浅谈彬长矿区洛河组含水层水害防治技术研究

浅谈彬长矿区洛河组含水层水害防治技术研究

摘要：目前陕西中部彬长矿区煤矿回采，主要受洛河组含水层影响，该地区煤矿开采较深，最深可达1100米，洛河组含水层属于白垩系，在陕西中部地区具有厚度大、富水性强、水压高、距离煤层近、不具有可疏放性等特点，因此洛河组含水层成为该地区煤矿水害防治的重点对象。对此，以彬长矿区为主受洛河组含水层影响的矿井重点采取探查、提前疏放“削峰”、控制采高等措施进行，现针对洛河组含水层防治工作，逐步完善摸索，提出“探查-疏放-评价-监测-预警”防治体系。对于受洛河组含水层水害威胁较重矿井具有一定的借鉴意义。

关键词：洛河组含水层；探查；疏放；防治水体系；彬长矿区

一、洛河组含水层概况

洛河组含水层接受上部松散层含水层补给。区内泾河地表水系呈扇状发育，分布广泛切割较深，洛河组含水层多直接出露河谷，尤其是在区域地表水系中上游，地表河流多直接流经白垩系含水层之上，形成良好的补给接触关系，地表河流入渗补给是白垩系含水层的主要补给水源。区内白垩系含水层与区外灰岩含水层形成对接关系，接受区外地下水补给。

彬长矿区井田钻孔揭露洛河组厚度为256.30～555.88m，平均398.01m。三维区范围钻孔揭露厚度为318.00～509.93m，平均400.35m。由各粒级砂岩、砂砾岩组成，以中～粗粒砂岩为主要含水层段。换算为91mm口径的单位涌水量为0.2312～2.288L/（s•m)，渗透系数0.06～1.552m/d；2015年地下水水位标高

+923.15～+932.53m，属中等～强富水含水层。洛河组厚度较大，岩性主要为细粒砂岩、中粒砂岩、粗粒砂岩和泥质岩类地层；粗颗粒砂岩孔隙率明显较大，细粒砂岩～粗粒砂岩的平均孔隙度为15.44%。洛河组上段单位涌水量为q91=1.305 ～2.2482L/s•m，渗透系数为0.492918～1.321521m/d（表5-4），为富水中等～强的含水层；地下水径流条件相对较好。流量测井解释出4个主要出水层段，出水水量3.37～81.25 m3/h。水质中各阴阳离子含量较低，矿化度为1.033～1.254g/L，水质类型为SO4HCO3（Cl)-Na型、SO4HCO3 -Na型和SO4（HCO3）-Na型。水质同位素测试成果反映出洛河组上段含水层直接或间接接受大气降水补给的条件相对较好，或者补给时间较短。洛河组上段为顶板主要充水含水层，是矿井防治水工作的重点对象。

二、洛河组含水层水防治体系

洛河组含水层水的防治需要考虑多重因素，通过调查了解，该地区的生活、生产用水，均采自洛河组含水层，周边农村用水均依靠洛河组的高压力，施工自流井满足生活用水，因此对于彬长矿区煤矿开采过程中洛河组含水层的防治，必须考虑地下水的污染问题，经过多年的摸索和实践，逐步形成了“探查-疏放-评价-监测-预警”防治体系。

1、工作面回采前防治水措施

矿井工作面回采过程中，重点要在回采前探明地层相关数据，根据彬长矿区特点，重点探查好导水裂缝带发育高度、煤层顶板至洛河组间距、富水异常区。

（1）导水裂缝带探查。在传统打钻探查的基础上，逐步探查新工艺，引进“井-地”联合微震的探查方式，重点在井上下埋设微震传感器，捕捉工作面回采后地层断裂时产生的能量波，采取多数据分析的方式，找出平面位置和空间位置的震源，系统分析导水裂缝带发育高度。

该方法配合钻探漏水实验的方法，确认矿井工作面回采后导水裂缝带发育高

度，为后续工作面的采高确定提供技术数据。

（2）地层条件探查兼顾含水层水“削峰”

在工作面掘进期间，采用钻探的方法，探查煤层顶板至洛河组含水层底界距离，并绘制相关等厚线图，原则上按照每150m施工一个探查孔，探查孔施工期

间必须要做好原始记录，重点记录出水位置、水温、水压，并对钻孔内水进行取

样化验，通过特征离子和矿化度分析出水水源。彬长矿区在井下施工探查孔时一

般依靠以下集中方式判断钻孔钻进至洛河组上段。一是水质分析，洛河组含水层

的水的矿化度大约在2000～3000mg/L，侏罗系含水层水的矿化度大约在

10000mg/L，通过矿化度的比对能够简单分析出钻孔钻进层位。二是通过水压分析，根据洛河组含水层的特点，直接接受大气补给，因此煤层埋深换算的水压与

洛河组含水层实测水压基本是一致的。三是通过钻孔内查看有无水量突增的情况，根据经验分析，当施工钻孔至洛河组含水层时，孔内水量会出现明显的突增，一

般增加量在30～100m³/h不等。根据以上数据基本能够分析和辨别处钻孔进入洛

河组的位置，在通过钻孔测斜计算出煤层顶板至洛河组含水层之间的垂距，一个

工作面全部将钻孔施工完成后，根据数据绘制等厚线图，为采高确认提供技术依据。

施工完成的洛河组含水层探查孔，可以兼顾疏放水孔，重点对侏罗系含水层

水进行疏放，同时对洛河组含水层水进行“削峰”，防止工作面回采期间，导水裂

缝带一旦发育至洛河组含水层后出现水量快速涌入矿井的情况。必须注意，在工

作面推采至钻孔前150m时，必须组织及时封孔，防止钻孔成为导水通道。

（3）采取多手段物探的方法进行顶板富水异常及构造探查

目前为进一步摸清煤层顶板富水异常区的赋存情况，采取电法、瞬变电测、

音频点穿透等手段，探查煤层顶板以上150m范围内的富水异常情况，并绘制富

水异常区域分布图。采用坑透和槽波透视、反射等方法探查工作面内构造赋存情况。根据推采进度，及时在进入富水异常区之前进行预警。

在彬长矿区内，对于洛河组含水层必须以防为主，确保工作面回采后导水裂

缝发育不波及洛河组含水层。通过工作面回采之前所进行的一系列防治水工程，

基本能够通过导水裂缝带发育高度和煤层与洛河组间距确定回采高度。

2、工作面回采过程中防治水体系

（1）采高控制。在工作面回采期间，因回采工艺不同所以对于采高控制的手段也是多样的：综放工作面建议在运输顺槽皮带上安装皮带称，用于出碳量返算

采高；大采高工作面和分层开采工作面对于采高控制相对比较容易也比较准确，

回采过程中严格按照采高回采，杜绝出现局部回采量过大，容易造成局部导水裂

缝带发育至洛河组含水层，直接导致工作面涌水量增大。

（2）回采过程中数据监测。工作面回采期间，技术人员要坚持工作面生产写实，重点记录工作面初次出现淋水时间、面后初次出现涌水时间，并做好涌水量、水温、水质监测。工作面回采期间，必须密切监测涌水量变化和水质分析，根据

条件允许程度，建议在回采期间水量每增加30m³/h进行一次水质分析，以确定

涌水水源。根据彬长矿区地层特点，工作面回采，导水裂缝带一旦波及到洛河组

含水层后，面后涌水衰减量将非常小，但是水源参与会出现一个变化，直至稳定，一般情况初期涌水矿化度较大，随着涌水增大，矿化度出现不断减小的情况，基

本可以确认涌水水源有部分洛河组含水层参与，必须提高充分的认识。

（3）回采数据分析与预警。一是水文钻孔水位监测，目前矿井基本均在周边有水文动态监测钻孔，并安装实时动态监测系统。工作面回采期间要设置好水位