超化煤矿突水灾害地质条件分析及防治措施

超化煤矿突水灾害地质条件分析

及防治措施

于辉光1,郭德勇1,胡德进2

(1.中国矿业大学北京校区,北京100083;2.郑州煤业集团公司,河南郑州450000)

摘　要:根据超化煤矿矿井地质条件,结合2次突水事件,利用综合水文地质分析方法研究了矿井水文地质,分析了矿井含水层的含水性、补给条件,以及各含水层间的水力关系,提出了矿井突水原因及防治方法,为该矿深部开采突水防治提供了依据。关键词:矿井突水;突水防治;水文地质中图分类号:TD745+.2 文献标识码:B 文章编号:1003-496X (2006)02-0055-03

基金项目:国家自然科学基金资助项目(40472084)

1　概　况

矿井突水是煤矿安全生产的重要灾害之一,突

水灾害地质条件研究是解决突水防治问题的基础〔1-3〕,突水机理研究则是关键〔4-6〕。郑州煤业集团超化煤矿位于新密市城南10km 处,1983年建井,1993年投产,原设计生产能力为90万t/a ,现实际生产能力为240万t/a 。矿井采用伪俯斜长壁采煤法,单水平上、下山开采工艺,全部垮落法管理顶板,对角式通风,年均涌水量为1000m 3/h ,正常排水能力为2318m 3/h ,在-200～-450m 等高线间中型构造发育。目前该矿上山采区11、12回采结束,下山采区21、22、23正在生产,主要开采二叠系山西组二1煤层,以1个综采工作面和1个炮采工作面保证矿井生产能力。2　矿井地质和水文地质条件2.1　地层煤层及地质构造

超化煤矿井田属石炭系、二叠系煤系地层,共含

煤8组,31个煤层。井田主采煤层为二叠系山西组二1煤层,厚度为0.19～24.03m ,可采指数为95%,属极不稳定煤层。顶、底板起伏大,为砂质泥

岩及泥岩,受区域性滑动影响,煤层及其顶、底板滑面发育,易冒落(表1)。井田除超化、阳台、崔庄等大的边界断层外,还揭露了多条落差5m 以上的断层,倾向多为北偏东,倾角多在15°～20°,受区域构造的影响,发育北西向或近东西向两组断裂(图1)。

2.2　区域井田水文地质条件

超化煤矿区域属低山丘陵地形,各地层出露,水文地质条件复杂,地质构造线近东西向,皱褶、断裂发育,对地下水起着控制作用,地下水类型为碳酸盐岩溶水,整体流向为自西向东。超化煤矿地表河有麻河自南向北穿过矿区,井田主要有二叠系、奥陶系和寒武系地层出露,地势南高北低。井田北至超化断层,为隔水边界;南至龟山断层,为弱补给边界;东至崔庄断层,为补给边界;西至二1煤层露头,奥灰出露,为矿井主要补给边界,受边界构造影响,井田内小构造发育。区域边缘为变质岩系组成的裂隙补给区,由于断层南升北降,东南部大量地下水补给了奥陶系含水层后又通过龟山断层的东段补给井田内各

含水层(图1)。

3　超化煤矿工作面突水原因及防治措施

超化煤矿下山区域地质条件和水文地质条件复杂,上山区域则简单,但整个矿井工程地质条件复杂。主要突水工作面21071、21051、22121含水性均较差,其补给水源一是赋存于煤系地层以上的顶板裂隙水和老空水,特点是裂隙水水量较小,老空水水量较大;二是赋存于煤系地层下的石炭系含水层和奥陶系含水层,其水量、水压均较大。

研究表明,超化煤矿顶板含水层主要是第四系含水层,其富水程度受大气降水和地表水影响,属弱含水层;底板直接承压含水层为二1煤底板石炭系太

原组7～9灰岩含水层(L 7～9),距煤层最近,富水性受裂隙控制,是底板主要突水水源;底板间接承压含水层为石炭系太原组5～6灰岩含水层(L 5～6)、1～4

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55・问题探讨 煤矿安全

(2006-02)

灰岩含水层(L 1～4)和奥陶系灰岩含水层(奥灰),富水性均较强,其中奥灰与L 1～4有较强的水力联系,L 5～6和L 1～4之间也有部分水力联系(表1),三者均可通过小司沟断层等导水断层相互导通并补给太原组L 7～9(图1)。3.1　21051

工作面突水原因及防治措施

图1　超化煤矿井田地质构造纲要图表1　超化煤矿井田水文地质特征简表

地层单位系组简要描述

水文地质特征含水组地下水类型二叠系山西组二1煤上泥岩、砂质泥岩厚62m ,下泥岩厚8.7m

顶板砂岩

裂隙水石炭系太原组L 7～9上泥岩厚1m ,L 7～9中泥岩厚23m

泥岩、砂岩中夹L 5～6共厚37m

砂质泥岩互层中夹L 1～4及一1煤共厚20.5m

L 7～9岩溶水L 5～6岩溶水L 1～4

岩溶水奥陶系

马家沟组

石灰岩厚36m ,上覆石炭系铝质泥岩厚29m 奥灰岩

岩溶水

超化煤矿21051工作面走向长1700m ,倾斜宽140m ,上副巷与井田北部边界平均距离为255m ,U 型钢支架加塑料网支护,沿煤层底板掘进。2004

年4

月11日16:00,21051上副巷迎头上帮出现淋水,随后水量剧增,导致局部巷道冲垮、运输设备被毁。19:20,水量猛增至5000m 3/h ,21:00,水量剧减至500m 3/h ,4月15日8:00,水量已衰减到110m 3/h (图2)。

图2　超化煤矿21051工作面突水情况示意图

本次突水特征是水量大、来势猛、衰退快,具有老空水突水特征;突水水样的主要指标铁离子、N H 4+、耗氧量、溶解性固形物的浓度也具有老空水

的浓度特征,且与顶、底板水差异较大(表2);该巷道地质构造简单,附近区域煤层赋存稳定,无落差较大的断层和其它地质构造存在,且属不带压掘进;该巷道顶板水已被大面积疏放,含水层富水性弱,且透水前后奥灰水水位无变化,可排除顶板砂岩和奥灰突水;突水位置前方有富含水的小煤窑采空区,该采空区与出水点位置相吻合。因此,21051工作面突水是小煤窑老空水溃入矿井所致,突水通道是因老空水水压大于隔水层强度而导致隔水层变形、断裂而形成的裂隙。

超化煤矿在严格坚持“有疑必探,先探后掘”的同时,采用巷道接近老空、被淹的井巷、防水煤柱时超前探水,提前疏干降压或预先封堵导水通道,加设档水墙,未探清地质情况的工作面不采掘等措施,可防治突水。3.2　22121工作面突水原因及防治措施

超化煤矿22121工作面位于22采区最南部,主

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