榆神府礦區(qū)礦井水文地質(zhì)條件分類研究

榆神府礦區(qū)礦井水文地質(zhì)條件分類研究

0透水事故分析近年來，中國(guó)多次發(fā)生煤礦洪水，導(dǎo)致重大人員死亡和財(cái)產(chǎn)損失，給礦工的安全帶來隱患。截至2010年6月上旬,全國(guó)共發(fā)生較大以上煤礦水害事故7起:1月15日山西靈石煤礦發(fā)生透水事故,死亡4人;1月19日山西西山晟聚煤業(yè)有限公司發(fā)生透水事故,死亡3人;1月22日寧夏太陽山開發(fā)區(qū)隆能煤業(yè)有限公司發(fā)生透水事故,死亡7人;3月1日,神華集團(tuán)駱駝山礦煤層底板發(fā)生突水事故,死亡32人;3月19日貴州科興煤礦發(fā)生透水事故,死亡6人;3月28日中煤王家?guī)X礦發(fā)生透水事故,死亡38人;6月3日,山西晉城郊南煤礦發(fā)生透水事故,死亡3人。2010年7月31日全國(guó)煤礦發(fā)生了3起較大以上透水事故:吉林道清煤礦透水4人被困;黑龍江恒鑫源煤礦透水24人被困;河南新密市恒泰煤業(yè)有限公司透水3人被困。上述事故的共性問題是:水文地質(zhì)工作薄弱,沒有落實(shí)由專業(yè)探放水人員使用專用鉆機(jī)探放水的防治水規(guī)定,出現(xiàn)透水征兆后沒有采取撤人措施。榆神府區(qū)盡管沒有發(fā)生災(zāi)難性突水事故,但該區(qū)薩拉烏蘇組富水性強(qiáng),頂板水(薩拉烏蘇組地下水)、老窯積水和小窯水及局部燒變巖地下水仍然威脅著煤礦安全和礦區(qū)生態(tài)環(huán)境,因而,準(zhǔn)確劃分礦井水文地質(zhì)類型,有針對(duì)性地開展防治水工作,是一條行之有效的防治水技術(shù)思路。1礦山地質(zhì)條件1.1薩拉烏蘇-燒變巖地下水的補(bǔ)充陜北侏羅紀(jì)煤田煤炭資源豐富,但水資源貧乏。該區(qū)有限的水資源賦存于薩拉烏蘇組和燒變巖中,這些水資源是本區(qū)泉水的補(bǔ)給來源,也是維系區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境和工農(nóng)業(yè)建設(shè)的重要水源。1.1.1神泉池及其周邊地區(qū)含水層含水層巖性以細(xì)砂、中砂為主,厚度差異較大,一般在古溝槽及低洼中心沉積最厚,如前石畔井田內(nèi)的瓷窯灣煤礦,在約4km2的范圍內(nèi),厚度由0m增加到61m。該含水層水位埋藏較淺,一般在0.9~9.27m。該組沉積厚度受古地形的制約,各溝槽之間有相對(duì)的分水嶺。各溝槽或泉域均具獨(dú)立的水文地質(zhì)單元,各溝槽或泉域之間的分界,與現(xiàn)在地表分水嶺一致。該含水層有以下特點(diǎn):(1)分布不均勻,厚度變化較大(圖1)。在榆溪河上游,最大厚度170m,在神木北部礦區(qū)、榆神礦區(qū),最大厚度位于錦界煤礦范圍內(nèi)的青草界泉域,為76m;富水性強(qiáng),在該區(qū)采煤,礦井涌水量大。(2)含水層與下伏延安組煤系地層間距變化較大,瓷窯灣煤礦飲馬泉泉域最小只有3.14m,一般20~30m。(3)區(qū)內(nèi)流量大于10L/s的泉水,均直接或間接發(fā)育于薩拉烏蘇組含水層,其中間接發(fā)育于薩拉烏蘇組的為延安組燒變巖地下水,補(bǔ)給來源是薩拉烏蘇組地下水。燒變巖是一個(gè)“臨時(shí)”儲(chǔ)存場(chǎng)所,易于疏干。(4)含水層地下水水位是維系地表生態(tài)的重要指標(biāo),采煤時(shí)應(yīng)該予以保護(hù),尤其是禿尾河沿岸,已經(jīng)規(guī)劃了一些井田,建議未建井的井田暫緩采煤,已經(jīng)建井的或投產(chǎn)的,應(yīng)該改進(jìn)采煤工藝,確保采煤不造成地下水水位的大幅度下降。根據(jù)大量鉆孔抽水試驗(yàn),該含水層單位涌水量一般為0.0098~1.44L/(s·m),除新民區(qū)和神北礦區(qū)局部外屬于簡(jiǎn)單類型外,其余地區(qū)的單位涌水量均大于0.1L/(s·m),屬于中等—復(fù)雜類型。1.1.2地下水流場(chǎng)分布特征韓樹青最早研究了燒變巖的水文地質(zhì)條件,認(rèn)為燒變巖富水性強(qiáng),是陜北侏羅紀(jì)煤田開發(fā)的重要水源地。研究現(xiàn)狀表明,燒變巖的水文地質(zhì)特征與其分布區(qū)及鄰區(qū)的地形地貌條件有關(guān)外(范立民,1996),還與上覆巖層的巖性、厚度及煤層底板傾斜構(gòu)造有關(guān)。侏羅系延安組含煤地層,總體呈向北西傾斜的單斜構(gòu)造,傾角1°~3°,局部存在洼盆形構(gòu)造。燒變巖區(qū)也以這兩種底板構(gòu)造形態(tài)為主,并受溝谷切割影響。煤層自燃由溝谷露頭向兩側(cè)深部擴(kuò)展,位于煤層傾伏一側(cè)具有隔水邊界的燒變巖區(qū)易形成儲(chǔ)水構(gòu)造單元,位于仰起一側(cè)的則不易形成。當(dāng)溝谷切割方向與煤層傾向一致時(shí),儲(chǔ)水構(gòu)造的完整性與溝谷切割程度相關(guān)。神木北部礦區(qū)檸條塔露天區(qū),燒變巖底板低洼處含水豐富,形成了強(qiáng)富水區(qū),據(jù)專門水文地質(zhì)鉆孔抽水試驗(yàn),地下水位下降0.1m,鉆孔涌水量達(dá)788m3/d。燒變巖區(qū)地下水常以下降泉的形式排泄,故泉水出露較多,考考烏素溝從沙渠到四門溝地段,燒變巖泉水總流量為90.635~102.503L/s。據(jù)以往資料,2-2煤燒變巖區(qū)地下水靜儲(chǔ)量約433萬m3。燒變巖地下水的來源主要靠南部沙層潛水的側(cè)向補(bǔ)給。1990年燒變巖潛水位標(biāo)高為1144.67m;2006年補(bǔ)勘時(shí)發(fā)現(xiàn),由于小煤礦采動(dòng)影響,3-1煤以上的地下水自然流場(chǎng)已經(jīng)變動(dòng),燒變巖水已流入采空區(qū),水頭和沙渠兩泉干枯,潛水位大致在1137m±處,水位南高北低,且有所降低。燒變巖鉆孔單位涌水量為0.0005~88.67L/(s·m),一般為1~10L/(s·m),除局部屬于簡(jiǎn)單類型外,多數(shù)地區(qū)均大于1L/(s·m),屬于復(fù)雜—極復(fù)雜類型。1.2其他含水層主要是延安組、直羅組基巖裂隙潛水、承壓水含水層,含水微弱,單位涌水量一般小于0.0001L/(s·m),屬于簡(jiǎn)單類型。2礦山總供水和總供水2.1礦井涌水量較榆神礦區(qū)礦井涌水量普遍較大,按照《礦井防治水規(guī)定》的指標(biāo),多數(shù)為“極復(fù)雜”—“復(fù)雜”型,少數(shù)為“中等”型。錦界煤礦目前的實(shí)際產(chǎn)量11Mt/a,礦井涌水量逐年增大,2008年約2500m3/h,2009年達(dá)到3800m3/h(崔杰等,2009),2010年超過3900m3/h;涼水井煤礦實(shí)際產(chǎn)量4Mt/a,礦井涌水量也不斷增大,2009年7月實(shí)測(cè)三個(gè)采煤工作面的總涌水量為338m3/h,預(yù)測(cè)一盤區(qū)回采完成后礦井涌水量為3394.51m3/h;榆陽煤礦2010年4月礦井正常涌水量1013m3/h,7月達(dá)到1300m3/h以上,同期煤炭產(chǎn)量約11000t/d;上河煤礦2004年2月-2007年11月最大涌水量70m3/h,最小24m3/h,平均34m3/h,2004年3月30日11時(shí)曾經(jīng)發(fā)生突水事故,突水量70m3/h,到4月10日,現(xiàn)場(chǎng)排水量達(dá)到434m3/h,水位仍然以2~3cm/d的速度增長(zhǎng),估算最大突水量為619m3/h;常樂堡煤礦,2003年2月—2007年11月礦井最大涌水量96m3/h,最小55m3/h,平均85m3/h,由于燒變巖含水層邊界不清,2008年3月曾發(fā)生突水事故。上述這些大型礦井(多采用綜采,實(shí)際生產(chǎn)能力多大于3Mt/a)的水文地質(zhì)條件屬于中等—復(fù)雜,后期則為極復(fù)雜型。榆神礦區(qū)地方煤礦,由于采用“保水采煤”的窄條帶采煤方法,礦井涌水量均較小,六墩煤礦礦井水最大產(chǎn)生量13.6m3/h,最小8.9m3/h,平均9.5m3/h;王家溝煤礦,開采3-1煤層,煤層平均厚度3.2m,設(shè)計(jì)能力為6~15萬t/a,采用房柱式開采方法,實(shí)測(cè)正常涌水量為5.83m3/h,最大涌水量為6.67m3/h,平均6m3/h;十八墩煤礦2003、2004年實(shí)際涌水量10m3h,2005年12m3/h,2006年16m3/h,2007年正常涌水量30m3/h,最大涌水量35m3/h;黑龍溝煤礦原煤產(chǎn)量約0.5Mt/a,實(shí)測(cè)正常涌水量為23.6m3/h,最大涌水量為30m3/h,平均25m3/h。這類煤礦由于采煤方法的限制,而成為“簡(jiǎn)單”型。若采用綜采,無疑礦井涌水量將增大,成為“中等”甚至“復(fù)雜”型,或“極復(fù)雜”型。因此,榆神礦區(qū)無疑是陜北煤礦防治水工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。2.2礦井涌水量大、礦井?dāng)?shù)量大的礦區(qū)神木北部礦區(qū)北部的神東開采區(qū),單井原煤產(chǎn)量均為10Mt/a左右,由于礦井多數(shù)已經(jīng)開采10~15a,礦井涌水量也逐年增加,大柳塔煤礦大柳塔井、活雞兔井投產(chǎn)初期,礦井涌水量只有200~300m3/h,目前均超過600m3/h。石圪臺(tái)煤礦,由于柳根溝泉域薩拉烏蘇組厚度大,富水性強(qiáng),煤層埋藏淺,礦井涌水量較大,目前一般500m3/h左右。神木北部礦區(qū)南部的陜煤集團(tuán)開采區(qū),張家峁煤礦設(shè)計(jì)能力6Mt/a,先期開采地段正常涌水量158m3/h,最大涌水量185m3/h。神木北部礦區(qū)曾發(fā)生過2次突水潰沙災(zāi)害,均發(fā)生在瓷窯灣煤礦(現(xiàn)哈拉溝煤礦),發(fā)生時(shí)間是1990年4月20日和12月28日,突水量較小。其他礦井未發(fā)生過突水事故。2.3礦井水地下水。據(jù)一般關(guān)系說,礦井水型、富水性微新民礦區(qū)除北部的袁家梁勘查區(qū)外,薩拉烏蘇組厚度很小,富水性微弱,礦井水主要來自第四系黃土裂隙潛水和侏羅系裂隙潛水,局部有少量燒變巖地下水,礦井涌水量普遍很小,一般小于50m3/h,屬于“簡(jiǎn)單”型。3第四系老窯類型研究區(qū)20世紀(jì)80年代中后期開始大規(guī)模煤炭開采,地方小煤礦最多時(shí)達(dá)到500余處,經(jīng)過近年來的資源整合和關(guān)井壓產(chǎn),煤礦數(shù)量降低到約300處。關(guān)閉或整合的小煤礦,主要分布于神木北部礦區(qū)、新民礦區(qū),榆神礦區(qū)只在東北部的神木縣西溝鄉(xiāng)一帶分布。因此,從小窯、老窯及其積水情況分析,新民礦區(qū)為“復(fù)雜”型,但老窯積水量普遍較小;神木北部礦區(qū)為“中等—復(fù)雜”型,部分老窯可能積水量較大;榆神礦區(qū)多數(shù)沒有老窯,小窯集中在西溝鄉(xiāng)一帶,整體為“簡(jiǎn)單”型,西溝一帶為“中等—復(fù)雜”型,部分老窯可能有一定的積水。值得注意的是,由于防止老空區(qū)煤的自燃,陜北多數(shù)煤礦工作面采完后予以封閉,尤其是小煤礦,采用房柱式采煤,封閉后,頂板穩(wěn)定,采空區(qū)不易塌實(shí),這就為老窯積水創(chuàng)造了條件。4注漿堵水防治水榆神府礦區(qū)除榆神礦區(qū)上河、常樂堡煤礦外,其他礦井均未發(fā)生過突水事故,上河、常樂堡煤礦曾經(jīng)發(fā)生過突水事故(蔣澤泉,2006),采用注漿堵水的方法進(jìn)行了防治水工作,整體上,防治水難度不大,但局部難度較大,如上河煤礦等榆神礦區(qū)部分地段。因此,防治水工作難易程度方面,屬于簡(jiǎn)單,少量中等和復(fù)雜。5礦井水文地質(zhì)條件劃分報(bào)告為了徹底遏制礦井突水災(zāi)害的發(fā)生,2009年國(guó)家安監(jiān)總局發(fā)布了《煤礦防治水規(guī)定》,并要求各煤礦要加強(qiáng)礦井防治水基礎(chǔ)工作,編寫礦井水文地質(zhì)條件劃分報(bào)告。根據(jù)受采掘破壞、影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量、開采受水害影響程度和防治水工作難易程度對(duì)榆神府礦區(qū)礦井水文地質(zhì)條件進(jìn)行了劃分,旨在提高礦井防治水的研究(表1)。6富水性礦井形成說(1)榆神府礦區(qū)煤礦開采主要受到