關(guān)于礦井涌水通道的分析

1、關(guān)于礦井涌水通道的分析     摘要：本文首先介紹了礦井涌水通道的幾種類型，并結(jié)合大平礦的實(shí)際情況對它們進(jìn)行了認(rèn)真分析。 關(guān)鍵詞：礦井；涌水通道；分析 礦體及其周圍賦存的水源，尤其是間接水源，開采時(shí)它們能否進(jìn)入井巷，主要取決于有否充水通道，即有否具體的水流途徑。只有涌水水源通過涌水通道進(jìn)入井巷，才能形成礦井涌水。也就是說，在采礦中除了直接揭露含水礦體或充水水源外，礦井涌水都需要有進(jìn)水通道，這是普遍規(guī)律。 礦井涌水通道主要有自然的斷裂帶、地震裂隙和導(dǎo)水陷落柱等和人為的采礦裂隙、巖溶塌陷及天窗、勘探鉆孔等。 一、斷裂帶與接觸帶 礦區(qū)含煤地層中存有數(shù)量不等的斷

2、裂構(gòu)造，它不僅使斷裂附近巖石破碎、位移，也使地層失去完整性，從而成為各種充水水源涌入礦井的通道。地層的假整合或不整合的接觸帶，由于空隙發(fā)育，當(dāng)它與水源靠近時(shí)，也可能成為地下水進(jìn)入礦井的通道。無論是構(gòu)造斷裂帶還是接觸帶，它們都是地層中破碎而變?nèi)醯牡貛?，對于礦井充水具有非常重要的意義。因?yàn)樵谠摰囟螏r層非常破碎，裂隙，巖溶較其它地段發(fā)育，巖層透水性強(qiáng)，常成為地下水徑流暢通帶。因此，當(dāng)井巷接近或觸及該地帶時(shí)，地下水就會涌入礦井，使礦井涌水量驟增，嚴(yán)重時(shí)可造成突水淹井事故。斷層往往可使地下水多個(gè)含水層相互溝通，甚至與地表水發(fā)生聯(lián)系，當(dāng)?shù)V井的可采煤層與富水性很強(qiáng)的含水層對接時(shí)，礦井的涌水量則大而穩(wěn)定。國內(nèi)

3、外大量統(tǒng)計(jì)資料表明，由于揭露或靠近斷層而引起突水事故約占7080，可見礦井突水事故的發(fā)生多與斷層導(dǎo)水有關(guān)。 需要指出的是，并非所有斷層都能成為涌水通道，斷層是否能成為涌水通道，主要取決于它是否透水和含水，影響這種特征的因素很多，首先是斷層兩盤和構(gòu)造巖的巖性特征，其次還與斷層形成時(shí)的力學(xué)性質(zhì)、受力強(qiáng)度、充填膠結(jié)及后期破壞、以及人為作用等因素有關(guān)。 實(shí)際上，較大規(guī)模的斷層皆系透水部位與隔水部位相間出現(xiàn)，其水文地質(zhì)特征更加復(fù)雜。故大平礦水庫下采煤更應(yīng)注重研究淺層構(gòu)造。 二、采礦造成的裂隙 (一)采空區(qū)頂部巖層移動(dòng)分帶。埋藏在地下深處的煤層承受著上覆巖層的自重力，同時(shí)它自身也產(chǎn)生對抗力，兩者處于平衡穩(wěn)

4、定狀態(tài)。煤層開采后，采空區(qū)上方的巖層囡下部被采空而失去平衡，相應(yīng)地產(chǎn)生礦山壓力，從而對采場產(chǎn)生破壞作用，必然引起頂部巖體的開裂、垮落和移動(dòng)。塌落的巖塊直到充滿采空區(qū)為止，而上部巖層的移動(dòng)常達(dá)到地表。根據(jù)采空區(qū)上方的巖層變形和破壞情況的不同，可劃分為冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶和彎曲沉降帶。 當(dāng)頂板的冒落和裂隙帶達(dá)上覆水源時(shí)，則可形成頂板冒落通道，導(dǎo)上覆水源涌入井巷造成突水。按可能導(dǎo)入的水源不同，可分以下情況：(1)直接頂板含水的井田：應(yīng)先開采直接頂板含水層中的弱含水地段，并要控制冒落帶的高度，不允許它觸及強(qiáng)含水段，以免其成為強(qiáng)導(dǎo)水通道。(2)間接頂板含水的井田：注意利用直接頂板的隔水性，控制冒落帶發(fā)展高

5、度或改變采礦方法，使之不要造成連接間接含水層的導(dǎo)水通道。尤其是像大平礦這樣厚煤層開采的礦井更要控制冒落帶的高度。(3)上覆地表水體的井田：注意控制冒落及裂隙帶的發(fā)展高度，不能讓它達(dá)到地表水體；如達(dá)到地表水體，則地表水不可避免地會沿此人工通道涌入井巷，易造成淹井事故。太平礦水庫下開采就是嚴(yán)格按專家論證的結(jié)論控制冒落帶及裂隙帶的發(fā)展高度的。 (二)煤層采動(dòng)后對底板巖層的破壞。煤層采動(dòng)后，頂板巖層垮落沖擊底板，對底板巖層破壞稱礦山壓力。在巷道底板下面有間接含水層的礦區(qū)，在底板含水層的水頭壓力和礦山壓力作用之下，可能突破底板隔水層形成人工通道，導(dǎo)致底板水涌入井巷造成突水。 三、導(dǎo)水陷落柱 巖溶陷落柱是

6、指埋藏在煤系地層下部的巨厚可溶巖體，在地下水溶蝕作用下，形成巨大的巖溶空洞?？斩错敳繋r層，當(dāng)其失去對上覆巖體支撐能力時(shí)，上覆巖體在重力作用下向下垮落，充填于溶蝕空間中。因其剖面形態(tài)似一柱體，故稱巖溶陷落柱。陷落柱按其充水特征可分為兩大類型：不導(dǎo)水陷落柱和導(dǎo)水陷落柱。 導(dǎo)水陷落柱基底溶洞發(fā)育，空間很大，其容量大于陷落柱巖塊的充填量。柱體內(nèi)充填物未被壓實(shí)，垂直水力聯(lián)系暢通，并且溝通煤層底板和頂板數(shù)個(gè)含水層，高壓地下水充滿柱體，巖溶作用強(qiáng)烈。采掘工作面一旦揭露或接近柱體，地下水大量涌入井巷，水量大且穩(wěn)定，易造成淹井事故。 華北型石炭二疊系煤層，特別是太行山兩側(cè)煤田均發(fā)育有巖溶陷落柱，開采時(shí)也常遇陷落

7、柱。采礦實(shí)踐證明多數(shù)陷落柱不導(dǎo)水，只有少數(shù)的陷落柱因塌落物疏松，或在地震影響下，使陷落柱的充填物與陷落柱圍巖之間產(chǎn)生相對移動(dòng)，造成導(dǎo)水通道。大平礦無陷落柱發(fā)育。      四、巖溶區(qū)塌陷及“天窗” 具有一定厚度松散層覆蓋的巖溶礦區(qū)，因礦區(qū)排水后，導(dǎo)致地表產(chǎn)生的塌陷稱巖溶塌陷。產(chǎn)生巖溶塌陷必須具備三個(gè)條件：隱伏灰?guī)r上覆有松散沉積物；灰?guī)r巖溶發(fā)育，有太的溶蝕空間，且被地下水充滿；礦井排水。在自然狀態(tài)下，灰?guī)r含水層的水位高于灰?guī)r的頂板，礦井未排水時(shí)，隱洞頂部巖層或松散層底部隔水層，它承受著上覆巖體的自重力作用，與隔水層強(qiáng)度和灰?guī)r含水層中地下水對上覆巖層的頂托力

8、兩者保持平衡狀態(tài)。礦山排水后，灰?guī)r水位大幅下降，溶蝕空洞中部分充滿地下水，這樣，疏干洞內(nèi)形成瞬時(shí)“真空”，對洞壁產(chǎn)生吸蝕作用，另一方面隱洞上方松散隔水層失去頂托力，故失去平衡，使隔水層遭到破壞，洞頂急劇塌陷直至地表。 塌陷的形態(tài)平面多半為圓形、橢圓形，剖面上為壇形、井狀、漏斗狀。它多半分布在第四系厚度較薄處、河床兩側(cè)和地形低洼地段。巖溶塌陷通道的存在極易引起第四系孔隙水、地表水大量下滲和倒灌，使大量水和泥砂涌入礦井，對礦井安全生產(chǎn)造成極大威脅。如湖南恩口礦區(qū)，由于礦井長期排水影響，在棲霞灰?guī)r和茅口灰?guī)r分布地段先后產(chǎn)生塌陷6150處，雨季大量地地表水灌入，灌入量約占礦井涌水量的60。因此，研究礦

9、區(qū)塌陷規(guī)律，對評價(jià)石灰?guī)r含水層沖水條件及對煤層生產(chǎn)的影響具有重要意義。 天窗是指含水層頂板隔水層由于巖相變化或隔水層受后期沖刷而失去隔水性的部位。天窗的存在本身就是一個(gè)連通兩個(gè)含水層的通道，導(dǎo)致鄰層地下水甚至地表水涌入礦井。掌握天窗的具體分布和范圍對了解礦井水的組成和治理極為有益。 五、鉆孔 井田勘探時(shí)施工的各種鉆孔，它溝通了礦床上部和下部的含水層，甚至與老窯水或地表水發(fā)生聯(lián)系。開采時(shí)如井巷揭露或接近未封閉或封閉不佳的鉆孔時(shí)，則他們可成為導(dǎo)致頂板含水層、老窯水或地表水涌入井巷的通道，從而造成突水事故。如：峰峰王鳳礦采煤二大巷遇到鉆孔，突然涌水達(dá)3600立方米時(shí)。因此，為了大平礦水庫下開采萬無一

10、失，集公司從2005年開始就對大平礦水庫下及周邊鉆孔進(jìn)行封孔質(zhì)量檢查，到目前為止已經(jīng)封檢107個(gè)，效果非常好，確保了礦井的安全開采。 六、地震裂隙 位于地震活動(dòng)區(qū)的礦井，由于地震作用可以在水源與井巷之間造成新的裂隙，彼此連通，成為涌水通道，使水流入井巷，增加礦井涌水量。如頂板或底板為隔水層，則地震裂隙可破壞它的隔水性，形成新的導(dǎo)水通道。如地震裂隙發(fā)育在含水層內(nèi)，則形成匯水的新通道，并可導(dǎo)致礦井涌水量急劇增加。因此，位于地震活動(dòng)區(qū)的礦井應(yīng)建立地震觀測站。大平礦是水庫下開采，已建立了礦震監(jiān)測站。 七、結(jié)束語 總之，對于具體礦井來說，多數(shù)情況下通道也不是單一的，應(yīng)具體分析區(qū)別對待。就大平礦水庫下開采而言可能存在