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1、福建省煤矿岩溶水危害及防治措施福建省煤矿灰岩裂隙岩溶承压水危害与防治措施刘贤龙在福建省煤矿透水事故中，绝大多数为老窑透水事故。但随着矿井开采深度的加大，栖霞灰岩裂隙岩溶承压水的突水事故时有发生，给企业和社会都带来较大的损失和负面影响。由于我省煤田地质勘探对深部栖霞灰岩的富水性与与之相切割的断层导水性研究不够，因此，各矿区灰岩裂隙岩溶承压水的危害程度并不是很清楚。目前，我省相当一部分煤矿逐渐转到深部开采，为了确保矿井开采安全，摸清矿区栖霞灰岩分布情况、灰岩裂隙岩溶承压水危害程度与治理措施是极为重要的。1.福建省煤矿区水文地质特征 福建省煤矿区大部分处在山区,矿区大多属构造侵蚀剥蚀地貌，地形一般较
2、陡，沟谷切割较深，地表水排泄条件良好；本区属亚热带海洋性气候，气候温暖，四季分明，春夏多雨，秋冬干燥，年降水量1500mm-2700mm。福建省煤矿区煤系地层除邵武、漳平煤矿外，均为二叠系下统童子岩组地层，其井田水文地质主要特征为：1.1井田内主要含（隔）水岩组 （1） 第四系孔隙含水岩组 主要由基岩风化的残积、坡积物与沟谷中洪积、冲积物组成，分布于山坡与沟谷中，厚05m，全区几乎遍布，含季节性孔隙潜水，富水性弱中等。 （2） 基岩风化带孔隙裂隙含水岩组 据钻孔资料统计，基岩风化带深度一般20-30m，最深达80-90m。含孔隙裂隙型潜水，含水不均匀，富水性弱。它是大气降水渗入补给基岩地下水的
3、必经通道，直接影响和控制大气降水的渗入补给量。 （3） 翠屏山组裂隙含水岩组 主要由砂质泥岩、细砂岩、角砾岩等组成，属不均匀裂隙含水岩组，除底部中等富水外，通常岩层弱富水，受大气降水影响，呈季节性变化特征。 （4） 童子岩组第一、三段裂隙含水岩组 主要由砂质泥岩、细砂岩与煤层等组成。含裂隙承压水，含水不均匀，富水性弱。据钻孔岩芯检查，一般裂隙不发育，脆性岩层中局部裂隙发育，但大多数被石英脉所充填。据矿井水文地质调查，涌水量受大气降水影响，雨季大、旱季小。童子岩组第一段正常厚度约250m、三段正常厚度约350m。 （5）童子岩组第二段和文笔山组隔水岩组 主要由砂质泥岩、泥岩等组成，通常岩层裂隙不
4、发育，是相对稳定的隔水岩组。童子岩组第二段正常厚度约110m；文笔山组正常厚度约300m。 （6） 栖霞组裂隙岩溶含水岩组 栖霞组主要由碳酸盐类岩石组成，其含水性不均匀，富水性总体上随埋深的加大而逐渐由强变弱，为岩溶裂隙承压含水岩组。在正常情况下，文笔山组阻隔了其与煤系地层的水力联系，不会对煤系地层开采造成威胁。但由于断层（各矿区一般称F0、F1断层）切割作用，文笔山组地层往往局部缺失，造成含煤地层与栖霞组灰岩对口接触，对矿井开采造成威胁。1.2 断层裂隙带充导水性 根据资料分析，本省煤田断层裂隙带充导水性一般较弱，压扭性断层充导水性一般极弱，张性断层充导水性稍强（视其充填程度），在导水断层与
5、地表水体或岩溶水联通情况下，断层带充导水较强。1.3 矿井充水因素分析 （1） 大气降水：是矿区地下水的主要补给来源，它主要通过风化带和断裂破碎带渗入补给下部潜水含水层，故大气降水量的变化直接影响矿井水量的大小。 （2） 风化带裂隙潜水：分布于地表浅部，含水层富水性弱，且由于大部分井田煤系地层埋藏较深，对矿井充水无威胁。 （3）基岩裂隙承压含水层：童子岩组裂隙承压水由于局部直接位于煤层顶底板与其附近，开采中易被揭露，成为矿井充水的直接来源，由于含水层厚度小，富水性弱，水量贫乏，对矿井无重大威胁。 （4） 栖霞组灰岩裂隙岩溶水：个别井田由于受断裂影响，栖霞组地层与童子岩组地层之间可能局部缺失文笔
6、山组隔水层，灰岩与煤系地层为断层对口接触，灰岩含水层可成矿井水的充水含水层，从而增大矿井的涌水量，对矿井充水有一定威胁；在矿井开拓过程中，若遇灰岩溶洞，强导水断层，很可能造成突水事故；栖霞组灰岩一般埋藏较深，中间有约200-300米厚的文笔山组隔水层，其与含煤地层断层接口的井田较少，因此，历史上发生岩溶水突水事故较少。但随着省内矿井开采深度的加大，目前已发生多起矿井因导水断层沟通灰岩裂隙岩溶水造成突水影响施工或造成淹井的严重矿井水害事故。（5）断层裂隙带：其影响主要是：a、由于断层切割作用，局部地段灰岩与煤系地层对口，沟通岩溶水与童子岩组裂隙水的水力联系，造成矿井涌水量突增。b、由于断层切割地
7、表水体，沟通地表水与地下水的水力联系，使断层裂隙水富水性增大，矿井涌水量加大。 （6） 地表水体：井田地表水主要有在井田上部的河流、水库、湖泊等，本省有不少煤田上部有河流穿过，地表水对井田地下水有直接或间接补给作用，增大矿井涌水量，个别矿井由于井口标高低于当地最高洪水位，洪水季节，地表水直接威胁矿井的安全。 （7） 老空（采空区、老窑、报废井巷）积水：由于福建省煤田一般埋藏较浅，开采历史悠久，井田内老空、小窑众多，停采废弃后极易造成积水，老空积水成为矿井主要充水因素和安全隐患，对矿井开采构成很大威胁。 综上所述，本省矿井主要充水因素是大气降水、含水岩层、灰岩裂隙岩溶水、老窑积水和地表水。井田内
8、地下水的主要补给来源为大气降水，其次为老窑水、地表水体和灰岩裂隙岩溶水。大气降水首先补给第四系和基岩风化带中的潜水，然后通过裂隙或构造破碎带等通道补给基岩承压水，在浅部补给条件好，深部则差。老窑水、灰岩裂隙岩溶水和地表水体则通过断层裂隙与人为沟通进入井下；地表水对煤层的开采一般无灾害性充水危害，老空积水则是矿井开采重大安全隐患，老空透水会对矿井造成重大的危害。随着矿井开采深度的加大，灰岩裂隙岩溶水对一些矿井开采也将造成较大与严重的影响。2.福建省煤矿区栖霞组裂隙岩溶水主要危害的形式与后果栖霞组灰岩主要由碳酸盐类岩石组成，岩性致密的灰岩富水性极弱，为隔水岩层。在断层、裂隙带附近，由于动水作用下，
9、往往形成灰岩溶洞，为地下水储存留下了空间。栖霞组裂隙岩溶水的富水性主要决定于断层裂隙带和溶洞发育的程度，以与与地表水体联通情况等。矿井充水条件取决于其充水水源、充水通道与充水强度。根据我省目前勘探、开采资料揭示，灰岩溶洞主要分布在断层带附近，由于我省煤矿区灰岩大多埋藏在深部，因此大多溶洞不太发育。到目前为止，尚未发现有陷落柱等强充导水通道。因此，栖霞组裂隙岩溶水的静储量一般不大，但一旦灰岩裂隙岩溶水与地表水体、老窑积水区等相联通，有丰富的充水水源时将会对矿井安全造成严重的威胁。根据目前掌握资料，我省栖霞组裂隙岩溶水主要危害的形式主要有以下几种：2.1 矿区无大的地表水体与积水区等充水水源，栖霞
10、组裂隙岩溶水以静储量为主，无大的动储量。矿井掘进迎头遇到导水小断层或下部切割栖霞组灰岩的F0断层时突水，初始突水量较大，但最后稳定在100300 m3/h。突水只造成施工困难、生产建设成本加大或矿井改建。（1）栖霞组裂隙岩溶水通过封孔不良钻孔导水小断层掘进迎头进入矿井，造成矿井涌水量大增。如1991年6月，上京矿区后洋矿井+500运输大巷施工时，碰到一条小断层（F突）突水，最大突水量达423.7m3/h，造成大巷难以施工，后洋矿井停建。后经分析，突水水源为栖霞组岩溶裂隙承压水，突水通道可能是封孔不良钻孔导水小断层（地质报告未发现的小断层F突）。由于突水量较大，矿井采用砌筑挡水墙与注浆堵水办法，
11、堵住溶裂隙承压水进入开采区域，并划定突水危险区的防隔水煤岩柱，消除其对矿井开采的影响。（2）栖霞组裂隙岩溶水通过区域边界大断层导水小断层掘进迎头进入矿井，造成矿井涌水量增加。如苏邦二号井基建施工时，在+180 m标高遇一小断层突水，致使井下水增加150-200 m3/h，增加了矿井施工难度和生产建设成本。后采用地面注浆堵水办法，但效果不佳。经分析，该处小断层与井田西边界大断层相联通，边界断层深切至栖霞组灰岩，栖霞组裂隙岩溶水通过西边界大断层到导水小断层进入矿井。由于充水水源有限与断层导水通道长且小，突水量从原200 m3/h到后来稳定在100m3/h左右，并随着井巷工程延深往下部渗流，增加矿井
12、涌水量。（3）井田下部F0断层切割栖霞组灰岩，致使灰岩直接与含煤地层接触，矿井掘进迎头遇F0断层，栖霞组裂隙岩溶承压水直接进入矿井，造成矿井基建施工困难，最后修改设计方案。如2005年，漳平吾祠煤矿在基本建设过程中，在施工+630排矸井+500车场时，遇F1断层和火成岩，迎头炮眼突然涌水，水沿钻孔射出7米远，涌水量约110m3/h。在施工+800风井+630m回风石门 时，遇F0、F1断层突水，突水量约50100m3/h，水压约1.2Mpa，水沿钻孔射出 20米远。在2006年3月底+500主平硐施工时，又遇F0、F1断层突水，最大突水量达600 m3/h（最后稳定在300 m3/h）。经分析
13、，由于F0、F1断层切割作用，局部地段栖霞组灰岩与含煤地层直接对接，栖霞组裂隙岩溶承压水经F0、F1导水断层进入矿井。由于+800风井+630m回风石门位于风井下山位置，遇F0、F1断层时水压大，再进行施工风险较大，最后经专家讨论研究后进行设计修改，停止+800风井+630m回风石门施工，另设计一风井进行建设。2.2 矿区存在地表水体与老空积水区等充水水源，栖霞组裂隙岩溶水与之有良好的充水通道，静储量与动储量均较大。矿井掘进迎头遇到导水小断层或下部切割栖霞组灰岩的F0断层时突水，突水量3001000多 m3/h，造成淹井事故。（1）井田下部F0断层切割栖霞组灰岩，致使灰岩直接与含煤地层接触；F
14、0断层与与其相切割的断层又与地表水体、老空水相联通，使栖霞组裂隙岩溶水有充足的补充水源，矿井掘进迎头遇F0断层，栖霞组裂隙岩溶承压水直接进入矿井，造成严重的淹井事故。如2011年10月20日龙岩东方煤矿-155区段掘进遇到导水断层导通岩溶水发生突水事故，瞬间突水量达1000多m3/h，突水造成淹井，死亡1人，并影响周边几个矿井被淹。经分析，矿井揭露的导水断层与灰岩、地表水体、老鸦科煤矿老空水均有联通，东方煤矿突水后老鸦科煤矿下部积水区明显下降，说明其与东方煤矿有明显的水力联系。（2）地表水体与导水断层与栖霞组裂隙岩溶承压水存在一定联系，矿井井下掘进时遇导水断层突水，造成矿井下水平局部被淹。如：
15、老鸦科煤矿、吕凤煤矿。2.3 矿井充水通道不良，栖霞组灰岩含水层静储量有限，栖霞组裂隙岩溶水对矿井开采影响较小。如苏桥煤矿，生产建设时井下多处揭露到倒转翼与正常翼的栖霞组灰岩，并见有小溶洞，但并未见到溶洞水。经揭露，矿井目前主斜井+325 m见正常翼灰岩裂隙岩溶水，平均涌水量约13m3/h；一采区0车场见倒转翼灰岩裂隙岩溶水平均涌水量约15 m3/h，其余地点见灰岩均无水。经根据目前掌握的资料分析，该矿栖霞组灰岩充水通道不良，裂隙岩溶水与地表水体无水力联系，在建井过程中静储量被基本疏干，因此井下栖霞组裂隙岩溶水涌水量较小，该井倒转翼灰岩含水层富水性弱。正常翼灰岩含水层富水性弱中等。 综上所述，
16、福建省栖霞组灰岩富水性弱中等，少数达较强，其对矿井开采的影响主要通过导水断层的联通造成矿井突水，引起排水困难，甚至淹井。栖霞组灰岩裂隙岩溶水静储量一般不大，动储量的大小决定了对矿井危害的程度，当栖霞组灰岩通过导水断层与充水水源联通，灰岩裂隙岩溶水又与地表水体、老空积水区有水力联系时，对矿井开采危害很大。3.福建省煤矿区栖霞组裂隙岩溶水防治措施3.1 对矿区栖霞组灰岩裂隙岩溶水进行深入全面调查分析，划定影响程度（1）调查矿井开采范围内栖霞组灰岩分布情况，了解目前与将来矿井开采的最低水平、最远边界与栖霞组灰岩的水平距离、垂直距离；根据矿井开采布局划定可能影响开采的程度和时间。（2）调查矿井开采范围
17、内栖霞组灰岩富水性情况，了解灰岩裂隙岩溶水静储量、动储量大小；灰岩正常涌（突）水量和最大涌（突）水量；矿井内各水平栖霞组灰岩裂隙岩溶水水压等。（3）调查矿区导水断层情况，特别是底界F0断层充导水性，其与栖霞组灰岩切割情况，有否因其切割作用造成含煤地层与栖霞组灰岩对口接触？通过综合分析，确定矿井栖霞组灰岩裂隙岩溶水对矿井影响程度（无影响、一般影响、较大影响、严重影响）3.2 采用留设防隔水煤（岩）柱防治措施，严防栖霞组裂隙岩溶水突入矿井。对栖霞组灰岩裂隙岩溶水对矿井开采有影响的矿井，要求划定灰岩与导水断层的防隔水煤（岩）柱，严防栖霞组裂隙岩溶水突入矿井。该措施要求要准确摸清栖霞组灰岩与导水断层分
18、布情况，确定防隔水煤（岩）柱的留设的宽度和位置，划定禁采线和探水线。对栖霞组灰岩与导水断层位置不太准确的矿井，要求矿井井巷工程接近探水线时应进行探放水，摸清情况，同时根据水量、水压等情况正确留设防隔水煤（岩）柱。3.3 采用“堵”的措施，减少栖霞组裂隙岩溶水的动储量，或直接堵住岩溶水进入矿井的通道。 对矿井已受到岩溶水的危害，应认真调查其充水水源与充水通道情况，采用“堵”的措施，堵住充水通道，减少动储量，而后再采取其他措施进行治理。如马坑铁矿，其井下灰岩裂隙岩溶承压水水量大、水压高，经过调查，岩溶水与地表马坑溪有水力联系，经过导通试验，确定某一河段有一断层通过，河水在此河段明显减少，并在井下证
19、实河水补充岩溶水后进入井下。马坑铁矿采用水泥封堵河底，改造河道，减少了灰岩裂隙岩溶承压水的动储量，减少矿井涌水量，取得一定的成果。 我省矿井遇灰岩裂隙岩溶承压水时大多是见小断层后突水，在突水时也可采用砌筑挡水墙、对小断层进行注浆堵水办法。如仙亭煤矿后洋采区（原后洋矿井），初次突水时，采用砌筑挡水墙进行堵水，避免加大矿井排水压力。现又采取帷幕注浆堵水办法，封堵突水小断层，使采区石门能够顺利施工。3.4 采用“疏”的措施，疏干灰岩裂隙岩溶承压水的静储量，排除其对矿井的危害。根据我省栖霞组灰岩裂隙岩溶水目前调查情况，在煤矿区深部岩溶不发育，静储量一般不大（如苏桥煤矿，开拓过程中就把灰岩裂隙岩溶水静储
20、量渗漏干），因此一些矿井可采用“疏”的措施，把栖霞组灰岩裂隙岩溶水疏干，消除灰岩裂隙岩溶水的危害。特别是平硐开采的矿井，可用探水钻或井巷直接揭露灰岩放水，降低灰岩裂隙岩溶水的水量和水压，消除其对矿井的危害。如吾祠煤矿，基建时多处见灰岩裂隙岩溶水突水，+500 m主平硐初突水时水量较大（600 m3/h以上），但经过井巷揭露疏干，目前稳定在250300m3/h。矿井+500 m以上基本消除了灰岩裂隙岩溶水的威胁。3.5 采用“排”的措施，减小栖霞组灰岩裂隙岩溶水对矿井危害。根据我省栖霞组灰岩裂隙岩溶承压水突水情况分析，突水时大部分是掘进迎头遇导水小断层（F0断层伴生小断层）突水，突水量一般都不大（200500 m3/h，最大1000多 m3/h），突水瞬间水量较大，稳定后水量减少过半。但由于我省煤矿大多排水能力较小，且富余能力较小，因此往往造成排水紧张局面甚至造成淹井（或淹下部采区）。因此建议栖霞组灰岩裂隙岩溶承压水影响程度较大严重的矿井，应加大矿井最大排水能力，重点矿区应配备应急排水设备，同时编制应急预案，在紧急情况下统一调配、集中抢险，可减小灰岩裂隙岩溶承压水突水危害。总而言之，我省栖霞组灰岩裂隙岩溶承压水与北方奥陶纪灰岩裂隙岩溶承压水在水量、水压与对矿井危害程度方面有很大的差异，是可防可治的。只要我们提高警惕，采取措施，认真防患，一定能够消除其对矿井的危害。2012-8-19