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煤矿水害是指煤矿在建设开发过程中,不同形式、不同水源的水通过特有的途径进入矿坑,并给矿山建设或生产带来影响或灾害的过程与结果。影响水害的因素有充水水源、充水途径和充水量,充水水源和充水途径是构成煤矿充水的必备条件,充水量的大小决定着充水的危害程度,近20年来我国共发生过157起重大水害事故,给国家造成了严重的经济损失。弄清楚煤矿的充水原因,从根本上控制水害事故的发生,是煤矿需要解决的一个十分重要的问题。
石壕煤矿位于豫西的义马矿区,自从1984年建井以来,曾发生过多次涌突水事故,给煤矿的生产和安全带来一定的影响。本文从矿区的水文地质条件出发,结合本矿的历次涌突水现象,分析了矿井的充水条件,利用水文地质比拟法、解析法和数值法分别预测深部开采时的矿坑涌水量,并进行比较分析,确定相对准确的涌水值,为以后煤矿的开采提出合理的防治水措施。
主要研究的内容和结论如下:
(1)结合灰岩分布特征,分析漏水孔、断裂和岩溶发育的关系,以及河流量的变化,分析该区岩溶发育程度及分布情况,再结合水文孔的涌水量。对研究区灰岩的富水性进行分区。分析可知:在矿区西南部富水性较好;在断层F41和F44之间富水性最好,可形成强径流带;在东北部地区,富水性相对较差。
(2)从矿井历次突水的水源出发,分析含水层与煤层所处的位置关系,再经过充水与含水层的水质对比分析充水水源。然后结合断层的性质特征和物探资料,利用矿井的突水情况分析断层在矿井充水中的作用,利用斯列萨列夫公式计算临界隔水层的厚度,结合研究区隔水层厚度等值线图,分析矿井的底板突水情况。分析认为,该区的主要充水水源是石炭系灰岩水、奥陶系灰岩水和煤层顶部二叠系砂岩水,充水途径以断裂构造为主,在隔水层厚度较薄的地区和水压较高的部位易发生底板突水。
(3)结合煤矿的突水情况,分析矿井的突水原因和突水类型,在水文地质和工程地质条件基础上,对隔水层底板的岩体进行阻抗突水性能进行分区。分析可知,最易发生突水的部位是矿区西部向斜轴部断层集中区,较强的是南部地层较陡的灰岩区,不易发生突水的是北部岩体比较完整区。
(4)分析矿坑的涌水量现状及其影响因素,利用水文地质比拟法和解析法计算出矿坑的涌水量,然后利用数值法预测出深部开采时的矿坑涌水量。根据水文地质比拟法,计算出矿坑的正常涌水量为398.68 m3/h,最大涌水量为518.29 m3/h。解析法计算矿坑涌水量结果:在标高+100m时,正常涌水量为336.53 m3/h,最大涌水量为437.49 m3/h;数值法计算出开采水平在+100m时的矿坑涌水量是445.08 m3/h。这三种方法的计算结果比较接近,可以作为深部防排水系统的设计方案。
(5)通过煤矿的充水条件分析和涌水量预测,为了预防煤矿发生水害事故,提出防治水措施。首先要做到事先探水,疏水降压,封堵涌水通道,修建防水闸,建立完善的防捧水系统,一旦突水,立即采取排水措施,把水患危害降到最低。
本次研究将理论与实践结合,为矿井的深部开采的防排水系统设计提供了参考,可用于指导煤矿的安全生产,对预防煤矿突水具有重要的意义,同时对于义马矿区其它矿井开发也具有借鉴意义。