地表、河流及老窯水對井田的影響

1、邢礦集團金谷煤業(yè)有限公司地表、河流及老窯水對井田的影響山西古縣金谷煤業(yè)有限公司2012年11月8日一、礦井水文地質(zhì)(一)地表水井田位于太岳山脈東南部，為侵蝕、剝蝕低中山區(qū)。出露地層為石炭、二疊系地層，第四系僅零星分布于山梁、緩坡和溝谷內(nèi)。區(qū)內(nèi)山高溝深、溝谷縱橫，地形切割較強烈?？偟牡匦螢闁|、東北部及南部高，西北部溝谷低，地面高程8751199.9m，最高點位于礦區(qū)西南的東圪塔頂，海拔標高1199.9m，最低點位于礦區(qū)西南澤泉村南溝谷，海拔標高869.8m，相對高差330.1m，屬中低山區(qū)。地表水系呈樹枝狀分布，主要河流有：1、澤泉河澤泉河為洪安澗河的一級支流，為井田內(nèi)唯一主要河流，流域面積14

2、.7km2，區(qū)內(nèi)全長4.327km，自井田東北部流入，總體流向NE-SW，從井田西南部流出，中上游常年有地表徑流，雨季中游流量16.0l/s，HCO3-Ca-Mg型水，下游地表徑流全部滲入地下；上游河床為基巖，流經(jīng)區(qū)域地層為二疊系上統(tǒng)上石盒子組、下統(tǒng)山西組，石炭系上統(tǒng)太原組：下游河床為第四系全新統(tǒng)河流沉積，流經(jīng)區(qū)域地層為石炭系上統(tǒng)太原組，據(jù)本次調(diào)查訪問河流最高洪水位高出河床3.0m。2、松木溝河松木溝河為澤泉河支流，發(fā)源于井田境外，境內(nèi)河流長度為1.06km，河床主要由基巖構(gòu)成，流經(jīng)區(qū)域地層為為二疊系上統(tǒng)上石盒子組、下統(tǒng)山西組，石炭系上統(tǒng)太原組。3、曹家樹溝河曹家樹河為澤泉河支流，發(fā)源于井田境

3、外，境內(nèi)河流長度為1.70km，河床主要由基巖構(gòu)成，流經(jīng)區(qū)域地層為二疊系上統(tǒng)上石盒子組、下統(tǒng)山西組，石炭系上統(tǒng)太原組。4、松洼溝河松洼河為澤泉河支流，發(fā)源于井田境外，境內(nèi)河流長度為2.57km，河床主要由基巖構(gòu)成，流經(jīng)區(qū)域地層為二疊系上統(tǒng)上石盒子組、下統(tǒng)山西組，石炭系上統(tǒng)太原組。上石盒子組底部砂巖裂隙水受地形切割多形成侵蝕下降泉，補給河水。5、老牛溝河老牛溝河為澤泉河支流，發(fā)源于井田境外，境內(nèi)河流長度為1.29km，河床主要由基巖構(gòu)成，流經(jīng)區(qū)域地層為二疊系下統(tǒng)山西組，石炭系上統(tǒng)太原組。山西組底部砂巖裂隙水受地形切割多形成侵蝕下降泉，補給河水。（二）主要含水層根據(jù)區(qū)內(nèi)巖層含水性特征劃分的含水巖組

4、及含水層自上而下有：1、第四系松散巖類孔隙含水巖組及其含水層(1) 全新統(tǒng)松散巖孔隙潛水含水層（Q4）全新統(tǒng)僅呈窄條帶狀分布于澤泉河谷內(nèi)及其支流下游，為河流沉積，巖性為粉土、砂、砂礫，厚度05m。含水層為砂礫石、砂，由于厚度小，無好的隔水基底，故含水微弱。（2）上更系統(tǒng)松散巖透水不含水層（Q3）上更系統(tǒng)僅零星分布于山梁、緩坡及溝谷兩側(cè)，以黃土為主，巖性為粉土、粉質(zhì)粘土，厚度015.0m；其次，在澤泉河谷兩側(cè)局部有河流沉積，構(gòu)成河谷二級階地，巖性為粉土、砂、砂礫。由于出露位置高，分布面積小，且不連續(xù)，故一般為透水不含水層。2、二疊系上統(tǒng)、下統(tǒng)上、下石盒子組碎屑巖孔隙裂隙含水巖組及其含水層該含水巖

5、組在井田內(nèi)廣泛出露，巖層傾向多與地表水流方向一致，巖性主要為厚層砂巖夾泥巖，其中含水層主要為砂巖，主要由K10、K9、K8及其它砂巖層組成。其中K8砂巖為煤層頂板間接充水含水層，厚度4.417.26m，為灰色中粒長石石英雜砂巖，淺埋藏地帶，風(fēng)化裂隙發(fā)育，富水性弱，易接受大氣降水沿裂隙滲透補給。隨埋深增加，風(fēng)化裂隙減弱，富水性亦減弱，地表泉水流量0.01-0.02L/s，水質(zhì)類型為HCO3-Na型水，礦化度低。K9砂巖位于2號煤層之上50m左右，厚度2.706.60m，平均為4.40m。富水性與K8砂巖相似。據(jù)詳查ZK4水文孔抽水試驗成果，單位涌水量0.0014L/s.m，混合滲透系數(shù)3.771

6、0-3m/d，因此，該含水巖組含水層為弱富水性的裂隙含水層，地表臨溝出露，排泄條件好，富水性弱，對煤層開采影響很小。3、二疊系下統(tǒng)山西組碎屑巖孔隙裂隙含水巖組及其含水層該含水巖組在井田東部沿露頭臨溝出露，在井田西部山梁大面積出露，含水層有“中間砂巖”和K7砂巖?！爸虚g砂巖”是2號煤層之上一層較穩(wěn)定的灰白色中厚層中細粒含煤屑長石石英雜砂巖，砂巖之上有較厚的泥巖隔擋，地表水補給甚少，同時地層相對完整，垂向、側(cè)向補給均不易，為弱含水層。K7砂巖是位于2號煤層之下的含水層，為灰白色中粒含煤屑長石石英雜砂巖，厚1.107.95m，孔隙式膠結(jié)，膠結(jié)物以粘土為主，裂隙不發(fā)育，上距3號煤層8-15m，中間以粘

7、土質(zhì)泥巖為主，間夾砂質(zhì)泥巖，砂巖，含水層主要接受側(cè)向補給，地表泉水流量0.01L/s，水質(zhì)類型為HCO3-Ca Mg型水，礦化度0.459g/L,亦為弱含水層,分布于地表附近位于風(fēng)化裂隙帶時，含水性有所提高，據(jù)ZK3、ZK4和ZK401水文孔抽水試驗成果，單位涌水量0.0012-0.10L/s.m，滲透系數(shù)1.5910-3-0.1726m /d。4、石炭系太原組碎屑巖夾碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組及其含水層該含水巖組上部在井田中、西部臨溝出露，下部埋藏于地下，含水層主要有K1、K5等砂巖和K2、K3、K4灰?guī)r，是井田內(nèi)的主要含水層?？偤穸?2.7340.33m，平均34.03m。巖性為石英砂巖和含

8、生物碎屑灰?guī)r。淺部較深部風(fēng)化裂隙及巖溶發(fā)育，富水性較好或為透水層；深部裂隙巖溶不發(fā)育，接受大氣降水及層間側(cè)向補給。灰?guī)r與砂巖層間均有2m至數(shù)米厚的泥巖隔水層，使它們均成獨立的弱含水層。據(jù)ZK402鉆孔抽水試驗成果，單位涌水量0.0013L/s.m，滲透系數(shù)4.810-3m /d，水質(zhì)類型為HCO3 SO4-Ca K+Na型水，礦化度0.608 g/L,屬弱富水巖溶含水層。二、周邊礦井及小窯1、重組整合形成的冀中能源邢臺礦業(yè)集團山西古縣金谷煤業(yè)有限公司井田北鄰山西古縣吉安欣源煤業(yè)有限公司，西與山西古縣晉遼下辛佛煤業(yè)有限公司和山西古縣晉遼柳溝煤業(yè)有限公司相望，之間有無煤區(qū)或空白資源區(qū)相隔。東部和南

9、部為空白資源區(qū)，詳見四鄰關(guān)系示意圖。2、井田內(nèi)還有16坐小煤窯，其中開采1號煤層有一坐小煤窯，開采2號煤層有9坐小煤窯，開采6號煤層有2坐小煤窯，開采9號煤層有1坐小煤窯，開采11號煤層有3坐小煤窯。 各小煤窯均已經(jīng)廢棄，現(xiàn)在已經(jīng)被采空區(qū)水充滿。以往煤礦開采形成的采空區(qū)及地方小窯多年形成的采空區(qū)積水是礦井充水的主要來源和因素，也是井下發(fā)生水害的主要隱患。其中本井田周邊2號煤層有2坐小窯開采歷史。小窯破壞區(qū)積水對本礦下一步開采有威脅。3、采（古）空區(qū)分布情況山西克瑞通實業(yè)有限公司與山西古縣金谷煤業(yè)有限公司組織有關(guān)技術(shù)人員，共同對2、11號煤層采（古）空區(qū)進行了調(diào)查，并依據(jù)山西省煤炭地質(zhì)物探測繪院

10、測量的礦井井巷道實測圖紙，查明了本井田的11煤層號積水區(qū)1處。3、采空區(qū)積水情況采空區(qū)積水量的確定方法及依據(jù)以下列公式確定：Q采空區(qū)積水量（m3）F采空區(qū)面積（m2）煤層傾角（度）k據(jù)礦井在生產(chǎn)過程中調(diào)查，11號煤層積水區(qū)1處，總積水量5049m3。（詳見表5-1）。2、9+10號煤層采空區(qū)積水情況調(diào)查表表5-1煤層號采空區(qū)編號采空區(qū)面積（km）2積水面積（km）2采厚（m）充水系數(shù)煤層傾角（度）積水量（m3）備注210.1720.0251.001.000.205049根據(jù)調(diào)查，對本井田采空區(qū)積水量進行了估算，而且隨著開采的不斷進行，上覆含水層基本處于疏干和半疏干狀態(tài)，采空區(qū)積水的水源受到很大

11、的影響，加之，礦井在生產(chǎn)過程中，采空區(qū)的積水能不斷地通過排水通道排至井底水倉，再排向地面靜壓水池，所以一般情況下，采空區(qū)不會積聚大量的地下水。但估算結(jié)果表明，目前采空區(qū)范圍較大，容易匯集地下水從而對井下開采產(chǎn)生危害。4、垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶2、11號煤層開采后是否能導(dǎo)通地表水、上部含水層及采空區(qū)積水，可根據(jù)三下采煤規(guī)程水體下緩傾斜煤層開采時垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算公式覆巖巖性中硬、堅硬，選用以下公式進行計算： 垮落帶高度（Hm）計算公式：2號煤層采用：Hm=100M/(4.7M+19)+2.211號煤層采用：Hm=100M/(2.1M+16)+2.5導(dǎo)水裂隙帶高度（HLi）計算公式：2號煤層采

12、用： HLi =100M/(1.6M+3.6)+5.6或HLi =20M1/2+1011號煤層采用：HLi =100M/(1.2M+2.0)+8.9或HLi =30M1/2+10HLi =導(dǎo)水裂隙帶最大高度 （m）M=煤層厚度 （m）2號煤層厚度取1.00m，經(jīng)計算， 2號煤層開采后垮落帶高度為Hm=2.02-6.42m，導(dǎo)水裂隙帶高度HLi =13.6324.83m，或HLi =30.00m,2號煤層在井田各溝谷一帶埋藏深度小于80m，扣出蓋層厚度10 m及基巖風(fēng)化帶深度60 m，說明澤泉河地表水對2號煤層開采有充水影響。11號煤層取最大厚度2.55m，經(jīng)計算，11號煤層開采后垮落帶高度為H

13、m=9.44-14.43m，導(dǎo)水裂隙帶高度HLi =41.5059.30m，或HLi =57.91m，扣除2號煤層底板擾動破壞深度16m，大于2號煤層至11號煤層間距59.06-80.60m，說明11號煤層開采后冒裂帶高度可導(dǎo)通2號煤層采空區(qū)。為此澤泉河地表水通過2號煤層采空區(qū)對11號煤層開采產(chǎn)生充水影響。三、礦井充水因素分析（一）山西組煤層充水因素分析本組局部可采煤層為1、2號煤層，煤層出露于地表，可采的范圍分布于井田東部，據(jù)初步調(diào)查，井田內(nèi)小窯開采的歷史較長，多年來2號煤層主要是沿露頭開采，小窯和老窯沿煤層露頭一帶分布，開采深度不等。松木溝煤礦是井田內(nèi)唯一系統(tǒng)開采2號煤層的煤礦。在江水坪村

14、西南一帶形成了大面積采空區(qū)、地面塌陷和地裂縫。充水含水層直接受大氣降水的補給，煤層位于地下水位以上或季節(jié)變化帶內(nèi)，水量受大氣降水的影響，雨季水量大，反之則小。砂巖充水含水層位于煤層之上，以頂板進水為主，地下水隨采煤立即或滯后沿裂隙進入礦坑，隨著采空區(qū)的擴大或頂板冒落，人為造成的導(dǎo)水裂隙向上部延伸，溝通其它含水層，增強地層滲透能力，使礦坑涌水量增大。冒落法開采，導(dǎo)水裂隙一般可以延伸達到K8砂巖，即K8砂巖至煤層之間的含水層水均可進入礦坑，由于這些充水含水層富水性弱，礦坑涌水量不大。（二）太原組煤層充水因素分析本組可采煤層主要是9、10、11號煤層，K4、K5、K6含水層較大面積的出露，K2、K3

15、含水層未出露，充水量受大氣降水影響，雨季充水量較大，反之則小。K2、K3、K4、K6灰?guī)r水和K5砂巖裂隙水為煤層的主要充水含水層，K2灰?guī)r直接壓煤，為9號煤層的直接充水含水層，本組灰?guī)r水又構(gòu)成10、11號煤層的間接充水水源。太原組含水層富水性弱，預(yù)計礦坑涌水量不大，但是，不排除在斷層兩側(cè)等富水性好的局部地段，礦坑涌水量會增大。（三）構(gòu)造對礦坑充水的影響井田發(fā)育一條較大的斷裂構(gòu)造F1斷層，位于井田南西部，從ZK201鉆孔揭露情況看，斷裂構(gòu)造巖帶寬15-30m左右，斷層帶內(nèi)由斷層角礫巖組成，角礫大小混雜，多呈充填狀和棱角狀，呈現(xiàn)明顯的張性斷裂構(gòu)造巖的特征。斷裂下盤地表出露太原組地層，上盤出露太原組

16、和山西組地層，為正斷層。走向北東南西向，斷層面傾向北西，傾角75-80左右，斷距30m左右。ZK301、ZK401鉆孔揭露的地層受到斷層影響都較為破碎，斷層對礦坑充水的影響一是斷層帶及其影響帶富水性增強，二是構(gòu)成了導(dǎo)通地下水的通道。（四）其它充水因素分析1、井田內(nèi)通過巷道掘進和地面地質(zhì)調(diào)查共發(fā)現(xiàn)巖溶陷落柱5個，陷落柱是溝通上下含水層的良好通道，在雨季和豐水期也是儲水構(gòu)造，是生產(chǎn)礦井重要的充水來源和通道，巖溶陷落柱多為隱伏狀態(tài)，地表難以發(fā)現(xiàn)，在生產(chǎn)中應(yīng)對其進行進一步的坑下勘查和超前探放水工作，并按照煤礦防治水規(guī)定留設(shè)足夠的防隔水煤柱,避免對生產(chǎn)礦井產(chǎn)生嚴重充水或突水危害。2、大氣降水是本區(qū)地下水

17、的主要補給來源之一，井田處于主要溝谷一側(cè)，地形陡，地層產(chǎn)狀平緩的地質(zhì)地貌條件有利于雨水迅速排泄，大氣降水僅有少量滲入含水層，各含水層或埋于地下或出露山坡，出露面積很小，不利于大氣降水滲入，排泄條件好，含水層富水性弱，故大氣降水一般不會產(chǎn)生充水危害。但由于區(qū)內(nèi)煤層埋藏淺，開采放頂和頂板冒落沉降易使地面產(chǎn)生變形，出現(xiàn)地裂縫、裂隙等，在雨季或長時間的陰雨天氣，地表水可以通過這些裂縫、裂隙下滲或灌入補給地下水，使地下水量增加，在坑道中可能出現(xiàn)滴水或涌水，造成礦坑充水。因此，在生產(chǎn)過程中要密切注意地面變形情況，對出現(xiàn)的地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害，應(yīng)立即采取填平夯實等措施予以防治。3、澤泉村NW300m有一處開采1

18、0號煤層的豎井，采煤掘進方向約125，生產(chǎn)了4-5年，現(xiàn)在已經(jīng)停產(chǎn)3年，礦井廢棄，由于其井口開在洪安澗河河谷，地勢低洼，據(jù)調(diào)查廢棄后有大量采空積水存在。井田西南部存在開采10號煤層豎井，現(xiàn)在已經(jīng)廢棄，被采空積水充滿。以往煤礦開采形成的采空區(qū)及地方小窯多年形成的古空區(qū)積水是礦井充水的主要來源和因素，也是井下發(fā)生水害的主要隱患。(五) 礦井充水狀況井田內(nèi)以往分布的山西古陽橋頭煤業(yè)有限公司和山西古縣黑金谷煤礦有限公司開采2、9、10、11號煤層，各礦井歷史均未發(fā)生過突水事故。礦井開采2號煤層正常涌水量一般在72m3/d，最大涌水量一般在144 m3/d左右；11號煤層正常涌水量一般在24m3/d，最

19、大涌水量一般在72 m3/d左右?？偟膩碚f井田內(nèi)各礦井近四年來開采量與涌水量（見表6-9-1），礦井主要充水因素為：1）斷層裂隙帶充水2、11號煤層在開采過程中揭露的斷層，斷層對礦井無滲、涌水現(xiàn)象。2）井筒充水影響井筒揭露基巖風(fēng)化帶，使煤層頂板以上各含水層發(fā)生水力聯(lián)系，在井筒低洼處向礦井產(chǎn)生充水。3）頂板淋水礦井在開采過程中，在頂板裂隙、節(jié)理發(fā)育帶有充水。4）采空區(qū)充水整合前各礦井2、11號煤層在開采過程中形成部分采空區(qū)，采空區(qū)冒落后，冒落帶溝通頂板以上含水層，使各含水層發(fā)生水力聯(lián)系并向采空區(qū)產(chǎn)生充水。5）出水點根據(jù)礦井調(diào)查，查明原松木溝煤礦2號煤層井巷出水點3處，總出水量最大約5 m3/h，

20、查明原橋頭煤礦11號煤層井巷出水點2處，總出水量最大約6 m3/h。四、水害防治措施根據(jù)本井田充水因素分析，參考華北煤田煤層防治水措施經(jīng)驗，本著“預(yù)測預(yù)報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的基本原則，認真貫徹“防、堵、疏、排、截”技術(shù)方法，提出防治水措施。(一)建立防治水組織機構(gòu)礦方應(yīng)建立防治水組織機構(gòu)及專門的探放水隊伍，配備探放水鉆機等設(shè)施。建立日常礦井水文地質(zhì)工作技術(shù)管理制度，建立各種水文地質(zhì)臺帳，繪制各類水文地質(zhì)相關(guān)性圖紙，預(yù)測水害事故發(fā)生的可能性。(二)地表水防治措施井田內(nèi)屬于山區(qū)地貌，溝谷發(fā)育，溝谷中有基巖出露，在雨季地表水通過基巖露頭和隱伏露頭補給煤系砂巖含水層。煤層開采后，由于冒落

21、裂隙帶溝通了煤系部分砂巖含水層，為了礦井安全開采，溝谷地段應(yīng)安排專人實地觀測，如發(fā)現(xiàn)地面尤其是溝谷底部或河床出現(xiàn)地裂縫，應(yīng)及時封堵，以防地表水入滲補給礦井。同時還要做好井口防洪措施，避免洪水季節(jié)地表水涌入礦井，影響煤礦安全生產(chǎn)。(三)煤層頂板砂巖、石灰?guī)r裂隙水防治措施根據(jù)現(xiàn)有水文地質(zhì)資料，盡管煤層頂板充水含水層總體富水性較差，但由于含水層距離主采煤層較近，煤層開采后，導(dǎo)水裂隙帶范圍內(nèi)所有的含水層中的地下水將全部轉(zhuǎn)化為礦井水，為保障礦井生產(chǎn)安全，在掘進、回采前，應(yīng)當對含水層采取超前疏干措施，一般地段以井下超前探放水措施為主。在太原組灰?guī)r水帶壓范圍內(nèi)，太原組灰?guī)r水水有可能沿斷層帶、導(dǎo)水裂隙帶進入2

22、號煤層礦井，尤其要做好超前探放水工作。9、10、11號煤層開采時，要考慮2號煤層采空區(qū)積水的影響，對導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至2號煤采空區(qū)地段，應(yīng)超前疏干2號煤采空區(qū)內(nèi)積水后再進行回采。 (四)采空區(qū)積水防治措施據(jù)本次水文地質(zhì)調(diào)查，井田內(nèi)及四鄰存在小窯，其采空范圍和積水不明，對采空區(qū)應(yīng)采取以下措施：1、采用收集資料、實地調(diào)查及地面物探等綜合手段初步查明老空區(qū)及廢舊巷道范圍及積水性，物探資料要有鉆孔驗證，為井下超前探提供依據(jù)。2、扎實做好井下超前探工作。采用物探、鉆探相結(jié)合、以鉆探為主的方法進行超前探，在有足夠幫距、超前距和控制密度的鉆孔掩護下掘進，嚴格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水制度。3、對老空區(qū)堅決探放，以根除水患。探放前，應(yīng)根據(jù)采空區(qū)積水范