东峰煤矿主要水害成因分析

东峰煤矿主要水害成因分析

1阴山山地采区开采太原东山东峰煤矿有限公司是太原东山煤矿有限公司的一部分。2009年，由太原东山煤矿有限公司和太原市万桂林煤矿有限公司重组整合，勘探能力为60万吨。该矿位于太原西山煤田随老母详查勘探区北部,北部与孟家沟煤矿(关闭)相邻,东部与火烧洼煤矿(关闭)相邻,东南部与师家山煤矿(关闭)相邻,南部与扫石煤矿(关闭)相邻,西南部与古交石鑫联营煤矿相邻,西部与古交市千树坪煤矿(关闭)相邻,西北部与邢家社村煤矿(关闭)相邻,见四邻关系图1。该区地表为侵蚀性黄土、基岩中山区地貌,沟谷和山梁相间分布,地形比较复杂。该矿自2009年兼并重组整合后未进行生产,全井田8、9号煤层划分为两个采区进行开采,即在井田南部为一采区,主采8、9号煤层,井田北部为二采区,主采9号煤层。一采区设计7个回采工作面,二采区设计4个工作面。2顶板裂隙水对矿井生产影响不东峰煤业水文地质条件中等,不存在带压开采。根据整合前煤矿开采情况,井下顶板淋水很小,通过正常排水,顶板裂隙水对矿井生产影响不大。主要水害隐患来源于上部煤层及同层采空区积水、井田周边小煤矿积水、大气降水。3采矿区的水文特征3.1地下主副产系在地层边界本井田位于晋祠泉域浅埋径流区北部,富水性较好,总体趋势是由西北向东南径流。本井田奥灰水位推测标高为850-854m。北部、西部边界:在井田北部、西部太原组以上地层均有出露区,其外围有奥陶系地层出露,成为井田煤系及奥陶系岩溶水的补给边界。东部边界:由于地层倾向东南,地形上西北高东南低,东部无断裂,为含水层排泄边界。南部边界:井田南部边界为随老母北断层,属区域性大断层,走向北东—南西—南西西,倾向北西—北北西,倾角85°,落差80m,井田内断层走向延伸长度为2000m左右,为正断层。3.2主要包括3.2.1砂粒及泥沙混合物井田内零星分布于沟谷内,岩性为风化砂粒及泥沙混合物组成。该含水层一般透水而不含水,含水层连续性差,补给以大气降水为主,该含水岩组富水性差。3.2.2含水层组结构本含水层组由山西组、上、下石盒子组地层中的多层细、中、粗粒砂岩组成,为碎屑岩类砂岩裂隙含水层组,富水性大部均弱,向东南靠近随老母北断层带附近有所增强。水位标高:1004.21-1063.15m单位涌水量q为0.00067-0.0075L/s.m,渗透系数k为0.0012-0.0526m/d。3.2.3k胶凝剂与k保障为井田内煤系地层主要含水层之一,无供水意义。由L1、K2、L4三层石灰岩组成,以K2石灰岩最厚,平均6.38m,L1平均1.52m,L4平均1.05m。单位涌水量q为0.003L/s.m,富水性弱,渗透系数0.006m/d,水位标高1080.0m,水质类型为SO4·HCO3-Ca·Na型。3.2.4冀家沟村地下水O2为井田内主要含水层组,该含水层富水性不均一,含水层的富水性与埋藏深度有密切关系,埋藏愈浅,岩溶裂隙愈发育,富水性也愈好。距井田东北部相邻的冀家沟村约2.5km处,有一奥灰水井—冀家沟村深水井。该水井井深500m,水位埋深200m,水位标高860m,出水量50m3/h,水质类型为HCO3·SO4-Ca·Mg型,矿化度0.79g/L。本井田奥灰水位推测标高为850-854m,奥灰水流向自西北向东南。3.3主要隔水层3.3.1地层隔水层主要由泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩等组成,夹不稳定的薄煤线、不稳定石灰岩等,平均厚度约30.00m,系奥陶系中统岩溶水与太原组地层之间的良好隔水层。3.3.2太原市群和山西省群之间的划分水层石炭系相间于各灰岩、砂岩含水层间的厚度不等的泥岩、砂质泥岩、炭质泥岩可起到层间隔水作用。3.4区层露头、井田内地层和地下水奥陶系溶裂隙含水层组在本井田内均无出露,但在井田外北、东北部有出露,其补给、径流、排泄同于区域情况。石炭系地层及煤层露头主要出露于井田东北及西部,二叠系碎屑岩类含水层组的上部地层在井田内大面积出露,可直接接受大气降水的补给,沿层间径流,在浅部与松散岩类孔隙含水层发生水力联系,二者互为补给关系,主要以泉水的形式排泄。煤矿的矿坑排水和民井开采亦是其主要排泄方式。松散岩类孔隙含水层组主要接受大气降水,除蒸发及渗透补给下伏各地层外,主要在沟谷中呈泉水或渗漏排泄。4矿山充水因子及水害分析4.1主、副井、风井井田内无常年性地表河流,仅雨季沟谷中有短暂洪水排泄,井田地形坡度较陡,有利于自然排水,入渗补给地下水条件差。冀家沟和六大沟属于汾河的小支沟,旱季无水,雨季有短时洪流。工业场地位于六大沟边坡阶地上,主井、副井、风井井口标高分别为+1140.198、+1141.00、+1140.000,高于六大沟底6m,主、副、风井井口不会受到最大洪水的威胁。井田内2、7、8、9号煤层在井田北、东、西部地表均有露头或隐伏露头,当煤层充分采动后,采动导水裂缝高度在接近煤层露头部位可至地表,大气降水可能渗入井下或间接地补给砂岩裂隙含水层,成为矿井充水水源。4.2断层走向延伸长度井田东南边界处发育一条正断层即随老母北断层,属区域性大断层,走向北东—南西—南西西,倾向北西—北北西,倾角85°,落差80m,井田内断层走向延伸长度为2000m左右。由于断层的影响,增加了上下含水层之间的水力联系,又破坏了隔水层的隔水性能。据调查已关闭的大沟煤矿和师家山煤矿揭露情况,一般在断层附近会有短期的渗淋水,但导水性不强。4.3导水裂缝带对矿山充水的影响4.3.1煤层导水裂缝带高度井田内2号煤层埋深为0m至233m左右不等,最大采厚2.07m左右,顶板为泥岩、砂质泥岩,单向抗压强度36.8MPa(补1号钻孔资料),属中硬岩石,据《煤矿防治水规定》开采煤层时的导水裂缝带发育高度计算如下:用两个公式计算采煤形成顶板导水裂缝带高度分别为44.06m、38.77m,取导水裂缝带最大高度44.06m。4.3.2采空地层导水裂隙带公式一计算出7、8、9号煤层导水裂隙带高度分别为39.15m、64.27m、76.06m,公式二计算出7、8、9号煤层导水裂隙带高度分别为39.27m、64.50m、88.92m,故7、8、9号煤层导水裂隙带最大高度分别为39.27m、64.50m、88.92m。2号煤层平均厚度2.90m,上距K4砂岩底25.45m;7号煤层平均厚度0.87m,上距2号煤层平均74.47m;8号煤层平均厚度3.02m,上距7号煤层平均24.67m;9号煤层平均厚度3.98m,上距8号煤层平均3.68m。根据以上计算可知2、7、8、9号煤层采空后,其导水裂隙带分别可至下石盒子组下部、太原组顶部、山西组下部,在井田北、东、西部接近煤层露头可至地表。由此可见,井田内2号煤层的采空,可导通2号煤层上覆至下石盒子组底部所有含水层的水;7、8、9号煤层采空,分别可导通7、8、9号煤层上覆至太原组上部、山西组下部所有含水层的水。因此,导水裂缝带会成为大气降水及采空区顶板以上含水层水进入井下的通道。4.4采空区导水裂隙带井田内奥灰岩溶水水位标高在850至854m,9号煤层底板最低标高约为1000m,奥灰水位低于9号煤层底板146m。就目前而言,井田内2、7号煤层已采空,8号煤层在井田北部、东南部部分采空。7号煤层上距2号煤层平均74.47m,导水裂隙带最大高度39.27m,2号煤层与7号煤层之间的山西组砂岩裂隙含水层并未因采煤而导通。7、8号煤层已有采空区所产生的导水裂隙带高度已导通山西组底部K3砂岩至7、8号煤层之间所有含水层的水,从而使8号煤层以上至K3砂岩之间所有含水层的水均向井下8号煤层采空区充水。总之矿坑顶板垮落导水裂缝带将沟通其发育范围内各含水层间水力联系,通过导水裂缝带向矿坑充水,为矿坑充水的主要来源。煤系含水层富水性弱,根据整合前煤矿开采情况,井下顶板淋水很小,顶板裂隙水对矿井生产影响不大。4.5覆岩煤层采空排水系统本矿采空区、古空区积水情况。井田范围内2、7号煤层已基本采空;8号煤层在井田北部被原邢家社煤矿和原孟家沟煤矿越界开采,原矿井大巷已开拓至井田西部,大巷以北已全部采空,东南角被火烧洼煤矿越界采空;9号煤层在西北角部分被邢家社村煤矿越界开采,井田内其它区域只有部分巷道工程。井田内地层总体呈向南倾斜的单斜构造,井田南边界处发育1条大型正断层即随老母北断层,各煤层采空区积水主要集中在采空区南部的下山低洼部位。原万柏林煤矿2、7号煤层已采空,有些地方可能与8号煤层的采空区导通,2号煤层东、西、北均有煤层露头,故采空区积水区在低于煤层露头的井田中南部;8号煤层北部采空区与井田内8号煤层巷道相通,分析大部积水应通过巷道排泄至南部。采空积水情况详见表1。由导水裂缝带高度计算知,7、8、9号煤层导水裂缝带没有导通2号煤层采空区,2号煤采空积水对下部煤层开采的影响有待生产中勘探验证;7号煤采空积水对下部煤层开采有影响;8号煤采空积水对下山方向的同层开采及下部9号煤层开采有影响。5地面奥灰岩储水层压水地下水第一,煤层开采对顶板和底板产生破坏性扰动,形成人为导水通道。8、9号煤层导水裂缝带最大高度分别为64.50m、88.92m。导水裂缝带达山西组底部,在煤层浅埋区域导水裂缝带高度达到地表。第二,井田内奥灰岩溶水水位标高850至854m,9号煤层底板最低标高约为1000m(据底板等高线图)