水文地质情况评价 及 水害隐患治理 的探讨 -- 哈拉沟 22522 工作面

彭涛

陕西省榆林市神东哈拉沟煤矿    陕西   榆林     719315

摘要:煤矿水害是矿山建设与生产过程中最常见的主要威胁矿井安全生产的灾害之一。在煤矿建设和生产过程中，由于矿井水文地质条件的复杂性和人们对矿井充水要素认知的局限性，常常会因为矿井水害防治措施的不到位或其它超越人们认识能力的隐蔽型水害条件的存在，造成多种类型的矿井水害。近年来，晋陕蒙地区大量的煤矿在生产过程中遇到了顶板溃水溃沙导致的矿井水害事故，直接威胁矿井安全生产和人民的生命财产安全，造成严重的人员伤亡和经济损失。

关键词:水文地质;情况评价;水害隐患;治理;探讨

1. 项目背景

哈拉沟煤矿22522工作面上覆为三元沟北沟、南沟和上覆12204、12202、12201采空区及空巷，22522工作面回采将面临松散沙层水和上覆采空区积水威胁。矿方在工作面顺槽分别针对上覆松散含水层和上覆采空区共施工了48个钻孔，累计泄水量3.1万m³，需对其水害隐患治理情况进行分析评价。在哈拉沟煤矿以往防治水工作经验的基础上，根据相关规程、规范，并结合前期工作面防治水工程措施总结，对22522工作面的充水因素、水害隐患、探放水效果、工作面涌水量预测与排水系统及工作面安全回采条件进行了评价。

2.22522工作面水文地质条件分析与评价

2.1工作面基本概况及水文地质条件

1）位置

22522工作面井下位于22煤五盘区，北西为井田边界（邻韩家湾煤矿），北东为22523工作面，南西为22521工作面采空区，南东为22煤辅运大巷。（图1-1）。

图1-1 22522工作面位置关系示意图

2）地貌特征

工作面上覆地表标高1244～1344，对应地表位置为窑子渠、韩家梁村、丁家渠村，地表起伏较大，总体呈北低，南高趋势，最低点在三元沟北沟沟底，地表大部分被风积沙所覆盖，三元沟沟谷两侧有基岩出露。。

3）地表水系

22522工作面距切眼0-592m对应地表为三元沟北沟及支沟，过沟段上覆基岩厚度30-60m；距切眼1713-2455m对应地表为南沟及支沟，过沟段上覆基岩厚度65-80m，水层厚度约5m，该区域松散层极易接受地表水和大气降雨补给，工作面回采过沟期间涌水量可能会增大。。

4）煤层特征

22522面煤厚3.3～5.8m，平均煤厚5.32m，煤层结构简单，无夹矸，煤层倾角1～3°，倾向西南，煤层底板整体运顺高于回顺，煤层可采性指数为1，煤厚变异系数为7.7%，属稳定型煤层。煤层埋深55～136m。

5）构造特征

（1）冲刷

22522工作面距切眼0-1393m区域受冲刷影响，煤厚3.3-5.5m，冲刷体岩性以中、细粒砂岩为主，最大侵入厚度2.2m，影响推进距离1393m；距切眼2020-2301m区域受冲刷影响，煤厚3.8-5.5m，冲刷体岩性以中、细粒砂岩为主，最大侵入厚度1.7m，影响推进距离281m。

（2）断层

22522工作面切眼286-327m区域受F272断层影响，F272 120°∠42° H=1.7m，影响推进距离41m；距切眼3680-3827m区域受F54断层影响，落差2.4-4.7m，影响距离147m。

6）工作面水文地质特征

22522工作面松散层厚度0～80m；基岩厚度30～85m，22522工作面距切眼0-592m对应地表为三元沟北沟及支沟，过沟段上覆基岩厚度30-60m；距切眼1713-2455m对应地表为南沟及支沟，过沟段上覆基岩厚度65-80m；22522工作面共有水井504个。

根据水文孔抽水试验显示基岩裂隙含水层单位涌水量小，且邻近工作面回采期间涌水量不大，表明基岩裂隙含水层富水性弱。

2.2工作面充水因素分析及评价

22522工作面上覆基岩岩性主要有粉砂岩属于中硬岩类。工作面煤层稳定，煤层厚度3.3～5.8m。

导水裂隙带高度可采用公式（1-1）及公式（1-2）进行计算。

_{Hli=[100∑M/(1.6∑M+3.6)]±5.6 （1-1）}

_{Hli=20（∑M）2/1+10 （1-2）}

式中：H_li—导水裂隙带高度（m）；M—煤层采厚（m），按5.2m计。

22522工作面导水裂隙带高度按公式（1-1）、（2-2）计算分别为38.02-49.22m、62m。

考虑到以往工作面回采过程中裂隙发育到地表，导水裂隙会发育到地表，沟通上覆基岩裂隙含水层和松散沙层含水层。

2.2.1 充水水源

1）大气降水及地表水

本区多年平均降水量只有435.7mm，但降水多集中在7～9月，约占全年总降水量的60～70%，降雨渗入到松散沙层内，直接补给第四系含水层。距切眼3576～3608m有一鱼塘，积水量900m³。

22522煤层埋深约埋深为55～136m，而导水裂隙带高度约62m，因此，工作面范围导水裂隙将发育至松散层，回采期间为冬季，大气降水及地表水不影响工作面回采。

2）松散沙层含水层水

主要由全新统河谷冲洪积层孔隙潜水含水层、上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层组成。22522工作面上覆松散沙层厚度0～80m，工作面开采导水裂隙带会发育至第四系松散沙层，使得松散沙层含水层水成为直接充水水源。

3）基岩裂隙含水层水

22522工作面上覆基岩厚度40～85m，工作面开采导水裂隙带将发育至基岩裂隙含水层，使得基岩裂隙含水层水成为直接充水水源。

4）采空区水

22522工作面距切眼580.4-1530.2m区域上覆为12204、12202、12201采空区、空巷及顺槽煤柱，层间距23-27m，影响推进距离949.8m，工作面回来时会成为工作面开采的直接充水水源。

综上所述，22522工作面开采直接充水水源为松散沙层含水层水、基岩裂隙含水层水、12煤采空区。

2.2.2 充水通道

区内充水通道主要是煤层开采形成的导水裂隙，其次为断层裂隙、封闭不良钻孔。煤层开采后，冒落带和导水裂隙带波及基岩裂隙含水层或第四系松散沙层含水层，从而引起含水层水沿其涌入井下。

1）导水裂隙

根据导水裂隙带计算公式可知，工作面开采导水裂隙带将发育至基岩裂隙含水层和松散层含水层，使得含水层水涌入井下。

2）断层

22522工作面切眼286-327m区域受F272断层影响，F272 120°∠42° H=1.7m，影响推进距离41m；距切眼3680-3827m区域受F54断层影响，落差2.4-4.7m，影响距离147m。断层可能为充水通道，但根据22522运顺和22523回顺已揭露的断层，断层处不导水。

3）水井

22522工作面上覆地表共有水井504个，井径22cm，水井深度大约20～150m。水井分布区域22煤层埋深约55～136m，水井大多已穿透松散层进入基岩，有部分水井贯通22煤层，工作面回采时导水裂隙与水井贯通，会出现涌水突增情况，成为突水通道。

3.22522工作面水害隐患与治理工程

通过1.2.1节可知目前22522工作面开采直接充水水源为松散沙层含水层水、基岩裂隙含水层水、12煤采空区积水。

3.1 工作面回采面临的水害隐患

为了确保22522工作面安全回采，需对工作面面临的水害进行分析评价，主要有松散沙层水、基岩裂隙水、12煤采空区积水。

3.1.1 松散沙层含水层水

第四系潜水主要由全新统河谷冲洪积层孔隙潜水含水层、上更新统萨拉乌苏组孔隙潜水含水层组成，松散沙层厚度0～80m。工作面上覆基岩厚度40～85m，工作面开采导水裂隙带将发育至第四系松散沙层。由于松散沙层含水层局部地段富水性弱～中等，需对松散沙层含水层水进行疏放。

3.1.2 基岩裂隙含水层水

22煤层上覆存在延安组与直罗组基岩裂隙含水层水。

直罗组分布广泛，仅局部缺失，Q43号水文孔含水层厚16.42m，含水层厚度48.15m，抽水降深33.44m，钻孔涌水量0.22l/s，单位涌水量0.007L/(s·m)，渗透系数0.037m/d。富水性弱至极弱。延安组厚度厚度变化大，常呈透镜体状产出，间夹以浅灰色粉砂岩、泥岩、炭质泥岩隔水层，从而组成了复合型互层状含水岩组段，钻孔涌水量1.555～30.15m³/d，单位涌水量0.001～0.02L/(s·m)，渗透系数0.001～0.016m/d。属富水性弱至极弱含水岩组。

顶板含水层富水性相对较弱。因此，基岩裂隙含水层水对22522工作面开采影响较小。

3.1.3 采空区积水

22522工作面距切眼580.4-1530.2m区域上覆为12204、12202、12201采空区、空巷及顺槽煤柱，层间距23-27m，影响推进距离949.8m，工作面回来时会成为工作面开采的直接充水水源。

3.1.4 钻孔水

22522工作面上覆地表共有水井504个，井径22cm，水井深度大约20～150m。水井分布区域22煤层埋深约55～136m，水井大多已穿透松散层进入基岩，有部分水井贯通22煤层，工作面回采时导水裂隙与水井贯通，会出现涌水突增情况，成为突水通道。

3.2 22522工作面采前水害隐患治理情况分析与评价

1）工作面探放水效果评价

22522工作面对上覆松散层水、12煤采空区积水、物探异常区进行探测及疏放，共施工钻孔48个，22522探放水工程中TC1、TC5、TC7、TD1、TD3钻孔初始涌水量为60m³/h、65m³/h、50m³/h、80m³/h、65m³/h，其他钻孔涌水量都较小，给涌水量较大的钻孔安装了压力表，TC1、TC5、TC7、TD1、TD3钻孔压力表初始值为0.28MP、0.28MP、0.29MP、0.27MP、0.3MP，截止2022年2月7日，压力表值基本都等于12煤与22煤层间距，其他钻孔涌水量都减少至淋水，通过对松散层探测发现松散层水量较小，12煤老空水主要分布在空巷和采空区低洼点，通过施工钻孔，积水基本疏放完毕。对物探异常区进行了探测，异常区整体疏放水效果达到预期，满足安全生产需要。

2）物探异常区钻探验证分析

通过采用音频点穿透共探测出6个异常区，从物探成果图中推断22522工作面顶板0～60m音频电穿透成果图4个异常位置较为分散，1、4、5号异常范围较大，其中5号异常幅值相对中等，1、4号异常幅值相对较强；可能与顶板上方12201、12202、12204工作面采空区含水性有关；

22522工作面顶板60～100m音频电穿透成果图6个异常位置1、2、3号异常较为集中，4、5、6号异常较为分散，其中1、2、4、6号异常幅值中等，2、3、4号异常范围较大且2、3号异常幅值相对较强；可能与顶板上覆松散层富水性有关。

综合分析，顶板0～60m音频电穿透成果图4个异常位置与顶板60～100m音频电穿透成果图6个异常位置中4个异常区重复，所以物探异常区共6个。

6处异常区共施工21个钻孔，1号异常区施工1个钻孔，初始涌水量为0.5m³/h，累计泄水量225.6m³；2号异常区施工1个钻孔，初始涌水量1m³/h，累计泄水量206m³；3号异常区施工11个钻孔，初始涌水量为350.5m³/h，累计泄水量8604m³；4号异常区施工3个钻孔，初始涌水量1m3/h，累计泄水量494m³；5号异常区施工3个钻孔，初始涌水量为淋水；6号异常区施工2个钻孔，初始涌水量1m3/h，累计泄水量19.2m³。

根据钻探验证，6个物探异常区中只有3号异常区涌水量较大，主要原因是12煤上覆采空区及空巷积水,12煤采空区因22518-22521工作面回踩塌陷后积水基本疏放完毕，其他异常区都在松散层，其他钻孔涌水量基本为淋水，主要原因是松散层岩性主要是黄土层，砂层较薄，富水性极弱。

4.结束语:

从前述分析可知，22522工作面面临的主要水害隐患为松散沙层水、基岩裂隙水、老空水、钻孔水，工作面回采前需对松散沙层水和老空水进行探放，确保工作面安全回采。

采取物探及钻探方法治理松散沙层水、基岩裂隙水、老空水，采取地面封堵治理钻孔水，地表鱼塘在地面疏放。

参考文献：

[1]曲学卜，张连强.对矿山水文地质调查与矿山地质灾害调查的认识[J].中国资源综合利用，2017，35（05）：93-95.

[2]类磊.煤矿建设中的水文地质灾害防范探究[J].华北国土资源，2017（02）：91+128.

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