了水文地质类型划分的方法等内容, 并制定了相关的规程2-3。经过二三十年实践应用, 煤矿各种水害事故层出不穷, 水文地质条件的新特征不断被发现, 2009 年煤矿防治水规定被颁布, 并对矿井水文地质类型划分进行了明确规定, 要求每 3 年确定 1次。本文结合
6、我国水文地质划分的经验, 在充分了解新密超化煤矿水文地质条件, 并进行阐述、分析和研究, 确定划分类型, 为相似工作面情况提供借鉴经验4-5。1 矿井概况新密市超化煤矿位于距超化镇 1.5km 处东南方向, 矿区面积 1.3km, 矿区地貌为构造剥蚀性地貌, 地貌单元为丘陵区, 矿区西北高、东南低, 海拔最高和最低分别为 241.4m、174.6m, 矿区被第四系黄土所覆盖, 地面冲沟较发育。在矿区附近有淮河流域双洎河水系, 大气降水汇集于低洼沟壑后于超化镇附近注入双洎河, 往东经新郑到长葛南汇入淮河。该矿区主采二 1煤层, 该煤层 3.821.02m, 平均 8.56m, 煤层结构简单, 不
7、含夹矸, 赋存稳定, 煤类属贫煤, 设计生产能力为 30 万 t/a, 煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩, 基本顶为中细粒砂岩, 底板多为页岩或砂质页岩。2 矿井水文地质及类型划分2.1 矿井受影响的含水层该矿区对主采煤层二 1煤有较大影响是下二叠统太原组下段灰岩 (P 1tL1-4) 岩溶裂隙承压含水层和下二叠统太原组上段灰岩 (P 1tL7-8) 岩溶裂隙承压含水层。(1) 下二叠统太原组下段灰岩 (P 1tL1-4) 岩溶裂隙承压含水层。该含水层由 L1-44 层灰岩组成, 中间夹杂砂质泥岩和煤层等, 平均厚 18.70m, 埋藏深度 0680m左右。该含水层为一 1煤层顶板直接充水含水层,
8、并通过断裂带和 P1tL7-8灰岩发生水力联系, 成为二 1煤层底板间接充水含水层。(2) 下二叠统太原组上段灰岩 (P 1tL7-8) 岩溶裂隙承压含水层。该层由 L7和L82 层灰岩组成, 灰岩一般厚 713m, 平均厚 8.51m。矿井遍布该含水层, 埋藏深度 0600m 左右。灰岩局部岩溶发育, 富水性不均, 含岩溶裂隙承压水, 富水性不均, 且与下伏各灰岩含水层没有明显的水力联系。该含水层为二 1煤层底板直接充水含水层, 对二 1煤层开采有较大影响, 一般表现在回采或掘进中底板突水, 水量不大, 以往井下该含水层突水点水量 2.430m/h。2.2 矿井充水因素分析矿井充水水源包括大
9、气降水、地表水、地下水、构造水和老空水等几个方面, 对上述矿井充水水源进行分析如下。2.2.1 大气降水尽管本矿区二 1煤埋深不大, 大气降水可对各个含水层进行渗透、补充, 但经过多年的观测, 本矿井的涌水量与大气降水没有明显关联。2.2.2 地表水本矿区地表水主要有双洎河, 位于矿区北部, 为常年性河流, 河面宽一般510m, 历年来最高洪水位+176.97m, 经过多年的观测和事实证明双洎河对矿井生产无直接影响。2.2.3 地下水影响矿井开采的地下水包括二 1煤层顶板砂岩孔隙裂隙水、二 1煤层底板岩溶裂隙水和断裂带水。其中太原组上段灰岩含水层 L7-8灰岩岩溶裂隙水是二 1煤层底板直接充水
10、水源, 富水性和导水性相对较好, 为矿井充水的主要水源, 一定条件下可与下伏含水层连通并突入矿井, 具水量大、压力大、难以疏干等特点, 是矿井水疏排的首要重点对象, 因此需要高度警惕2.2.4 老空水矿井周围的西、西北、东北部分布较多的生产小煤矿和废弃老窑, 大多积有一定量的老空 (窑) 水。同时本矿浅部也存在大量采空区, 其间也可能积存一定量的采空区积水, 它和周围老空 (窑) 水共同组成了本矿生产中的头顶“悬水”。2.2.5 断层水矿井构造简单, 无大的断层。至目前仅揭露 2 条, 均在 5m 以下, 生产证实, 小断层无水, 也不导水, 对矿井充水无影响。2.3 充水通道依据充水速度主要
11、可分为渗入性和溃入性 2 种通道, 分述如下:2.3.1 渗入性通道是指各水源水沿裂隙以渗水和淋水方式进入矿井的通道, 对超化煤矿而言, 渗入性通道主要表现为二 1煤顶板水以渗水和淋水方式进入矿井, 其水量仅510m/h, 对矿井安全生产无影响。2.3.2 溃入性通道是指能使各种水源水迅速进入矿井的通道, 主要包括冒裂带发展至地表所形成的通道、断层破碎带所形成的通道、小煤矿采空区水与矿井联通通道和岩溶突水通道等, 对超化煤矿有限公司矿井而言, 溃入性通道主要包括冒裂通道和采空区通道。由于煤层倾角 425, 全部垮落法顶板管理, 中等稳定岩层顶板。据此并根据导水裂隙带最大高度经验公式:式中:H
12、f为顶板导水裂隙最大高度 (m) ;M 为累计采厚 (采用平均煤厚 8.56m) ;n 为煤层分层层数 (只有 1 层) 。将以上参数代入上式, 得:H f=127.1m, 即二 1煤层顶板导水裂隙带最大高度平均约为 127.1m。2.4 井田及周边老空区分布和对本矿的影响分析井田周围老采空区对超化煤矿有影响有位于超化矿井田的东北部的谷家庄煤矿和位于超化矿井田的东南部郑煤集团的超化煤矿。谷家庄煤矿改扩建后设计能力为 15 万 t/a, 立井单水平开拓方式, 采用走向长壁放顶煤采煤法, 开采范围为100m 至0m, 该矿煤层赋存稳定, 主要涌水来源为顶板淋水和空区积水, 矿井正常涌水量为 10m
13、/h, 最大涌水量为 15m/h。已于 2002 年 5 月结束回采, 采空区大部分已沉积压实, 但局部可能还存在积水空间。郑煤集团的超化煤矿2008 年 8 月在超化煤矿井田边界开展回采工作, 采空区存在积水现象。2.5 矿井涌水量构成分析2.5.1 矿井实际涌水量图 1 近三年矿井涌水量趋势图 下载原图根据超化矿历年生产揭露, 矿井涌水主要为顶板裂隙水和顶板淋水。矿井正常涌水量 40m/h, 最大涌水量 90m/h。经一段时间抽水后, 水量明显减少。图 1 为矿井近几年涌水量趋势图。从图 1 中可以看出, 涌水量随着开采时间的推移, 逐渐减小并区域稳定, 主要是由于随着采深的增加, 地表水
14、的影响减小, 另外井下疏干排水的措施得力, 使得含水层水量减少。2.5.2 地质报告所预算的矿井涌水量(1) “大井”法。是基于稳定流理论推导出涌水量的计算公式, 结合本矿情况, 利用“大井”法可得矿井预计涌出量, 即为:式中:Q 为矿井预计涌水量 (m/h) ;K 为渗透系数 (m/d) , 选用井田内补 8 号孔资料:1.333 m/d;H 为水柱高度 (m) , 276m;M 为 L8灰岩含水层平均厚度 (m) , 8.51m;h 为“大井”水柱高度 (m) 疏干为 0;R 为引用影响半径 (m) , 经计算为 6073;r 为“大井”影响半径 (m) , 经计算为 649m。其中:R=
15、r 0+r将上述数据代入公式求得矿井涌出量 Q=3618m/h。(2) 比拟法。矿井的涌水量可运用“比拟法”, 该方法是基于矿井水文地质条件和矿井涌水量观察资料来计算, 即为:式中:Q 为矿井涌水量;Kp 为富水系数, 正常涌水量预计时为 1.871, 最大涌水量时 4.067;P 为矿井年产量, 为 30 万 t/a。经计算, 开采二 1煤层时, 矿井正常涌水量为 64m/h, 最大涌水量为 139m/h。由于大井法的计算误差超出了允许值, 综合以上因素分析得出本矿井预测涌水量为 64m/h, 最大涌水量为 144m/h。3 矿井水文地质类型确定水文地质类型的确定是严格按照矿井水文地质规定的
16、相关要求, 并结合矿井实际生产情况, 从影响生产的含水层、单位涌水量以及防治水工作难易程度等角度分析, 分析依据及结果见表 1, 综合分析得出超化煤矿水文地质类型为中等类型。4 结论(1) 综合分析超化矿的水文地质条件, 包括含水层、涌水量、开采受水害影响以及防治水难易程度等, 通过理论分析和实测数据相结合, 按照就高不就低原则, 确定了该矿的水文地质类型为中等。(2) 该矿主材二 1煤, 影响生产的水源为底板 P1tL7-8灰岩岩溶裂隙承压水, 预计的矿井正常涌水量和最大涌水量分别为 64m/h 和 144m/h, 矿井防治水难易程度属于中等, 易于进行工作。(3) 针对矿井分析出来的威胁水源要及时采取相应的措施, 在日常生产工作中, 要始终坚持“预报预测、有疑必探, 先探后掘, 先治后采”方针, 最大可能消除水害对生产的威胁。表 1 超化煤矿水文地质划分表 下载原表 参考文献1张立新, 李长洪, 赵宇, 等.矿井突水预测研究现状及发展趋势J.中国矿业, 2009
