煤矿开采水害分析与防治

煤矿开采水害分析与防治

中国是世界上能源生产的重要大国之一，也是影响矿山洪水风险最严重的国家之一。煤矿灾害除瓦斯爆炸以外，水害在煤矿事故中最为突出。从人员伤亡和经济损失的角度，均造成不可挽回的惨重后果1奇胜煤矿井田新华夏系NNE向挤压带伴生的两组扭性断裂，即NE向与NW向断裂，在第二沉降带西部组成了一系列地堑式构造和地垒式构造，形成了一系列断陷盆地，石炭二叠系煤层得以保存于断陷盆地中，奇胜煤矿井田就是其中的一个。奇胜煤矿位于太行山隆起与华北平原沉降的过渡地带。奇胜煤矿主要由武安向斜、赞皇隆起、尧山隆起包围。位于东庞、邢北煤矿之间，矿区范围约2.5km奇胜矿区内断层分布主要为北东、北西向高角度正断层。受断层切割影响与改造，矿区总体为一单斜构造。矿区主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组、中统本溪组。因2号煤层沉积厚度大、分布范围广、质量高且污染低，故为本区主采煤层，具有较大的开采价值。2一般地质条件2.1奥灰水文地质单元邯邢矿区以黑龙洞泉群、邢台百泉泉群、临城坻河泉群集中排泄点及其各自的径流区分别划分为三个水文地质单元，按其相对位置称之为南单元、中单元和北单元奇胜煤矿矿区处于邯邢水文地质单元中单元—百泉水文地质单元的西北边界地段，其地层由下而上依次为太古界片岩，长城系石英岩，寒武系石灰岩、泥岩，奥陶系石灰岩、白云质灰岩，石炭系、二叠系泥岩、粉砂岩、砂岩与煤层，中生界三叠系砂岩、粉砂岩、细砂岩，第四系粘土、砂及砾石层。上述地层中，富水性强的含水层只有第四系顶部砾石层和奥灰。其中对煤层开采威胁最大的含水层为奥灰含水层，奥灰含水层厚度大，水量丰富，水压高，构成了主要以百泉为泻水点的一个完整、独立的奥灰水文地质单元。该单元在平面上近似菱形，其西北界为寒武系下统顶面，东北界为邢台二号断层，东南界为南洺河、紫山和百泉大断层，西南界为北洺河和固镇岩体。百泉水文地质单元面积3843km根据含水层的空隙特征、区内地下水可分为孔隙、裂隙、岩溶裂隙水三类。主要为第四系孔隙含水岩组、二叠系碎屑岩类含水岩组、变质岩、侵入岩类含水岩组、石炭系碎屑岩夹碳酸盐岩含水岩组、寒武、奥陶系碳酸盐岩含水岩组。西部山区的灰岩裸露区是区域地下水的补给区，大气降水沿灰岩露头直接下渗，形成面状补给，白马河、七里河、沙河、马会河、北名河等地表径流的渗漏，形成线状集中补给。区内地下水径流受地形、地质构造控制，自南西、西、西北主要沿强径流带向排泄区运动，在达活泉、百泉排出地表成泉群。2.2矿山地质条件2.2.1单位涌水量本井田可划分为10个含水层，各含水层特征自下而上为：Ⅰ号含水层：为奥陶系岩溶裂隙承压含水层，主要为峰峰组7、8段灰岩，其岩性较纯，岩溶裂隙发育，为本井田最强含水层，单位涌水量0.024～5.00L/s.m，平均0.577L/s.m，矿化度为352.76mg/L。Ⅱ号含水层：为大青灰岩岩溶裂隙承压含水层，含水层厚度1.23～7.39m，平均3.70m。本层岩溶发育较弱，单位涌水量平均为0.26L/s.m，属中等富水性含水层。Ⅲ号含水层：为伏青灰岩岩溶裂隙含水层，含水层厚度1.00m左右，裂隙不发育，单位涌水量平均为0.009L/s.m，为弱富水性含水层。Ⅳ号含水层：为野青灰岩岩溶裂隙含水层，含水层厚度1.00m左右，岩溶不甚发育，单位涌水量平均为0.2L/s.m，为中等富水性含水层。Ⅴ号含水层：为2号煤顶板砂岩裂隙承压含水层，为中粒砂岩，厚度6.00m左右，裂隙不甚发育，单位涌水量为0.03L/s.m，为弱富水性含水层。Ⅵ号含水层：为下石盒子组上部砂岩裂隙承压含水层，裂隙不甚发育，单位涌水量为0.022L/s.m，含水层厚度6.00m左右，为弱富水性含水层。Ⅶ号含水层：为上石盒子组二段砂岩裂隙承压含水层，含水层厚度较大，单位涌水量为0.13L/s.m，为中等富水性含水层。Ⅷ号含水层：为第四系底砾石孔隙含水层，本含水层厚度不稳定，一般9.00m左右，胶结较好，含水弱，单位涌水量平均为0.022L/s.m。Ⅸ号含水层：第四系中部砂层孔隙含水层，本区砂层层数较多，厚度也较大，但水量不大，为中弱含水层。据民井调查和西侧小窑揭露，井筒涌水量为5～15mⅩ号含水层：第四系顶部砾石孔隙潜水含水层，据小窑揭露含水层厚度3.00m，本井田顶部砾石层不稳定，埋藏较浅，富水性弱。2.2.2隔水条件分析奥陶系中统灰岩与本溪灰岩之间隔水层：由铝土岩、铝土质粉砂岩和粉砂岩组成，厚7.15～16.69m，隔水条件良好。本溪组灰岩、大青灰岩之间隔水层：由泥岩和粉砂岩组成，厚度10.12～24.72m，隔水条件良好。大青灰岩及野青灰岩之间隔水层：由细砂岩、粉砂岩、泥岩、薄层灰岩和煤组成，厚度为68.58～99.29m，隔水条件良好。野青灰岩和2号煤顶板砂岩之间隔水层：由泥岩、粉砂岩、细砂岩和煤组成，厚度53.70～64.54m，一般厚60左右，隔水条件良好。2号煤顶板砂岩和下石盒子组砂岩之间隔水层：由泥岩、粉砂岩、细砂岩和薄煤组成，一般厚20～30m，隔水条件良好。第四系底部砾石层与基岩各含水层直接接触，不存在隔水岩层；而底部砾石层含水层、中部砂岩含水层及顶部砾石含水之间，均发育巨厚层的砂质粘土、粉砂质粘土和粉砂层，隔水条件良好。3采矿业3.1采矿源奇胜煤矿主要开采2号煤层，依据矿井涌水量构成情况，矿井主要充水水源为含水层水，其次为老空积水。3.1.1顶板砂岩裂隙发育情况依据涌水量的构成情况，主要充水含水层为2号煤顶板砂岩水，2号煤顶板砂岩裂隙承压含水层为中粒砂岩，厚度6.00m左右，裂隙不甚发育，单位涌水量为0.03L/s.m，为弱富水性含水层。3.1.2老空水井田内没有小煤窑，老空水为原远大煤矿开采掘进形成的采空区积水，位置、范围清楚。3.2矿山充水通道矿井主要充水通道包括导水断层，采煤形成的裂隙。3.2.1导水错误依据地质资料，井田内断层比较发育，规模较大的断层得到有效控制，且均未发现导水。3.3预测开采井的水量奇胜煤矿主要充水水源为上部的2号煤顶板砂岩水，属以顶板进水形式为主的裂隙充水矿床。本次采用富水系数法4结论3.2.2矿井充水情况包括顶板裂隙和底板被破坏形成的裂隙，采煤过程中形成的冒落带和裂隙带成为其影响范围内煤层顶板含水层水和老空水进入矿井的直接通道。4.1矿区共分布有10个含水层及6个隔水层，含水层除奥陶系岩溶裂隙承压含水层较强外（平均涌水量0.577L