浅谈鹤济克井二矿水害分析与研究.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 2 年第6 期 总第1 1 1 期 浅谈鹤济克井二矿水害分析与研究 郑亚东 梁旺吉 李旭泽 王水付 济源鹤济克井二矿煤业有限公司 河南 济源 4 5 9 0 1 0 摘要分析矿区水害成因 为矿区水害防治提供可靠依据 对矿区安全生产起决定性 作用 关键词水害分析 治理 中图分类号 T D 7 4 5 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 2 0 6 0 0 2 4 0 3 近年来全国水害事故时有发生 搞清矿区水文 地质条件 是摆在我们每一位管理者面前的一大课 题 弄清矿区水害成因 至关重要 通过对矿区的水 害分析 采取针对性治理措施 能及时消除安全隐 患 为矿区安全生产奠定坚实 的基础 1 矿井基本情况 本矿位于河南省济源市北约 1 2 k m的中社村 北 行政区划隶属克井镇管辖 地理坐标为东经 1 1 2 3 6 2 3 一1 1 2 3 7 0 8 北纬 3 5 1 0 3 5 3 5 1 1 22 本矿矿区范围开采标高为 1 9 0 m 一 2 0 0 m 走向 长 0 3 0 1 2 8 k m 倾 向宽 0 4 4 1 1 2 k i n 矿区面积 1 0 8 5 0 k m 2 累计探明地质储量 8 5 3 5 7万 t 动用储量 3 0 2 9 5万 t 保有储量 5 5 0 6 2万 t 可采储量 2 6 6 6万 吨 开拓方式为立井单水平下 山开拓 开采水平标 高为 3 3 8 m 主井 深 2 3 3 8 m 净直 径 5 0 m 副井井 深 2 3 3 3 m 净直径 3 6 m 采区巷道布置 两条下山长 度均为7 0 0 余米 上段 3 6 0米布置在煤层底板的岩 层内 采用锚喷支护 下段布置在煤层内 沿煤层底 板掘进 采用 u钢支护 主泵房布置在副井筒北侧的 3 3 8 m水平 担负 全矿井排水任务 安装 M D 2 8 0 4 3 7型水泵 3台 流量 2 8 0 m 3 扬程 3 0 1 m 电机功率 3 5 5 k W 管路沿 主井筒敷设 直接排至地面 二趟管路通过 闸阀与三 台泵相连 构成排水网络 每台水泵可以使用任一趟 管路 泵房有 3个 安全 出 口 内外水仓 总容量 为 2 27 4 m 本井田开采二 1 煤层 厚度 3 3 8 6 1 m 平均 4 7 3 m 煤层倾角 1 6 3 0 0 煤层结构简单 煤种为无烟 煤 低瓦斯矿井 煤尘无爆炸危险l生 煤炭不易自燃 2 矿井充水条件 2 1 地表水基本情况 鹤济克井二矿地处太行山南麓 克井盆地东南 侧 系冲 洪积扇地带 地势北高南低 区内地势较为 平坦 最高海拔 3 8 0 m 最低海拔 2 2 0 m 相对高差 1 6 0 m 地形相对开阔 区内发育有小型冲沟 地表水 易于排泄 无常年积水 雨季地表降雨多顺冲沟流走 地表常年河流为引沁济漭渠 从矿区北部 自东 向西流过 引沁济漭渠建成 于 1 9 7 2年 区内渠底最 低标高 2 7 6 m 设计 引水量 2 3 mT s 据 引沁渠 8 O 9 0 年观测资料平均 流量 5 1 9 m 3 s 1 9 8 0年最 大流量 8 4 4 mT s 1 9 8 4年最小 流量 4 0 3 roT s 平均 引水 2 7 6 天 1 9 9 0年最多 3 3 0天 1 9 8 4年最少 2 1 1 天 2 2 含水层基本情况 2 2 1 奥陶系 寒 武系岩溶裂 隙含水层 奥陶系 寒武 系碳酸盐岩在井 田周围有大面积 的分布 奥陶系与寒武系之间无明显的隔水层存 在 根据奥陶系 寒武系碳酸盐岩分布面积大 补给量 也相当大 根据太原组上段岩溶发育 奥陶系 寒武 系岩溶应 比太原组上段发育 据此分析 奥陶系 一寒 武系岩溶裂隙含水层富水性应为强 一 般情况下该含水层为二 煤层的间接充水含 水层 上距 二 煤 底约 9 0 m 正常 情况下对 开采二 煤层影响影响不大 但在林场断层附近开采煤层时 对煤矿有一定安全威胁 2 2 2 太原组下段 岩溶裂 隙含水层 含水层性为石灰岩 由 L L 4 石灰岩组成 其中 L 1 较发育 石灰岩总厚度约 1 0 m 在原克井井田勘探 中未对该含水层进行单独抽水 而是与太原组上段 混合抽水 一般情况下 其富水性与太原组上段岩溶 裂隙含水层 的富水性相近 水位亦与太原组上段岩 溶裂隙水相近而略高于太原组上段 一 般情况下该含水层 为二 煤层 的间接充水含 水层 上距二 煤底 约 5 0 m 正常情况 下对开采二 煤层影响不大 但遇构造裂 隙带开采煤层时 对煤矿 有一定的影响 2 2 3 太原组上段岩溶裂隙含水层 含水层性为石灰岩 由 石灰岩组成 其中 较发育 石灰岩总厚度约 1 0 m 在原克井井田勘探 2 4 煤矿 现代化 2 0 1 2 年第6 期 总第1 1 1 期 中在标高 1 0 0 1 6 0 m有 6孑 L 遇 0 1 1 0 2 m高 的溶 洞 说明太原组上段岩溶裂隙发育 从钻探时遇溶洞 较多分析 其富水性比抽水时单位涌水量大一些 但 目前从底板进入的水量不大分析 富水性弱 但不排 除局部富水性可能 该含水层为二 煤层 的底板直接充 水含 水层 上距二 煤层底板 6 3 1 1 9 m 天然条件下 太原组 岩溶裂隙水不易赶往二 煤层 在开采二 1 煤层条 件下 由于对煤层底板的扰动破坏 太原组上段岩溶 裂隙水会进入矿井 因此太原组上段 岩溶裂隙水对 矿井影响较大 2 2 4 二 1 煤层顶板碎屑岩裂 隙含水层 含水层岩性为 中粒砂岩 井 田内及附近一般有 1 3层 厚度 5 8 5 5 5 1 m 一般 约 3 0 m 裂 隙较 发 育 但多被方解石充填 该含水层在与第四系接触部 位接受孑 L 隙水补给 该含水层为二 煤层的顶板直 接充水含水层 在开采条件下 其中的裂隙水会进入 矿井 对开采二 煤层有一定的影响 由于其富水性 弱 一般以淋水及小股状进入矿井 一般不会对矿井 的安全构成威胁 2 2 5 下石盒子组碎屑岩裂 隙含水层 含水层岩性为为中粒砂岩 井 田内及 附近一般 有 2 l 2层 厚度 3 3 0 3 1 0 8 9 6 m 一 般约 3 0 4 0 m 裂隙较发育 但多被方解石充填 该含水层在 与松散层部位接受孔隙水补给 裂隙水顺岩层倾向 向深部径流于盘石寺断层与岩溶裂隙水汇合 该含 水层为二 煤层的顶板间接充水含水层 在开采条 件下 其中的裂隙水一般不会进入矿井 对开采二 煤层几乎无影响 2 2 6 松散岩类孔隙含水层 井田及周边松散层厚 1 2 5 8 9 4 1 5 m O 第四系 至古近系1 由黄土及砂砾石层及砾 岩组成 其 中的 砂砾石层和砾岩为含水层 分布的连续性差 据钻孔 揭露的砂砾石层厚度 2 2 4 8 7 8 m 单 位涌水量为 1 5 1 Us m 富水性强 新 近系 中的砾岩 富水性 相对 较弱 松散岩类孔隙水接受大气降水的补给 其径流 方向与地面倾 向一致 该含水层为二 煤层顶板间接充水含水层 一 般情况下对开采二 煤层无影响 但在二 煤层上基 岩厚度较薄时 孑 L 隙含水层成为二 煤层顶板直接 充水含水层 对开采二 煤层有一定影响 2 3 隔水层基本情况 2 3 1本 溪组 隔水层 本溪组厚度 2 5 1 6 0 8 m 平均 6 1 4 m 由铝 土 质泥岩 泥岩和薄煤层组成 该隔水层在厚度正常情 况下隔水性能 良好 可阻止太原组下段和奥 陶系 2 5 寒武系岩溶裂隙水的水力联系 但在厚度小的地段 或断层附近将失去隔水作用 2 3 2 太原组 中段 隔水层 太原组 中段砂泥岩段平均厚 3 2 8 0 m 由岩性 以 泥岩 粉砂岩 砂岩为主 薄层组成 该隔水层在厚度 正常情况下隔水性能良好 可阻止太原组上 下段和 岩溶裂隙水的水力联系 但在断层附近将失去隔水作 用 2 3 3 二 煤层底板 隔水层 系指太原组石灰岩顶面至二 煤层之间的泥 岩 砂质泥岩 据以往资料 泥岩 砂质泥岩厚 6 3 1 1 9 m 在 自然条件下 可阻止太原组段岩溶裂隙水 进入二 煤层 但在开采条件下 由于采矿引起的煤 层底板扰动破坏 使该隔水层失去隔水作用 2 3 4 二 煤层顶板 隔水层 系指开采煤层引起 的裂隙带之上的泥岩 砂质 泥岩和细粒砂岩组成的隔水层 一般指下石盒子组 中的泥岩 砂质泥岩和细粒砂岩组成的隔水层 该隔 水层可阻止下石盒子组中裂隙水进入矿井 3 矿 井水 害分析 3 1 地 表 水 由于该矿井 田是 由克井镇一矿 克井镇二矿和 克井镇大社村五矿整合而成 三个煤矿先后建井 开 采对象均为二 煤层 均在浅部开采 至使克井二矿 井 田范围内地表出现多处裂缝 加之该矿 区没有较 好的隔水层 雨季雨水渗入井下 井简淋水也是浅层 地表水所至 既增加矿井涌水量 又给安全生产带来 隐患 由于小煤矿的开采 引沁济蟒渠造成部分渠底 渠墙出现裂缝 虽经治理 但仍存在渠水渗入井下现 象 给克井二造成了水患威协 3 2 老空水 据 2 0 0 9年河南省地质矿产勘查开发局第二 地 质 队对原克井二矿煤业有限公司井 田进行 的物探工 作结果 该井田内有采空区积水两处 标高在 一 2 O 7 5 m之 问 积水面积分别 为 4 0 7 5 3 6 m 和 1 7 7 0 0 m 积水量分别为 1 6 3 0 0 0 m 和 7 1 0 0 m 该积水对未来 采掘活动影响大 3 3断层水 断层对采掘活动的影响 林场断层位于济源鹤济克井二矿煤业有限公司 北部边界外 仅在钻孔中揭露 为一南盘下降 北盘 上升的正断层 走向近东西 倾向南西 倾角 7 0 落差约 6 0 1 2 0 m 其南盘的二 煤层与对盘的太原 组 本溪组或奥陶系接触 在自然条件下 该断层破 煤石 广 观 弋 1 匕 2 0 1 2 年 第 6 期 总 第1 1 1 期 碎带在垂向上的导水性可能不好 但由于南盘的二 1 煤层标高约 一 2 2 0 m 其煤层底板承受其下有岩溶 裂隙水的水压较大 如在开采条件下 由于开采被开 采煤层的底板受到扰动破坏 而断层破碎带为一软 弱结构面 其力学强度比围岩低得多 在开采对煤层 对底板破坏因素的诱导下 岩溶裂隙水可沿断层破 碎带进入矿井 对矿井构成较大的威胁 4 水害治理 4 1 林场断层处应 留足 防水煤柱 防止岩溶裂 隙水 进入矿井 林场 断层防隔水煤柱的留设计算 依据煤矿防治水规定附录三 防隔水煤 岩 柱 的尺寸要求 二 含水或导水断层防隔水煤 岩 柱的 留设 厂 一 经验公式计算 L 0 5 K M 2 0 m V K p 式 中 L为煤柱 留设的宽度 m K为安全系数 一般 取 2 5 M为煤层的高度或采高 m P 为水头压力 M P a K p 为煤的抗拉强度 M P a 目前国内各矿采用 的煤的抗拉强度值大多在 O 2 2 1 4 M P a 之间 因此通过计算 厂r 广 L 0 5 X 3 4 7 2 5 0 m 2 0 m V U 注 安全 系数 K取 4 煤层 的高度或采 高 M 取 平均煤厚 4 7 2 m 水头压力 P通过计算取 4 2 M P a 0 2的静水位标高在 1 5 0左右 通过推算巷道掘到林 场 断层 时的标 高在 一 2 6 0左右 煤 的抗 强度 取 0 2 5 MPa 通过以上计算图上林场断层保护煤柱留设符合 煤矿防治水规定 要求 虽然符合 煤矿防治水规 定 要求 但克井二矿又委托安徽省煤田地质局物探 测量队 对林场断层进行了瞬变电磁勘探 在井下距 林场断层 1 5 0 m处进行钻探 进一步查明林场断层 位置 落差和导水性 林场断层要留足防水煤柱尺 寸 为安全生产消除隐患 矿井生产过程 中 要采取物探先行 钻 探验证方 法进一步查清水文地质条件 按照 预测预报 有掘 必探 先探后掘 先治后采 的原则进行 4 2 引沁济蟒渠治理 引 沁 济 蟒 渠 在 克 井 二 矿 井 田范 围 内长 度 为 5 6 0 m 根据治理工程设计预算 克井二矿拿出资金 1 3 4 3 4 万元 制定了引沁济漭渠具体治理方案 1 引沁济蟒渠渠底沉陷部分利用就近山坡土 夹石进行回填 回填压实后进行 C 2 0 钢筋砼衬砌 衬 砌厚度 2 0 cm 每 7 m设一道伸缩缝 伸缩缝采用低 发闭孔 P E板 厚 1 5 e m 伸缩缝下铺设防渗土工膜 宽 4 0 e ra 钢筋采用 6 X 2 5 0 纵横向布置 2 引沁济蟒渠左右侧渠墙采用 C 2 0 钢筋砼衬 砌 衬砌高度 至设计渠顶 衬砌厚度 1 5 e m 每 7 m 设 一 道伸缩缝 伸缩缝采用低发闭孑 L P E板 厚 1 5 cm 伸缩缝下铺设防渗土工膜 宽 4 0 e m 钢筋采用 6 2 5 0 纵横 向布置 3 引沁济蟒渠渠底护角部分采用 C 2 0钢筋砼 衬砌 衬砌高度 0 5 m 衬砌 宽度 0 5 m 钢筋采用 1 0 2 5 0 横 向布置 同时要在矿井东部边界和西部边界设测水站 以便掌握引沁济蟒渠渗