安徽萧县白土矿井水害控制因素分析及其评价

　　摘要：简单介绍了安徽萧县白土矿井的水文地质特征，从矿井水害充水因素第四系含水层、风化带含水层、太原组灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层以及断层导水性进行展开分析，同时对矿井的从顶板、底板分别分析，对矿井水害做出评价，并且提出相应的防水措施。

　　关键词：白土地区；含水层；矿井水害；水害评估；

　　Abstract: a brief introduction of the hydrogeological characteristics of the clay mine in Anhui Xiaoxian, filling the water factor Quaternary aquifer water damage from the mine, the weathered zone aquifer, Taiyuan limestone aquifer, Ordovician limestone aquifer and fault hydraulic conductivitycarried out to analyze the mine from the roof, floor, respectively, analysis of mine water hazard, make evaluations and propose appropriate waterproofing measures.

　　Key Words: white land area; aquifer; mine water damage; water damage assessment;

　　中图分类号：   TD217    文献标识码：A      文章编号：

　　1.前言

　　矿井水害是煤矿井下五大灾害之一，我国是世界主要产煤国家之一，而且也是受水害最严重的国家。因此对矿井水害防治应该重点防治，确保煤矿安全生产。研究区位于安徽萧县，西距萧县城约15km，东距京沪铁路18km，北距白土镇约3 km，距江苏省徐州市36km。可采煤层主要有V煤、VII煤、VIII煤、X煤，主要埋藏于石炭系太原组，研究区煤矿主要采矿工艺还是采用炮采为主。

　　图1：交通位置图

　　2.研究区水文地质特征

　　研究区含水层主要包括奥陶系含水层、石炭系本溪组含水层、太原组含水层、山西组含

　　水层、二叠系含水层及第四系含水层，各含水层特征分别描述如下：

　　1.奥陶系含水层，位于石炭系本溪组含水层之下，上距太原组X煤层约30米。区域资料，该含水层含岩溶裂隙承压水，但其富水性随裂隙岩溶发育程度、埋藏条件的不同有较大的差异。据zkl01孔抽水试验资料，水头压力标高40.98米，单位涌水量偏小，为0．0032升／秒．米，水质为HC03--Mg+Ca+Na型水。

　　2.石炭系本溪组含水层，岩溶不发育，以裂隙水为主，富水性弱，为弱含水层。

　　3.石炭系太原组含水层。区域岩溶、裂隙较发育，含岩溶裂隙承压水。钻孔施工过程中全漏水。据zk501孔分别对3-5灰和10灰抽水试验资料，水头压力标高达42．15米， 3-5灰的单位涌水量为0.0108升／秒.米，属弱含水层。下部10灰的单位涌水量为0.0036升／秒.米，亦属弱含水层，富水性有较大的差异。整体评价该含水层富水性弱。水质为HCO3+CO3-Ca+Na+Mg型水或水质为HCO3- Mg +Ca+Na型水。

　　4.二叠系山西组底部隔水层：底界至K1灰岩顶板，一般厚8-10m左右，平均厚9.25米。主要为黑色泥岩和粉砂岩，局部夹细粉砂岩，裂隙微发育，岩性致密，一般情况下隔水性良好。

　　二叠系含水层：砂岩是主要含水层。山西组7煤顶底板及9煤顶底板又以中细砂岩为主，一般裂隙又比较发育，为泥质和方解石充填或半充镇，在钻探施工中，采用泥浆钻进，均未发现有较大的消耗和漏水现象。据矿井开采揭露及邻近矿区资料，二叠系砂岩裂隙承压水，一般富水性弱。

　　5.第四系含水层，含孔隙潜水，富水性弱。潜水补给来源要靠大气降水，通过地表及河道渗入，雨季补给充分，潜水位抬升。

　　综上所述，本研究区的水文地质类型属水文地质条件复杂的岩溶裂隙充水矿床。

　　3.矿井充水主要控制因素分析

　　3.1第四系含水层的充水作用

　　第四系除底部具有透镜状粘土夹砾石外，主要为粘土和砂质粘土，含孔隙潜水，富水性弱，并以大气降水为补给来源。由于厚度较小，缺少有效的隔水层，直接盖于基岩岩面上，与基岩风化带孔隙裂隙水沟通，对下伏基岩各含水层有一定的垂直下渗补给作用。

　　3.2风化带含水层对矿井的充水作用

　　风化带富水性与岩性有关，也与风化强度有关。本区风化带岩性多以中、细砂岩为主，风化强度较大，是良好的赋水和透水带。本区风化带平均厚度28米，最大厚度43米，并被第四系含水层覆盖，并与其有水力联系，对于浅部煤层及含水层的充水作用较强，今后开采中应注意。

　　3.3太原组灰岩含水层的充水作用

　　太原组灰岩水可以通过裂隙和回采后形成的上"三带"进入巷道造成水害，是开采太原组各煤层充水的主要因素。由于太原组含水层富水性强，本矿若开采V煤、VII煤、VIII煤、X煤，必须先采取探放水措施，疏水降压，将其水位降至安全开采范围内，方可开采。

　　3.4奥陶系灰岩水的充水作用

　　区域资料，奥陶系灰岩富水性强，断层切割后，奥灰水可通过断层破碎带对巷道充水，造成水患。

　　3.5断层导水性

　　本区有4条断层，具有一定的导水作用，尤其直接沟通太原组灰岩水和奥陶系灰岩水，有较充分的补给来源，易造成地下水突出，对矿井威胁较大。

　　4.矿井水害评价方法

　　4.1顶板水害评价

　　根据本研究区矿井的V煤开采实践，V煤开采的顶板出水主要充水途径为直接揭露太原组砂岩和灰岩含水层的井巷工程、受采动影响而造成的顶板冒裂导水带、底板破坏裂隙带，以及导水的断裂构造。其主要正常充水方式为采动裂隙导水带1，因此要评价煤层开采的充水因素必须分析煤层采动裂隙的影响范围。现根据有关规程中的经验公式计算如下：

　　井田内现在评价的是V煤层。V煤层可采范围内平均厚度为0.75m，最大厚度为0.98米，根据ZK102钻孔综合柱状图，对V煤顶板的主要岩性进行分析，V煤覆岩类型为硬型（具体成分见表1）

表1 顶板主要岩石成分表

　　冒落带最大高度：  Hc=(4~5)M

　　导水裂隙带高度：

　　其中：Hc：冒落带最大高度（m）

　　M：累计采厚（m）（取平均煤厚0.75m）

　　Hf：导水裂隙带高度（m）

　　n：煤分层层数（取1）

　　通过计算，得出冒裂带最大高度Hc为3~3.75m。导水裂隙带Hf为28.89m。

　　太原组含水层（5灰）距V煤层顶板约2.34 m，4灰距V煤顶板约13.52m，3灰距V煤顶板约44.11m，从以上数据可以看出，工作面顶板冒落带最大高度沟通工作面顶板灰岩含水层（5灰），导水裂隙带高度导通了4灰含水层。由于3、4、5灰水力联系较好，可以将其作为一个含水层组考虑，所以在开采过程中，太原组顶板的灰岩水一定会进入工作面，所以要采取一定的措施来防治水害，保证V煤的安全开采。

　　4.2底板水害评价

　　在本次评价中，鉴于V煤开采在本区及周边地区尚属首次，底板矿压破坏深度、原始导高带高度、底板阻水能力等具体参数尚须进一步测试与统计。若盲目套用其他地区经验参数，反而误差难于确定。为了与周边矿区突水案例作对照，本次评价采用最原始的计算公式2。

　　公式如下：

　　式中： --突水系数，Mpa/m；

　　--隔水层厚度，m；

　　--水压，MPa。

　　据Zk102钻孔资料，V煤底板第一层灰岩为6灰，富水性较好的灰岩为10灰。奥陶系灰岩距V煤距离较远若无导水构造，不会直接威胁V煤底板。下面我们仅对6灰和10灰这两层灰岩做评价。

　　（1）10灰距V煤底板86.25m，水头标高42.15m，以V煤层回采最大深度-150m水平计算（以下同），即水头压力最大为1.92Mpa，则突水系数约为0.022 Mpa/m。

　　（2）6灰距V煤底板19.45m，6灰、7灰两层灰岩之间隔水层较薄（约0.7米），可以作为V煤底板第一个含水层组考虑。其水压及赋水性尚不确定，根据淮北地区地层概况，太原组灰岩一般都作为含水层考虑，借鉴zkl01孔抽水试验资料，我们取6灰水头标高为42.15米，换算成压力即P=1.92Mp。 6灰与V煤之间隔水层主要岩性及厚度如下表2：

表2隔水层主要岩性及厚度统计

　　5.总结

　　通过认真分析总结矿区水文地质资料，采用目前成熟有效的理论分析了煤矿V煤开采水害问题，得出如下结论：V煤层的主要充水水源为太原组灰岩岩水（3-5灰），其富水性较好，太原组灰岩（4、5灰）位于冒裂带之内，灰岩水会进入工作面。建议在防排水系统完全完工后再进行工作面的回采，建议提前做好疏放水工作3。

　　参考文献

　　1.闫以明. 矿井水害的防治. 煤炭技术, 2010第三期.

　　2.赵新, 杨志勇. 矿井水害安全评价的层次分析法. 现代矿业, 2010年第2期.

　　3.马海军. 吕凤煤矿区水文地质条件分析及矿井水害防治. 能源与环境, 2009年第四期.