大同矿区采空区积水的预测与防治.pdf

第3 4 卷 第7 期 煤 矿 安 全 2 o 0 3 年7 月 安 全 技 术 文章编号 l 0 0 34 9 6 X 3 0 7 0 0 2 6 0 3 大同矿 区采空区积水的预测与防治 王培盛， 阎志义， 聂秀英 大同煤矿集团公司 地质处 山西 大同 0 3 7 3 摘要 分析 了大同矿 区井田的水文地质特征及采空区积水形成的原 因， 从 而提 出了预 测和 防 治采空区积水的有效方法和措施， 保证了矿井的安全生产。 关键词 大同矿 区； 采空区积水 ； 预测乖防治 中图分 类号 ] r 7 4 5 ． 2 l 文献标识码 B 1 概述 大同煤田有着悠久的开采历史， 由于开采历 史的久远和前些年“ 有水快流” 政策， 小煤矿发展 迅速， 在煤田内古窑、 小煤窑星罗棋布。在这些采 空区的低洼处常常集聚一些积水 ， 少则几千立方 米 ， 多则数万立方米。这些积水的存在， 给采煤工 作的正常生产造成了极不安全的隐患， 一旦资料 不清， 预防手段不得力， 则会造成水患事故发生。 为此多年来， 煤矿的地质工作者们为了解决这方 面的问题 ， 投入了很大精力， 同时也为解决这些问 题花费了大量的资金。另外， 随着煤矿开采深度 的不断加大， 上层水害的威胁越来越严重， 曾多次 发生淹巷淹工作面事故， 局部受灾事故屡见不鲜。 因此， 解决好矿井采空区积水问题， 将对煤矿安全 生产起到保驾护航的作用。 2 矿区地表及地层水文地质特征 大量的勘探资料和煤矿开采实践表明， 大同 矿区是一个地下水资源贫乏区， 除第四系冲积层 及基岩风化壳含水相对较大外， 中生界、 古生界地 层的岩石固结坚实， 裂隙、 喀斯特不甚发育， 岩石 一 般不含水或微含水。地表水主要为 口泉河 、 十 里河水。地下水补给主要以大气降水为主， 在口 泉河、 十里河河岸地段， 地表水可直接补给地下 水。由于本区地表迳流条件较好 ， 一般不利于降 水入渗， 地下水排泄以蒸发和矿井排水为主。随 着矿井多年的大规模开采， 地下水原有动态平衡 2 6 遭受破坏， 地下水位普遍下降， 岩石的含水性大大 减弱， 煤田内大量井泉干涸现象就是最好的见证。 2 ． 1 地表水文特征 矿区内发育的主要河流为口泉河和十里河。 自西向东流出煤田经大同盆地汇入桑干河。两河 均为季节性河流。汛期主要集中于 7 、 8 、 9 三个 月， 雨季时河水流量较大， 旱季时流量较小， 甚至 枯竭， 此时主要补给来源为沿途各矿井排水及生 活污水。 2 ． 2 各地层水文地质特征 煤田内出露的地层从老到新依次为太古界集 宁群， 古生界寒武系、 奥陶系、 石炭系、 二叠系， 中 生界侏罗系、 白垩系， 新生界第三系、 第四系。建 国后的勘探资料表明， 该区岩层含水性较差， 含水 层的单位涌水量一般小于 0 ． 1 L ／ s ． m。 1 寒武奥陶系灰岩含水层。寒武奥陶 系灰岩主要出露于鹅毛口、 七峰山、 口泉山、 马武 山等煤田东部的边缘地段， 厚度 5 o 0 ～6 0 0 m， 在 煤田内厚度变化较大， 由南向北是变薄趋势。岩 性主要为灰岩及白云岩。涌水量北部小， 南部大。 2 侏罗系大同组砂岩裂隙含水层。大同组 含煤岩系由各种粒度的砂岩、 泥岩和煤层组成， 总 厚度为 5 0 --2 m， 多年的开采资料表明， 砂岩裂 隙含水层水量较少， 属于弱含水层， 局部地区， 如 向斜轴部， 或靠近沟谷河床地段， 含水性较强。据 各矿钻孔抽水试验资料， 含水层单位涌水量在 0 ． 0 0 0 4 5 ～0 ． 0 2 1 s ． m之间， 说明岩层含水性微 弱， 晋华宫井田向斜南翼的 4 0 6 盘区， 在开采 7号 维普资讯 第3 4 卷第7 期 ． 煤 矿 安 全 2 0 o 3 年7 月 煤层时， 据井下探水孔资料， 上部砂岩裂隙水单孔 流量为 1 2 0 m 3 ／ d ； 煤峪口矿在开采 1 1 号层 3 0 7 盘 区8 7 0 2 工作面时， 采到南东方向 1 7 6 m处， 采空 部位即发生漏水， 涌水量达到5 0 --6 0 m3 ／ d 。经分 析 ， 涌水水源为煤层顶部 1 0 m的粗砂岩裂隙水， 同时， 涌水点正好位于一向斜轴部。 3 云岗组及风化壳含水层。该组岩层在煤 田内大部分接近地表 ， 被沟谷切割， 风化严重， 上 覆为黄土。层厚在 0 --2 0 0 m之间， 总趋势为北厚 南薄。在北部风化壳面积大， 上部为黄土及白垩 系砂、 砾岩层覆盖。岩性主要为紫色砂岩、 粉砂岩 和灰白色中厚层状中粗砂岩及砾岩层。该组岩层 含水性较弱， 但风化壳含水性变化较大， 可由弱到 中等甚至丰富， 一般靠近河床地区含水性较强。 4 第四系冲、 洪积含水层 ， 冲洪积地层主要 分布于口泉河、 十里河河床及一些沟谷地带， 冲洪 积地层岩性主要为粗砂、 砾石和卵石。地层厚度 各地不一 ， 一般为 1 0 m左右 ， 岩层含水性 为中等 至丰富， 单位涌水量在 2 ～5 s ． m之间， 局部可 更大。两河相比， 十里河冲洪积地层含水性较口 泉河好 。 3 采空区积水的特征 3 ． 1 采空区积水的形成 由于大同煤田开采历史悠久 ， 采空区遍布整 个煤田， 它们有的是古窑采空区， 有的是国企煤矿 采空区， 还有地方、 乡、 镇及村庄个体办的小煤窑 采空区。这些采空区形成之后， 在有水源补给的 情况下 ， 长年累月逐渐汇集 ， 使采空区大量积水。 3 ． 2 采空区积水的来源 1 地表水。矿区内主要河流为口泉河和十 里河。两条河在 5 0 年代河水流量基本稳定。其 上下游流量为递增之势， 到 7 0 、 8 0 年代特别是近 1 0 a ， 其上下游流量出现反差情况 主要原因是河 床周围煤层开采 ， 由此情况可看出河流的部分水 量渗漏到了采空区。 2 第四系冲洪积层水。 3 侏罗系云岗组、 大同组砂岩裂隙水。在煤 层开采前， 砂岩的裂隙中贮存着一定的水量， 水量 大小受地表水和大气降水的影响。 4 基岩风化壳裂隙含水层。该含水层水与 地表水及冲洪层潜水有密切的水力联系。 5 构造裂隙水。在矿区一些张性烈隙带往 往含有一定量的水源， 特别是这些构造裂隙与水 体或地面沟谷、 河床沟通时， 含水量较大。 6 灭火灌浆水。为了预防采空火区的形成， 灌浆灭火的水 。 7 将矿井开采中的正常涌水、 灭尘洒水或乳 化液漏水排入采空 区。 3 ． 3 采 空 区积 水 的 通道 1 由于地质构造运动的影响， 岩层产生构造 裂隙、 断裂带， 或扩大了原构造裂隙、 风化壳裂晾 等。煤层一经开采， 便破坏了地下水的天然流场， 而这些裂晾即成为地下水进入采空区的良好通 道。 2 煤层开采后因顶板冒落而形成的采后裂 隙， 有的通到地表形成地面裂缝， 由于大同侏罗系 煤层的顶板大多为坚硬的脆性岩层， 采煤方法多 为长壁式， 煤层开采后即有大面积的塌顶。此时 既扩大了原有裂晾， 又会形成新的采后裂隙， 甚至 有的裂隙直达地表。这些裂隙与含水层或水体沟 通时， 则水源会源源不断地进入采空区内， 这是大 同矿区采空区积水的主要通道之一。 3 封闭不良及未封闭的钻孔。在煤田勘探 或生产补勘过程中， 钻孔施工结束后， 因钻孔未按 规定封孔， 形成封闭不良钻孔。由于钻孔贯穿整 个煤系地层， 有的甚至连通了本没有水力联系的 含水层或水体。因此在钻孔内储存一定的水量。 当采煤经过这些钻孔时则会将含水层或上层积水 引入采空区。 4 对各类采空区积水 的预测方法 4 ． 1 资料分析法 1 在采掘上层煤时， 要注意各工作面当时开 采中的水文地质情况， 将其水文地质情况作详细 记录， 填绘到矿井充水性图上。在采掘下部煤层 时对照上层图进行分析， 根据分析情况， 提出预测 预报， 对有积水隐患的区域进行井下或地面探放 的办法， 排除积水隐患。 2 对将开采的工作面采前要做水文地质分 析研究， 根据上层开采中的水文地质情况， 分析预 测下层采空积水问题， 并根据分析情况提出预测 及防治方法 。 4 ． 2小 窑调 查法 27 维普资讯 第3 4 卷第7 期 煤 矿 安 全 2 0 0 3 年7 月 据多年的经验预测小煤窑及古窑的采空积 水 ， 首先要有严格的科学态度， 坚持访查探放方 法。做到腿勤、 嘴勤、 手勤。要经常到矿井范围内 的各沟谷区调查了解各煤窑的开采情况， 有条件 的情况下可下井实地了解。将调查资料随时填绘 到台账与图纸上 。 对古 窑的预测 可采 取社会走访 ， 了解 窑 口位 置、 开采范 围以及停采原 因。现场调查古窑位置 的地面原建规模、 窑口位置、 井筒类型、 方位倾角、 井筒台阶的磨损程度等等。根据调查情况进行分 析。 一般窑口场面开阔， 运输条件好， 建筑规模大 且有连续性， 废矸石种类多且数量大， 井筒磨损严 重的， 古窑开采面积则 比较大。或利用钻探中的 采空区资料推测采空 区范 围， 也可根据下部煤层 赋存特征 ， 推断上层采空情况。 4 ． 3 钻 探 物探 法 对于有些采空 区的积水 ， 利用上 述两 种方法 很难预测的情况下 ， 可采 取钻探 与物探相结合 的 方法预测采空积水。首先过滤原有的资料， 对影 响安全开采煤层的疑区， 利用钻探或物探的方法， 探明是否有积水。 5 对影响采掘生产 的各种积水防治方法 1 井下探放法 。对层间距不超过 5 0 m的上 层采空积水和 同层采空积水 ， 采用井下探放的方 法处理是一种简便易行， 效果好的方法。在实施 该方法前， 可根据预测资料， 有 目的、 有位置的施 工 。 2 利用地面小井排放方法。对于清楚的小 窑等积水区， 若旧井口还可利用， 而且实施排水比 较方便的情况下 ， 可利用小窑的井 口直接下泵接 水管排放积水。如四台矿在开采 3 0 1 盘区 7 号层 时 ， 为排除上部 2 、 3号层牛头沟小窑积水 ， 就利用 了该方法。 3 地面打钻排放法 。对于层间距大于 5 0 m 的采空积水， 利用地面打钻穿越积水区， 将积水排 放到井下 ， 再 由井下 的排水设备排出地表的方法 ， 处理那些层间距大的积水区。 4 井下疏导法 。为了减 少井下采空 区积水 的形成， 在开采煤层过程中， 要尽量将井下跑、 冒、 滴、 漏的水 ， 以及 日常生产中在低洼处形成的积 水， 疏排到地表。另外， 在开采煤层中， 对于同层 2 8 相邻的积水， 要坚决想办法排出来， 以减少对开采 下层煤形成隐患。 6结论 1 首先要查 明井田的水文地质条件 ， 认识客 观 ， 这是做好矿井防治水工作 的基础 。采 取调查 、 物探、 钻探三结合 的方法是预测与 防治采 空积水 的保 障。 2 要全面规划 ， 把 防治采空区积水与矿井的 长远发展、 采掘安排等作为一个整体来考虑， 统筹 安排， 要保证防治水工作的人、 财、 物得以落实， 避 免“ 头痛医头， 脚痛医脚” 。开采煤层时要做好对 地面裂缝的填堵工作， 以防下雨等原因将水灌入 采空区。二是在采煤过程中要有效地制止跑、 冒、 滴现象， 减少采空区的存水。三是坚绝杜绝向采 空区排水， 不能为了一时的方便， 给以后开采下层 煤造成隐患。 3 管理要规范 化、 科学化 ， 严格报批制度 和 各项规章制度。消除“ 漏洞” 和失误， 保障安全生 产。 4 要坚持以预防为主， 防治结合 ， 有针对性 地探查， 做到有的放矢。 5 分析水情时， 首先要搞清楚水源， 其次要 搞清地层、 构造、 裂隙、 采掘引起的重新平衡之间 的关系 ， 这是预测及防治水情的重要途径。 总之， 预测和防治采空区积水工作 ， 是煤矿安 全工作中的一项重要工作， 是一项多学科的系统 工程， 它涉及面很广， 与煤矿生产建设的关系非常 密切。因此在今后预测和防治采空 区积水工作 中 应因地制宜地采取措施 ， 总结经验 ， 不断进取 ， 摸 索出一套简便、 省时、 省力、 易行的适合大同煤矿 防治采空区积水的有效方法。 作者简介王培盛 1 9 5 6一 ， 男， 高级工程师， 科长， 1 9 7 9 年毕业于山西矿业学院， 现从事地质 工作 ， 曾在 、 等杂志发表论文多篇。 收稿 日期 2 0 0 30 42 6 ； 责任编辑 粱绍权 维普资讯