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新汶矿区水害防治技术研究

　　摘 要：在对新汶矿区地质概况和水害类型分析的基础上，总结了新汶矿区水害特点，并据此提出了防治水的基本思路和防治技术。
　　关键词：新汶矿区；防治水；地质特征 
　　1 矿区水文地质特征
　　1．1 矿区水文地质条件
　　新汶、莱芜煤田分别位于蒙山、莲花山、泰山三大分水岭之间，为两个孤立的断陷盆地，各自呈一独立的水文地质单元。新汶煤田位于蒙山和莲花山两大分水岭之间，为山间向斜半缓阶丘陵地形，呈东西带状分布，地形标高+158～+230m，东高西低，向斜中部地势较平坦，两翼起伏较大。莱芜矿区南北东三面环山，西面开阔，属泰山和莲花山环绕的山间盆地。两煤田南部均有地势较高而岩溶裂隙发育的奥陶系、寒武系石灰岩；北面为地势较高的第四系及太古界花岗片麻岩。
　　主要地表水系为大汶河和小汶河，而西流经两矿区浅部，汇人大汶河。在两河流所流经的裸露灰岩区，河水渗漏补给地下水，综合入渗系数为0．23。区内年总降雨量历年平均为713．5mm，降雨多集中在7、8、9三个月。
　　1．2 矿区主要含水层及富水特征
　　区内主要充水含水层有第四系砂砾层、古近系砾岩、石炭系薄层灰岩和奥陶系灰岩等。
　　(1)第四系砂砾层：厚0-15m，分布于汶河两岸，覆盖于煤系地层之上，直接受大气降水和河水补给，含水充沛，可直接补给浅部煤系露头。q：1．20L／s·m以上。
　　(2)古近系砾岩：广泛分布于煤田内部，浅部岩溶发育，含水性强，深部岩溶发育差，含水微弱，q：0．09～1．29L／s·m。底部常有一层红色泥质粉砂岩，对煤系的水力联系有一定的阻隔。
　　(3)石炭系薄层灰岩：主要有四层(一灰、四灰、徐灰、草灰)，并在煤田南部有出露。浅部岩溶裂隙发育，直接受大气降水、地表水系或第四系含水层的补给，含水性强，是各矿井直接充水因素。向深部岩溶裂隙迅速减弱，垂深400m以下属微弱的裂隙含水层。其中，一灰厚2～7m，q：～0．51L/s·m；四灰厚4～7m，q：～／s·m；徐灰厚5～17m，草灰厚5～20m，q：～／s·m。(4)奥陶系灰岩：出露于煤田南部，厚度大，岩溶发育，接受大气降水补给，含水性强，q：～／s·m，深部也有一定程度的古岩溶发育。
　　2 矿区主要水害类型及分布
　　矿区存在的主要水害类型是地表水害、老窑、老空水害、小煤矿水害和顶底板含水层水害。
　　2．1 地表水害
　　新汶矿区地表水系发育，有大、小汶河及其支流十余条。
　　2．2 老窑水害
　　新汶矿区浅部古井及地方小煤窑多数开采不正规，采掘资料不清，开采范围不明，而这些古空、老窑往往又与地表水有一定的水力联系，接受地表水的补给，成为地下水体，长期积水达到一定程度，突破隔离煤岩柱溃人矿井，造成灾害性事故。
　　2．3 小煤矿水害

　　新汶矿区浅部小煤矿密集，共分布生产小煤矿66处，有31处因资源枯竭相继关闭，目前生产小煤矿35处，其中新汶煤田29处，莱芜煤田6处。这些矿井一般与大矿或相互之间留有隔离煤柱，正常情况下不会引起水害。但由于部分小煤矿在历史上已形成相互联通的局面，与大矿无法永久隔离，或超层越界开采，破坏了矿井隔离煤柱，甚至盗采大矿资源。另外，部分小煤矿资源枯竭，擅自提高开采上限，违法开采露头保护煤柱，形成地表水下泄矿井的通道。这些小煤矿一旦发生突水事故，将直接威胁大矿的安全。违章开采的小煤矿，闭坑后的积水也会对大矿构成威胁。
　　2．4 老空水害
　　各生产矿井开采年限均较长，结束水平、采区多，采空区分布范围广，且不同程度的积水，当采掘工程接近或采动影响波及积水区时，对生产形成一定的水患威胁。
　　2．5 煤层顶板充水含水层水害
　　新汶矿区可采煤层层数多，有些可采煤层顶板有多层充水含水层，如山西组的2、4煤层。由于多煤层的重复采动和断层裂隙塌陷滑移程度不同，采动导水裂隙带发育高度和部位也常发生变化，使煤层顶板充水含水层中气些富水带中故水突然泄人采掘工作面，造成大的水害事故。矿区内的山西组砂岩含水层，太原组薄层灰岩含水层，局部富水区也可造成大的危害。
　　2．6 煤层底板承压充水含水层水害
　　本溪组徐家庄灰岩、草埠沟灰岩和煤系基底奥陶系灰岩，均为富水性较强的不均质岩溶裂隙含水层。当采掘工程接近、揭露与各含水层、含水体连通的断层、裂隙、陷落柱、岩浆岩、封闭不良钻孔等导水通道，或采动影响波及含水层、含水体时，含水层的水进入矿井。后组煤深部开采，在徐、奥灰原始导升较高或构造发育地带，隔水层厚度较薄地段，隐伏含水构造发育地段，含水层水在矿压、水压的综合作用下，通过导水裂隙进入采掘工作面，威胁工作面及矿井排水系统安全。
　　目前受徐、奥灰影响较为严重的是潘西矿；良庄、孙村等矿开采11煤也已显现出奥灰水威胁。
　　3 矿区水害防治技术研究
　　3．1 地表水害防治途径
　　对地表含水层露头区、小煤井古空范围地表塌陷积水区、煤层露头盗采坑、挖砂坑进行全面调查，采用高分辨率遥感图象、结合物探查明其分布范围、积水情况，进行治理。
　　治理途径：①结合矸石山的治理对积水坑采用矸石进行回填；②对渗漏水通道进行注浆封堵，从源头上根治地表水害；③对小汶河建立水文观测站，分析探测河道漏水情况，根据渗漏水情况和地段，采取铺河底、河流改道等措施。
　　3．2 古空与报废小煤矿水害防治途径
　　古空与报废的小煤矿，因开采范围不清，积水情况不明，治理难度较大，积水溃人矿井深部威胁矿井安全生产。对其治理，首先是探明其开采范围和积水情况，然后采取针对性措施。利用高密度电法、探地雷达、EH4等先进仪器对矿区范围内浅部各类小煤矿、古空区开采范围、积水情况进行探测查明其分布范围和积水情况。
　　治理途径：①粉煤灰、骨料、粘土等充填积水区；②注浆封堵可能的溃水通道；③疏通排水通道，井下排水；④存在隔水煤柱的地段，分析煤柱的隔水性能及强度，评价其阻水能力，采取注浆加固等措施，增强其抵御水压的能力；⑤建立古空、报废小煤矿水文观测系统，施工部分观测孔，对古空和报废小煤矿积水情况进行观测，使用自动水观测仪，实现水位的自动观测和预警。
　　3．3 小煤矿边界煤柱水害防治途径
　　小煤矿违规开采，超层越界开采是造成矿井水害隐患的主要原因。为防止小煤矿突水危及大矿及小煤矿闭坑后积水威胁大矿生产，须对小煤矿进行管理，对水害隐患进行调查，采取有力措施，确保矿井安全生产。
　　治理途径：①加强对小煤矿的调查管理，严格执行《相邻煤矿调查办法》，对小煤矿的积水情况、开采上、下限、各类保护煤柱的完好情况进行调查，严防小煤矿超层越界、破坏隔离保护煤柱、擅自提高开采上限现象的发生；②加强水闸墙等防水设施和各类防水煤柱的巡查管理，搞好边界隔离工程的监测监控；③研究解决不完整开采边界煤柱加固技术，实现不同矿井之间的有效隔离；④构筑防水设施，实现矿井永久性隔离。
　　3．4 矿井老空水防治途径
　　各矿应定期对老空区积水情况进行全面排查，对有可能影响生产的老空积水在生产前进行探放是治理老空水的根本途径。探测手段可采用井下施工探放水钻孔，有条件的地段采用电法探查老空积水区，再有针对性地施工井下放水钻孔。
　　3．5 煤层顶底板水害防治途径
　　新汶矿区侏罗系和第三系覆盖于煤系之上，对煤层顶底板水害的防治，采取以下防治措施：
　　(1)建立和完善矿井水文观测系统，对水害严重的区域重点布置，其他地段适当布置。水文观测孔的布置要井上下结合，有条件的矿井尽量布置在井下，既节省费用，也便于保护；
　　(2)在全矿区工作面投产前采用物探、钻探及放水试验等手段探查分析工作面顶、底板底板含水层水文地质条件，进行开采安全性评价；
　　(3)开展含水层富水规律及突水机理进行研究，研究工作面开采临界安全水压、矿压、隔水层厚度和工作面布置方式推进速度之间的关系，力求从理论和方法上解决目前后组煤开采过程中防治水工作问题；
　　(4)建立工作面水情自动探测系统。采用网络电法矿井水害监测预警系统，对工作面水情进行实时监测，发现水情及时预报，灾情发生时指示发生位置、水源及水量大小，为灾害治理决策提供依据。