鹽井煤礦水文地質特征與水災防治措施研究

摘要:

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

1. 引言

煤炭在我國社會生產和生活中是非常重要的化石能源，而且是今后相當長一段時期內的不可替代能源，對國家經濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用。當前情況下，市場競爭愈加激烈，煤炭產量也在不斷增加，然而我國煤礦的水文地質特征總體上十分復雜，受到水災威脅的煤炭儲量大約占已經探明儲量的27%。礦井水災事故頻頻發(fā)生，時刻威脅著井下工作人員的生命安全，同時也會給家庭和社會的穩(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穩(wěn)定的重大問題之—，因此分析礦區(qū)水文地質特征，為礦井的安全生產打下堅實的基礎，對國家經濟的高速發(fā)展和社會的長期穩(wěn)定也具有十分重要的作用。

2. 礦區(qū)地質特征

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)地勢為南高北低 ，屬于平行狹長嶺谷地形，是華鎣山脈的一個分支。礦區(qū)水文地質條件極其復雜，為進一步指導礦區(qū)進行安全開采，本文對該礦區(qū)的水文地質特征進行詳細的探索研究。

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)

本組可分為長興組(P2c)和龍?zhí)督M(P2l)，其中長興組厚度為102.35~159.65 m，主要為灰?guī)r且夾雜鈣質泥巖；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質硅質巖；本組從上部到頂部的裂隙相對比較發(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比較穩(wěn)定。

3. 礦井水文地質特征

3.1. 井田的水文地質類型

該井田水文地質類型復雜，井田內水系流暢，大氣降水是地下水的補給來源。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較弱一些；長興組(P2c)石灰?guī)r含水層，其裂隙和溶蝕孔洞相對比較發(fā)育且含水性比較強。

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，主要由鋁質泥巖、泥巖、沙質泥巖和泥質粉砂巖組成，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構成、裂隙相對不發(fā)育且含水性相對比較弱。

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

4) 三疊系上統(tǒng)飛仙關組(T 1f )：此層地形呈長條形分布，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，此層的地下水，沿地層走向由南向北方向流動，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

查詢礦井水文地質資料可知，礦井內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。

根據收集到的礦井相關文獻資料，本文對本井田充水因素進行以下的分析：

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，井下運輸大巷和車場等設施未來都布置于此，這構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，這構成了采煤工作面的直接充水水源。

3) 長興組(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K14煤層被采空之后，該組巖溶裂隙水將會通過塌陷裂隙同龍?zhí)督M石灰?guī)r巖溶裂隙水進入采區(qū)，從而構成坑道系統(tǒng)的間接充水水源。

4) 地表水：嘉陵江是對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。今后礦井進行大面積采掘活動后，受疏干降落漏斗的影響，對礦井有充水影響的含水層(如長興石灰?guī)r)的地下水流向會發(fā)生相反方向的變化。

5) 斷層的影響：上述所列的斷層其導水性和富水性相對都比較弱。但當進行巷道掘進和煤層開采活動時，會使斷層帶在淋濾作用的影響下，導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防措施。

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

4.2. 充水通道

本井田的充水通道主要為斷裂構造(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、地質構造中等復雜的斷層，對開采布置影響較大。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；F7也為走向逆斷層，該斷層位于背斜西翼和轉折端巖層急劇倒轉部位；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具有危險性、復雜性和難度性的工程，近年來由于頻繁發(fā)生各種安全生產事故，引起了廣大人民群眾對安全生產問題的關注。所以，科學合理的開展預防治水工作，針對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施已顯得迫在眉睫，這就要求生產部門要認真分析并掌握礦區(qū)的水文地質特征方面的信息，從而降低礦井水災發(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，設置井下水倉，初期配備MD450-60 × 7型水泵共5臺(另預留2臺水泵位置作為應急排水用)；排水管初期采用D426 × 12無縫鋼管2趟(另預留1趟D426 × 12排水管位置作為應急排水用)，并沿架空人車斜井敷設排出地面，管路的連結采用法蘭盤，采用除銹、2底2面高分子材料防腐。

2) 本礦井地質條件復雜，雖沒有小窯開采，但斷層比較多，特別是在背斜軸部附近，且大部分斷層與含水層都有水力聯(lián)系。因此，在巷道掘進中，必須堅持“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，設計井筒時井筒斷面采取全封閉、壁后注漿等措施，預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，施工中應注意井下可能存在的溶洞及暗河。

6. 結語

當前中國經濟的高速發(fā)展對煤礦開采技術提出了新的要求，所以，必須要進行改革和創(chuàng)新，使煤礦開采與水文地質特征更加緊密地聯(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調查和文獻的收集分析了鹽井礦區(qū)的水文地質的特征，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，對礦井未來的安全生產具有重要意義，也為我國煤礦的高效開采提供了一個很好的范例。