礦井水害是煤礦井下五大災害之一，我國是世界主要產煤國家之一，而且也是受水害最嚴重的國家。因此對礦井水害防治應該重點防治，確保煤礦安全生產。研究區(qū)位于安徽蕭縣，西距蕭縣城約15km，東距京滬鐵路18km，北距白土鎮(zhèn)約3 km，距江蘇省徐州市36km。可采煤層主要有V煤、VII煤、VIII煤、X煤，主要埋藏于石炭系太原組，研究區(qū)煤礦主要采礦工藝還是采用炮采為主。
　　圖1：交通位置圖
　　研究區(qū)水文地質特征
　　研究區(qū)含水層主要包括奧陶系含水層、石炭系本溪組含水層、太原組含水層、山西組含水層、二疊系含水層及第四系含水層，各含水層特征分別描述如下：
　　1.奧陶系含水層，位于石炭系本溪組含水層之下，上距太原組X煤層約30米。區(qū)域資料，該含水層含巖溶裂隙承壓水，但其富水性隨裂隙巖溶發(fā)育程度、埋藏條件的不同有較大的差異。據(jù)zkl01孔抽水試驗資料，水頭壓力標高40.98米，單位涌水量偏小，為0.0032升／秒。米，水質為HC03--Mg+Ca+Na型水。
　　2.石炭系本溪組含水層，巖溶不發(fā)育，以裂隙水為主，富水性弱，為弱含水層。
　　3.石炭系太原組含水層。區(qū)域巖溶、裂隙較發(fā)育，含巖溶裂隙承壓水。鉆孔施工過程中全漏水。據(jù)zk501孔分別對3-5灰和10灰抽水試驗資料，水頭壓力標高達42.15米， 3-5灰的單位涌水量為0.0108升／秒。米，屬弱含水層。下部10灰的單位涌水量為0.0036升／秒。米，亦屬弱含水層，富水性有較大的差異。整體評價該含水層富水性弱。水質為HCO3+CO3-Ca+Na+Mg型水或水質為HCO3- Mg +Ca+Na型水。
　　4.二疊系山西組底部隔水層：底界至K1灰?guī)r頂板，一般厚8-10m左右，平均厚9.25米。主要為黑色泥巖和粉砂巖，局部夾細粉砂巖，裂隙微發(fā)育，巖性致密，一般情況下隔水性良好。
　　二疊系含水層：砂巖是主要含水層。山西組7煤頂?shù)装寮?煤頂?shù)装逵忠灾屑毶皫r為主，一般裂隙又比較發(fā)育，為泥質和方解石充填或半充鎮(zhèn)，在鉆探施工中，采用泥漿鉆進，均未發(fā)現(xiàn)有較大的消耗和漏水現(xiàn)象。據(jù)礦井開采揭露及鄰近礦區(qū)資料，二疊系砂巖裂隙承壓水，一般富水性弱。
　　5.第四系含水層，含孔隙潛水，富水性弱。潛水補給來源要靠大氣降水，通過地表及河道滲入，雨季補給充分，潛水位抬升。
　　綜上所述，本研究區(qū)的水文地質類型屬水文地質條件復雜的巖溶裂隙充水礦床。
　　礦井充水主要控制因素分析
　　3.1第四系含水層的充水作用
　　第四系除底部具有透鏡狀粘土夾礫石外，主要為粘土和砂質粘土，含孔隙潛水，富水性弱，并以大氣降水為補給來源。由于厚度較小，缺少有效的隔水層，直接蓋于基巖巖面上，與基巖風化帶孔隙裂隙水溝通，對下伏基巖各含水層有一定的垂直下滲補給作用。
　　3.2風化帶含水層對礦井的充水作用
　　風化帶富水性與巖性有關，也與風化強度有關。本區(qū)風化帶巖性多以中、細砂巖為主，風化強度較大，是良好的賦水和透水帶。本區(qū)風化帶平均厚度28米，最大厚度43米，并被第四系含水層覆蓋，并與其有水力聯(lián)系，筆耕論文，對于淺部煤層及含水層的充水作用較強，今后開采中應注意。
　　3.3太原組灰?guī)r含水層的充水作用
　　太原組灰?guī)r水可以通過裂隙和回采后形成的上“三帶”進入巷道造成水害，是開采太原組各煤層充水的主要因素。由于太原組含水層富水性強，本礦若開采V煤、VII煤、VIII煤、X煤，必須先采取探放水措施，疏水降壓，將其水位降至安全開采范圍內，方可開采。
　　3.4奧陶系灰?guī)r水的充水作用
　　區(qū)域資料，奧陶系灰?guī)r富水性強，斷層切割后，奧灰水可通過斷層破碎帶對巷道充水，造成水患。
　　3.5斷層導水性
　　本區(qū)有4條斷層，具有一定的導水作用，尤其直接溝通太原組灰?guī)r水和奧陶系灰?guī)r水，有較充分的補給來源，易造成地下水突出，對礦井威脅較大。
　　礦井水害評價方法
　　4.1頂板水害評價
　　根據(jù)本研究區(qū)礦井的V煤開采實踐，V煤開采的頂板出水主要充水途徑為直接揭露太原組砂巖和灰?guī)r含水層的井巷工程、受采動影響而造成的頂板冒裂導水帶、底板破壞裂隙帶，以及導水的斷裂構造。其主要正常充水方式為采動裂隙導水帶1，因此要評價煤層開采的充水因素必須分析煤層采動裂隙的影響范圍。現(xiàn)根據(jù)有關規(guī)程中的經驗公式計算如下：
　　井田內現(xiàn)在評價的是V煤層。V煤層可采范圍內平均厚度為0.75m，最大厚度為0.98米，根據(jù)ZK102鉆孔綜合柱狀圖，對V煤頂板的主要巖性進行分析，V煤覆巖類型為硬型（具體成分見表1）
　　表1 頂板主要巖石成分表
　　通過計算，得出冒裂帶最大高度Hc為3~3.75m。導水裂隙帶Hf為28.89m。
　　太原組含水層（5灰）距V煤層頂板約2.34 m，4灰距V煤頂板約13.52m，3灰距V煤頂板約44.11m，從以上數(shù)據(jù)可以看出，工作面頂板冒落帶最大高度溝通工作面頂板灰?guī)r含水層（5灰），導水裂隙帶高度導通了4灰含水層。由于3、4、5灰水力聯(lián)系較好，可以將其作為一個含水層組考慮，所以在開采過程中，太原組頂板的灰?guī)r水一定會進入工作面，所以要采取一定的措施來防治水害，保證V煤的安全開采。
　　4.2底板水害評價
　　在本次評價中，鑒于V煤開采在本區(qū)及周邊地區(qū)尚屬首次，底板礦壓破壞深度、原始導高帶高度、底板阻水能力等具體參數(shù)尚須進一步測試與統(tǒng)計。若盲目套用其他地區(qū)經驗參數(shù)，反而誤差難于確定。為了與周邊礦區(qū)突水案例作對照，本次評價采用最原始的計算公式2。
　　公式如下：
　　式中：——突水系數(shù)，Mpa/m；
　　——隔水層厚度，m；
　　——水壓，MPa。
　　據(jù)Zk102鉆孔資料，V煤底板第一層灰?guī)r為6灰，富水性較好的灰?guī)r為10灰。奧陶系灰?guī)r距V煤距離較遠若無導水構造，不會直接威脅V煤底板。下面我們僅對6灰和10灰這兩層灰?guī)r做評價。
　　（1）10灰距V煤底板86.25m，水頭標高42.15m，以V煤層回采最大深度-150m水平計算（以下同），即水頭壓力最大為1.92Mpa，則突水系數(shù)約為0.022 Mpa/m。
　　（2）6灰距V煤底板19.45m，6灰、7灰兩層灰?guī)r之間隔水層較薄（約0.7米），可以作為V煤底板第一個含水層組考慮。其水壓及賦水性尚不確定，根據(jù)淮北地區(qū)地層概況，太原組灰?guī)r一般都作為含水層考慮，借鑒zkl01孔抽水試驗資料，我們取6灰水頭標高為42.15米，換算成壓力即P=1.92Mp。 6灰與V煤之間隔水層主要巖性及厚度如下表2：
　　表2隔水層主要巖性及厚度統(tǒng)計
　　則計算突水系數(shù)為0.1Mpa/m。
　　（3）一般情況下，在具有構造破壞的區(qū)域突水系數(shù)的臨界值按0.06MPa/m計算，即認為突水系數(shù)不大于0.06 MPa/m是安全的，隔水層完整無斷裂構造破壞區(qū)域突水系數(shù)的臨界值按0.15 MPa/m計算是安全的。本礦井V煤層底板10灰的突水系數(shù)小于臨界值，對V煤底板沒有直接的威脅。6灰的突水系數(shù)最大為0.1 MPa/m，介于以上兩個臨界值之間，因此，如不考慮構造影響，根據(jù)這個要求說明本礦井9煤層在太灰上開采是安全的。但在構造影響區(qū)，還存在突水的可能性。

 

本文編號：6978