陕西省红石岩煤矿水文地质条件及防治水措施

2020-01-09高午

陕西煤炭 2020年1期

高午

(陕西省红石岩煤矿，陕西延安 727307)

0 引言

陕西省红石岩煤矿位于陕西省黄陵县店头镇集贤村，矿井于1968年建成投产，现生产能力为1.2 Mt/a，矿井采用斜井—平硐联合开拓方式，综合机械化采煤，主采侏罗系中统延安组2#煤层。矿井地质条件中等，因多次地表水溃入井下造成水灾事故，水文地质类型划分为复杂型。近年来，通过实施多项防治水工程，再未发生地表水溃入井下事故，为确保矿井安全生产，有必要对矿井水文地质条件进行分析，并提出相应的防治水措施。

1 矿井地质条件

1.1 地层

井田内地层由老至新依次为：三叠系上统延长群(T3y)、侏罗系中统延安组(J2y)、侏罗系中统直罗组(J2z)、侏罗系中统安定组(J2a)、白垩系下统洛河组(K1l)和第四系(Q)。

1.2 构造

井田总体为走向北东、倾向北西的平缓单斜构造，在此背景上发育一系列北东和北西向两向相互交织的褶曲构造，无陷落柱发育。

褶曲：在北东向的南峪口背斜和芋园—秋林子向斜之间发育有集贤向斜、南峪口叉状背斜、罗家峪向斜及南吴庄背斜。

断层：井田内断层不甚发育，揭露的断层主要有F1和F2断层。F1断层位于四采区北部，为一张扭性正断层，由12409回风顺槽和12410回风、运输顺槽揭露，倾向北西，倾角45°～65°，落差2.1～2.7 m；F2断层位于四、六采区边缘，并向六采区北东翼延伸，为一张扭性断层，倾向南东，倾角71°，落差4.2 m。

2 水文地质条件分析

矿井充水水源有大气降水、地表水、地下水和采空区积水，地下水和采空区水为矿井的直接充水水源，大气降水和地表水一般为间接充水水源。

2.1 大气降水

红石岩煤矿降水多集中在每年6、7、8三个月，由于地形起伏较大，沟谷切割严重，不利于大气降水在地表的渗流，对地下的含水层补给较差。因此，大气降水一般是矿井充水的间接水源。

2.2 地表水

井田内地表有一条位于井田南东侧的南川河和3条沟(西房沟、曹家峪沟及秋林子沟)。

南川河：南川河属洛河的二级支流，自南向北流经本井田南东侧，在店头镇汇入沮水河，在厚子坪观测流量0.058～6.437 m3/s。在南川河与红石岩煤矿之间建有焦化园，焦化园的建立，相当于在南川河与红石岩煤矿之间形成了一面挡水墙，阻止了南川河水向红石岩井田的渗漏。

井田内的3条沟：①西房沟常年流水，但流量很小，平均5～10 m3/h，村民的养殖场在此拦坝取水，下渗量很少；②曹家峪沟常年流水，枯水期水量约20～25 m3/h，在雨季流量大于30 m3/h时，沟内水流将会进入南川河。虽经多次治理，但效果不佳；③秋林子沟常年流水，枯水期流量10～15 m3/h，和曹家峪沟相似，只有在持续降小雨或中到大雨时，会有水从沟里流出，目前还未采取治理措施。

计算表明，煤层开采后顶板导水裂隙带将会沟通沟谷，对生产构成威胁，因此，这3条沟流水一般为矿井间接充水水源，当导水裂隙带与其沟通后将成为矿井的直接充水水源。

2.3 地下水

含水层：井田内含水层共有6层。 ①第四系黄土裂隙含水层，流量较小，泉水涌水量0.14 L/s，弱富水性，不会对煤矿生产构成威胁；②第四系冲洪积层孔隙含水层，主要分布在较大支沟及井田南西边界的石牛沟，钻孔涌水量小于2 L/s，除河谷地带富水较强外，一般富水性较弱，不会对矿井生产构成威胁；③下白垩系洛河砂岩裂隙含水层，出露最大厚度254.2 m，位于当地侵蚀基准面以上，受沟谷切割，以泉的形式排出，流量0.01～0.3 L/s，富水性弱，煤层采动后形成的最大导水裂隙带对矿井安全生产不构成威胁；④侏罗系中统直罗组下段砂岩裂隙含水层，据CG1钻孔抽水试验，单位涌水量0.000 984 L/s·m，富水性弱，为矿井的直接充水水源，对矿井安全生产具有一定的威胁；⑤侏罗系中统延安组中部砂岩裂隙承压含水层，据CG2钻孔抽水试验，单位涌水量0.002 611 L/s·m，富水性弱，也是矿井的直接充水水源，对矿井不构成威胁；⑥三叠系延长群砂岩裂隙承压含水层，出露于河谷中时风化裂隙发育，补给充分，富水性好，含水量大，远离河谷时风化裂隙发育差，补给条件差，含水量小或无。

图1 红石岩煤矿地表水系分布示意图

隔水层：井田内隔水层共有3层，其中侏罗系中统直罗组上段相对隔水层，全区分布，富水性弱，可作为上下含水层的隔水层；侏罗系中统延安组上部相对隔水层，厚度大，含水十分微弱，分布稳定，是直罗组下段与煤系含水层的稳定隔水层；侏罗系中统延安组下部与延长群相对隔水层，该层富水极弱，可作为相对隔水层。

2.4 采空区积水

井田周边紧邻矿井的小煤窑较多，现已全部关停，但形成了大面积的采空区和老空积水，这些小煤窑多存在不同程度越界开采行为，因此，红石岩煤矿采空区水与附近小煤窑采空区积水存在水力联系，是矿井直接充水水源。目前，红石岩煤矿的采空区有一、二、三、七、九及正在回采的四采区采空区，通过近3年矿井涌水量观测，2016、2017和2018年矿井平均涌水量分别为313.9 m3/h、343.6 m3/h和377.6 m3/h，最大涌水量多发生在每年的汛期，分别为436.3 m3/h、511.5 m3/h和500.7 m3/h，通过分析各采区涌水量分布，对矿井构成威胁主要是主、副井筒周边采空区积水、二采区采空区积水及四采区采空区积水。

主、副井筒周边采空区积水：2004年，由西安科技大学设计并实施了主、副井筒渗漏水治理工程，在2个井筒老巷的密闭墙上装设了可控泄水管，采空区积水通过泄水管进入主、副井筒之间的中部水仓。矿井涌水量观测表明，2016、2017、2018年主、副井筒周边采空区涌水量分别为1 633 077 m3、1 647 448 m3和1 478 053 m3，占矿井总涌水量59.4%、54.7%和44.7%，汛期由于降水量增大，主、副井筒周边采空区距地表较近，采空区水位上升快，泄水管排水能力不能满足泄水要求，有部分水从井筒碹体泄出。如果水压过高或者受水体长期侵蚀很有可能导致井筒碹体垮塌，发生采空区积水涌出事故，因此，主、副井筒周边采空区积水对矿井安全生产威胁较大。

二采区采空区积水：该采空区2016、2017、2018年涌水量683 284 m3、773 568 m3和842 384 m3，占矿井总涌水量24.8%、25.7%和25.5%，是矿井的次要涌水点。二采区煤层厚4 m左右，矿井当时采用高档普采，为防止导水裂隙带沟通地表，采高控制在2.3 m，而与采区相邻的原秋林子村办矿和康崖底南川二号煤矿采高在4 m左右，导水裂隙带部分区域已发育到地表，大气降水和地表水在此处成为矿井直接充水水源。为此，在二采区12205回风顺槽的联络斜巷密闭墙上装有可控泄水管，但管径偏小，不足以快速将采空区水排出，在汛期水位高于煤层底板1.5 m。2019年2月，对该密闭墙进行了加固，并安装3趟可控泄水管，同时在煤墙上向该联络斜巷施工3个泄水孔，均装了控水管，能有效控制性放水。二采区采空区积水对矿井威胁不大。

四采区采空区积水：该采空区2016、2017、2018年涌水量分别为288 285 m3、314 746 m3和416 142 m3，占矿井总涌水量10.5%、10.5%和12.6%。四采区地表位于曹家峪沟、秋林子沟和北石牛沟之间，在井田的南东侧由北东向南西依次分布有已关闭的康崖底南川二号煤矿、车村一号煤矿和曹家峪石牛沟煤矿，在井田边界的南西侧还有已停产的车村二号煤矿，其采空区都与四采区采空区存在水力联系。同时，罗家峪向斜轴部位于12409运输顺槽从南翼轨道巷向里550 m处，2018年汛期，最低处的12408采空区水位高达2 m左右，后向采空区打眼加管放水，将水位降低。目前，虽然启用了12409回风顺槽靠近南翼轨道巷附近新建的水仓，但由于从12409采空区到水仓的水沟过水断面不足，对降低采空区积水水位作用有限，因此，四采区采空区积水对正在回采的12410工作面生产构成一定的威胁。

2.5 断层水

F1断层：2016年6月16日，在距12409回风顺槽掘进头60 m处的煤层底板F1断层破碎带发生异常涌水，开始水头高于煤层底板200 mm，之后逐渐降低，共涌出水量约600 m3，经物探、槽探和水质化验，并请专家现场查看，认为是断层水。

F2断层：已揭露2年多，未发现出水迹象。

由于四采区为矿井最后一个采区，勘探和揭露的断层仅为F1和F2断层，可以认为，断层水对矿井影响不大，对矿井安全基本不构成威胁。

2.6 钻孔水

《红石岩煤矿精查地质报告》中H3钻孔因无煤未封孔，其位于井田北部边界内，煤厚0.02 m ，开采波及不到，不会对生产构成威胁；通过H5在12906工作面、H11在12210工作面、H14、A5在12403工作面、A17在12405工作面及A11在12408工作面回采时，未发现异常涌水，说明钻孔封孔质量可靠，一般不会对煤矿生产构成威胁。

3 防治水措施

3.1 加强巡查

在西房沟、曹家峪沟及秋林子沟内，或多或少都能见到由于煤矿开采产生的裂缝，要加强巡查，及时采用黄土等封堵沟道内产生的裂缝，必要时应研究新的封堵技术和方式。

3.2 工作面布置与开采时间安排

合理布置工作面，尽可能缩短工作面过沟时间，避免工作面推进方向与沟谷走向相同；合理安排工作面开采时间，过沟时间应避开雨季。

3.3 隐患处理

加强检查主、副井筒碹体，对碹体开裂等隐患及时处理；在出现泄水的井筒碹体适时安装可控泄水管；在罗家峪向斜轴部附近向新水仓开挖水沟，使工作面顺槽(后期为采空区)最低处的水能自流到水仓，同时增设排水设备，保证12410工作面安全回采；由于井田边界小煤窑较多，其越界情况无法完全查清，因此，矿井采掘工程要严格执行“有掘必探、物探先行、钻探验证、先探后掘”的防治水原则。