鹽井煤礦水文地質(zhì)特征與水災(zāi)防治措施研究

摘要:

為了滿足鹽井礦區(qū)高效安全生產(chǎn)的需要，我們對(duì)礦井水文地質(zhì)特征進(jìn)行了研究，并在結(jié)合大量地質(zhì)水文資料綜合研究的基礎(chǔ)上，分析得出該礦區(qū)的水文地質(zhì)特征、主要充水因素及礦井水災(zāi)的主要預(yù)防措施。該研究成果對(duì)礦井水害的防治和煤礦的安全生產(chǎn)具有積極的指導(dǎo)意義，可以為該礦的合理開采提供一定的技術(shù)幫助，從而提高煤礦的開采效率。

1. 引言

煤炭在我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)和生活中是非常重要的化石能源，而且是今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)的不可替代能源，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。當(dāng)前情況下，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，煤炭產(chǎn)量也在不斷增加，然而我國(guó)煤礦的水文地質(zhì)特征總體上十分復(fù)雜，受到水災(zāi)威脅的煤炭?jī)?chǔ)量大約占已經(jīng)探明儲(chǔ)量的27%。礦井水災(zāi)事故頻頻發(fā)生，時(shí)刻威脅著井下工作人員的生命安全，同時(shí)也會(huì)給家庭和社會(huì)的穩(wěn)定造成極大危害 [1] [2] 。毋庸置疑，煤礦水害己成為威脅礦井安全和社會(huì)穩(wěn)定的重大問題之—，因此分析礦區(qū)水文地質(zhì)特征，為礦井的安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和社會(huì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定也具有十分重要的作用。

2. 礦區(qū)地質(zhì)特征

鹽井礦區(qū)位于重慶合川區(qū)嘉陵江的南岸，受合川區(qū)鹽井街道所管轄；礦區(qū)地勢(shì)為南高北低 ，屬于平行狹長(zhǎng)嶺谷地形，是華鎣山脈的一個(gè)分支。礦區(qū)水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，為進(jìn)一步指導(dǎo)礦區(qū)進(jìn)行安全開采，本文對(duì)該礦區(qū)的水文地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)的探索研究。

礦區(qū)地層從新到老主要分為三疊系中統(tǒng)(T2)、三疊系下統(tǒng)(T1)、二疊系上統(tǒng)(P2)、二疊系下統(tǒng)(P1)。井田內(nèi)古生界二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P2l)是主要含煤地層，其又可劃分為龍?zhí)督M一段(P2l1)和龍?zhí)督M三段(P2l3)。

1) 三疊系中統(tǒng)(T2)

本組主要為雷口坡組(T2l)，此巖層厚度為46.49~102.75 m，其上部巖性主要是白云巖，下部巖性主要是灰?guī)r和白云巖。

2) 三疊系下統(tǒng)(T1)

本組可分為嘉陵江組(T1j)和飛仙關(guān)組(T1f)，其中嘉陵江組厚度為477.78~524.70 m，巖性主要為白云巖和灰?guī)r；飛仙關(guān)組(T1f)厚度為458.64~503.49 m，主要為泥巖和灰?guī)r且夾雜少量黃鐵礦晶粒。

3) 二疊系上統(tǒng)(P2)

本組可分為長(zhǎng)興組(P2c)和龍?zhí)督M(P2l)，其中長(zhǎng)興組厚度為102.35~159.65 m，主要為灰?guī)r且夾雜鈣質(zhì)泥巖；而龍?zhí)督M厚度為134.51~148.73 m，按照巖性和含煤性差異可分為五段，主要為泥巖且夾雜砂巖，其中龍?zhí)督M一段(P2l1)為龍?zhí)督M主要含煤段之一，含煤四層(K1~K4)。

4) 二疊系下統(tǒng)(P1)

本組主要為茅口組(P1m)，此組厚度大于110.00 m；主要為灰?guī)r且夾雜有泥巖和有機(jī)質(zhì)硅質(zhì)巖；本組從上部到頂部的裂隙相對(duì)比較發(fā)育，裂隙主要被方解石和粘土充填且含有黃鐵礦，所以本組的巖性相對(duì)比較穩(wěn)定。

3. 礦井水文地質(zhì)特征

3.1. 井田的水文地質(zhì)類型

該井田水文地質(zhì)類型復(fù)雜，井田內(nèi)水系流暢，大氣降水是地下水的補(bǔ)給來源。其中茅口組(P1m)石灰?guī)r含水層埋深較深且裂隙和溶蝕孔洞相對(duì)發(fā)育，主要以古巖溶為主；龍?zhí)督M第二段及第四段(P2l2+4)石灰?guī)r含水層埋深同樣比較深且含水性相對(duì)較弱一些；長(zhǎng)興組(P2c)石灰?guī)r含水層，其裂隙和溶蝕孔洞相對(duì)比較發(fā)育且含水性比較強(qiáng)。

3.2. 含水層

井田出露的最老和最新地層分別為二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P2c)和三疊系上統(tǒng)須家河組(T3xj)，含水層和隔水層主要位于這兩組巖層中，現(xiàn)將其特征簡(jiǎn)述如下：

1) 二疊系下統(tǒng)茅口組(P 1m )：此層主要為石灰?guī)r，厚度尚不明確，位于地下300到500米，其地下水位由井田中部往北逐漸降低，此層含水性相對(duì)較弱，主要為巖溶裂含水層。

2) 二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P 2l )：此層未出露地表，厚141.54 m。按照巖性及和煤差異性可將其劃分為五段：其中第一段(P 2l 1)、第三段(P 2l 3)和第五段(P 2l 5)是含煤段，主要由鋁質(zhì)泥巖、泥巖、沙質(zhì)泥巖和泥質(zhì)粉砂巖組成，可看作隔水層；第二段(P 2l 2)及第四段(P 2l 4)厚度分別為12.36 m及11.54 m，主要是由石灰?guī)r構(gòu)成、裂隙相對(duì)不發(fā)育且含水性相對(duì)比較弱。

3) 二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P 2c )：此層主要由石灰?guī)r組成，夾雜少量燧石結(jié)核、硅質(zhì)團(tuán)塊和泥質(zhì)條帶，厚度大約為114.39 m，該層裂隙和溶蝕現(xiàn)象比較發(fā)育且含水性相對(duì)比較強(qiáng)。

4) 三疊系上統(tǒng)飛仙關(guān)組(T 1f )：此層地形呈長(zhǎng)條形分布，主要以泥巖和灰?guī)r為主且夾雜石灰?guī)r，其含水性相對(duì)比較弱，可以看做隔水層。

5) 嘉陵江組(T1j)：本組厚度大約為498.67 m，以呈槽谷地形為主，按照巖性可劃分為四段，主要以灰?guī)r和白云巖為主且夾雜角礫巖；嘉陵江組含水層，各段都是可溶性的灰?guī)r，巖溶比較發(fā)育，含水性比較強(qiáng)，此層的地下水，沿地層走向由南向北方向流動(dòng)，最終流入嘉陵江。

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4. 礦井充水條件

4.1. 充水水源及充水因素分析

查詢礦井水文地質(zhì)資料可知，礦井內(nèi)的充水主要有茅口組(P1 m)巖溶裂隙含水層、龍?zhí)督M第二段(P 2l 2)、第四段(P 2l 4)石灰?guī)r層間巖溶裂隙含水層、長(zhǎng)興組(P 2c )巖溶裂隙含水層、地表水體和井下涌水等幾種水源。

根據(jù)收集到的礦井相關(guān)文獻(xiàn)資料，本文對(duì)本井田充水因素進(jìn)行以下的分析：

1) 茅口組(P1 m)巖溶裂隙含水層：該層上距K2煤層大約為6.6 m，井下運(yùn)輸大巷和車場(chǎng)等設(shè)施未來都布置于此，這構(gòu)成了礦井的直接充水水源。

2) 龍?zhí)督M第二段(P 2l 2)及第四段(P 2l 4)石灰?guī)r層間巖溶裂隙含水層：該層位于龍?zhí)督M第一段(P 2l 1)和第二段(P 2l 3)的頂?shù)撞壳姨幱贙2、K7等煤層采空塌陷及裂隙帶高度范圍內(nèi)，這構(gòu)成了采煤工作面的直接充水水源。

3) 長(zhǎng)興組(P 2c )巖溶裂隙含水層：該層處在龍?zhí)督M(P 2l )之上，下距最上部K14煤層距離大約為56.14 m。當(dāng)K14煤層被采空之后，該組巖溶裂隙水將會(huì)通過塌陷裂隙同龍?zhí)督M石灰?guī)r巖溶裂隙水進(jìn)入采區(qū)，從而構(gòu)成坑道系統(tǒng)的間接充水水源。

4) 地表水：嘉陵江是對(duì)煤層開采有一定影響的地表水體且它與各含水層均有水力聯(lián)系。今后礦井進(jìn)行大面積采掘活動(dòng)后，受疏干降落漏斗的影響，對(duì)礦井有充水影響的含水層(如長(zhǎng)興石灰?guī)r)的地下水流向會(huì)發(fā)生相反方向的變化。

5) 斷層的影響：上述所列的斷層其導(dǎo)水性和富水性相對(duì)都比較弱。但當(dāng)進(jìn)行巷道掘進(jìn)和煤層開采活動(dòng)時(shí)，會(huì)使斷層帶在淋濾作用的影響下，導(dǎo)致斷層帶裂隙疏通且成為水流信道，所以，在采掘工作中仍然要采取必要的預(yù)防措施。

6) 斜井開拓：由于本礦井采用開拓，當(dāng)斜井穿過各含水層時(shí)，就會(huì)對(duì)其直接充水，所以在施工過程中必須要采取相應(yīng)的防范措施，避免發(fā)生危險(xiǎn)事故。

4.2. 充水通道

本井田的充水通道主要為斷裂構(gòu)造(斷層)，井田斷層發(fā)育且主要為走向斷層和隱伏斷層，屬于落差大、地質(zhì)構(gòu)造中等復(fù)雜的斷層，對(duì)開采布置影響較大。其中F1為走向逆沖斷層，該斷層位于8線斜切背斜軸并且延伸至嘉陵江以北；F2為走向逆斷層，該斷層北起11勘探線以北，向南終止于曾家院子；F3為走向逆斷層，該斷層位于背斜南東翼；F4為走向逆斷層，該斷層位于瀝鼻峽背斜北西翼；F5為走向逆斷層，該斷層位于背斜南東翼8線南側(cè)；F7也為走向逆斷層，該斷層位于背斜西翼和轉(zhuǎn)折端巖層急劇倒轉(zhuǎn)部位；其他F10、F18、F21、F22、F23、F24、F25、F26、F27、F28、F29、F31、F32、F33、F34、F35、F36等斷層均為隱伏斷層。

5. 礦井水害的防治措施

由于煤礦井下開采是一項(xiàng)具有危險(xiǎn)性、復(fù)雜性和難度性的工程，近年來由于頻繁發(fā)生各種安全生產(chǎn)事故，引起了廣大人民群眾對(duì)安全生產(chǎn)問題的關(guān)注。所以，科學(xué)合理的開展預(yù)防治水工作，針對(duì)各種水害類型制定防治水方案，提出防治水措施，并將其分步高效的實(shí)施已顯得迫在眉睫，這就要求生產(chǎn)部門要認(rèn)真分析并掌握礦區(qū)的水文地質(zhì)特征方面的信息，從而降低礦井水災(zāi)發(fā)生的幾率 [3] ，繼而全面提升煤礦防治水的整體水平 [4] [5] [6] ，為礦井工作人員提供更好的安全保障。

1) 按規(guī)程的規(guī)定，設(shè)置井下水倉(cāng)，初期配備MD450-60 × 7型水泵共5臺(tái)(另預(yù)留2臺(tái)水泵位置作為應(yīng)急排水用)；排水管初期采用D426 × 12無縫鋼管2趟(另預(yù)留1趟D426 × 12排水管位置作為應(yīng)急排水用)，并沿架空人車斜井敷設(shè)排出地面，管路的連結(jié)采用法蘭盤，采用除銹、2底2面高分子材料防腐。

2) 本礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，雖沒有小窯開采，但斷層比較多，特別是在背斜軸部附近，且大部分?jǐn)鄬优c含水層都有水力聯(lián)系。因此，在巷道掘進(jìn)中，必須堅(jiān)持“有疑必探、先探后掘”的探放水原則。

3) 井筒周圍嘉陵江灰?guī)r出露，設(shè)計(jì)井筒時(shí)井筒斷面采取全封閉、壁后注漿等措施，預(yù)防地表水向井下滲透。

4) 井下主要巷道均布置在石灰?guī)r地層中，施工中應(yīng)注意井下可能存在的溶洞及暗河。

6. 結(jié)語

當(dāng)前中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)煤礦開采技術(shù)提出了新的要求，所以，必須要進(jìn)行改革和創(chuàng)新，使煤礦開采與水文地質(zhì)特征更加緊密地聯(lián)系在一起，更大地提高煤礦開采的安全性 [7] 。該研究通過大量的水文地質(zhì)調(diào)查和文獻(xiàn)的收集分析了鹽井礦區(qū)的水文地質(zhì)的特征，基于此，本文研究了該礦井的充水因素、充水水源以及充水通道，對(duì)礦井未來的安全生產(chǎn)具有重要意義，也為我國(guó)煤礦的高效開采提供了一個(gè)很好的范例。