淮南矿区矿井水害调研分析.pdf

第 5卷第 1 期 华北科技学院学报 2 0 0 8年 1 月 淮南矿区矿井水害调研分析 李佩全 ， 刘登宪 ， 李永军 1 ．淮南矿业有限责任公 司 ， 安徽 淮南2 3 2 0 0 1 ； 2 ． 华 北科技 学院 ， 北京 东燕郊 1 0 1 6 0 1 摘要通过对淮南矿区矿井水害调研， 划分出淮南矿区主要存在的矿井水害类型， 分析了其充水因素及其 对煤炭资源安全开采的影响程度， 同时， 总结出了深部资源开采所带来的新的水害防治问题， 并提 出了今后 水害防治工作方向。 关键词淮南矿区； 矿井水害； 深部开采； 防治水 中图分类号 T D 7 4 5 文献标识码 A 文章编号1 6 7 2 7 1 6 9 2 0 0 8 0 1 0 0 0 5 0 4 淮南煤 田是华东地区资源丰富 ， 地理位置优 越， 可大规模开发的整装煤田， 但同时又是受水害 威胁较为严重的煤 田。由于淮南煤 田水文地质条 件复杂 ， 针对新 区 淮河 以北各矿 田 上覆 1 5 0～ 4 5 0 m厚 的松散含水层 ， 普遍 留设 了 8 0 m防水煤 柱， 以致压煤约 1 0亿吨。同时， 新区受底板岩溶 水威胁 的 A组煤储 量高达 约 1 7亿吨 ， 此外还存 在岩溶水水温高等灾害。为此， 淮南煤田被列为 国家重点基础研究发展规划项 目 9 7 3 一深部 煤炭资源赋存规律 、 开 采地质条件与精细探测基 础研究 的典型实验区。自2 0 0 6年 9月至 2 0 0 7 年 1 0月， 课题组开展 了淮南矿区矿井水文地质及 矿井水害的调研工作 ， 主要调研 区域为新区和老 区 淮河 以南各矿井 各矿井。在 时间上 ， 调研 的 矿井水害事件 自各矿井建井至 目前所面临的潜在 的矿井水害。 1 淮南矿区存在的水害类型及充水因素 分析 通过对淮南矿区矿井水害事件及复杂水文地 质条件下所 面临的水 害威胁 的调研 分析， 划分并 总结出淮南矿区新老 区矿井所存在的水害类 型， 并对其充水因素进行了分析。 淮南矿区开采煤层赋存于二迭系上 、 下 石盒 子组 、 山西组 ， 自下而上划分为 A、 B 、 C三个 煤层 组 ， 按照煤层组开采程序 ， 矿井充水可分为前期和 后期 。前期开采 B、 C组煤层 时， 主要充水含水层 有 B、 C组煤层顶板砂岩裂 隙含水层 ， 在李 嘴孜井 田和潘谢矿区为煤系上覆新生界松散砂层孔隙含 水层。同时， 在李嘴孜井 和新庄孜井 田还存地表 淮河 、 塌陷塘积水威胁 ； 新 区各矿存在地表及其支 流水系水体威胁。后期开采 A组煤 时受其底板 太原群、 奥 陶系灰岩岩溶含水层水害威胁 ； 在潘谢 新区， 还存在 岩溶陷落柱 充水 因素 。全矿 区 各矿井均存在着老空 塘 水充水危 害。 淮南矿区新老区矿井水害类型 如下 1 李郢孜井 田区， 即李一矿李 二井 ， 因地层 倒转， 煤系底部太原群、 奥陶系灰岩变为煤系顶 板 ， 开采 B 4～B 8煤层时为顶板岩溶水充水类 型 矿井 ， 李一井局部为底板岩溶水充水类型。 2 新庄孜、 谢一井 田主要为底板岩溶水充水 类型矿井 。 3 李嘴孜井 田区 含孔井 、 李井 为淮 河、 上 覆新生界松散砂层孔隙水与底板岩溶水复合含水 层充水类型的矿井， 水文地质条件极为复杂 ， 是全 国十四对水文地质条件极为复杂 的矿井之一。 4 潘谢矿区， 为煤 系上覆 巨厚 3 0 0～5 0 0 1T I 新生界松薏 层孔隙水与底板岩溶水复合含水层充 水类型的矿井， 陈桥背斜范围内的矿井 ， 谢桥、 张集 等存在着岩溶陷落柱 ， 深部水文地质条件极为复杂。 全矿区矿井主要充水水源 一是煤系上覆新 生界松散砂 层孔隙含水层水 ， 二 是煤系底板 局 部地层倒转为顶板 太原群 、 奥 陶系灰 岩岩溶含 水层水， 其中由于岩溶陷落柱规模较大， 即可作为 充水通道 ， 又可作为充水水源 J 。 ①收稿 t3 期 2 0 0 71 21 3 。项 目基 金 国家 “ 9 7 3 ” 项 目 2 0 0 6 C B 2 0 2 2 0 9 ， 煤 炭资源 与安全 开采 国家重 点实 验室 开放课 题项 目 2 0 0 7 5 ， 华北科技学院博士基金项 目。 ②作 者简介 李佩全 1 9 5 6一， 男 ， 安徽凤 台人 ， 淮南矿业有限责任公司教授级高级工程师 ， 主要从 事采矿和矿井水 害防治与特殊 开采方面的工作 。 5 维普资讯 第 5卷第 1 期 华北科技学院学报 2 0 0 8年 1月 2 矿井水害对安全生产 的影 响及 程度 2 ． 1 煤层底板灰岩岩溶含水层水对矿井生产安 全的影响 因深部 A组煤层底板灰岩岩溶含水层水 的 危害， 淮南老区生产矿井 1 9 7 8年以前共发生对生 产有影响的采掘工作面出 突 水 2 8次， 其中最 大一次突水为 1 9 7 7年 1 0月 1 4日的谢一矿 3 3 1 1 3 工作 面 出 水 ， 瞬 时水 量 1 0 0 2 m ／ h ， 稳 定 水 量 7 7 2 m ／ h ， 造成 3 3采区和三水平被淹。 在谢桥矿建井期间， 因东一 、 二风井超前小井 位于 A 煤顶板 ， 先后造成五次灰岩水 出 突 水 ， 2次淹井， 其中发生在 1 9 9 3 年 1 0月 3日的突水， 最大水量为 6 4 2 m。 ／ h ， 因抢险及时未造成淹井事 故。曾历时2 2 个月注浆封堵， 截止2 0 0 5 年 1 2月 底， 出水量仍稳定在 3 0 0 m ／ h 左右。 另外， 位于陈桥背斜的谢桥矿已发现两个岩溶 陷落柱 ， 张集及顾桥井田深部水文地质条件复杂， 矿 井涌水量增大， 受下部灰岩水及断裂裂隙带水威胁。 受底板 岩溶水 威胁 的 A组 煤储量 约 1 7亿 吨， 详见新老矿区 A组煤储量明细表 1 。 表 1 新老 区各矿 A组煤储量 明细表 亿吨 新庄孜 谢一 孔李 谢 李 潘一 潘东 潘三 谢桥 张集 顾桥 丁集 潘北 望峰岗 合计 } _ _ 储量 O ． 3 9 o ． 1 4 O ． 2 4 O ． O 2 1 1 ． 4 7 O ． 1 6 1 ． 4 7 4 ． 2 5 5 ． 8 9 O ． 9 3 1 ． 6 4 O ． 2 1 7 ． 8 2 ． 2煤 系上覆新生界松散含水砂层对矿井生产 安全的影响 潘 谢新 区及老 区李嘴孜 矿在开采 B 、 C组煤 层受上覆新生界含水砂层水的危害。 1 李 嘴孜 矿 的孔井 原 为孔 集矿 。该矿 1 9 6 4年建成投产 ， 设 计能力为 9 0万吨／ 年。 由于 受上覆砂层水及 底板岩溶水害威胁 ， 原华东煤炭 工业公司决定以年产 3 0万吨的试采矿井移交生 产 ， 在历经 4 0年的开采过程中曾2次发生透砂透 水事故 ， 地面产生 9个塌陷坑。 2 潘谢新区， 尤其是潘集矿区在建井及生产期 间发生下含 新生界下部含水层 充水近 1 0次之多。 1 9 7 8年 4月 9 日潘一 东 风井 溃水 砂 量 5 0 0 0 m ／ h ， 4小时全部井巷被淹。 潘一 、 三矿在基建期间 ， 掘进总回风道时下含 水通过 1 1 - 2 、 1 3 1煤顶底板砂 岩充入矿 井 ， 目前 潘一 矿 一3 8 0 m 回风道 水 量 为 1 7 m ／ h ， 潘 三 一 4 8 0 m回风道水量为 8 0 m ／ h 。 生产过程中采煤及掘进工作面均发生过下含 水充入矿井并造成危害。 如 潘三矿 1 2 2 1 3 掘开切 眼时 防水煤 柱 1 0 0 m ， 于 1 9 9 7年 8月 2 2日下含水充入掘进工 作面、 水量 1 9 ． 1 m ／ h ， 稳定在 1 6 m ／ h 。 潘一矿 1 1 1 1 3 、 1 4 0 2 3 ， 潘三矿 1 7 1 1 0 3 工作面 防水煤柱为 6 2 ． 78 0 m 进行综采时造 成五次 压架 ， 下含水充 人工作 面出水 量 1 8 ． 6 4 0 m。 ／h ，平均 3 5 m ／ h 。 综上所述 ， 潘谢新 区下含水对矿井正常安 全 生产危害严重 ， 并造成巨大经济损失。 2 ． 3 老空 塘 水对矿井生产安全的影响 随着煤炭资源 向深部开采 ， 上部老空 塘 区 积水对下部煤炭 的安全开采造成一定的威胁 。淮 南矿 区新老区生产矿井均存在着老空水的危害， 尤其是新区矿井 ， 其产量高 ， 单面回采面积大， 加 之有下含高水头补给， 如潘一矿 1 6 6 1 3 工作面 的采空区积水量高达 6 0 0 0 0 m ， 其它工作面， 平 均都在 1 0 0 0 0 m 以上 。如此 大的积水量稍有不 慎其后果难以预料 ， 尤其是 自 1 9 9 7年以来在原潘 二、 李嘴孜 、 新庄孜等矿相继发生老空透水事故 4 起 ， 造成 9人死亡 ， 详见表 2 。 表 2 淮南 1 9 9 7 2 0 0 2年透老 空积水伤 亡统 计表 矿 别 工作面名称 出水 点标高 1 1 1 透水点名称 伤亡 人 时 间 5 6 1 3 I I 一5 2 5 C 1 3槽老下山 2 2 0 0 0年 1 O月 1 9日 新庄孜 补套五号风井 一2 4 3 2 4 0 m A1一B 4石门 1 2 0 0 2年 5月 5日 李嘴孜 w1 W2 7 0 ～ 3 2 0 B 1 l b 工作面 一 2 5 4 ． 6 2 4 7 ． 3 m以上老塘 3 1 9 9 9 年 1 月 1 7日 潘二 1 1 2 1 8切 眼 一 3 8 8 ． 7 3 8 2 ． 1 B槽轨道巷 2 1 9 9 7月 1月 3 1日 6 维普资讯 第 1 期 李佩全等 淮南矿区矿井水害调研分析 2 ． 4 煤 层顶板 砂岩裂 隙水对 矿 井生产安 全 的 影响 潘谢新区煤层顶板砂岩裂隙富水 。在工作面 下顺槽和中线施工过程 中， 常因顶板砂岩出水 ， 造 成下顺槽被淹 ， 严重影响矿井正常生产。如谢桥 矿 已发生三次因煤层顶板砂岩出下顺槽被水淹的 事故。另外 ， 丁集矿由于煤层埋藏较深 ， 也发生了 8煤顶板砂岩水从巷 道底板 突出的事 故 ， 这将是 新矿区煤系砂岩水突出的新 的形式 。 5 地面水对矿井生产的影响 淮南矿业集 团承担修防管理任务的淮河确保 堤 1 2 ． 3 k m， 占淮南市工矿圈堤总长的 3 0 ％ ； 淮河 下六坊堤 8 ． 7 k m， 泥河堤 6 k m， 西淝河生产圩堤 1 2 k m， 坝身高于 1 0 m的小型水库一座 。 集团公司二道河农场位于淮河流域重要行洪 区下六坊行洪区 内， 也是淮 南市境 内的 6个行蓄 洪区之一 ， 有耕地 、 养殖面积 8 2 0 0余亩 。矿区 内 部有排涝泵站 3 2座 i 1 7台排水泵 ， 其 中 石涧湖 、 新应台孜 、 码头村 、 李嘴孜 、 孔集西四等 5个排涝 站， 承担望峰岗以西至凤 台大桥 以东的城镇 排涝 任务、 汇水面积 约 7 3 ． 5 5 k m 。淮 河 以南 新、 谢、 李井田塌陷区地势低洼， 且分布着数十对小井， 这 些小井开采浅、 管理乱 ， 对大井安全渡汛构成严重 威胁。 新庄孜、 孔李公司位于黑李下段 、 下六坊堤下 开采造成大堤下沉 ， 新区 目前生产 的各矿及在建 矿井 ， 对济河 、 西淝河 、 港河 、 永幸河 、 泥河等河流 大堤 、 水系造成破坏。 3 矿 区防治水工作面 临的新 问题 在集 团公司的高度重视和正确领 导下 ， 通过 各矿 的共 同努 力 ， 认 真贯 彻 落 实 煤 矿 安 全 规 程 、 矿井水文地质规程 、 淮南矿区矿井水害 防治技术管理规定 等规定， 坚持“ 预测预报， 有 疑必探， 先探后掘， 先治后采” 、 “ 疏水降压， 限压 开采” 、 工作 面疏排水 系统 “ 三 同时” 等 防治水技 术原则 ， 保证了受老空水和岩溶水等各类水害威 胁 的煤层开采安全。全矿区自2 0 0 4年 5月以来 ， 已连续三年多未发生因老空水水害造成 的人身伤 亡事故 ， 取得了 良好 的经济效益和社会效益 。但 同时， 随着煤炭资源向深部开采， 也出现了一些新 现象 ， 新问题。矿区水文地质条件极其复杂 ， 尚存 在重大技术难题亟待 突破 ， 尤其是深部复杂的水 文地质条件不清， 给深部煤层 的安全开采带来 了 潜在威胁 ， 矿区防治水仍然需要做大量的工作 。 1 顾桥矿井为淮南矿业集 团所属产量最大 的矿井 ， 年产量超过 1 0 0 0万吨， 2 0 0 7年 4月开始 投产 ， 开采水平为 一 7 8 0 m。从三维地震资料解释 成果、 地质钻探及开采情况看 ， 矿区存在两大地质 异常带 ， 由于深部水文地质条件不清 ， 开采煤层可 能会受到断裂带水及 断裂带导通 的顶底板砂 岩 水、 底板灰岩水及地表水体的影响等。 2 谢桥矿 已发现两个岩溶陷落柱 ， 陷落柱区 地温异常、 岩体破碎 ， 从受 陷落柱影 响的东风井出 水来看 ， 出水水源 为深部 的奥灰及寒灰水 ， 水量 大， 降落漏斗广， 对下组煤炭资源的安全开采造成 严重 的威胁。另外 ， 位于 同一构造 区的张集矿也 同样遇到深部灰岩水突水的威胁 。 3 目前 ， 矿 区 A 组 煤 开 采 深 度 达 到 了 一 6 6 0 m， 其中， 李～矿一井已开拓 了 一 6 6 0 m水 平西二采区 ， 新庄孜矿采深进人 一 6 7 8 m。底板岩 溶水具有高水压 ， 水量大等特点 ， 底板岩溶水突水 越来越成为矿井最主要的水害类型。 近年来 ， 在 A组煤开采和缩小 防水煤柱研究 等方面虽取得 了一定 的突破 引， 但仍 有很 多重 大技术难题尚未解决 ， 如深 部 A组煤开采岩溶水 害防治 ， 潘谢矿区各井 田、 煤层防水煤柱的最佳 留 设高度， 覆岩破坏高度探测适宜有效手段， 潘谢矿 区岩溶水文地质勘探综合技术 ， 陈桥背斜构造 区 的谢桥井 田岩溶 陷落柱对矿 井安全生产 的威胁 等 。目前谢桥东风井注浆堵水工程的实施进一步 证实了其深部 的复杂性 ， 张集 、 顾桥等矿同样遇到 深部地质异常体的困绕等等。 4 措施 与建议 随着矿区向深部延伸及大规模 的新井建设 ， 防治水工作压力越来越大 ， 任务越来越重 ， 水害问 题已成为矿区安全生产主要制约因素之一 。在对 矿区防治水工作 尚缺乏规律性、 结论性认识之前 ， 应采取有效措施 防治各类水害事故的发生 。 4 ． 1 切实做好老空水的探放工作 老空水是煤矿 的主要水害之一 ， 据 2 0 0 5年全 国重特 大 水 害 事 故 统 计 ， 老 空 区透 水 事 故 占 8 7 ． 5 ％， 淮南矿区也 因误透老空 区多次发生透水 事故。因老空水是生产过程 中的管理 问题 ， 为此， 要督促各矿高度重视老空水的探放工作 。认真做 7 维普资讯 第 5卷第 1 期 华北科技学院学报 2 0 0 8年 1 月 好上阶段老空和邻近区域内老空水害的分析预测 和防治 ， 贯彻执行” 预测预报 ， 有疑 必探 ， 先探后 掘 ， 先治后采” 的水害防治原则 ， 做到不安全不生 产。在探水前 ， 分析查明老空水的空间位置、 积水 量和水压 ； 探放水时， 要撤出探放水点部位受水威 胁区域的所有人员 ； 探放水孔必须打 中老空水体， 并监视放水全过程 ， 做好记录 ， 直到老空水放完为 止； 探放水时， 要认真检查瓦斯或其它有害气体， 确保探放水安全进行。 4 ． 2 认真做好岩 溶水害防治， 保证 A组煤安全 开 采 老区 A组煤开采 已进入深部 ， 因深部岩溶裂 隙不发育 ， 连通性差 ， 水压高 ， 疏水困难 ， 水 害防治 难度增大。A组煤 开采 的矿井 ， 一定要将岩溶水 害防治工作做深做细 ， 按照缓倾斜和急倾斜 、 倒转 地层岩溶水害防治不 同规定要求 ， 做好 A组煤层 底板和倒转煤层顶板岩溶水水害的防治 ， 在达到 岩溶水害防治安全规定条件下实施开采， 保证受 岩溶水水害威胁 的煤层安全开采。 同时 ， 由于 A组煤 的开采进 入深部 ， 在岩溶 水文地质条件勘探和疏水降压钻孔 的施工 中， 将 受到高水压岩溶水威胁， 有关矿要按照 井下探 放水施工安全技术管理规定 和相关规程规定， 做好井下钻孔施工高压水危害的防范 ， 确保施工 安 全 。 4 ． 3 认真做好隐伏岩溶陷落柱水害的防范 经两年多来 ， 对谢桥井 田地质 、 水文地质资料 的综合分析及综合探测研究 ， 井 田区 内的岩溶 陷 落柱， 其发育层位深， 规模大， 影响范围广， 这是华 北煤田的一种特殊类型。为此 ， 必须对此水害 的 威胁给予高度重视 ， 加强超前探测、 分析和研究 。 4 ． 4 加大深部水文地质条件的探查工作 目前 ， 已经查 明顾桥矿存在两个地质异常带 ， 张集矿也发现了隐伏地质异常体 ， 皆与深部的岩 溶发育或新构造运动有关 ， 查清深部水 文地 质条 件 ， 加大深部水文地质条件 的勘探与探测 ， 对于深 部煤炭资源 的安全开采意义重大。 参考文献 [ 1 ] 刘登宪， 李永军． 淮南寒武纪岩溶陷落柱型态 及充填特征 [ J ] ． 中国煤田地质 ， 2 0 0 6 ， 1 8 1 38 4 0 [ 2 ] L i Y o n Nu n ． a n d P e n g C u p i n g ． D e v e l o p i n g p r o c e s s o f Ka r s t c o l l a ps e p i l l a r i n no r t h- Ch i n a 。 t yp e c o a l f i e l d s ．T h e 4 0 t h U．S ．S y mp o s i u m o n R o c k Me c h a n i c s U S R MS R o c k Me c h a n i c s f o r E n e r - g Y，Mi ne r a l a nd I n f r a s t r uc t u r e De v e l op me n t i n t h e No rth e r n Re g i o n s ， h e l d i n An c h o r a g e， A l a s k a ， J u n e 2 5 - 2 9，2 0 0 5 『 3 ] 李永军． 淮南煤田岩溶陷落柱成因机制与特征 研究 博士学位论文 [ D] ． 北京 中国矿业大 学 北京 ， 2 0 0 6 [ 4 ] 陈国亮． 岩溶地面塌陷的成 因与防治[ M] ． 北 京 中国铁道 出版社 ， 1 9 9 4 [ 5 ] 尹尚先， 王尚旭． 陷落柱影响采场围岩破坏和 底板突水的数值 模拟 分析 [ J ] ． 煤炭 学报 ， 2 0 0 3 ， 2 8 3 2 6 4 - 2 6 9 [ 6 ] 武强， 金玉洁． 华北型煤田矿井防治水决策系 统[ M] ． 北京 煤炭工业出版社， 1 9 9 4 2 0 0 - 2 1 5 I nv e s t i g a t i o n a nd Ana l y s i s o f M i n e W a t e r Ha z a r d s o f Hua i na n Co a l Ar e a L ／ P e i q u a n ， L I U D e n g x i a n ， L I Y o n g j u n 1 ．H u a i n a n Mi n i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ，H u a i n a n A n h u i 2 3 2 0 0 1 2 ．N o a h C h i n a I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l i g y ， Y a i a o B e i j i n g E a s t 1 0 1 6 0 1 Ab s t r a c t T h e ma i n t y p e s a r e o f f e r e d b y i n v e s t i g a t i n g t h e e x i s t i n g mi n e wa t e r h a z a r d s o f Hu ain a n c o a l a r e a ， a n d t h e wa t e r f ul l i n g f a c t o r s a n d t he e f f e c t i ng d e g r e e t o s a f e mi ni n g o f c o a l r e s o ur c e s a r e a na l y z e d．At t he s a me t i me ，t h e ne w p r o b l e ms o f t h e p r e v e n t i o n an d c u r e o f w a t e r h a z a r d s d u ri n g mi n i n g u n d e r l y i n g r e s o u r c e s a r e s u mma ri z e d，a n d t h e l a t e r w o r k i n g d i r e c t i o n o f p r e v e n t i o n an d c u r e o f wa t e r h aza r d s i s p u t f o r wa r d ． Ke y wo r dsHua i n a n c oa l a r e a；Mi ne wa t e r h az a r ds ；De e p mi ne e x c a va t i o n；Pr e v e n t i o n a nd c u r e o f wa t e r ha z a r ds 8 维普资讯