安阳矿区二1煤层水文地质特征及水害分析.pdf

2 0 0 5年第4期 中州煤炭 总第 1 3 6期 安阳矿 区二1煤层水文地质特征及水害分析 张序 明 河南省安阳矿务局 ， 河南 安阳4 5 5 1 3 3 摘要 通过对安阳矿 区二． 煤层水文地质特征及水害分析， 找 出了矿 井发生水 患的原 因， 提 出了防治对策与 建议， 对矿区加强防治水工作和减少水灾事故， 保证矿区安全 生产起到 了积极的作用。 关键词 水文地质； 承压含水层； 地表水 ； 淹井 中图分类号 T D 7 4 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 0 5 J 0 4 0 0 3 7 0 2 安阳矿 区范 围内的基本构造形 态为 向东倾斜 的 单斜 构 造 并 伴 有 宽缓 的小 型 褶 曲， 地 层 倾 角 1 5～ 2 5 。 。井 田内构 造主要 以北北 东走 向断裂 为主 ， 断层 走 向一般 为 北东 1 0～3 5 。 ， 且 多为 正 断层 。本 区 主 要 含煤地 层为二叠 系下 石盒 子 组 、 山西 组 和石 炭 系 太原组 ， 含 煤 系数 为 7 ． 5 1 ％ 。 区 内二 叠 系 山西 组 二 。 煤层 为主要 开采煤 层。二， 煤 层厚 度稳 定 ， 一般 4～6 m ， 普遍 可采 。截止 到 2 0 0 3年末 ， 矿 区内现有 年生产能力 9万 t 以上 的煤矿 1 0个 ， 乡镇及个 体小 煤矿 2 7个 。开采范 围内地 质储 量 约 4 ． 5亿 t ， 可采 储量约为 3亿 t 。 1 水文地质条件 1 ． 1 区域水 文地质概况 本 区位 于太行 山东麓 ， 矿 区西部 是奥 陶 系灰岩 和岩浆岩构成 的中低山 区。为一 由山 区向平 原过渡 的侵蚀、 剥蚀、 堆积型的丘陵地带。煤系地层隐伏于 第三 、 四系之下 ； 东部是 洪积 、 冲积平 原 。西部 山 区 地下水来源于大气降水， 是矿区地下水主要补给来 源 。其 中， 巨厚的奥 陶系灰 岩是 本 区运 储 区域地 下 水体 ， 构造对 区域水 文地 质 条件 和次 一级 水 文地 质 单元的 区划起着 控制作用 。 1 ． 2井 田水 文地 质条件 1 地 表水 。区内为典型 丘陵 地形 ， 冲沟 发育 ， 相对 高差约 1 5 0 m， 迳流条件 较好 ， 极 利于 大气 降水 排泄 ， 冲沟具明显季节特征 ， 对矿井充水无影响。 2 含水层 与隔水 层 。 自下而 上 可归并 为 5个 含水层 和 4个隔水 层 ， 构 成 向矿井 直 接或 间接 充 水 收稿 日期 2 0 0 50 5一I 8 作者简介 张序明 1 9 5 2一 ， 男 ， 河南安 阳人 ， 高级工程师 ， 1 9 7 6年 毕业于焦作矿业学院， 现任安阳矿务局总工程师。 的来 源 ， 同时也是 确 定水 文地 质类 型 的依 据 。依 次 为奥 陶系灰岩岩溶 承压 含 水层 、 本溪 组 铝质 岩 隔水 层 、 太原群下段灰岩裂隙一岩溶承压含水层、 太原群 中段 砂及 泥岩 隔水 层 、 太 原群 上段灰 岩 裂隙一岩 溶 承压 含 水 层 、 二。煤 至 L 。灰 岩 隔 水层 、 二 ．煤 上 部 中一粗粒 砂岩裂隙 承压含水 层 组 、 石 盒子 组 隔水 层 、 第 三 、 四 系 砂 砾 石 层 孔 隙 潜 水一 承 压 含 水 层 组 。 2断裂构造的导水性 本井 田处于新华夏 系第三隆起 带太行 山复 背斜 的东翼 ， 所 以北 北东 向构 造 对地 下 水活 动有 明 显的控制 作 用 。与 煤 系地 层 走 向 近似 一 致 的 正 断 层 ， 沿倾 向由东 向西逐级抬起 ， 形 成一 些交替 出现的 近南北 向的狭长地垒 、 地堑 ， 破坏 了基 岩含水层 连续 性 。O 灰 岩水正 常运 移被 多次 中断 ， 改变 了地下 水 的正常排 泄条件 ， 形 成一块 块 独立 的补 给条 件不 同 的次一级水 文地质单元 。北北东 向高角度正断层 属 压扭性断 裂 ， 导 水性 较 差 。区 内发育 有北 东 东及 北 西西 向断层 ， 一般认 为 ， 这两组近东 西 向的断层 为张 性 断层 ， 属导水构 造 。尤其 是落 差 大 于 1 4 0 m 的 断 层 ， 在 开采活 动中应密切关 注 。 但是 ， 断层 的导水 与否 ， 并 不是 绝对 的， 即使 是 所谓压性或 压扭性 断层 ， 只要 它 的结 构 面抵御 能 力 小于地下承 压水的压力 时 ， 也 同样会突水 。因此 ， 判 断断层是否 导水 ， 应 根据 开采 煤层 和 含 水层 的相 互 位置、 标高、 水压等具体情况分析后才能确定。 3 矿井突水淹 井事故及原因分析 3 ． 1 典型事 故案例 1 主焦煤矿淹 井事 故 。该 矿始 建 于 1 9 6 9年 ， ． 3 7 ． 维普资讯 2 0 0 5 年第4 期 中州煤炭 总第 1 3 6 期 为立 井石 门开拓 方式 。在 生产 过 程 中 ， 东翼 一5 0 m 水平 老空 区于 1 9 8 0年元月 2 7日6时 突水 淹井 。据 介绍 ， 涌水 量为 3 0 0 m ／ h 距二 。 煤层 底板 1 0 m， 分 析 为 L 。灰 岩水 。 因该 区 当时 未 开采 ， L 灰岩 水 静 储 量较丰 富 ， 因矿井排水能力 不足 ， 导致淹井 。 2 铜 冶煤 矿 淹 井 事 故 。该 矿 年 生 产 能 力 6 0 万 t 。1 9 6 5年 8月 2 5日， 1 0 3工作 面运输巷 打钻时 ， 超 前孔钻进 4 3 m 时 ， 孔 内 涌 水 ， 涌 水 量 始 为 3 2 ． 4 m ／ h ， 后增 至 1 4 0 0 m ／ h ， 导 致 淹井 。经 注 浆 堵 水 后 ， 1 9 6 8年 6月 恢 复 生产 ， 突水 原 因 为 超前 孔 遇 到 与奥 陶系强承压水 相 通 的岩溶 陷 落柱 ， 承 压 岩溶 水 通过 陷落柱涌 出造成 淹井 。 3 龙 山煤 矿淹井事故 。该矿年生产 能力 为 5 0 万 t 。1 9 7 6年 1月 ， 矿 井 尚未 正 式投 产 ， 在 掘 进 1 5 采 区第 1个工 作 面 时 ， 因边 界 导 水 断层 F 位 置 不确切， 掘进工作面遇到 F 断层 的分支断层， 通过 断层 与奥灰 承压 含水 层构 通 ， 导致 淹井 。涌水 量最 大达 2 5 2 0 m ／ h 。1 9 7 7年 6月 ， 在堵水过程中， 第 2 次 断层 突水 ， 涌 水量达 4 0 0 0 m。 ／ h 。 4 岗子窑 突水 伤亡事故 。1 9 8 5年 1 0月 ， 该矿 在掘进 2 2 0 2 1工 作面 回风 上 山时 ， 因采 掘工 程 平 面 图 中一废弃水 仓标 注不 清 ， 上 山巷 道与 废 弃水 仓掘 透 ， 水 仓水突然下泻 ， 造成 6人 死亡 的重大 事故 。 5 铜 冶矿 突 水 伤亡 事故 2起 。1 9 5 8年 1 2 月 ， 铜 冶煤矿巷道穿透 老空 ， 造 成 突水事故 ， 死亡 1 3 人 。1 9 9 3年 5月 ， 在 掘进 4 1采 区轨 道 下 山 与 回风 下 山横贯 时 ， 因工作失 误 ， 横贯 与 已停工被 淹的 回风 下 山掘透而突 然涌水 ， 造 成 2亡 、 2伤事故 。 6 王 家 岭 矿 淹 井 及 透 水 伤 亡 事 故 2起 。 1 9 6 1年 6月 ， 王 家岭 矿四号 井水 仓透水 ， 死亡 4人 。 1 9 9 4年 7月 ， 由于邻 近小 煤 矿在 近 东西 向 F 导 水 断层附近采煤 ， 导致奥灰 承压水沿 断层 涌出 ， 涌水 量 为 1 8 0 0 m ／ h 。由于王 家岭 矿与该 矿相 通 ， 奥灰 水通 过井下老空进 入 王家 岭 矿 ， 造 成 王 家岭 矿淹 井 事故 。 7 岗子 窑 矿 、 积 善 矿 淹 井 事 故 。1 9 9 6年 1 0 月 ， 受 8号 台风影 响 ， 连 续 降雨 ， 位 于河 北 省北 部 的 岳城水库水 位上升 ， 临近水库 的小煤矿被 淹 ， 并通过 老空涌人岗子窑和积善煤矿， 造成两矿淹井事故 。 8 安 利煤矿淹 井伤亡 事 故 。该 矿 为个体 小煤 矿 ， 因越 界开采 ， 上 山巷道 与停 产的西方 山矿井下老 空几近 贯通 。2 0 0 3年 5月 2 4 日， 老空 水 突 然破 煤 壁涌 向下山巷道 ， 致使 正在该 区工 作的 l 5名 矿工全 38 ． ． 部 遇难 ， 造 成特大恶性 事故 。 3 ． 2 突水事 故原因分析 1 1 0起事故 中， 发 生淹井事故 6起 。其 中 ， 因 奥灰 出水淹井 的 3起 ， 占淹 井 事故 总 数 的 5 0 ％ ； 因 矿井 边界煤柱破坏 ， 造成 淹井 的 2起 ， 占事故总数 的 3 3 ％ ； 因矿井 排水能力不 足引起 淹井 1起 ， 占 1 7 ％ 。 2 老空水 对 矿井 人 员 安 全构 成严 重威 胁 ， 是 矿井 生产的重大 隐患。 以上事故 中因老空 出水 引发 5起伤亡事 故 ， 共 死 亡 4 0人 。一 般 说 ， 虽然 老 空水 总水 量不大 ， 但往往 由于无防备措施 ， 水从上而下倾 泻 ， 瞬时涌水 量很大 ， 处 在下方工 作的人员几乎 无法 逃生 。老空出水 的直接原 因是有关人 员违反规程规 定 、 技术管理 不到位或严重失 职渎职造成 的。 3 奥灰 承压水 是 造成 淹井 的主要 水源 。尤其 是在水文 地质条件 简单 的矿 区 ， 对 防 治水 重要 性认 识不 足 ， 措施 不力 ， 易造 成淹井事故 。奥灰水进入 开 采二 ． 煤层 矿坑的通道 主要为断层 和陷落柱 。 4 矿井 隔离 煤 柱 被破 坏 ， 是 造 成 淹井 的重要 原 因。近十几年来 ， 由于小煤 矿乱采滥挖 ， 不少 矿井 隔离煤柱 已经千疮百孔 ， 名存 实亡 。因此 ， 一旦相邻 矿井发生水 灾 ， 往往 祸及邻矿 。 5 由于 部分 矿 井 排水 能 力 不 足 ， 容 易 造成 淹 井 ， 特 别是 乡镇小煤 矿 。 4 矿井水 患防治对策与建议 1 必须 坚持 有 疑必 探 ， 先探 后 掘 的防 治水 原 则 。在断层 或老空及原 已存在且情况不 明的巷道附 近进行采掘活 动 时 ， 必 须 查 明水文 地 质情 况 ， 否 则 ， 不得进行任何采 掘活动 。 2 严 禁采 挖 矿井 安 全 隔 离 煤柱 ， 对 已被破 坏 的边界煤柱 ， 要 采取 措 施 封 堵 边 界 ， 严 肃 处 理 责 任 者 。确实无法封 堵的 ， 应采取其他措施 ， 防止相邻矿 井水 进入本矿 。小煤矿必须建 立独立 的通 风排水系 统 ， 在任何 情况下 ， 不容许 向相邻矿井泻水或 利用其 他 矿井通风 ， 一旦发现此 类情况 ， 应严肃处理 。 3 老空 区水文情 况往 往较 复杂 。在老 空 区复 采时 ， 应认 真调 查遗 留 的巷 道充 水情 况 以及 原有 的 水仓 位置及充水情 况 ， 并标 注在采掘 工程平 面图上 。 在情况不 明时 ， 不得 进 行采 掘活 动 。在老 空 区进行 复采时 ， 建议一般 不 由下 向上 掘进上 山巷道 。 4 加强 矿井 地 质 及水 文 地 质 工作 ， 在 开采 过 程中注意地质 及水文地质 资料 收集 。本 区内近东 西 向次级小断层 一般为张性 断层 ， 下转第 5 1页 维普资讯 2 0 0 5年第 4期 毋建 文 浅谈煤 矿静态机械 轨道衡 的电子化改造 总第 1 3 6期 成测 量桥式 电路 ， 8个传 感 器桥 式 电路 采用 并联 方 式连接 ， 这种连接 方 式抗 干扰 能 力强 。测 量 电路 如 图 l所示 。 图 1 传感器桥式测量 电路 当 Rl R2 R 3R 4 ， R l R 3R 2 R 4时 ， U 输 出0 ， 电桥平衡 。 电桥 电阻应 变 片一 旦有 所变 化 ， 可 消 除 电桥平衡 ， 使输 出 电压 只与应 变 片 电阻 变 化 有 关 ， 输 为 l 2 V直 流电压 。 3 显示装 置 。通 常称 为 二 次 显 示 仪 表 ， 它 的 功 能是将 毫伏级输 出电压 信号转换成数 字信号通过 仪表显示 出来 。由于显示 仪 表存 储容 量 小 ， 功 能也 有 限 ， 将其连接计算 机和打印机 ， 可利用计 算机完成 对信息 的显示 、 控制 、 处理 、 储存 以及打印功能 ， 并且 数据存储时间长， 打印内容全面。显示仪表的作用 可通过 图 2来说 明 。 图 2 信 息 显示 框 图 4 接 线盒 。静态 电子轨 道衡 的 8个传 感器 不 能直接与仪表相 连 ， 需 在并联 后 经过 接 线装 置才 能 相连。另外 ， 每个传感器的线路上还设置有一个微 调的可变 电阻 ， 用于调节衡 轨上 的偏 载。 5 稳 压电 源。 为传 感 器 桥 式 电路 、 称 重 显 示 仪表 、 计算机 、 打印机等设备提供平稳和均匀的电 源， 以保证称重传感器输出电压的精度调整， 并消除 因供桥 电源不稳定而对传 感器输 出性 能的影响 。 6 U P S电 源 系 统 。 断 电后 可 继 续 向 负 载 供 电 ， U P S由逆变 器 、 整流器 、 充电器 、 静态开关 和蓄 电 池等组成 ， 主要有离线式 后 备式 、 在线 式 2种 ， 它 能在电源 波 动过 大 的 时候 保 护 计 算 机 及外 设 的安 全 ， 能在 断电的情况 下继续 供 电一段 时间 ， 利用其有 限的电力让用 户尽快 把数 据 信息 保存 起 来 ， 不 至于 断 电后 使数据 丢失 。 7 静态 电子轨道衡 的基 础 可分 为深基 坑 和浅 基坑两 种 。在煤矿 系统 中， 由于装 车环境 的影 响 ， 基 础一般应 采用深基坑 ， 多为 分立组装结构 ， 深度 大于 2 m。另外 ， 静 态电子 轨道 衡还 装 有 台面 限位 装置 、 防爬装置 以及过渡器 等 ， 以保证 轨道衡 的稳 定性 。 3 结 语 静态机 械轨道衡经 过改造后成 为先 进 的电子轨 道衡 ， 由机械计量转 变为 电子测 量 ， 实 现 了计量 系统 的 自动化管 理 ， 从 而能够在煤炭运 输计量过 程中 ， 做 到连续地进行计量、 自动打印被测量信息 ， 并且测量 范围广 、 精 度高 、 灵敏度高 。以焦作煤业 集团公 司为 例 ， 公 司先后 对朱 村 矿一道 、 中马矿 一 、 二 道和 演马 矿一道等 的静 态机械 轨 道衡 进 行 电子化 改造 后 ， 提 高了计量管理 水平 ， 煤 炭计量煤质 纠纷 明显下 降 ， 维 护了本公 司的经济利益 ， 间接地创 造 了经济效益 ， 同 时也 维护 了煤 炭用 户 的利益 。今 后 ， 焦煤 集 团公 司 将加 大对静态 机械轨 道衡 电子化 改造 的力度 ， 随着 科学 技术 的不 断发展 ， 先 进 的技 术将 会进 一 步应 用 到电子轨道衡计量 系统 中 ， 如 车辆的车号码 加装磁 性码 ， 建立 车号识别 系统 等 ， 使 电子轨道衡增 加新的 功 能 ， 从 而进 一步完善 电子轨道衡 的性 能 。 参考文献 [ 1 ] 常健生 ．检测与转换技术[ M] ．北京 机械工业出版社． 1 9 8 1 ． 责任编辑 郭 海霞 上接 第 3 8页 在开 采时应 予 以注 意 。对 于落差 大 于 1 0 0 m 的断层 ， 须弄清 断层的确切走 向位置 ， 并 留有足够的防水煤柱 。 5 在井 田曾经 发 现 陷 落柱 的 区域 ， 应 采 取 必 要手段 ， 查清 陷落柱 的分布状 况。另外 ， 应注意一种 无通道 的含水陷落 柱 ， 此类 陷 落柱 尽 管属 于我 们通 常所说的死“ 陷落柱” ， 但 由于它在塌陷形成的 自然 空 区内 ， 存有 大量积水 ， 尤其是 在 自然空 区与煤 层相 连 的情 况下 ， 极易形成含有 有 害气 体 如硫 化 氢 天 然老 空 ， 一旦 与之掘透 ， 容易发生 人员伤亡事故 。 6 对矿 井 最 大 涌 水 量 ， 必 须 有 科 学 的 依 据 。 矿井排 水能力必须 符 合设 计要 求 和规 程规 定 ， 尤其 是小煤 矿。 责任 编辑 秦 爱新 ．51． 维普资讯