[山西大汉沟井田断层、地下水对矿井生产的影响分析]为什么断层处地下水出露
摘 要:大汉沟井田的断层及地下水对矿井生产和开拓都有直接的影响,未来矿井开拓和生产时应留足断层防水煤柱,以防断层导水影响矿井正常生产,并避开地下水评价危险区,在过渡区注意防水监测。
关键词:断层 地下水 安全区 过渡区 危险区
中图分类号:TD745 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0058-01
山西大汉沟矿井位于静乐县杜家村镇东北10km处的青羊尾村一带,井田位于山西黄土高原的中北部,植被稀少,地形较为复杂,切割剧烈。井田内大部分为第四系黄土覆盖,部分基岩出露,总体地形东南部高,西北部低,井田内含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组。
井田内地表属典型的山谷地形,无地表水体,但汛期时有季节性河流。平时无水,雨季时有洪水。地表水水害的影响主要来自于大气降水,大气降水通过第四系表土层溃入井下,且井田煤层倾角较大,东部有露头,大气降水通过煤层露头渗入,对井下安全生产有一定影响。
1 构造对矿井充水的作用和影响
断层对含水层和隔水层的影响形式不同,对隔水层主要是破坏其隔水岩层强度、降低其隔水性能;对含水层来说,由于岩层错位,既可破坏含水层的连续性、降低其含水性,也可使含水性弱的含水层与含水性强的含水层对接,使其相互发生水力联系,从而使含水性弱的含水层的富水性增强。
本井田内有1个钻孔揭露断层,揭露断点1个,冲洗液最大漏失量0.63m3/h。通过对比分析认为其走向近东西,向东延入奥陶系灰岩,倾角70°,落差60m,定名为F5断层。大汉沟煤矿生产过程中揭露过4条落差在1.0m～2.5m的断层。井下遇断层时常发生淋水、滴水现象,有时会涌水,但水量不大,1～3月即可疏干。
综上所述,断层是否导水主要取决于断层破碎带性质及断层两盘含水层的相互接触关系。据此分析,本井田的东部露头处F5断层,使井田内的煤系含水层与对盘的奥陶系石灰岩含水层对口接触,形成导水边界,断层导水。因此,未来矿井开拓和生产时应留足断层防水煤柱,以防断层导水影响矿井正常生产。
2 地下水动态变化对矿井开采的影响
2.1 孔隙水
第四系和第三系孔隙水含水量不大,为弱富水性,对矿井的充水作用较小。
2.2 裂隙水
为石炭～二叠系砂岩裂隙含水层,直接充水层为煤层顶底板砂岩,间接充水层为煤层顶底板上覆或下伏的砂岩裂隙含水层,二者均对矿井的充水有一定影响。
2.3 岩溶水
本井田岩溶水可分为两种类型。一种是石炭系层间岩溶水,大部分为间接充水层,对矿坑充水有一定的影响;另一种是奥陶系石灰岩岩溶水,为间接充水层。井田奥灰岩溶水水位标高为+1498.04m,2号煤层的底板标高为1850m～950m,2下号煤层的底板标高为1850m～950m,3号煤层的底板标高为1850m～950m,4号煤层的底板标高为1900m～900m,5号煤层的底板标高为1850m～900m,由此可见,井田内2号、2下号、3号、4号、5号煤层除东部高于奥灰水标高外,大部分存在带压,在开采深部煤层时,底板标高逐渐降低,底板承受的奥灰水压逐渐增大,煤层开采将受到奥灰水威胁。根据《煤矿防治水规定》计算突水系数。
突水系数计算采用公式:
式中Ts为突水系数(MPa/m);
P为隔水层底板承受的水压(MPa);
M为隔水层厚度(m)。
2号、2下号、3号、4号、5号煤层底板到奥灰顶面岩层厚度分别为95.01m、88.78m、 78.45m、63.34m、33.50m,则2号、2下号、3号、4号、5号煤层的最大突水系数分别为0.07MPa/m、0.07MPa/m、0.08MPa/m、0.10MPa/m、0.19MPa/m。
根据突水系数计算公式,计算出三区(安全区、过渡区、危险区)范围(表1)。
(1)2号煤层。
底板突水系数为0.06MPa/m时,该处煤层底板标高为1011.36m,因此2号煤层开采水平在1011.36m以上时可视为安全区。
底板突水系数为0.10MPa/m时,该处煤层底板标高为623.56m,因此2号煤层在最低开采水平至1011.36m时,为过渡区。
(2)2下号煤层。
底板突水系数为0.06MPa/m时,该处煤层底板标高为1043.27m,因此,2下号煤层开采水平在1043.27m以上时可视为安全区。
底板突水系数为0.10MPa/m时,该处煤层底板标高为680.90m,因此,2下号煤层在最低开采水平至1043.27m时,为过渡区。
(3)3号煤层。
底板突水系数为0.06MPa/m时,该处煤层底板标高为1096.18m,因此,3号煤层开采水平在1096.18m以上时可视为安全区。
底板突水系数为0.10MPa/m时,该处煤层底板标高为775.98m,因此,3号煤层在最低开采水平至1096.18m时,为过渡区。
(4)4号煤层。
底板突水系数为0.06MPa/m时,该处煤层底板标高为1173.58m,因此4号煤层开采水平在1173.58m以上时可视为安全区。
底板突水系数为0.10MPa/m时,该处煤层底板标高为865.05m,因此4号煤层在最低开采水平至1173.58m时,为过渡区。
(5)5号煤层。
底板突水系数为0.06MPa/m时,该处煤层底板标高为1326.44m,因此,5号煤层开采水平在1326.44m以上时可视为安全区。
底板突水系数为0.10MPa/m时,该处煤层底板标高为1189.70m,因此,5号煤层开采水平在1189.70m～1326.44m时,为过渡区。
5号煤层在最低开采水平至1189.70m时,为危险区。
3 结语
本井田的东部露头处F5断层,使井田内的煤系含水层与对盘的奥陶系石灰岩含水层对口接触,形成导水边界,断层导水。井田内2号、2下号、3号、4号、5号煤层除东部高于奥灰水标高外,大部分存在带压,在开采深部煤层时,底板标高逐渐降低,底板承受的奥灰水压逐渐增大,煤层开采将受到奥灰水威胁。因此,未来矿井开拓和生产时应留足断层防水煤柱,以防断层导水影响矿井正常生产,并避开地下水评价危险区,在过渡区注意防水监测。