禹州矿区矿井水害防治浅析

2014-12-11郭海英

中国科技纵横 2014年20期

关键词：禹州富水含水

郭海英

(河南省煤炭地质勘察研究总院,河南郑州 450000)

禹州矿区矿井水害防治浅析

郭海英

(河南省煤炭地质勘察研究总院,河南郑州 450000)

以禹州矿区为研究对象,分析了矿区内主要含水层的岩组特征和储水空间,以及矿区地下水的补给、径流和排泄条件,对矿区内二1煤层及以上各煤段充水水源及影响因素进行了分析,提出了矿区内矿井水患防治建议。

矿井突水水害防治禹州矿区

矿井水害一直以来是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一[1]，在矿井建设和生产过程中，地面和地下水会通过各种途径涌入矿井，当涌水量超过矿井正常排水能力时，就会造成矿井水灾，不但严重影响矿井的正常生产，而且往往造成重大的人员和财产损失。禹州矿区是河南省煤炭资源勘查和开发的重点矿区之一[2]，随着煤炭资源开采的规模和深度的不断加大，矿井突水事故时有发生，严重威胁着矿井的正常安全生产，因而做好矿井防治水工作，对保证矿区内煤层安全开采具有重大意义。

1 矿区概况

禹州矿区位于豫西含煤区的东南部，北起风后岭背斜轴，南至襄郏断层，西起岸上～黄道断层及王屯断层，东至许昌市东京广铁路线一带，属低山丘陵向淮河冲洪积平原的过渡地带。矿区属淮河水系，区内最大河流为颖河，自西北流向东南入淮河[3]。由北西～南东向构造和北东～南西向构造组成区域构造格架(见图1)。域内含煤面积约1200km2，煤系地层为石炭-二叠系，其中二1煤层为山西组最下部煤层，该煤层在矿区内赋存稳定，厚度一般3～6m，为矿区内主要可采煤层。

2 矿区水文地质特征

2.1 矿区含水岩组特征

图1 禹州矿区构造纲要简图

华北矿区的矿床是多层含水层立体充水地质结构[4]。依含水层岩性、结构和富水特征，将禹州矿区含水岩组划分为如下三大类含水岩组。

2.1.1 孔隙、裂隙潜水—承压水含水岩组

(1)第四系孔隙潜水—承压水含水组。该含水层主要由第四系松散沉积物中所夹之砂层、砂卵石层及砾石层组成，次为砂质粘土夹砾石或姜结石层，累厚21.85～106.50m，含水层富水性极不均一。该含水层又可细分为上、下两段含水层，上部孔隙潜水—半承压水含水段直接接受大气降水补给，富水性极强，属孔隙潜水;下部承压水含水段富水性中等偏弱，以静储量为主。

(2)新近系半固结孔隙裂隙承压含水组。该含水段在矿区内被第四系所覆盖，累厚0～510m，含水层主要为半固结砂岩、砂砾岩、砾岩等，属中等富水的承压含水层。

2.1.2 裂隙潜水—承压水含水岩组

该含水岩组主要指二叠系煤系地层中砂岩构造裂隙含水层，主要由细、中粒砂岩组成，富水性弱，构成煤层顶板充水的直接含水层，其充水方式以顶板渗、滴为主，偶有淋水和小股涌水(多发生在构造破碎带)现象。

2.1.3 岩溶裂隙承压水含水岩组

(1)裂隙—岩溶含水组。本含水组主要指上石炭统太原组各薄层，单层厚度一般为1～3m，储水空间以构造裂隙为主，溶蚀裂隙次之。含水组呈窄条带状出露于二1煤层外围，地表溶蚀现象不发育，大气降水补给有限，富水性较弱。按其各含水层的空间展布及层间砂泥岩地层的组合关系，可将含水组分成上、下两个含水段。

①太原组上段岩溶裂隙含水组：含水层由L7～L11灰岩组成，累厚6～25m，构造裂隙较发育含水层富水性不均一，属弱富水含水层，其为二1煤底板充水直接含水层。

②太原组下段岩溶裂隙含水组：含水层由L1～L4灰岩组成，累厚7.23～24.19m，含水层构造裂隙较发育，含水层富水程度不均一，属于中等偏弱的含水层，为二1煤底板充水的间接含水层。

(2)溶隙、裂隙含水组。本含水组包括中奥陶统马家沟组白云质灰岩、上寒武统凤山组、长山组、崮山组白云质灰岩和中寒武统张夏组、徐庄组中上部石灰岩、鲕状灰岩等岩溶含水层。

表1 禹州矿区主要含水层水文地质参数

①中奥陶统马家沟组和上寒武统风山组、长山组属于中等富水亦或中等偏弱富水的含水层。

②上寒武统崮山组与中寒武统张夏组和徐庄组含水层：该含水层大面积出露于矿区西部和北部低山、丘陵区，地表大型溶沟、溶槽、溶蚀裂隙普遍发育，含水层直接接受大气降水补给，富水性属中等—强富水，为二1煤层矿井充水的间接含水层。

2.2 矿区地下水的补给、径流、排泄条件

矿区岩溶地下水的补给主要是大气降水。根据水位观测，禹州矿区岩溶地下水位西高东低，矿区地下水总体流向自西向东流动。受构造和地形地貌影响，矿区地下水径流短，方向变化大。矿区西部地下水自北向南运动，受张堂断层阻隔，地下水流向转为向东流动。受矿井长期排水影响，在白庙矿、平禹一矿形成了降水漏斗，局部改变了地下水的流向和补、径、排条件。矿区岩溶地下水的排泄以泉的形式为主，泉的性质为切割阻溢型，其主要排泄点有吴张沟泉群、柏树咀泉群和黄道泉群等。

3 矿区煤层充水水源分析

根据对矿区水文地质条件的分析，对矿区内煤层开采有影响的主要含水层为煤层顶板砂岩含水层、石炭系薄层灰岩含水层和奥陶-寒武系灰岩含水层，主要参数如表1。

(1)三煤段及以上各煤层充水条件分析：三煤段及以上各煤层的坑道充水水源主要为顶板二叠系砂岩裂隙水，以渗、滴为主，底板含水层一般不充水或充水甚微，对该煤段各煤层造成水患威胁最大则的是浅部废弃老窑积水。

(2)二1煤层开采充水条件分析：正常情况下以二1煤层底板下伏石炭系太原组灰岩岩溶裂隙水为主，正常情况下不会对矿井构成威胁;其次为顶板二叠系砂岩裂隙水，充水特征以渗、滴为主，遇到构造破碎带时，多会有淋水或小股水突入巷道，但对矿井的充水强度要比底板岩溶水弱得多。对二1煤层开采造成严重水患威胁的是奥陶-寒武系灰岩岩溶水，据矿区内十多个突水矿井调查，遇断层或构造裂隙带沟通奥陶-寒武系岩溶水溃入坑道是造成淹井事故的主要原因。