李洪恩邢中四

（1.河北能源职业技术学院，河北省唐山市，063004；2.开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司，河北省唐山市，063199）

范各庄矿奥灰水防治对策

李洪恩1邢中四2

（1.河北能源职业技术学院，河北省唐山市，063004；2.开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司，河北省唐山市，063199）

范各庄矿北翼水文地质条件复杂，煤系基底奥灰富水性强，发育有断裂构造、岩溶陷落柱等垂向构造，因此，奥灰水为该区域重点防范对象。为确保安全生产，分析评价了煤矿开采中是否存在突水危险，提出防范水害发生的技术措施。

断裂构造 岩溶陷落柱 奥灰水 突水危险 对策

开滦范各庄矿水文地质条件复杂，煤系地层为富含孔隙承压水的第四系冲积层所覆盖，煤系基底奥陶系马家沟组中赋存岩溶裂隙承压水，煤系地层砂岩裂隙发育，直接或间接接受上、下含水层的补给，加之断裂构造发育及特殊的导水地质体（岩溶陷落柱）的存在，进一步加剧了矿区水文地质条件的复杂化。近年来，根据对范各庄矿北翼区域统计，仅在井口向斜轴部，就发生过204裂隙出水、2176采面出水、2171采面9号陷落柱突水、208高水位异常区平7孔突水；塔坨向斜区先后揭露了14个陷落柱，奥灰水已经导致数次突水，因此，奥灰含水层是范各庄煤矿安全开采水患防范重点。为了确保安全生产，本文分析了煤矿水害成因，进而提出相应的防范突水事故措施，对安全开采具有极其重要的现实意义。

1　北翼地质构造

范各庄矿位于开平煤田东南翼，地层走向为NE～SW向，倾向NW，倾角为8°～24°。范各庄矿北冀区域内以褶皱和陷落柱构造发育为主要特征。褶皱由北往南依次为塔坨向斜、北二背斜、井口向斜。已发现的陷落柱大部分发育在此区域，且集中于井口向斜轴部附近。断裂构造多为正断层，矿区地质构造如图1所示。

2　水文地质情况

2.1主要含水层

范各庄矿主要含水层自上而下分别为第四纪含水层、5#煤层顶板含水层、5#煤层～12#煤层含水层、12#煤层～14#煤层含水层、14#煤层～唐山灰岩间含水层、奥灰岩溶含水层，其中奥灰岩溶含水层为强含水层。

图1　矿区地质构造图

14#煤层～唐山灰岩间裂隙承压含水层厚度为40 m，该层节理裂隙发育，北部唐山灰岩中有溶洞存在。其含水性由北向南，由浅至深逐渐减弱。单位涌水量为0.036～0.665 L/s·m，渗透系数为0.275～46.83 m/d。水质类型为HCO3-Ca·Mg型。

奥灰岩溶含水层构造裂隙和岩溶发育，在塔坨向斜至井口向斜区岩溶发育且有较大溶洞存在，单位涌水量可达6.593 L/s·m，渗透系数为31.87 m/d，水质类型为HCO3-Ca·Mg型。

2.2矿井充水水源及充水通道

第四系冲积层厚度在井田北部为50 m左右，到井田南部已达500 m以上，大气降水直接补给第四系含水层，第四系含水层再通过基岩露头补给煤系地层各含水层。矿井主要充水水源为煤系地层各含水层水、奥灰水和老空水，其中，对煤矿安全影响最大的为奥灰水。

矿井充水通道包括断裂构造、岩溶陷落柱构造、地震裂隙、采动裂隙、导水钻孔、岩溶塌陷和天窗，其中，导水断裂带和岩溶陷落柱是矿井充水最主要通道。

2.2.1岩溶陷落柱充水

据统计，影响12#煤层的陷落柱有2#、7#、8#、10#、12#陷落柱，其中2#、8#、12#陷落柱为边缘充水型，陷落柱内充填物压实紧密，风化程度强，柱内水力联系不好，只是陷落柱边缘发育的次生裂隙充水，井下揭露时一般以滴、淋水或涌水为充水形式，涌水量不大，经一段时间的疏放，涌水量大幅度减少或疏干；7#陷落柱为疏干类型，陷落柱内充填物压实紧密，风化程度极强，边缘裂隙水已被疏干，揭露时有少量滴水、小淋水或无水；10#陷落柱为全充水类型，陷落柱内充填物未被压实，水力联系好，奥灰水直接导通到陷落柱上部，井下一旦揭露即发生突水，其突水量大而稳定。岩溶陷落柱分布情况如图2所示。

图2　岩溶陷落柱分布图

2.2.2断裂带导水

根据井下突水点资料，井田内中小型断裂构造突水特征和断裂结构面力学性质及其展布和现代地应力环境密切相关。本区断裂构造以NEE和NE向最为发育。突水与构造密切相关，统计表明，突水点最大涌水量与断层密度呈正相关关系，随着断层密度增大，煤层底板突水点最大涌水量也增大。

3　北冀突水危险性分析

12#煤层距下部奥灰承压含水层160～220 m，最大水压8.0 MPa，底板有效隔水层厚度8～50 m不等，隔水层厚度呈现由东北向西南厚度逐渐递减的趋势。根据对北翼区域突水系数测算，绝大部分区域突水系数大于0.06 MPa/m，只有一小部分在0.06 MPa/m以下。因此北翼区域12#煤层受底板承压水威胁。同时还由于岩溶陷落柱及导水断裂构造的存在，奥灰水一旦被导入煤系地层，将成为矿井水的直接补给水源，从而存在一定的安全隐患。范各庄北冀水文地质剖面图如图3所示。

范各庄矿近年来通过对208区域综合立体勘探，基本上查清了高水位异常区的水文地质条件和10#陷落柱的形态及其富水性。本区域总的涌水量为31 m3/min，突水频繁，水量长疏不衰，又存在岩溶陷落柱和高水位异常区，范各庄矿北冀12#煤层开采面临突水危险。

图3　范各庄北翼水文地质剖面图

4　防治奥灰水对策

根据以上分析，矿井主要防范的水害对象是煤系基底奥灰强含水岩层突水及以断层、陷落柱为主的垂直导（含）水构造。分析了矿井地质及水文地质条件和受水害威胁程度，为确保安全带压开采，经过多年的探索和实践，确定了北翼12#煤层安全开采防治水对策。

（1）加强地质、水文地质预测。根据上部煤层采掘工程中揭露的岩溶陷落柱、断裂构造的发育情况、范围及展布规律，对下部煤层进行预测。

（2）在未开采区域，采用多种物探、化探手段对隐伏导水构造进行探测。发现水文异常后，再采用钻探进行验证，进一步查明导水构造影响范围、导水性及富水区域，并对钻孔涌水量、水压、水温的变化进行观测，水样进行化验分析，判断水源。

（3）根据探测的断裂构造、岩溶陷落柱的范围及其导水性，留设防（隔）水煤柱，重要部位采用留设煤柱和注浆加固双重防范。

（4）对于12#煤层北翼带压开采区域，应在开采之前，对煤层底板进行注浆治理改造，在保证注浆质量的前提下，注浆后可以实施正常带压开采。

（5）在受奥灰威胁的区域内进行采掘活动，必须构筑水闸门、水闸墙，把重点防范区域与矿井其它区域隔离开来。

（6）在工作面回采过程中，要加强动态监控，建立可靠的防治水预警系统，确保煤层开采安全。

5　结论

范各庄矿北翼水文地质条件复杂，煤系基底奥灰富水性强，发育有断裂构造、岩溶陷落柱等垂向构造，因此，奥灰水为该区域重点防范对象。为了确保安全生产，提出加强水文地质预测预报，采用物探先行，钻探验证，对隐伏导水构造进行探测。对导水或有导水倾向的构造留设防（隔）水煤柱，对不导水构造或薄弱区域进行注浆加固，增加有效隔水层，提升隔水能力。开采12#煤层带压开采区域时，对底板进行注浆加固改造。为防止突水灾害发生，构筑水闸门、水闸墙，隔离危险区。在工作面回采过程中，除利用井上下地下水观测网，还引入物探监测的新方法、新技术加强动态监控，确保安全开采。建立健全防排水系统，制定水害事故应急预案防患于未然等一整套防治水对策。这些防治水措施实施后，能够为煤矿的安全回采提供有效的保障。

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［7］ 李书奎.青东矿10煤层水文地质特征及充水因素分析［J］.安徽理工大学学报（自然科学版），2012（2）

（责任编辑 张艳华）

Prevention countermeasures for Ordovician limestone water at Fangezhuang Mine

Li Hongen1，Xing Zhongsi2
（1.Hebei Energy College of Vocation and Technology，Tangshan，Hebei 063004，China；2.Fangezhuang Mining Company of Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063199，China）

Hydrological condition is complicated at North wing of Fangezhuang Mine.Ordovician limestone groundwater-bearing there was strong at coal measure basement，and vertical structures such as fractural structure and karst collapse column developed.Therefore，Ordovician limestone water is focal objects to be guarded in this mining area.In order to guarantee safety production，this paper analyzed and evaluated whether there were water-burst danger potentials during mining，proposed technical measures to prevent water disaster.

fractural structure，karst collapse column，Ordovician limestone water，water inrush risk，countermeasure

TD745.2

A

李洪恩（1965-），河北省海兴县人，高级工程师，主要从事矿井地质与水害防治教学与科研工作。