河南煤矿水害探讨和防治.pdf

2 0 1 6 年第 3 期 参 蠛 蕉 斜技 1 4 7 河南煤矿水害探讨和防治 沈 松 符 勇 马 掂 河南理工大学资源环境学院，河南 焦作 4 5 4 0 0 3 摘要 河南是我国的产煤大省，随着煤矿建设规模的扩大，开采深度的增加，越来越 多 的安全问题出现，并且影响着煤 矿的安全开采。尤其是煤矿水害的发生，严重制约着煤炭经济发展 、提高对河南煤田地质水害特点认识，从而制定合理的 水害治理方案。 关键词 煤田地质矿井水防治 中图分类号T D7 4 5 ．2 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 01 ． 2 0 1 6 ． 0 3 ．0 6 5 Co a l mi n e wa t e r d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d r e s e a r c h o f He n a n p r o v i n c e S h e n S o ng FuYo n g MaZh e I n s t i t u t e o f Re s o u r c e a n d E n v i r o n me n t ， He n a n P o l y t e c h n i c Un i v e r s i t y ，He n a n J i a o z u o 4 5 4 0 0 3 Abs t r a c t He n a n h a v e r i c h c o a l i n o u r c o u n t r y , wi t h t h e e x p a n s i o n o f t h e s c a l e o f c o a l mi n e c o n s t r u c t i o n ， t h e i n c r e a s e o f mi n i n g d e p t h ， mo r e a n d mo r e s e c u r i t y p r o b l e ms a p p e a r ．I t h a v e a g rea t i mp a c t o n mi n e s a f e t y ． Es p e c i a l l y t h e c o a l mi n e wa t e r d a ma g e ． I t h a v e a g r e a t i n f l u e n c e o n t h e e c o n o m i c d e v e l o p me n t o f c o a 1 ． T o i mp r o v e t h e u n d e r s t a n d i n g o f He n a n c o a l fie l d g e o l o g y a n d wa t e r d i s a s t e r c h a r a c t e r i s t i c s ma k e u p r e a s o n a b l e ma n a g e me n t p l a n ． Ke y wo r d s c o a l g e o l o g y mi n e wa t e r p r e v e n t i o n a n d C U re 水 、火 、瓦斯 、顶板等一直是煤矿生产紧抓不 懈的关键部分，煤炭企业每年一大部分资金都是用 于这部分地质灾害的治理。加上煤炭价格的下滑， 给本来困难的煤炭企业增加不少的困难和挑战。河 南省大部分煤矿都有水害问题存在，因此应加深认 识煤矿水害问题，制定合理经济的水害防治措施 ， 不仅有利于资源的合理开发也有利于煤炭企业走出 困境 ，用科技之路走出煤炭企业的康庄大道。 l 区域水文地质特征 河南属于大陆性半干燥亚湿润气候带 ，全年的 降水量大致为 6 0 0 ～ 1 2 0 0 m m，每年的秋夏季节降水 量集中，占全年降水量的一半多，冬季和春季降水 量较少。河南煤田属于华北型石炭二叠纪煤田，煤 层的顶板多是砂岩 ，煤层底板大部分是奥陶系或者 寒武系的灰岩，由于地下水的动力作用灰岩被侵蚀， 所以灰岩有着比较多的裂隙和溶洞从而构成丰富的 储水空间，岩溶水储存量大 ，而且不易查明，这对 煤矿的安全开采产生极大的威胁。 2 河南煤田地质水害分析 收稿日期2 0 1 5 - 1 2 0 4 作者简介沈松 1 9 9 0 ． ，男，河南邓州人，在读硕士研 究生， 主要从事煤矿地下水害领域研究。 从全省来看 ，省 内煤 田划分 1 9个矿区，其 中 除了义马矿区部分矿井开采侏罗系地层的煤外，其 他的矿区基本上都是开采石炭系二叠系的煤层，在 开采这类煤层时，有一个突出的共性就是煤层的底 板都很可能有岩溶裂隙发育的灰岩含水层，特别是 奥陶灰岩水水量大 、水压大，容易发生地质灾害事 故。从河南省历年的水害问题可以发现焦作、安阳、 鹤壁等 8个矿区是有较严重的水害问题存在。 2 ． 1 鹤壁 矿 区 鹤壁矿区位于河南北部太行山的山前地带，含 煤地层为石炭二叠系地层 ，主要的充水水源为新近 系砾岩裂隙水 ，砂岩裂隙水，石炭系八灰水，二灰 水 和奥陶系灰岩水。鹤壁矿区发生水害性突水将 近 4 0 0余次，其中大 中型具有危 害性突水次数 为 1 5 ％ 。 根据鹤壁矿区历年的大中型突水灾害的统计数 据 ，从突水水源上来分析 ，突水次数最多的是八灰 水 ，再者是新近系砾岩裂隙水然后是奥灰水和二灰 水。从突水通道上来分析最容易引起突水的通道是 断层，再者是裂隙，然后是直接 ／ 巷道揭露 ，最后 是小窑连通 。 2 ． 2 禹州矿 区 禹州矿区位于河南的中部，其周围和新密，登 l 4 8 山 童 撼晨 舛救 2 0 16 年 第 3 期 封，平顶山相邻。含煤地层石炭系和二叠系地层。 主要的充水水源为石炭系薄层的灰岩和寒武系灰岩 水。禹州矿区生产规模较大的矿井有 7个，矿井水 害都比较严重 ，比较有代表性的矿井为平禹一矿。 根据平禹一矿历年的突水情况统计 ，从突水水 源上分析，突水次数相对较多的是新近系砾岩裂隙 水和八灰水 ，再者是采空区突水和二灰水，最后是 寒武系灰岩水。从突水通道上分析，平禹一矿突水 通道表现最强的是裂隙水 ，几乎占到所有突水事故 的百分之八十。平禹一矿处于禹州岩溶系统的下游 ， 含煤地层的顶板受到新近系砾岩水的威胁 ，底板受 到岩溶发育强烈的灰岩水影响，并且底板的太灰水 和寒武系灰岩水有水力联系，补给充沛 ，通过断层 和裂隙等突水通道威胁可采煤层的开采 ，水压大而 且突水危险性强。平禹一矿是禹州矿区大水矿井的 一 个代表，在一定的程度上反映出禹州矿区的水害 特点 。 2 ． 3 偃 龙矿 区 偃龙矿区位于河南的西部 ，分布在洛阳境内， 与登封 ，巩义，伊川相邻。含煤地层石炭系和二叠 系地层。由于矿区的寒武系灰岩出露，而且寒武系 灰岩岩溶发育 ，主要充水水源为寒武系灰岩水。偃 龙矿区有生产矿井将近 2 0 个，其中龙门矿水害比 较严重 ，龙门矿的水文地质条件是偃龙矿区水害问 题的代表，白上世纪 7 0 年代至今，龙 门矿发生过 3 3次突水。 根据龙门矿历年突水情况统计，从突水水源上 分析 ，七灰水占到全部突水总量的 7 0 ％，石炭系太 原组的第七层灰岩水为煤层的直接充水含水层 ，岩 溶水在水压的作用下通过断层或者裂隙直接进入煤 层影响煤矿生产。再者是新近系砾岩裂隙水和寒武 系灰岩水，影响相对较小的是砂岩水 ，由于富水性 较差所以突水的水量都不大。从突水通道来分析 ， 龙门矿主要是通过断层和裂隙发生突水事故 ，其中 裂隙通道表现最为明显，占到龙 门矿突水总数的 6 0 ％。龙门矿的突水情况在一定程度上反映了偃龙 矿区的水害特点。 2 ． 4 登封 矿 区 登封矿区位于河南西部 ，主要以登封和伊J l { 两 地区为主。含煤地层石炭系和二叠系地层。主要的 充水水源石炭系灰岩水和奥陶 一寒武系灰岩水 ，登 封矿区灰岩露头面积较小，地下水动部给量相对较 小。在矿区内有产量相对较大的主力矿井 7个，其 中以告成矿最具有代表性。 根据告成矿历年突水情况统计，从突水水源分 析 ，影响最大的是顶板砂岩水 ，由于煤层顶板上部 有 7 m左右的构造破碎带 ，裂隙发育富水性强，所 以对煤层的开采影响较大 ， 再者是八灰水和七灰水， 岩溶发育富水性强。从突水通道来分析 ，告成矿主 要的突水通道是通过裂隙突水 ，占到矿井突水总数 的一半以上，因为矿区构造运动复杂，构造破碎带 比较多，所以造成大量的裂隙通道。再者是通过断 层突水 ，占到矿井突水的 1 5 ％。最后是通过钻孔和 采空区发生突水。告成矿水文地质条件复杂 ，主要 是登封矿区构造发育严重。告成矿的水文地质灾害 特点一定程度上反映了登封矿区的水害问题。 2 ． 5 河南煤矿矿 井水综合分析 根据河南的四个代表性矿区近 2 0 0余次的矿井 突水情况统计，在一定的程度上可以反映河南煤田 地质地下水害的特点。 从突水水源上分析 ，在发生突水时，八灰水是 最容易发生突水的水源，占到突水总量的 2 0 ％。七 灰水作为突水水源共发生 3 8次突水 ，占到突水总 数的 1 8 ％。新近系砾岩裂隙水引发的突水次数 占到 突水总数的 1 4 ％。其中二灰水，采空区水 ，寒武系 灰岩水各 占突水总量的 5 ％左右。奥陶系灰岩水发 生突水次数占到突水总数的 4 ％左右。石炭系的第 一 到第四层的薄层灰岩水突水次数占到突水总数的 3 ％左右。煤层顶板的砂岩水由于富水性差所以引 发的突水次数占到突水总数的 2 ％。总之从突水水 源上分析河南煤矿地下水的水害特点，影响程度大 J l , J ll , 序为八灰水 L 8 七灰水 L 7 新近系砾 岩裂隙水 N二灰水 L 2采空区突水 C 寒武系灰岩水 H奥陶系灰岩水 0 2一 到第四层灰岩 L 1 4顶板砂岩裂隙水 S 其他。示意图见图 1 。 从突水的通道来分析 ，在 2 0 0 余次的突水情况 中可以得出裂隙是最容易引发矿井突水 ，约占到突 水总数的 5 0 ％左右。断层是煤矿开采中经常遇到的 地质构造 ，也是矿井发生突水的关键因素，约占到 突水总数的 2 0 ％。煤矿井下的各种钻孔也是发生突 水的重要通道，约占到煤矿突水总数的 1 0 ％左右。 通过小窑水连通发生的突水次数 占到突水总数的 7 ％。直接揭露含水层发生的突水次数占到突水总数 的 6 ％左右。采空区有时候也可以是突水通道 ，通 过采空区和其他通道突水次数 占到突水总数 7 ％左 2 0 1 6年第 3期 童 穗磊 舛技 l 4 9 右。因此从矿井的突水通道上分析河南煤 田地质地 下水的水害特点，影响程度的大小顺序为裂隙通道 L断层 F 钻孔 z小窑连通 T 直接 ／ 巷道揭露 J 采空区 C其他。示意 图见图 2 。 1 5 0 1 0 0 5 O O 图 1 从 突水水 源分析 - 一 ● ■ - 一 一 图 2 从 突水通道分析 3 河南煤田地质水害防治 对于河南煤矿地下水的防治，地下水源是根本 ， 地质构造是灾害发生的条件 ，水压力是关键，采掘 引发的裂隙和采掘不平衡是灾害的起因，地下水的 动态变化是灾害发生的结果。对于地下水害问题解 决只有从根源上解决才能杜绝治标不治本的现象。 地下水流动需要一个条件是水源，另一个条件是通 道。把握住这两个咽喉就能合理控制地下水流动防 治地下水害的发生。 从突水水源上防治，加强水文地质资料的收集。 查明前方的含水层 ，积水区，采空区的具体位置和 产状。当遇到老空水 ，含水层 ，断层，或者有水力 联系的破碎带时，一定要进行探放水。进行老空水 防治时一定要提前做好各种准备工作，预测放水量， 做好排水管路，并且及时动态检测水量的变化。能 排的尽量排出矿井 ，不能排出的老空区积水也可以 进行隔水封闭。对于断层水防治要探明断层带的充 填物和充填程度及其富水性 ，同时预留断层防水煤 柱。对于岩溶发育的灰岩含水层采用疏水降压的手 段，疏水和生产同时进行。对于地表的地裂缝发现 一 个治理一个 ，防治雨季地表水通过裂隙渗入矿井。 在加大对地表水体的观测 ，防治地表水体和矿井水 发生水力联系。 从突水通道上防治。裂隙是矿井水害最容易发 生的突水通道 ，无论是原生裂隙还是采动裂隙都可 以采用注浆封堵的办法来解决，虽然不能有百分之 百的堵水率，可以在一定程度上大大减少矿井的涌 水量。俗话说 “ 十断九突”，所以导水断层也是矿 井发生水害问题主要因素，遇到断层首先是留设防 水煤柱，对于断层导水通道的治理通常是确定断层 的位置然后进行钻孔注浆。井下钻孑 L 封闭不良也会 引起矿井突水 ，所以在井下钻孔封孑 L 不能用水砂浆 或者黏土，尽量用高标号的纯水泥，封孑 L 结束后要 及时检测封孑 L 的深度和质量。对于老空区的积水 ， 由于水量大，水质差而且含有有毒气体，采取先隔 离老空区积水 ，查明老空区积水是否和其他含水层 或者水源有水力联系，再进行探放，防治老空区作 为导水通道引发大的矿井水害。 【 参考文献 】 [ 1 ] 吴强 ， 董叔宁 ， 张志龙 ． 矿井水害防治 [ M] 徐州 中国矿业大学出版社 ， 2 0 0 3 ， 3 ． 4 ． [ 2] 潘国营 ， 吴亚遵 ， 林云 ． 煤矿水害探查和评价 [ M】 北京 煤 炭_T - ,3 k 出版社 ， 2 0 1 4 ， 2 2 ． 2 5 ． [ 3] 王志荣 ， 石明生 ． 矿井地下水害与防治 [ M] 郑州 黄河水利 出版社 ， 2 0 0 3 ， 3 ． 4 ． [ 4] 黄德发 ， 刘述森 ， 郭启文 ， 吴强 ， 冯立杰 ． 河南矿 井地 下水 防 治 与 利 用 [ M]北 京 煤 炭 工 业 出版 社 ，2 0 0 6 ， 4 7 [ 5] 昊强 ， 崔芳鹏 ， 赵苏启 ， 刘守强 ， ． 矿井水害类型划 分及主要特征分析 [ J ] 煤炭学报 ， 2 0 1 3 ， 4 3 8 5 6 1 56 5 上接 第 1 4 6页 3 获得的经济效益 山东盛泉矿业有限公 司经过老空水预防和探 放，已经解放 包括即将解除 受水威胁的煤炭储 量 6 0余万 t ，预计延长矿井服务年限 2 a ，为矿井的 稳定持续发展提供了有利保证，社会效益 、经济效 益显著。该项技术可在类似矿井中推广应用 ，确保 了煤炭资源的安全开采 ， 最大限度地减少资源损失。