1、凉水井煤矿一盘区煤层开采水害分析摘要：凉水井煤矿一盘区位于井田的西南部，地表大部被第四系风积沙所覆盖，地形开阔平坦，易接受大气降水补给地下潜水。区内较大的地表水有响水河，发源于一盘区的北部，为常年性河流，河水来源主要由上游沟脑部位松散沙层潜水出露形成群泉汇集而成。本文通过对一盘区水文地质条件及矿井充水条件分析，表明一盘区煤层采动主要存在水害有第四系松散沙层潜水含水层和地表水体，对矿井安全的威胁，并针对两大水害问题提出了科学合理的防治水措施。 关键词：充水条件；水害问题；突水溃沙；防治水措施 Abstract: coal mine a plate of cold water well area
2、is located in the southwest of mining field, most of the earths surface being covered by quaternary aeolian sand landform, flat open, easy to accept the atmospheric precipitation recharge underground diving. Xiangshui river area larger surface, originated in a plate of northern area, as the perennia
3、l river, the water source is mainly composed of the upstream channel brain loose sand bed assembled diving the dew formed group of springs. This article through to a panel of hydrogeological conditions and mine water filling conditions analysis, show that a panel of coal seam mining main existence w
4、ater disasters are quaternary unconsolidated sand bed unconfined aquifer and the surface water bodies, a threat to the safety of coal mine, and put forward the scientific and reasonable according to two major water damage problem of prevention and cure water measures. Key words: water filling condit
5、ions; The damage problem; Water inrush sand collapse; Water prevention and control measures 中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 0 引言 凉水井煤矿位于陕西省榆林市神木县境内，地处榆神矿区二期规划区的西北部，井田北与红柳林井田相接，西与锦界井田相邻，南以神（木）延（安）铁路为界，矿井设计生产能力为 4.0Mt/a。凉水井煤矿一盘区位于井田的西南部，共布设 18 个综采工作面，回采方向由东向西推进，主采煤层为延安组第二段 4-2 煤，煤层厚度为 0.30-4.2
6、0m，平均煤厚 2.98m。响水沟从一盘区的中部由西北东南，横穿工作面而过，沟谷切割深度 1530m，最低处距 4-2 煤层顶板 30m 左右，沟谷中沙层潜水出露，沿沟谷渗流排泄汇集成沟流，流量为 12.22L/s。该区域 4-2 煤层上覆基岩较薄，在工作面推进至此地段时，由于采动形成的导水裂隙带发育至土层乃至地表，导通 4-2 上覆松散沙层潜水及地表水体，引起矿井突水溃沙对矿井安全生产会构成严重威胁。因此，分析一盘区存在水害问题，提出科学合理的水害防治措施尤为重要。 1 水文地质条件 1.1 含水层特征 （1）第四系全新统冲积孔隙潜水含水层 主要分布于响水河等较大沟谷阶地及沟谷漫滩，岩性为细
7、沙、中粗沙、亚沙土及沙砾石层，孔隙大，补给条件优越，厚度 1.5-5.0 m，水位埋深 0.2-2.9 m，泉流量一般 0.08-9.375 L/s，富水性弱中等。 （2）第四系上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层 区内分布极不均一，西部零星出露，东部黄土沟壑梁峁区缺失，厚度变化大，岩性为灰黄色、灰褐色、灰黑色中、细沙为主，局部夹有亚砂土及含植物叶茎腐殖质的粉砂透镜体，厚度 3.00-19.25m，平均厚度8.56m。在响水河沟脑地段，松散沙层潜水沿沟谷排泄，形成汇流湿地组成片状泉群，泉流量 0.14-5.618L/s。据 LB2 号钻孔抽水试验资料，静止水位埋深 2.62m，含水层厚度 8.18
8、m，单位涌水量 0.1033L/s.m，渗透系数 1.7424m/d，富水性中等。 (4)侏罗系中统延安组基岩孔隙裂隙承压含水层 碎屑岩风化带孔隙裂隙承压含水层：主要是指基岩顶部一定厚度的岩层，厚度 12.1732.15m，岩性主要为中、细粒砂岩，次为粗粒砂岩及粉砂岩泥岩等，岩层裂隙较发育，但表现出由上而下逐渐减弱的特点，上部 10m 左右岩石强烈风化，次生结构面及风化裂隙网络发育，为地下水储存创造了良好的空间。据 LB4 号钻孔抽水试验资料，静止水位深度23.28m，单位涌水量 0.0471L/s.m，渗透系数 0.3952m/d，富水性弱。 4-2 煤层以上基岩孔隙裂隙承压含水层：主要是指
9、 4-2 煤层以上的正常基岩段，厚度 4.25-29.25m，平均厚度 16.79m，岩性主要为中、细粒砂岩，次为粉砂岩泥岩。岩层裂隙发育微弱，多以垂直裂隙为主且延伸长度较小，尽管有一定的储水能力，但水量不大，水力联系较差。据LB1 号钻孔抽水试验资料，静止水位深度 14.45m，单位涌水量0.0009L/s.m，渗透系数 0.0024m/d，富水性弱。 1.2 隔水层 主要是指第四系中更新统离石组黄土与新近系上统保德组红土相对隔水层，出露于东部梁区。离石黄组土以亚粘土、亚砂土为主，呈互层状，局部含分散状钙质结核薄层，厚度 1.50-60.00m，平均厚度26.43m，在沟谷阶地区底部，夹有一
10、层分散状砂砾层，水位埋深 6.20-9.00m，泉流量 0.14-0.454L/s，富水性极弱，为一层相对隔水层；保德组红土岩性以粘土及粉质粘土为主，结构致密、硬塑坚硬状态，厚度2.9-74.0m，平均厚度 31.61m，与上部黄土层共同组成本区第四系松散沙层潜水的良好隔水层。 2 煤层充水条件分析 2.1 充水水源 根据充水水源与矿床体的相互位置关系及其充水特点分为间接式充水水源、直接式充水水源和自身充水水源三种最基本形式：间接充水水源是指充水含水层主要分布于开采煤层的周围，但和煤层并未直接接触的充水水源；直接充水水源是指含水层与开采煤层直接接触或矿山生产与建设工程直接揭露含水层而导致含水层
11、水进入矿井的充水水源；自身充水水源主要是指煤层本身就是含水层。 本区煤层开采充水水源主要有，大气降水、地表水和地下水。区内多年平均降水量 436.60mm，且集中在 79 月，约占全年降水量的 70%左右，近年来最大日降水量为 45.9 mm，大气降水入渗后先补给松散层含水层，再通过含水层进入井下，局部地段也可通过导通地表的导水裂隙带而直接进入矿井，故大气降水为矿井间接和直接充水水源；区内地表水系主要为西沟的几条支沟，其中较大常年性河流有响水河，沟谷地段4-2 煤层上覆基岩很薄，煤层开采顶板跨落后，形成的导水裂隙带必将导通地表水体，造成矿井涌（突）水事故，因此地表水为矿井的直接充水水源；区内影
12、响煤层开采的地下水主要有侏罗系中统延安组碎屑岩类孔隙裂隙承压水和第四系松散沙层潜水，其中延安组碎屑岩类孔隙裂隙承压水为矿井的直接充水水源，但延安组碎屑岩类孔隙裂隙承压含水层富水性弱，水力联系较差，易于疏干，对矿安全生产不足以构成安全威胁；尽管第四系松散沙层潜水在局部区域为矿井的间接充水水源，但大部部地段导水裂隙带沟通该水体，可成为直接充水水源。 2.2 充水通道 区内地质构造简单，无较大的导水构造。本矿井采用机械化综采采煤工艺，全垮落式管理顶板，顶板破坏程度大，导水裂隙带发育高度大，会导通煤层顶板多个含水层甚至地表水，因此，充水通道主要是煤层采动形成的冒落带及导水裂隙带，其次为原生结构裂隙。
13、3 一盘区存在水害问题 3.1 形成水害的地质背景 （1）基岩面形态：一盘区基岩面形态大致与现代地形一致，呈现出东北高西南低的特点，各沟流流域范围分布有古冲沟，在这些古冲沟处形成基岩洼陷区，局部古冲沟基岩顶面距离煤层仅 9.37 m。基岩顶面风化严重，据统计风化层厚度 2.2028.73m，且风化岩层岩性多为中粗粒砂岩，胶结疏松，耐风化程度低。 （2）第四系沙滩地：第四系沙滩地广布于一盘区地表，大部地段构成地势低洼区域，地层厚度变化较大，最大厚度达 29.10m，该地层岩性主要为细、中沙，极易接受降水入渗补给和有利于地下水的赋存，形成了松散沙层中等富水区。 （3）煤层上覆基岩厚度：一盘区开采的
14、 4-2 煤层属浅埋煤层，煤层上覆基岩厚度 9.3780.10m，且上部与松散岩类地层接触的基岩风化厚度较大。受古地质时期剥蚀、冲刷作用，基岩面起伏不平，沟系发育，后期北新生代松散层沉积物覆盖，对股地形起到填平补齐作用，因而大体上基岩面低洼处，基岩厚度薄，松散层厚度较大。一盘区 4-2 煤层上覆基岩呈北部厚，南部薄的趋势，一盘区的南部区上覆基岩厚度25.5144.06m。 3.2 煤层开采存在的水害 本区煤层上覆基岩以细粒砂岩、粉砂岩为主, 次为中粒砂岩及泥岩, 呈互层结构。砂岩多为泥质胶结, 部分层段为钙质胶结, 岩石饱和极限抗压强度一般在 2040 MPa 之间，考虑到岩体结构面以层面为主
15、,采用矿区水文地质工程地质勘探规范(GB12719- 91)中的中硬岩类冒落带、导水裂隙带高度计算公式，计算一盘区内 4-2 煤层采动冒落带发育高度为 16.80m，导水裂隙带最大发育高度为 64.25m，且区内大部范围 4-2 煤层上覆基岩厚度小于 60m。所以，一盘区大部地段导水裂隙带导将通基岩顶面延伸至松散沙层潜水含水层，中部响水河地段导水裂隙带延伸至地表，导通地表水体。经综合分析，一盘区主要存在的水害为导水裂隙带导通松散沙层潜水及地表水体，导致该水体携带泥沙涌入矿坑，造成突水溃沙事故。 3.3 矿井防治水措施 （1）松散沙层含水层实行水井下探放水与地面抽排联合疏放 针对导水裂隙带沟通松
16、散沙层含水层而造成的矿井水害，可以采用地面抽排和井下疏放相结合的措施进行预防。地面抽排的方法主要适用于一盘区松散沙层中等富水区，当其含水量与补、径、排条件进一步查清后，工作面布置好，开采之前，可以采用此方法进行可行性论证和设计，疏干该含水层水体，理由是该含水层厚变化较大，富水性强度分布不均一，通过该方法可以达到煤层开采不遭受水害威胁的目的。 （2）地表水涌入矿井水害预防 针对沟谷地段存在导水裂隙带沟通地表，而造成沟道洪水或河水涌入矿坑的水害问题，可采取沟道裂缝填埋措施预防季节性暴雨洪水对矿井的危害，但对于响水河等长期流水河道，需严格按矿井防治水规定留设防水煤岩柱，必要时可采取人造引水（如采用管
17、道引水过待采工作面）工程或河道防渗改造等人造河床工程措施进行治理，预防沟道河水涌入矿坑造成水害。人造河床工程措施方法在邻近矿井（柠条塔煤矿）新民沟以及神东矿区其他煤矿已有成功范例。 （3）建立完善的井下排水设施及强排系统 工作面在回采之前必须完善排水设施，建立矿井强排系统，必须保障工作面发在生突水事故时的最大排水能力。确保一旦突水，在正常排水系统启动的情况下，也要立即启动强排系统。对矿井排水设施及排水系统，定期检查对其完好程度进行备案，并对损坏的排水设施要及时维修更换。 参考文献 1陕西省煤田地质局一八五队. 神木汇森凉水井煤矿一盘区涌水量估算与分析报告R.2009 2虎维岳. 矿山水害防治理论与方法 M.北京：煤炭工业出版社2005 3范立民，王双明，刘社虎，申涛. 榆神矿区矿井涌水量特征及影响因素J.西安科技大学学报 2009,29（1） 作者简介 龙建霖(1986- ), 男，陕西横山人，资源勘查工程专业，本科，助理工程师，主要从事地质勘查工作。
