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1、贵州省吉源煤矿岩溶水特征及防治措施赵光伟（贵州庆源矿业开发有限公司 贵州桐梓:）摘要：为了加强煤矿防治水工作，防止和减少水害事故的发生，保障煤矿生产和职工生命的安全，矿井水害防治工作刻不容缓，贵州省吉源煤矿位于岩溶发育地区，岩溶突水为该矿井的主要水害威胁。通过对矿区内岩溶发育特征、含水性、岩溶突水基本特征等进行综合分析，该矿采取了“物探先行、钻探验证、短探加强”的防治水措施，有效的防止水害事故的发生。关键词：煤矿 岩溶水 水文地质 涌水量 防治措施引 言吉源煤矿是一中型煤矿，设计能力60万吨/年，现处于建设期间。矿区位于遵义市桐梓县城南西方向，平距1.013.0km，矿井井口及工业广场所在地为
2、新场，距桐梓县城约7.0km，行政区划隶属桐梓县燎原镇和高桥镇所辖。主、副、回风斜井等底板开拓系统巷道均布置在煤层底板以下30m140m的茅口灰岩中，采用斜井开拓方式。全矿设计三个水平，其中，一水平标高为+620m，二水平标高为+350m，三水平标高为+150m， +620m水平为先期开采水平。在井田南部官塘河边标高+610m处设排水平硐，用于开采一水平以上的煤层自流排水。该矿在开拓巷道掘进过程中，揭露了大量的岩溶裂隙，特别是主、副斜井，揭露了较大的地下岩溶管道，涌水量较大，给该矿造成较大的经济损失。1. 区域概况1.1 地形地貌 矿区位于贵州高原北部，山脉走向与地层走向基本一致，大致呈北东南
3、西走向。该区地形总体北东高、南西低，最高点标高1321.3m（井田中部小曹东侧山头），最低点标高565m左右（井田南西端官塘河河床），最大高差756m左右，一般高差200400m。区内煤系地层分布区植被较发育、浮土掩盖严重，且多为农田；其它地层出露较好，出露大面积的碳酸盐岩，形成峰丛洼地、谷地等岩溶地貌；碎屑岩出露区形成侵蚀地貌。矿区主要属中低山中山碳酸盐岩岩溶侵蚀地貌。1.2 气象、水文矿区南东边缘有官渡河、官塘河等常年性河流，在井田内还发育了流水岩、鸭塘等常年性溪流和多条季节性溪沟。官渡河官塘河流经井田的南东侧外，井田西界外河床最低标高为+565m，最高洪水位572m；官塘河流入矿区切割始
4、点河床标高为+909m，洪水位标高为+916m。该矿水文地质类型为复杂类型。矿区属亚热带季风湿润气候区，季风气候明显，气候温和，降水量充沛。年平均气温15.0，平均降水量1011.2mm，年平均蒸发量968.8mm，属于多雷暴地区。1.3 地质概况 矿区及邻近区出露的地层由老至新有：二叠系中统茅口组，二叠系上统龙潭组、长兴组，三叠系下统夜郎组、茅草铺组，三叠系中统松子坎组及第四系地层。（1）茅口组（P2m）：分布于矿区南东部。为一套浅灰、灰色厚层至块状细晶灰岩，含生物屑，夹少量白云质灰岩，上部含燧石结核或燧石团块，具缝合线构造。区内出露不全，出露厚度大于100m。（2）龙潭组（P3l）：分布于
5、矿区南东部，为区内含煤、含硫铁矿岩系。由深灰、灰、灰黑色薄中厚层泥岩、砂质、粉砂质泥岩、炭质泥岩、泥质粉砂岩、细粉砂岩、灰岩、泥灰岩、煤层（线）、硫铁矿等组成。自下而上含煤层（线）614层。其中，含C6、C5、C1等3层主要可采煤层。根据岩性组合特征，从下至上可分为两个段，段间为连续沉积。煤系厚64.4093.69m，平均79.29m。与下伏茅口组地层为假整合接触。（3）长兴组（P3c）：分布于矿区内南东部。下部为灰、深灰色中厚层泥灰岩夹粘土岩；中上部为灰深灰色中厚层泥晶灰岩夹燧石灰岩、生物屑灰岩及泥质灰岩。厚53.2168.71m，平均59.89m左右，与下伏地层龙潭组为整合接触。（4）、夜
6、郎组（T1y）：分布于矿区内中部。主要由一套碳酸盐岩及碎屑岩组成。平均厚406.02m左右，与下伏地层长兴组为整合接触。（5）、茅草铺组（T1m）：分布于矿区内北西部。由一套碳酸盐岩组成。厚450m左右，与下伏地层夜郎组为整合接触。（6）、松子坎组（T2s）：分布于矿区北西部之外或部分边缘地带。底部为浅灰、灰绿色薄中厚层粘土岩夹少量中厚层泥灰岩；中上部为灰色中厚层泥晶灰岩。出露不全，厚度200m，与下伏地层茅草铺组为整合接触。（7）、第四系（Q）：主要分布于矿区内地势较低的山麓较平坦地带。主要由残坡积、老窑弃渣堆积及少量岩石塌积物（粘土、亚粘土、转石或岩块等）组成。厚0.510m左右，与下伏地
7、层各组地层为角度不整合接触。2. 茅口岩溶水特征 2.1 埋藏特征及补给方式 由于区内碳酸盐岩岩溶-裂隙较为发育，岩溶化地层广泛出露地表，特点是以潜水为主。地下水循环交替快，常以泉、河、地下河等形式排泄。动态变化大、水化学成分简单、矿化度低。大气降水、地表溪沟水及植被渗水等通过碳酸盐岩之溶洞、裂隙、落水洞、溶蚀漏斗等补给而转换为地下水，有时，整条河流通过这类洞穴潜入地下，即为灌式补给。 2.2 分布特征 区域内岩溶含水层的富水性总的来说是较强的，但是含水又极不均匀。因岩溶水并不是均匀地遍及整个可溶岩的分布范围，而是埋藏于可溶岩的溶蚀裂隙、溶洞中，所以往往同一岩溶含水层在同一标高范围内，或者同一
8、地段，甚至相距几米，富水性可相差数十倍至数百倍。岩溶的发育具有向深部逐渐减弱的规律，使含水层的富水性相应也具有强弱的分带性。岩溶水在水力联系上也具有明显的各向异性，在水平和垂直方向上的富水性及水力联系变化都很大。 2.3 循环特征区域内岩溶水的循环常以径流交替为主，从分水岭到河谷的方向上，表现为由垂直运动为主的补给过程逐渐变为水平运动为主的径流汇集与排泄过程，并且以集中径流和集中排泄为特点。岩溶水在河谷地区有较明显的垂直分带现象。垂直渗入带发育垂向溶洞，为雨水下渗的通道，有时出现上层滞水，旱季易干枯；水位季节变动带包括高水位与低水位之间的范围，垂直与水平溶洞均发育，旱季此带干枯，丰水期可充满潜
9、水；水平循环带为于最低潜水位以下，主要发育水平溶洞，地下水在此带中水平运动显著，循环交替强烈。深循环带溶洞不发育，一般只有微小的溶孔，水量小，交替迟缓。 3. 巷道揭露岩溶情况吉源煤矿在巷道掘进过程中揭露了较多的岩溶裂隙，其中最大的为主斜井和副斜井揭露的同一条地下岩溶通道，该岩溶通道顺岩层走向发育，最小涌水量为200m3/h左右，最大涌水量为5500m3/h左右，动态变化较大，严重影响矿井正常生产。该岩溶通道在主斜井揭露位置距上部C1煤层真厚约100m，出水标高为+743m左右，副斜井揭露位置距上部C1煤层真厚约135m，出水标高为+695m左右，均处于深灰色中厚层厚层茅口灰岩中，该层位在纵向
10、和水平方向上岩溶裂隙非常发育。根据对上游地表进行水文地质调查以及水文观测，经分析推断主、副井水源为同一个水系，该区域地下有一条地下岩溶暗河，由窑子湾洼地顺岩层走向经过主、副井上部，且是一条水流平缓的岩溶暗河，最后在官塘河排泄，其排泄口未找到，其排泄口很可能低于官塘河，该暗河补给来至窑子湾洼地上游，补给面积较广，窑子湾洼地附近补给区标高+1100m左右，汇水面积约6km2。4. 岩溶水治理措施按煤矿防治水规定以及煤矿安全规程要求，实行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”和“物探先行，钻探验证，区别对待、综合治理”的原则，采取防、堵、疏、排、截的综合防治措施，结合矿井开拓方式、井巷布置和水害
11、类型情况，采取“以排为主、堵疏结合、加强探放”的综合水害防治方案，从而实现无突水伤亡事故，确保各个巷道安全掘进。4.1 先探后掘采用“物探+钻探+短探”相结合的方式，即在巷道掘进之前，先利用物探仪进行超前探测，大致探测前方水文地质构造情况，再利用钻机进行验证异常点情况，如钻孔探测没有异常情况，则可正常掘进；如探测有异常情况，则再增加钻孔，以探明异常情况为止。并根据探测实际情况具体分析，采取相应的安全处理措施。其中，钻孔设计时，顺巷道掘进方向必须设计一个钻孔，巷道周边的钻孔终孔点必须控制整个巷道轮廓线以外20m，掘进过程中保持20m超前距，其设计如下图所示。 为了进一步加强防范，巷道在布置炮眼前
12、，用风锤钎子先施工短探孔5个，孔深不小于4.8m，其中4个孔布置在巷道周边，终孔点控制整个巷道轮廓线以外2m，另外一个孔垂直碛头向正前方向布置，与巷道掘进方向一致，如短探孔探测有异常情况，则必须再施工探眼以探明异常情况为止，并根据探测实际情况具体分析，采取相应的安全处理措施。如短探孔探测无异常，则可正常施工炮眼放炮掘进；掘进过程中只允许掘进1.8m，保持2.5m超前距，确保巷道掘进的安全，其具体设计如下图所示。 4.2 堵疏结合综合措施由于巷道在掘进过程中将不可避免的揭露岩溶裂隙水，该矿采取“以排为主、堵疏结合”的防治方案进行处理；因为该矿在+620m水平有一条排水运输巷，水沟排水能力为150
13、0m3/h左右；而现阶段巷道均布置在+620m水平以上，即可以通过+620m排水运输巷自流排水，而在其它没有自排能力的下山掘进时，掘进前必须安装好排水系统，通过水泵进行排水。由于巷道揭露岩溶裂隙后，涌水量较大时则影响巷道的正常使用，同时加大了后期矿井水处理成本，故该矿采取了帷幕注浆堵水措施。即在巷道贯通后，在岩溶裂隙破碎带附进施工钢筋混凝土发碹处理，同时埋设注浆管对巷道周边进行帷幕注浆，使巷道周围形成一个包裹体，以确保能抵抗水压，同时将岩溶水堵回原来通道流走。其中巷道的发碹厚度以及帷幕注浆范围可根据揭露岩溶裂隙岩体情况、涌水量大小以及水头压差等实际情况具体设计。5. 结论及建议由于岩溶裂隙的发
14、育具有各相异性和极不均匀性，加大了矿井防治水的难度，增加了煤炭开采的成本，但为了矿井安全生产，必须加强探放水措施，确实将各项措施真正的落实到位。同时加强水文地质调查工作，建立和完善水文观测系统并定期进行观测，在治理过程中进一步总结和研究矿井的水文地质规律，并逐步修改和完善矿井水害防治方案，有效指导防治水工作。参考文献：1 陈林，吴自立，孙培轩.贵州省官仓煤矿岩溶水突水分析及防治措施J/OL.矿业安全与环保.2012年.39（6）：792 国家煤矿安全监察局，煤矿防治水规定释义S.徐州：中国矿业大学出版社，2009. 3 王永红，沈文.中国煤矿水害预防及治理M.北京:煤炭工业出版社,1997:196-199.4 杨锡禄，周国铨.中国煤炭工业百科全书:地质.测量卷C.北京:煤炭工业出版社,1995:183-187.作者简介：赵光伟（1985.04.12），男，苗族，贵州榕江，贵州庆源矿业开发有限公司，学士，矿山地质助理工程师，联系电话：