托克逊县十二号井田水害隐蔽致灾因素分析.pdf

2023年第8期西部探矿工程*收稿日期：2023-06-12修回日期：2023-06-13第一作者简介：吴员（1983-），男（汉族），湖北大悟人，高级工程师，现从事煤田煤层气地质研究工作。托克逊县十二号井田水害隐蔽致灾因素分析吴员*1，崔德广2（1.新疆煤炭综合勘查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.新疆煤田地质局，新疆 乌鲁木齐 83000）摘要：针对煤矿开采过程中的隐蔽致灾因素，水害尤为常见，通过分析井田范围内水文地质因素，综合研究井田内含水层特征，通过简易抽水数据，划分井田内含（隔）水层，分析充水水源，讨论主要地表水、地下含水层、老空水区及其影响程度，研究分析井田范围内充水通道。最终得出十二号井田内充水通道有顶板垮落带、导水裂隙带、底板岩层破坏裂隙、断层裂隙带和封闭不良钻孔等形式，其中以顶板垮落带、导水裂隙带为主；直接充水水源为地表水、地下水、老空区积水等3类。地表水和第四系潜水含水层等上部含水层水，以及克尔碱沟为矿井的间接充水水源。中侏罗统头屯河组中等富水性含水层H1和中侏罗统西山窑组弱富水性含水层H2，这些裂隙承压水虽具有一定的水头压力，但在天然状态下其富水弱中等弱，易于疏干，对煤层开采不会造成大的威胁；老空水水量较大，在导水构造的影响下，如若与地表水流沟通，或者在开采沟通的情况下，矿井将面临突水的威胁。在后期开采过程中，侧向补给水、老空水将会影响矿井的正常生产，故需采取有针对性的防治水措施。关键词：含水层；充水通道；充水水源；导水裂隙带中图分类号：TD74 文献标识码：A 文章编号：1004-5716(2023)08-0079-04煤矿隐蔽致灾因素较多且具有隐蔽性强的特点,做到提前预防难度较大。近年来出现了较多隐蔽致灾的因素及灾害,其中水隐蔽致灾因素是较常见的一种形式。通过对煤矿水害隐蔽致灾因素的分析研究并提出相关建议、以期在后期源头治理上，及早采取相关措施。1井田概况新疆托克逊县克布尔碱煤矿区十二号井田位于托克逊县城西北（方位330）55km，井田呈不规则的多边形，东 西 长 约 5.26km，南 北 宽 约 3.98km，面 积 约21.195km2。地层发育由老到新有：中石炭统硅质岩、凝灰硅质岩及凝灰质粉砂岩夹灰岩、三叠系上统小泉沟群湖相碎屑岩、间夹河流相的粗碎屑岩沉积，侏罗系下统八道湾组碎屑沉积岩，含煤25层，即1-1、1-2、KB、KB上及4-2号煤层，可采煤层4层，为1-1、1-2、KB、4-2号煤层；三工河组细砂岩，夹粉砂岩及中砂岩；中统西山窑组粗碎屑岩、细碎屑岩和炭质泥岩，含煤6层，编号由下往上分别为5-1、5-2、5-3、5-4、5-5、5-6等，头屯河组砾岩、砂砾岩和粗砂岩、中砂岩、细砂岩互层，第四系全新统砾石、砂土，砾石。井田南部为克尔碱向斜，北部由次一级的克尔碱小背斜和克尔碱小向斜组成，在井田的中东部则是一条次一级的北东向向斜。发育F1断层，f57为北东向平推逆断层，f58为北东向逆断层，f66为一正断层，走向北西向。见图1。2井田含（隔）水层井田内的地层由松散岩类、半固结岩类、煤层和沉积碎屑岩类组成，经综合分析，共划分了一个透水不含水层，五个含水层及二个隔水层，见表1。2.1含水层井田内的含水层4层。2.1.1第四系全新统（Qhal）冲积中等富水性孔隙含水层（H0）该含水层单位涌水量 0.1447L/(ms)，渗透系数4.7m/d，中等富水性，pH值7.67.7，属HCO3SO4-NaCa型水；中侏罗统头屯河组（J2t）不含煤承压裂隙中等富水性含水层（H1），单位涌水量0.13840.2221L/(ms)，渗透系数0.6720.950m/d，富水性中等。矿化度446mg/L，pH值8.1，属HCO3SO4-NaCa型水。792023年第8期西部探矿工程2.1.2中侏罗统西山窑组(J2x)承压裂隙弱富水性含水层（H2）该含水层统径统降单位涌水量0.003660.011L/(sm)，渗透系数 0.00380.028m/d，富水性弱。水化学类型SO4Cl-KNa，ClSO4-Na，矿化度55249740mg/L。2.1.3下侏罗统八道湾组（J1b）承压裂隙水弱富水性含水层（H3）该含水层单位涌水量 0.0104L/(sm)，渗透系数0.01899m/d，富水性弱。水化学类型为Cl-KNa型水，矿化度3060mg/L。2.1.4石炭系中统弱富水性含水系(H4)主要岩性为灰黑色硅质岩、凝灰硅质岩及凝灰质粉砂岩夹灰岩。上部为凝灰安山岩、凝灰岩、火山角砾岩膨润土。该地层在井田北部和东部有局部出露，组成该矿区的沉积基底。总体上划分为弱富水性含水层。2.2隔水层井田范围内隔水层共2层：下侏罗统三工河组相对隔水层G1，岩性上部为灰色、深灰色粉砂岩、泥岩互层，夹菱铁矿薄层及中粗砂岩透镜体，下部为粉砂岩、细砂岩互层，底部含薄层煤或炭质泥岩；三叠统上部隔水层G2，为一套灰绿、黄绿色粉砂岩、细砂岩夹薄层杂色泥岩、灰绿色砂岩、粗砂岩，局部夹似层状或凸镜状泥灰岩。2.3不透水层第四系全新统（Qhpl）洪积透水不含水层（T1），井田内第四系除去H0含水层之外的部分，以砾卵石为骨架，充填细、粉砂岩，厚度040m。因其补给源贫乏，不存在储水构造而成为透水而非含水层(T1)。3充水水源3.1大气降水井田范围属浅切割的侵蚀剥蚀低山丘陵区，干旱半干旱气候决定了平均降雨量仅20.3mm，而蒸发表1含（隔）水层（段）划分一览表地层代号QhalQhplJ2tJ2xJ1sJ1bT3C2含（隔）水层（段）编号H0T1H1H2G1H3G2H4含（隔）水层（段）名称第四系全新统洪积中等富水性孔隙含水层第四系洪积透水不含水层中侏罗统头屯河组中等富水性含水层中侏罗统西山窑组弱富水性含水层下侏罗统三工河组相对隔水层下侏罗统八道湾组弱富水含水层三叠统上部隔水层石炭系中统弱富水性含水层层厚最大厚度639.92m平均厚度约251m平均厚度约121m平均厚度约232.50m图1井田构造图802023年第8期西部探矿工程量则为5826.2mm，故大气降水对矿井充水甚微。3.2地表水区内地形西北高，东南低，相对高差约340m。相对最低侵蚀基准面标高约+800m。地表水系发育有井田西界以西0.4km克尔碱沟，常流量0.120.21m3/s；沟底标高+830+800m。春季融雪期水量较大，最高洪峰出现在78月，最大洪水流量为88.73m3/s。由于井田范围内之前小煤矿开采所造成的影响，克尔碱沟的地下水通过地下巷道系统由西向东运移，使地表水成为矿井的直接充水水源或间接充水水源。通过测算，侧向补给约2000m3/d。3.3地下水井田内含煤地层以上地下水富水性弱至中等，含煤地层含水层基本上是煤层的直接充水含水层，侵蚀基准面以上的煤层顶板砂岩含水层，水量小，富水性弱，平硐开采易于排水。侵蚀基准面以下煤层顶板含水层均为承压水，富水性弱至中等，易于疏干，对开采造成危害小。3.4老空水3.4.1采空区通过物探手段加之钻孔验证，确定井田内共4处采空区。CKTX-1 位于东西长约 700m，南北宽约 200250m，面积约0.153km2，采空垂深40150m；CKTX-2东西长约710m，南北宽约75125m，面积约0.078km2，采空垂深 4090m；CKTX-3 东西长约 825m，南北宽约100200m，面积约 0.128km2，采空垂深 40150m；CKTX-4 东西长约 750m，南北宽约 80285m，面积约0.162km2，采空垂深40230m，见图2。图2采空区综合成果图经估算井田內采空区积水量为 832631m3，采空区积水量较大。因此后期防止矿井涌水量增加，同时伴有矿井突水或突固的可能性，建议制定有预防预控措施（预留煤柱，采空区钻探放水等），对于老窑出水情况应进行实时观测、记录，发现异常及时解决，坚持“有疑必探，先探后掘”的原则，严防老窑积水涌入矿井的可能。3.4.2火烧区火烧区呈椭圆形的带状分布（图1），顶板埋深在1.586.69m，延深在4564.8m，向南倾，倾角3540，地表投影面积约0.035km2。验证钻孔8-6煤层顶底板多为粉砂岩、细砂岩，烘烤岩底板33.05m，燃烧的煤层为西山窑组5-2煤层，5-1煤层顶底板岩石比较干燥，煤层未见燃烧、热异常等情况，钻孔水位埋深29.50m，水位标高755.85m，结合物探成果，井田内煤层火烧区范围较小，说明火烧区岩层含水性微弱，透水性差。4充水通道井田充水通道主要是煤层开采形成的冒落、冒裂裂隙，其次为原生结构面裂隙，局部为断层裂隙。4.1垮落带导水裂隙通过经验公式经计算，当前主要开采的煤层垮落带、导水裂隙带高度计算结果见表2：5-1煤层垮落带高度1.3627.6m，导水裂隙带最大高度9.89102.28m；4-2煤层垮落带高度1.2027.72m，导水裂隙带最大高度9.33102.71m；KB煤层垮落带高度1.2419.24m，导水裂隙带最大高度9.4772.85m；通过测算的导水裂隙带最大高度经与煤层间距进行比较，可以看出，井田内局部地段下部煤层导水裂隙带与上层煤层采空区相互沟通，因此在下部煤层的施工和设计过程中，应考虑上部采空老窑积水对矿井生产的危害。812023年第8期西部探矿工程4.2断层导水性井田内断层较多，以压性逆断层为主。除井田北部的F1逆断层断距大于370m外，其他断层断距一般266m。井田东部已揭穿f57斜交逆断层，最大垂直断距66m，断层带含水层厚度18.99m，在157.44217.51m试段中，水位高出地表1.15m，抽水降深35.46m，统径统降单位涌水量0.008716L/(sm)，渗透系数0.0588m/d，水化学类型SO4Cl-Na，矿化度4044mg/L。井田北部揭穿的F1断层，在3.3146.75m试段中，抽水降深32.43m，统径统降单位涌水量0.01113L/(sm)，渗透系数0.02733m/d，水化学类型ClSO4-Na，矿化度12793mg/L。表明断裂带内承压水头较高，富水性及导水性弱。但在煤层开采临近断裂时，还应该注意观测矿坑涌水量的变化，防患于未然。4.3不良封闭钻孔井田内累计施工140余个探煤钻孔，一般钻孔均按要求全孔封闭，尽管现有资料中未发现封闭不良钻孔，由于施工年代跨度大，封闭质量难以保证。因此封闭不良钻孔也可能是导水通道。5结论（1）井田范围内充水水源有地表水、地下水、老空区积水等3类。地表水和第四系潜水含水层等上部含水层水，以及克尔碱沟为矿井的间接充水水源。雨季期间应对煤矿防治水工作进行全面检查，加强雨季巡查工作，储备足够的防洪抢险物资，对检查出的事故隐患，应当制定措施，防止地表洪水涌入井下造成突水事故。（2）井田内西山窑组H2的裂隙承压水及八道湾组H3这些裂隙承压水虽具有一定的水头压力，但在天然状态下其富水弱中等弱，易于疏干，为矿井充水的主要水源对煤层开采不会造成大的威胁。（3）井田内充水通道有顶板垮落带、导水裂隙带、底板岩层破坏裂隙、断层裂隙带和封闭不良钻孔等形式，其中以顶板垮落带、导水裂隙带为主要充水通道，断层导水也有一定的危害。（4）第四系潜水含水层、地表水对矿井生产影响较小；上部H1、H2砂岩裂隙含水层均为富水性弱中等的含水层，厚度较薄，不会形成大的突水；老空水含水量较大，在导水构造的影响下，如若与地表水流沟通，或者在开采沟通的情况下，矿井将面临突水的威胁。在后期开采过程中，侧向补给水、老空水将会影响矿井的正常生产，故需采取有针对性的防治水措施。参考文献：1聂子淇,周侃,潘启勇.煤矿常见隐蔽致灾因素及其探查技术分析J.矿产勘查,2020,11(11):2573-2579.2翟丽娟.煤矿水害勘查与治理技术新进展及发展趋势J.中国煤炭地质,2018,30(7):44-47,67.3徐德金,邵德盛.地方小煤矿水害隐蔽致灾因素识别方法J.辽宁工程技术大学学报:自然科学版,2014,33(12):1599-1602.4王崇林.汾西煤矿水害致灾因素现状与防治建议J.江西煤炭科技,2014(3):28-31.5徐秀华.福建煤矿水害隐蔽致灾因素普查工作的思考J.能源与环境,2014(6):96-97.6买买提江 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