PDF下载
煤矿水文地质类型划分关键问题分析研究

王正

中煤资源发展集团有限公司朔州分公司,山西朔州,036000

摘要: 煤矿水文地质类型划分,是对矿井水文地质条件和受水害威胁程度的综合评价,是煤矿选择水害防治措施的重要依据。本文从煤矿水文地质类型划分依据入手,对水文地质类型划分中存在的常见关键问题进行探讨分析,为科学合理进行煤矿水文地质类型划分提供了指导。
关键词: 煤矿;水文地质;划分;探讨
DOI:10.12721/ccn.2023.157402
基金资助:
文章地址:

引言

煤矿水害防治是保障煤矿安全生产的重要工作之一,煤矿水文地质类型划分,是对矿井水文地质条件和受水害威胁程度的综合评价,是煤矿选择水害防治措施的重要依据,对煤矿水文地质类型进行科学合理划分,是确保水害防治工作有效的关键和基础。
《煤矿防治水细则》(2018年9月1日起执行)第二章第一节(第十二条至第十四条)从煤矿水文地质类型划分依据、报告编制以及修订等方面进行了具体规定,为科学合理进行水文地质类型划分提供了依据,为制定针对性防治水措施提供了技术支撑[1]。但在实际工作中,由于一些划分依据易受人为因素的影响,本文特对需要注意的几个关键问题进行具体探讨说明。

1.井田内受采掘破坏或者影响的含水层必须是主要含水层

煤矿水害发生的充分必要条件是采掘破坏或者影响到充水含水层,即含水层是突水的物质基础。但一般而言,对矿井有充水影响的含水层往往有多个。矿井水文地质类型划分要突出其中主要因素的作用,要选择对矿井充水起决定作用的充水层作为主要分类依据。要针对具体煤层与不同含水层的空间位置关系作具体的分析,因为同一含水层既可是上覆煤层的底板水,又同时是下伏煤层的顶板水,空间位置的不同导致同一含水层对不同煤层会产生不同的充水强度与水害威胁程度。另外,不同的采煤方法和采煤工艺,对含水层的破坏和影响程度(上三带、下三带)也不尽相同。以担水沟煤矿为例,开采上组4#煤层时,直接充水含水层为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层(K3砂岩),K3砂岩富水性较弱,补给条件差,补给来源少。虽然位于4#煤层下部的奥陶系岩溶裂隙含水层组补给条件好、补给水源充沛,但由于4#煤层距离奥陶系岩溶裂隙含水层组距离较远(平均110m),奥灰突水风险较低,开采4#煤层破坏或影响的主要含水层为顶板K3砂岩含水层,则此项水文地质类型划分结果应为“简单”,而在开采太原组底部9#煤层时由于9#煤层距离底板奥陶系灰岩含水层距离较近,则必须另当别论。

2.矿井主要含水层的确定要分析各含水层间的水力联系
根据充水含水层与开采煤层的位置关系,煤矿充水含水层可分为直接充水含水层和间接充水含水层。直接充水含水层因与采掘空间较近,故其富水性强弱决定矿井涌水量的大小,间接充水含水层是直接充水含水层的补给水源,对矿井充水的影响程度除取决于间接充水含水层本身的富水性外,还取决于水力联系通道的性质和直接充水含水层的导水性[2]。对于补给条件好、补给水源充沛的间接含水层,尤其是赋存断层、陷落柱等导(含)水构造时,必须具体条件具体分析,切忌仅针对直接充水含水层进行简单评判。以晋能控股煤业某矿为例,该面开采上组煤4#煤层,其直接充水含水层为二叠系下统山西组砂岩裂隙含水层,补给条件差,富水性弱,对煤层开采影响不大。但其底部的奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层组,处于神头泉域的强径流带上,属强含水层,虽然4#煤层底板至奥灰顶界总厚度平均达122.14m,但由于该矿井田内断层比较发育,易使奥灰含水层与上部含水层发生水力联系,该面在2020年9月曾发生奥灰突水事故,最大突水量480m3/h,虽未造成人员伤亡,但工作面被迫停产,后经治理才实现了安全回采。

3.含水层补给条件要从水源类型和充水通道等多个方面进行综合评价

含水层补给条件要从矿井充水水源的富水性、补给条件与供给水特征进行综合评价。当矿井以浅部第四系松散砂砾石层为主要充水含水层时,孔隙水可接受大气降水和地表水的入渗补给。对于降水较充沛并有入渗条件的矿区而言,地下水的补给条件可以说是充沛或极充沛的。当河流、水库或湖泊等地表水体能以某种通道进人矿井时,地表水是威胁矿井安全生产的重要水源。当所采煤层主要充水含水层为砂岩裂隙水时,由于其通常以渗入或淋水方式进入矿井,水量往往有限,一般不易形成水害。当煤层为带压开采,底板岩溶承压水通过某种通道进人矿井时,由于其突水迅猛,突水强度高,则往往对采矿安全造成巨大的威胁[3]

4.单位涌水量要有代表性

单位涌水量q是反映充水含水层富水性的重要指标。根据含水层单位涌水量的大小,很容易对含水层富水性进行分级。但也要注意以下三个问题:一是要以矿井主要充水含水层的单位涌水量为判别依据。二是同一井田不同位置抽水钻孔所获得的单位涌水量大小相差很大,要选择有代表性的数据作为分类依据。三是以抽水试验获得数据评价含水层的富水性时,单位涌水量是以钻孔口径91mm,抽水水位降深10m为准的,若抽水钻孔口径和降深与上述不符时,应当进行换算。
5.矿井涌水量
矿井涌水量是划分矿井水文地质类型的定量指标。在划分水文地质类型时,要注意收集矿井最大涌水量、降水量及突水基础资料,绘制涌水量与相关因素动态曲线图,剔除降水或人为因素的影响,合理确定矿井正常涌水量。矿井最大涌水量应选取近3年实测涌水量数据中的最大值。另外,还要进行涌水量的构成分析。一般涌水量的构成包括井筒残留水量、巷道涌水量、工作面涌水量、老空区来水量及专门疏干工程涌水量等。对于开采历史较长的矿井,由于整个井田采空面积大,老空区来水量较大,而现生产区由于区域空间小,部分以静储量为主的含水层已接近疏干,涌水量反而很小。如果纯粹以整个矿井的涌水量来进行水文地质类型的划分,其实并不完全符合当前生产实际,也不利于防治水工作的有效开展,故以矿井涌水量进行水文地质类型划分时,必须结合矿井具体条件进行分析。

6.突水量
矿井充水水源通过适当的导水通道,在未能预见的情况下突然涌入矿井所产生的出水事故称矿井突水(简称突水)。对于生产矿井来说,突水台账中有历次突水的记录,从中选取最大一次突水的最大突水量进行分类即可。但是,对于基建和新投产矿井来说,矿井水文地质条件尚未被充分暴露,突水点很少或突水量不大。在这种情况下,就要通过调查水文地质条件类似相邻矿井的突水记录,并结合本矿充水条件,估计突水危险性和突水量。此外,矿井突水可能是人为因素所致,依据突水量划分矿井水文地质类型时,要注意剔除人为因素的影响,尽量以客观水文地质条件和充水条件为分类依据[4]
7.开采受水害影响程度
开采受水害影响程度是划分矿井水文地质类型的定性指标,主要从采掘工程受水害影响的程度和突水频次来划分等级,采掘工程基本不受水害影响划分为简单;矿井偶有突水,采掘工程受水害影响,但不威胁矿井安全则划分为中等;矿井时有突水,采掘工程、矿井安全受水害威胁则划分为复杂;而矿井突水频繁,采掘工程、矿井安全受水害严重威胁则划分为极复杂[5]。因此在评价矿井水害威胁程度时,一要全面收集整理矿井历年来突水资料和突水事故,包括突水时间、突水位置、突水水源、突水通道、突水量、突水影响情况等;二要全面分析矿井充水条件,明确突水水源、突水通道和影响突水量的因素及其突水规律及致灾程度;三要注意分析突水事故的原因,判断突水事故究竟是客观因素造成,还是人为因素所致,对后一种情况应另当别论[6]
8.防治水工作难易程度

一般来水,防治水工作难易程度与开采受水害影响程度成正相关关系。如果矿井在采掘过程中,突水频发,安全开采受水害威胁严重,则矿井往往需要在防治水方面投入大量的资金,实施大量的防治水工程。因此在依据防治水工作难易程度界定水文地质类型时,应注意从技术和经济两个方面综合评价水害治理效果。当矿井基本不受或没有水害影响,只要采取简单的防治水技术和工程措施,就能确保安全生产;或矿井受水害影响程度中等,但水害容易治理且效果显著时,防治水工作的难易程度可以被界定为简单类型。当矿井受水害影响程度属于中等类型,水害不易治理或效果不显著时,原则上应将防治水工作的难易程度界定为中等类型。当矿井受水害严重、极严重威胁,或防治水工程浩大投资很大,或防治水效果不显著不明显,原则上应将防治水工作的难易程度界定为复杂或极复杂类型[7]
9.要考虑矿井水文地质条件的时空变化

 矿井水文地质条件和充水条件存在时空变化。因此,矿井水文地质类型并非-成不变。矿井要随着开采水平和区域的变动,视水文地质条件的变化情况重新界定或分区域进行水文地质类型划分。当井田范围存在次级水文地质单元,各单元水文地质条件相差明显时,可按单元划分水文地质类型;当同一井田可采煤层较多时,应分煤层划分水文地质类型;当矿井开采深度增加,水文地质条件发生明显变化,应分水平划分水文地质类型。此外,由于水文地质条件的复杂性和难以准确探测性,人们对矿井水文地质条件的认识也并非一成不变,即便过去被认为水文地质条件简单的矿井,随着采矿不断揭露和勘探程度的提高,其水文地质条件复杂程度也会发生变化。正因为如此,《煤矿防治水细则》要求矿井每间隔3年,要重新界定水文地质类型;矿井发生重大突水事故后,也应重新界定水文地质类型。

10 结语

在矿井建设生产过程中,影响矿井充水的因素很多,控制矿井充水的条件也很复杂。矿井水文地质类型的划分是在系统整理、综合分析矿井开发、建设及生产过程中各阶段所获得的水文地质资料的基础上进行的],只有充分占有全面完整的基础资料,坚持具体问题具体分析,才能确保准确进行水文地质类型划分,从而为煤矿防治水工作提供可靠依据。

参考文献:

[1]王东琴.复杂型水文地质类型矿井充水条件分析与研究.《矿业装备》.2023.02

[2]王秀兰,刘忠席《矿山水文地质》.北京:煤炭工业出版社,2007.

[3]煤矿防治水细则专家解读.徐州:中国矿业大学出版社,2018.32-33.

[4]煤矿防治水细则专家解读.徐州:中国矿业大学出版社,2018.35.

[5]煤矿防治水细则专家解读.徐州:中国矿业大学出版社,2018.35.

[6]煤矿防治水细则专家解读.徐州:中国矿业大学出版社,2018.36.

[7]煤矿防治水细则专家解读.徐州:中国矿业大学出版社,2018.36.