平煤集团朝川矿己组煤底板灰岩水的防治对策与措施

1 朝川矿一井16-17煤层底板灰岩承压水的防治措施 在实践中的应用 矿井基本情况 平煤集团朝川矿位于河南省汝州市小屯镇境内，北距洛阳市106km，距汝州市17km南距平顶山54km，焦枝铁路由矿区东部通过，设有小屯车站，矿区铁路专 用线自小屯街车站接轨。公路有207国道和省道S904从矿区东部通过，交通便利、运输条件可靠。 朝川矿一井一九八零年五月简易投产，核定生产能力30万吨，设计开采己组、庚组煤，现开采己组。井田东西走向长8Km，南北倾斜宽2 Km，可采煤层总厚度0-15m矿井水文地质条件较复杂，主要以断裂构造为主，主要含水层为己组煤底板石炭系寒武系灰岩含水层，矿井正常涌水930m3/n，最大涌水量1967 m3/n，由于己组煤底板距灰岩含水层只有8-12m在开采过程中极易底板突水事故，在建井和生产过程中曾多次发生底板突水事故，严重威胁矿井安全生产及职工的生命安全。 一、己组煤底板灰岩水现状及对煤层开采的影响分析 （一）地层情况： 区域地层除缺少奥陶、志留、泥盆、白恶及侏罗系外，其余地层均有沉积，从下而上有：太古界—登封群（Ardn）；上元古界---震旦系（Z），包括下统Z1，中统Z2，上统Z3；新生界包括第三系，第四系。井田内地层，有寒武系崮山组；石炭系太原组；二选系山西组、上,下石盒子组、石干峰组；第三系，第四系。 井田地层分述如下： 1、上寒武统---崮山组（t3g） 井田的西南部和朝川矿区的东南部均有大面积出露。岩性为白云岩及白云 2

质灰岩，厚度129.76—162.71m，平均146.24m 。 2、上石炭统太原组（C3） 为海陆相交互沉积与下伏地层呈平行不整和接触，平均厚度32.65m。 底部：铝土泥岩及铝土质泥岩，具鲕结构，含黄铁结核，厚度变化较大。 下部：砂岩、泥岩及不稳定灰岩和煤层组成，含庚组，己组煤层。 中部：砂质泥岩，泥岩夹薄层砂岩，含不稳定煤层（一3、一4）。 上部：以灰岩为主（2—4层）、泥质灰岩，砂质泥岩、泥岩及煤层组成，其中庚20煤为局部可采煤层，顶板L7灰岩，平均厚6.91m，上距山西组10m左右。 3、二选系（P） （1）下统（P1） 分为山西组和下石盒子组，平均厚度364.19m。 ①山西组（P11） 岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩，砂质泥岩和煤层组成；平均厚度56.43m，含可采煤层己16-17煤，己16-17煤之上为中—细粒长石石英砂岩、俗称：“大占砂岩”（K1），厚度14m左右。 ②下石盒子组（P12） 岩性由砂岩、砂质泥岩、泥岩和煤层组成，平均厚度307.76m，含可采煤层

9戊9-10、戊8、丁5-6、丁4煤，顶部为K7砂岩。 （2）上统（P2） ①上石盒子组（P21） 岩性由泥岩、砂岩泥岩、中—细粒砂岩和煤层组成，平均厚度174.34m，含六、七、八三个含煤段，除六4煤局部可采外，七、八煤段均不可采。 ②石千峰组（P22） 3

分平顶山砂岩段和石千峰段；平顶山砂岩段岩性为石英砂岩、泥岩，顶部为细砂岩，砂质泥岩、平均厚度94.70m。石千峰段岩性为粉砂岩、砂质泥岩、砂岩，井田内出露较少。 4、第三系（R） 仅在井田东部沉积，岩性为砂砾岩和粘土相间，底部为5m左右的底砾岩，受燕山运动的影响，有岩浆岩侵入，地层厚度不详。 5、第四系（Q） 分布河谷冲积平原地带。由厚层黄土、亚粘土、红色土壤、姜结石、砾石层和山麓地带的残积、坡积物及砾石卵石等组成，厚度0—30m。 （二）、煤层及顶底板特征 本区含煤地层属晚石炭太原组和二迭系山西组与上、下石盒子组；煤系地层总厚571.18m，分为八个煤段，煤层总厚11.94m。一井主要开采煤层为： 1庚组煤； 位于石炭系太原组含煤地层总厚32.65m含1--6层，可采煤层庚20煤，上距己16-17煤层15.5—28m，平均21.4m，局部可采，煤厚0.15—1.74m，一般在1.02m，该煤层厚度较稳定，结构单一，顶板为燧石灰岩，底板为泥岩或砂质泥岩。 2、己组煤 位于二迭系山西组，含煤地层总厚56.43m，可采煤层己16-17煤，该层上距砂锅窑砂岩（K2）45.00m，下距太原组顶部灰岩或泥岩3.5—12m，一般在8m左右。己16-17煤全区发育，厚度大，沿倾向和走向有一定的变化，-500m水平以下煤厚有变薄的趋势。煤厚0.49—16.58m，平均4.39m，大部分煤层结构简单，顶板大部分为大占砂岩（K1），底板为砂质泥岩或泥岩。 4

（三）水文地质 矿区为一弧形单斜构造，弧顶向南，两翼南侧的中寒武统毛庄组和寒武统的馒头组，总厚300余米，岩性为页岩、泥岩、泥灰岩、钙质岩等组成，构成相对隔水边界；井田南部以煤层露头，西部以F3逆断层，北部以F3和-350等高线，东部以正断层为界，北侧的刘洼弧形正断层，落差千米以上倾向北，使下盘的寒武灰岩与上盘的三叠系地层对接，形成阻水边界整个矿区属于一个基本封闭水文地质单元。一号井排水影响，井田内寒武系灰岩地下水位大幅度下降。 （1）主要含水层水文地质特征 根据朝川矿区为一弧形单斜构造，弧顶向南，弧顶东西两翼被李寨正断层和上石灰窑正断层所切割。使两断层下盘的寒武系灰岩与上盘的二迭系紫红色页岩，泥岩泥灰岩、钙质砂岩相接接触，构成相对隔水边界。北部刘洼弧形大断层，落差千米以上下盘寒武系灰岩与上盘三迭系地质对接，形成阻水边界。整个矿区为一基本封闭的水文地质单元。含水层性能的强度与可采煤层的关系，可以划分为九个含水层（组）、三个隔水层；山西组己16-17煤上部各含水层中，除平顶山和第四系含水组单位用水量大于0.1L/s·m外，其余各砂岩裂隙含水单位涌水量均小于0.1，富水性微弱，地下水以静储量为主，水文地质条件简单，己16-17煤底部为寒武系灰岩，白云岩和石炭系太原组灰岩含水层，岩溶裂隙小是开采己16-17煤层直接充水或间接充水水源。 1、寒武系灰岩、白云岩岩溶发育标高+247.26—415.214m ,含水层厚一般为12.07-50.02m，单位涌水量0.039 L/s·m，渗透系数0..0499 m/d一井所在的三里寨井田属于一个基本封闭的地质单元，一井排水基本上影响了整个矿区，三里寨井田同幅下降，水质为重碳酸钙镁型。一井疏干降压对矿区寒武系灰岩水动态影响很大，使东西长10km，南北宽数千米的寒武系灰岩水位，可降低150m 5

左右，，现在一井水位在-140m 左右， 2、太原组灰岩；由1---5层灰岩组成，总厚度1.73—27.00m，平均2.32m，岩溶发育标高一般在-200m 以上。 从岩溶地下水连通试验及地下动态资料分析看出，石炭、寒武系灰岩含水层与相对隔水层对接的断层，可以构成水位地质单元的边界断层，如刘洼、李寨断层。但是区内多数断层是导水或局部导水的断层，为F3、F4断层即属此类。 己16-17煤顶部是以砂岩裂隙水为主的水文地质条件简单类型，己16-17煤底直接充水含水层石炭系灰岩在地表是条带状出露，补给面积有限，同时，由于厚度不大，充水空间不发育，虽然局部块段富水性较强，但主要充水源来自寒武系灰岩。白云岩强含水层地下水可以通过导水性良好的构造裂隙带补给太原组灰岩，己16-17煤层底板以岩溶裂隙水为主的水文地质条件中等---复杂类型。 （二）地下水补给、迳流与排泄条件 矿区南部灰岩出露，补给走向长23km，平均宽0.65km面积15km2的补给区，大气降水通过灰岩露头渗入补给第四系含水层的下渗是地下水主要补给来源；朝川水库汛期发生岩壁渗漏也是地下水获得补的另一种途径。在黑龙庙井田27线附近，由于地层直立倒转岩溶不发育，形成地下分水岭。27线以西向西流，27线以东向东流。寒武系灰岩与二迭系灰岩存在水力连系，通过岩溶或裂隙导通。24勘探线以东，岩溶水位未降落之前的原始流场中，下水迳流的方向先由南向北再向东于鲁新庄及小屯街附近，顶托排泄第三系、第四系地层中；由于朝川一井等矿井长期排水，原始流场已经改变，局部地段补排关系逆转，小屯街附近第四系水透过第三系缺失部位补给灰岩水，地下水由东向西迳流，最后流入一井大巷，F1正断层在原始流场中的的泄水段也已变成“倒灌口”，是矿区 6

内岩溶地下水的一种重要补给来源。 二、解除灰岩含水层对煤层开采威胁的分析 由于己组煤底板距灰岩含水层只有8到10 米，部分地点最薄处仅有2米左右，根据煤层地质力学性质和多年的开采经验分析采用底板注浆等技术手段很难保证矿井的安全生产。只有采用疏矸降压的手段对底板。灰岩水先期疏放，待水位下降到安全水头值以下时方可进行正常开采。 三、矿井防治水主要工作及对策 朝川矿水文地质条件，主要以断裂构造为主，目前主要水害是采空区积水，顶板砂岩水，底板和承压水等，底板灰岩水是严重制约矿井安全生产的因素，我矿防治底板水灰岩水主要从以下几个方面开展工作. 1、矿成立以矿长为组长的矿井防治水工作领导小组，主抓矿井底板灰岩水的防治。 2、根据《煤矿安全规程》和《矿井防治水条例》对开采己16-17煤层的一井、三井，在一井进行底部石炭系灰岩承压水疏水降压，杜绝带压开采。 3、根据矿井防治水中长期规划，各种手段并用，分期分区进行科研攻关立项，分析对比论证，彻底解决矿井水害威胁问题。 4、与大专院校联合进行“朝川矿突水因素分析及防治水对策”的研究，主要解决己16-17煤层底部灰岩含水层的分析防治问题。 5、请省物探队对一井-150---250m标高区域进行地面电法勘探，查明地下水情况和水力联系，为超前防治水提供依据。 6、在井下利用电法勘探和瞬变电磁法物探的方法对一井己16-17-21010机巷、-150泄水巷、己16-17-21030机巷进行了电法勘探，查明了底部含水层的富水区域。同时矿井确定了今后所有可能受水威胁的巷道掘进，必需超前物探