煤矿奥灰水防治

曹村井田奥灰水对下组煤开采的影响因素分析

摘要：由于曹村矿区下组煤开采中突水量大，为安全开采下组煤，本文根据曹村矿建井至今的实际开采资料，通过对揭露含水层的水文地质及区域水文地质论述，阐述了奥灰承压水的突水影响因素，对矿区下组煤的开采具有重要的借鉴意义。

关键词：奥灰水；下组煤；影响因素；曹村井田

1曹村矿-区域水文地质

1.1岩溶地下水系统及边界条件

本区水文地质单元是由汾河断陷盆地及周围的吕梁山、霍山山区组成的。它是一个大的汇水盆地。在这个单元中广泛分布的是奥陶系岩溶含水层。整个形态是一个沿SSW-NNE方向延伸的条带，出口在洪桐县一带。奥陶系以上的含水层均分布在这个条带状的盆地中。

奥陶系水文地质单元属于本区次级水文地质单元。一般可分为郭庄、广胜、龙祠泉域三个单元，各单元水文地质特征分述如下：1）北部郭庄单元：排泄区位于霍县县城南7km处的郭庄附近、下团柏断层与郭庄背斜的交汇处。属受隔水断层－下团柏断层阻隔而涌出的上升断层泉。2）东部广胜单元：排泄区位于洪桐县城东北13km、霍山背斜南倾伏端与霍山断层斜切部位。3）南部龙祠单元：排泄区位于临汾市西12km，罗云山断层带上。其补给区为克城－乔家湾向斜两翼大面积奥陶系石灰岩出露区，补给面积900km。

1.2岩溶地下水的补、迳、排条件

奥陶系石灰岩地下水的补给、迳流、排泄受区域地质构造条件控制。本井田含水层末出露地表，其补给源主要在区外霍山山前的奥陶系石灰岩露头及断裂破碎带处，大气降雨直接或间接通过第四系松散层补给奥陶系灰岩岩溶水。奥陶系石灰岩的迳流区和分布区一致。在本区首先是从北向南至曹村矿中央水仓；其次为一部分水与东部来水汇合继续向南及西南方向流去。其排泄为向曹村矿中央水仓和辛置矿的集中排泄及向南部地层的横向补给。

1.3岩溶水系统与矿区地下水的关系

曹村井田处于郭庄、广胜泉域之间，但由于霍山断层与赤峪断层均属于隔水断层，起到了地下水帷幕的作用，井田含水层受外部含水系统影响较小，可作为相对独立的系统进行分析。从区域岩溶水等水位线图可以看出，赤峪断层以东，地下水自东、东北向西、西南方向流动从曹村矿中央水仓处排出，自成一体。而断层以西，地下水则向西、西北方向向汾河河谷排泄；其次，岩层富水性在赤峪断层以东较差，而断层以西富水性较强；水文地质条件也是东区中等或复杂而西区复杂。

2曹村井田矿井充水充水水源和充水途径

2.1充水水源

在各煤层开采，主要充水水源和含水层有:1）大气降水;2)地表水;3)第四系砂砾岩孔隙含水层;4)第三系泥灰岩砂砾岩裂隙承压含水层;5)二叠系砂岩裂隙含水层;6)石炭系石灰岩裂隙承压含水层和奥陶系石灰岩裂隙岩溶承压含水层。

2.2矿井充水途径

在各煤层开采过程中，主要充水途径有：1）含水层直接与煤层接触，如扩区东南部K8砂岩裂隙含水层组与2#煤接触；2）地下水通过采动裂隙带进入矿井，这是本井

田普遍存在的突水方式。在采动影响下底板产生裂隙带。在煤层回采中矿山压力和自重压力的共同作用，使顶板岩层也产生冒落裂隙带。3）通过导水陷落柱溃入矿井，本井田陷落柱异常发育，有些具有导水性，成为矿井突水的通道。4）通过断裂破碎带进入矿井；有些断层使含水层与煤层联通，成为含水层进入矿井的通道；5）靠近老窑分布区，因探放水措施不力或小煤矿破坏保安煤柱越界开采，造成老窑积水进入巷道；6）奥陶系灰岩岩溶含水层水压高，沿隔水层垂直通道突破煤层底板薄弱带涌入矿井。

3奥灰突水影响因素分析

曹村井田中奥陶系与华北型煤田中奥陶系灰岩的沉积旋廻雷同，为一巨厚的复合含水层。奥陶系灰岩是对下组煤开采威胁最大的含水层之一，影响其突水性的因素有六项。

3.1隔水底板软岩与硬岩组合

据前人研究成果，隔水底板抗压强度及隔水能力与地层组合有很大关系。区内11#煤底板至奥灰间岩层平均厚度为20.99m,岩层组合以泥岩为主，平均占65.5%；其次为砂岩，平均占19.36%；煤系灰岩平均占11.51%；煤层平均占3.63%。软岩与硬岩比值系数约为1.90：1，这种互层状的软、硬岩地质结构对提高底板的抗压强度及隔水能力

3.2底板抗压强度与隔水能力

据以往对代表性矿区各类岩石抗压强度及隔水能力的测试成果，刚性岩石隔水性差但抗压强度大，柔性岩石则相反。一般刚性岩石的等效隔水系数约是泥岩的0.4倍；

3.3矿压扰动带有效隔水层厚度

在采煤影响下，煤层底板一般可分为三个带，即矿压扰动破坏带、有效隔水带和潜越导水带。根据本次注水试验资料分析计算，并参考以往经验确定矿压扰动破坏带深度，潜越导水带高度。因此，准确计算隔水层的有效厚度是预防奥灰突水的行之有效的措施。

3.4底板断层发育程度

曹村井田范围内共有5m以上断层32条，其中落差在100m以上的断层仅有一条。断距在20m～100m之间的断层有三条，均呈NE向展布。其它小型断层的走向主要也是NE-SW向。断距在5m～20m之间的断层共有28条。

断层不仅使煤层的成层性被破坏，对采煤造成困难，而且还导致底板抗压能力减低，成为以后导水的途径。

3.5隔水底板奥灰水压分布

奥灰水压是影响底板突水性的重要指标。在本区下组煤勘查区底板奥灰水压随其埋深变化较大，在下组煤开采过程中要引起相当的注意。

3.6奥灰富水性及充填带岩溶发育程度

底板以下奥灰含水层富水性是影响突水量大小的重要因素，表现在两个方面：1)在平面上，富水性大的地段，一旦发生突水其突水量也较大；2)在垂向上，奥灰上、下段的岩溶发育程度对突水威胁性影响也较大。

4结论

矿区隔水底板呈软岩与硬岩组合关系，这种互层状的软、硬岩地质结构对提高底板的抗压强度及隔水能力比较有利。奥陶系峰峰组分为两个含水组共三个含水带，含水层富水不均一，在平面上可粗略分为三带：南部富水性中等，中部富水性强，北部富水性极弱。根据地层特征，峰峰组二段相对隔水层的存在，可有效减少奥灰突水影响，为该区下组煤的开采提供了一定的有利条件。但矿区断层发育，不仅使煤层的成层性被破坏，对采煤造成困难，而且还导致底板抗压能力减低，成为以后奥灰突水的导水途径。由于矿压扰动破坏带的存在，又进一步增加了奥灰水对下组煤开采的影响，因此准确计算隔水层的有效厚度将是预防奥灰突水的行之有效的措施。