東峰煤礦主要水害成因分析

東峰煤礦主要水害成因分析

1陰山山地采區(qū)開采太原東山東峰煤礦有限公司是太原東山煤礦有限公司的一部分。2009年，由太原東山煤礦有限公司和太原市萬桂林煤礦有限公司重組整合，勘探能力為60萬噸。該礦位于太原西山煤田隨老母詳查勘探區(qū)北部,北部與孟家溝煤礦(關(guān)閉)相鄰,東部與火燒洼煤礦(關(guān)閉)相鄰,東南部與師家山煤礦(關(guān)閉)相鄰,南部與掃石煤礦(關(guān)閉)相鄰,西南部與古交石鑫聯(lián)營煤礦相鄰,西部與古交市千樹坪煤礦(關(guān)閉)相鄰,西北部與邢家社村煤礦(關(guān)閉)相鄰,見四鄰關(guān)系圖1。該區(qū)地表為侵蝕性黃土、基巖中山區(qū)地貌,溝谷和山梁相間分布,地形比較復(fù)雜。該礦自2009年兼并重組整合后未進(jìn)行生產(chǎn),全井田8、9號煤層劃分為兩個采區(qū)進(jìn)行開采,即在井田南部為一采區(qū),主采8、9號煤層,井田北部為二采區(qū),主采9號煤層。一采區(qū)設(shè)計(jì)7個回采工作面,二采區(qū)設(shè)計(jì)4個工作面。2頂板裂隙水對礦井生產(chǎn)影響不東峰煤業(yè)水文地質(zhì)條件中等,不存在帶壓開采。根據(jù)整合前煤礦開采情況,井下頂板淋水很小,通過正常排水,頂板裂隙水對礦井生產(chǎn)影響不大。主要水害隱患來源于上部煤層及同層采空區(qū)積水、井田周邊小煤礦積水、大氣降水。3采礦區(qū)的水文特征3.1地下主副產(chǎn)系在地層邊界本井田位于晉祠泉域淺埋徑流區(qū)北部,富水性較好,總體趨勢是由西北向東南徑流。本井田奧灰水位推測標(biāo)高為850-854m。北部、西部邊界:在井田北部、西部太原組以上地層均有出露區(qū),其外圍有奧陶系地層出露,成為井田煤系及奧陶系巖溶水的補(bǔ)給邊界。東部邊界:由于地層傾向東南,地形上西北高東南低,東部無斷裂,為含水層排泄邊界。南部邊界:井田南部邊界為隨老母北斷層,屬區(qū)域性大斷層,走向北東—南西—南西西,傾向北西—北北西,傾角85°,落差80m,井田內(nèi)斷層走向延伸長度為2000m左右,為正斷層。3.2主要包括3.2.1砂粒及泥沙混合物井田內(nèi)零星分布于溝谷內(nèi),巖性為風(fēng)化砂粒及泥沙混合物組成。該含水層一般透水而不含水,含水層連續(xù)性差,補(bǔ)給以大氣降水為主,該含水巖組富水性差。3.2.2含水層組結(jié)構(gòu)本含水層組由山西組、上、下石盒子組地層中的多層細(xì)、中、粗粒砂巖組成,為碎屑巖類砂巖裂隙含水層組,富水性大部均弱,向東南靠近隨老母北斷層帶附近有所增強(qiáng)。水位標(biāo)高:1004.21-1063.15m單位涌水量q為0.00067-0.0075L/s.m,滲透系數(shù)k為0.0012-0.0526m/d。3.2.3k膠凝劑與k保障為井田內(nèi)煤系地層主要含水層之一,無供水意義。由L1、K2、L4三層石灰?guī)r組成,以K2石灰?guī)r最厚,平均6.38m,L1平均1.52m,L4平均1.05m。單位涌水量q為0.003L/s.m,富水性弱,滲透系數(shù)0.006m/d,水位標(biāo)高1080.0m,水質(zhì)類型為SO4·HCO3-Ca·Na型。3.2.4冀家溝村地下水O2為井田內(nèi)主要含水層組,該含水層富水性不均一,含水層的富水性與埋藏深度有密切關(guān)系,埋藏愈淺,巖溶裂隙愈發(fā)育,富水性也愈好。距井田東北部相鄰的冀家溝村約2.5km處,有一奧灰水井—冀家溝村深水井。該水井井深500m,水位埋深200m,水位標(biāo)高860m,出水量50m3/h,水質(zhì)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg型,礦化度0.79g/L。本井田奧灰水位推測標(biāo)高為850-854m,奧灰水流向自西北向東南。3.3主要隔水層3.3.1地層隔水層主要由泥巖、鋁質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等組成,夾不穩(wěn)定的薄煤線、不穩(wěn)定石灰?guī)r等,平均厚度約30.00m,系奧陶系中統(tǒng)巖溶水與太原組地層之間的良好隔水層。3.3.2太原市群和山西省群之間的劃分水層石炭系相間于各灰?guī)r、砂巖含水層間的厚度不等的泥巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖可起到層間隔水作用。3.4區(qū)層露頭、井田內(nèi)地層和地下水奧陶系溶裂隙含水層組在本井田內(nèi)均無出露,但在井田外北、東北部有出露,其補(bǔ)給、徑流、排泄同于區(qū)域情況。石炭系地層及煤層露頭主要出露于井田東北及西部,二疊系碎屑巖類含水層組的上部地層在井田內(nèi)大面積出露,可直接接受大氣降水的補(bǔ)給,沿層間徑流,在淺部與松散巖類孔隙含水層發(fā)生水力聯(lián)系,二者互為補(bǔ)給關(guān)系,主要以泉水的形式排泄。煤礦的礦坑排水和民井開采亦是其主要排泄方式。松散巖類孔隙含水層組主要接受大氣降水,除蒸發(fā)及滲透補(bǔ)給下伏各地層外,主要在溝谷中呈泉水或滲漏排泄。4礦山充水因子及水害分析4.1主、副井、風(fēng)井井田內(nèi)無常年性地表河流,僅雨季溝谷中有短暫洪水排泄,井田地形坡度較陡,有利于自然排水,入滲補(bǔ)給地下水條件差。冀家溝和六大溝屬于汾河的小支溝,旱季無水,雨季有短時洪流。工業(yè)場地位于六大溝邊坡階地上,主井、副井、風(fēng)井井口標(biāo)高分別為+1140.198、+1141.00、+1140.000,高于六大溝底6m,主、副、風(fēng)井井口不會受到最大洪水的威脅。井田內(nèi)2、7、8、9號煤層在井田北、東、西部地表均有露頭或隱伏露頭,當(dāng)煤層充分采動后,采動導(dǎo)水裂縫高度在接近煤層露頭部位可至地表,大氣降水可能滲入井下或間接地補(bǔ)給砂巖裂隙含水層,成為礦井充水水源。4.2斷層走向延伸長度井田東南邊界處發(fā)育一條正斷層即隨老母北斷層,屬區(qū)域性大斷層,走向北東—南西—南西西,傾向北西—北北西,傾角85°,落差80m,井田內(nèi)斷層走向延伸長度為2000m左右。由于斷層的影響,增加了上下含水層之間的水力聯(lián)系,又破壞了隔水層的隔水性能。據(jù)調(diào)查已關(guān)閉的大溝煤礦和師家山煤礦揭露情況,一般在斷層附近會有短期的滲淋水,但導(dǎo)水性不強(qiáng)。4.3導(dǎo)水裂縫帶對礦山充水的影響4.3.1煤層導(dǎo)水裂縫帶高度井田內(nèi)2號煤層埋深為0m至233m左右不等,最大采厚2.07m左右,頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖,單向抗壓強(qiáng)度36.8MPa(補(bǔ)1號鉆孔資料),屬中硬巖石,據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》開采煤層時的導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度計(jì)算如下:用兩個公式計(jì)算采煤形成頂板導(dǎo)水裂縫帶高度分別為44.06m、38.77m,取導(dǎo)水裂縫帶最大高度44.06m。4.3.2采空地層導(dǎo)水裂隙帶公式一計(jì)算出7、8、9號煤層導(dǎo)水裂隙帶高度分別為39.15m、64.27m、76.06m,公式二計(jì)算出7、8、9號煤層導(dǎo)水裂隙帶高度分別為39.27m、64.50m、88.92m,故7、8、9號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度分別為39.27m、64.50m、88.92m。2號煤層平均厚度2.90m,上距K4砂巖底25.45m;7號煤層平均厚度0.87m,上距2號煤層平均74.47m;8號煤層平均厚度3.02m,上距7號煤層平均24.67m;9號煤層平均厚度3.98m,上距8號煤層平均3.68m。根據(jù)以上計(jì)算可知2、7、8、9號煤層采空后,其導(dǎo)水裂隙帶分別可至下石盒子組下部、太原組頂部、山西組下部,在井田北、東、西部接近煤層露頭可至地表。由此可見,井田內(nèi)2號煤層的采空,可導(dǎo)通2號煤層上覆至下石盒子組底部所有含水層的水;7、8、9號煤層采空,分別可導(dǎo)通7、8、9號煤層上覆至太原組上部、山西組下部所有含水層的水。因此,導(dǎo)水裂縫帶會成為大氣降水及采空區(qū)頂板以上含水層水進(jìn)入井下的通道。4.4采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高在850至854m,9號煤層底板最低標(biāo)高約為1000m,奧灰水位低于9號煤層底板146m。就目前而言,井田內(nèi)2、7號煤層已采空,8號煤層在井田北部、東南部部分采空。7號煤層上距2號煤層平均74.47m,導(dǎo)水裂隙帶最大高度39.27m,2號煤層與7號煤層之間的山西組砂巖裂隙含水層并未因采煤而導(dǎo)通。7、8號煤層已有采空區(qū)所產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶高度已導(dǎo)通山西組底部K3砂巖至7、8號煤層之間所有含水層的水,從而使8號煤層以上至K3砂巖之間所有含水層的水均向井下8號煤層采空區(qū)充水。總之礦坑頂板垮落導(dǎo)水裂縫帶將溝通其發(fā)育范圍內(nèi)各含水層間水力聯(lián)系,通過導(dǎo)水裂縫帶向礦坑充水,為礦坑充水的主要來源。煤系含水層富水性弱,根據(jù)整合前煤礦開采情況,井下頂板淋水很小,頂板裂隙水對礦井生產(chǎn)影響不大。4.5覆巖煤層采空排水系統(tǒng)本礦采空區(qū)、古空區(qū)積水情況。井田范圍內(nèi)2、7號煤層已基本采空;8號煤層在井田北部被原邢家社煤礦和原孟家溝煤礦越界開采,原礦井大巷已開拓至井田西部,大巷以北已全部采空,東南角被火燒洼煤礦越界采空;9號煤層在西北角部分被邢家社村煤礦越界開采,井田內(nèi)其它區(qū)域只有部分巷道工程。井田內(nèi)地層總體呈向南傾斜的單斜構(gòu)造,井田南邊界處發(fā)育1條大型正斷層即隨老母北斷層,各煤層采空區(qū)積水主要集中在采空區(qū)南部的下山低洼部位。原萬柏林煤礦2、7號煤層已采空,有些地方可能與8號煤層的采空區(qū)導(dǎo)通,2號煤層?xùn)|、西、北均有煤層露頭,故采空區(qū)積水區(qū)在低于煤層露頭的井田中南部;8號煤層北部采空區(qū)與井田內(nèi)8號煤層巷道相通,分析大部積水應(yīng)通過巷道排泄至南部。采空積水情況詳見表1。由導(dǎo)水裂縫帶高度計(jì)算知,7、8、9號煤層導(dǎo)水裂縫帶沒有導(dǎo)通2號煤層采空區(qū),2號煤采空積水對下部煤層開采的影響有待生產(chǎn)中勘探驗(yàn)證;7號煤采空積水對下部煤層開采有影響;8號煤采空積水對下山方向的同層開采及下部9號煤層開采有影響。5地面奧灰?guī)r儲水層壓水地下水第一,煤層開采對頂板和底板產(chǎn)生破壞性擾動,形成人為導(dǎo)水通道。8、9號煤層導(dǎo)水裂縫帶最大高度分別為64.50m、88.92m。導(dǎo)水裂縫帶達(dá)山西組底部,在煤層淺埋區(qū)域?qū)芽p帶高度達(dá)到地表。第二,井田內(nèi)奧灰?guī)r溶水水位標(biāo)高850至854m,9號煤層底板最低標(biāo)高約為1000m(據(jù)底板等高線圖)