礦井開采后水文地質特征研究

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［摘要］水文地質條件對礦井開采有著較大的影響，特別是隨著開采深度的不斷增加，礦井面臨的水文地質條件有了較大的變化，各種類型的水害也相對較多，嚴重威脅了煤礦的正常開采。以莒山煤礦水文地質條件及水害防治為研究對象，分析了礦井開采后水文地質特征，并針對性地提出了礦井開采后充水因素及防治水措施。

［關鍵詞］礦井開采；水文地質特征；水害防治；技術；研究

0引言

雖然我國的能源結構一直處于調整狀態，但是煤炭資源作為我國戰略性安全能源的地位并沒有發生變化，因此，全面提升煤礦開采的安全性依然是重中之重。水文地質條件對整個煤礦的開采有著非常重要的影響，隨著開采深度的不斷增加，水害對煤礦開采的影響越來越大。因此，對礦井開采后的水文地質特征及水害防治技術進行分析有著重要的意義。

1工程概況

蘭花集團莒山煤礦開采的地質條件屬于石炭二疊紀煤田。整個井田整體表現為一單斜構造，走向為近東西方向，地層整體較為平緩，在井田的中部整個地層表現出較為陡峭的情況。煤礦井下開采有多個工作面，在工作面開采之后，對整個井田的地質構造帶來了較大的影響。為了更好地保證莒山煤礦開采的安全性，對莒山煤礦水文地質特征、充水因素及防治水措施進行分析較為關鍵［1］。

2礦井開采后水文地質特征

2.1主要含水層分析

從該煤礦地質構造來看，奧陶系中統上馬家溝組灰巖巖溶裂隙含水層主要有白云灰質巖、石灰巖等，這類巖石含量相對較大，巖溶裂隙整體較為發育；從巖層的整體情況來看，其中有較多的溶洞、溶蝕裂隙及溶孔等；從本次打鉆的情況來看，在打鉆到馬家溝地層后，出現了不同程度的不返漿、大漏問題。鉆孔大漏層段情況如表1所示。通過本次鉆孔抽放水試驗來看，在當前煤礦開采過程中，含水層涌水量達到了0.36L/（s·m），礦井整體富水性屬于中等強度。

2.2主要隔水層分析

本次對該煤礦的水文地質勘察發現，井田內所有的含水層之間均有著厚度相對穩定的砂質泥巖、泥巖等，整體發育相對較大，可以起到明顯的隔水作用。從當前該礦主要開采的3#、9#、15#煤層來看，對整個煤層開采產生較大影響的主要是正在進行的3#煤層開采，該煤層頂板二疊系砂巖中存在含水層，在9#、15#煤層之間的太原組中也存在灰巖含水層，同時，在探測中也發現，在15#煤層底板中也存在含水層，屬于奧陶系巖溶含水層［2］。

3礦井開采后充水因素及防治水措施

3.1礦井開采后的充水因素

礦井開采后的充水因素主要是地質構造因素。在煤礦開采過程中，地質構造因素是對礦床開采有較大影響的因素，尤其是斷層落差相對較大或者陷落柱的規模相對較大時，對地層整體完整性有著較大的影響，對隔水層段的連續性也會產生較大的影響。①斷層因素。在井下開采時，回采工作面、掘進工作面共揭露超過了250條斷層，其中有15條逆斷層，其余的全部是正斷層。這中間有2條落差超過了10m，剩余斷層的落差均相對較小。由于斷層延伸量相對較小，已經揭露出的斷層多數水量相對較小，很多沒有水存在。②陷落柱因素。從煤礦開采情況來看，陷落柱非常容易導通含水層與回采工作面，是工作面回采過程中的最大影響因素。從地質條件來看，陷落柱發育較為明顯，回采工作面、掘進巷道揭露的陷落柱數量已經超過170個，但陷落柱規模較小，多數表現出弱導水或者為不導水，對開采影響較小。為了更好地掌握工作面開采情況，對整體的水文地質進行了綜合分析，煤層傾角在10°范圍內的，設計采用一次采全高開采。從當前開采的3#、9#、15#煤層情況來看，3層煤的厚度分別為4.75、5.79、7.33m；從煤層地質情況來看，3#和9#煤層頂板巖性屬于砂巖、泥巖，15#煤層主要為砂巖、石灰巖。通過計算得到，3#、9#、15#煤層在開采時，最大冒落高度分別為19、23、36m，頂板最大導水裂隙帶高度分別為72、87、175m。通過將上述數據與煤層之間的距離進行對比可以得到，在開采3#煤層時，導水裂隙帶能夠將K8、K9砂巖導通；在開采9#煤層時，可以將3#煤層采空區導通；在開采15#煤層時，可以將上述2層煤的采空區全部導通。

3.2加大煤礦地下探放水工作力度

在煤層開采過程中，嚴格落實工作面回采防治水工作要求，提前做好地下水探放工作，加大工作面排水力度。同時，通過打設排水孔，對地下可能產生威脅的水源進行了針對性地疏干，降低水害對工作面的影響。

3.3對不良鉆孔進行全部封閉

為了防止在回采過程中出現各類水害，本次重點對不良鉆孔進行了全部封閉。該礦在回采過程中，會遇到很多不同時期所形成的鉆孔，不僅有地質勘探鉆孔，而且還有煤層氣鉆孔。雖然這些鉆孔已經封孔，但是不能保證封孔質量。為了防止部分封閉不良鉆孔成為導水通道，本次對所有鉆孔進行了全面地檢查分析，同時，在回采過程中，全面加強監測工作，制定應急預案，從而更好地防止出現各類水害［3］。

3.4立體探放技術

通過研究發現，在工作面回采過程中，煤層上覆侏羅系采空區整體積水量非常大，而且積水整體覆存的層位較為復雜，表現出明顯的多層采空區重疊的問題，導致探放工作難度相對較大。因此，結合理論分析與現場實踐，設計了井下聯合探放與地面綜合探放的方式，對工作面開采過程中可能遇到的水害進行了探訪。其中在地面施工口徑相對較大的探放水鉆孔，鉆孔直接打到開采巷道中，在鉆進過程中，如果遇到了上覆采空區后，技術人員采取臨時止水方式，在終孔之后在井下將閥門安裝上，然后將臨時止水裝置全部打開。上覆采空區中形成的大量積水，可以通過井下排水系統全部排出，在上覆采空區積水全部探放完畢之后，技術人員將鉆孔井口全部封閉，主要用于井下救援，不僅保證了采空區整體的排水效果，而且有效地提升了鉆孔整體的使用效率。

3.5底板巖溶水防治技術

通過對該礦水文地質進行全面分析發現，整個覆存區域存在明顯的巖溶發育不均勻問題。在巖溶發育過程中，受到地質構造的控制較為明顯，在構造發育區域內巖溶整體發育得非常多，通過探測已經掌握多數西北向的導水構造應當是在回采過程中需要重點控制的內容。因此，在回采時，對底板巖溶水的防治是重點，主要采取向斷層破碎帶與含水層注漿的方式進行重點防治。特別是對存在突出風險的寒武系地層上部30m的范圍內，存在較為明顯的巖溶發育問題，在煤層底板有明顯的斷層破碎的位置，本次設計采取了注漿封堵的方式進行了綜合改造。

4結語

在礦井開采之后，水文地質條件相對于先前出現了較大的變化，特別是隨著開采強度的增大，地層出現了明顯的變化，整體的導水構造也出現了較大的變化，增加了水害發生的概率。因此，煤礦企業需要充分認識到在地下開采活動后，水文地質條件整體的變化情況，切實采取針對性的措施，做好水害的防治工作，保證煤礦開采的安全性。

［參考文獻］

［1］王高峰.煤礦水患綜合治理以及水文地質在煤礦開采過程中的重要性［J］.中國科技投資，2012（26）：77.

［2］趙國鵬.礦井水文地質特征分析及地下水害防治措施探討［J］.世界有色金屬，2018（15）：158.

［3］尹世才，趙玉琳.義煤集團西部礦井水文地質特征及充水因素分析［J］.中州煤炭，2008（4）：37-39.

作者:琚晉偉 單位:山西省蘭花集團莒山煤礦