浅述陕西省宝鸡市麟北郭家河煤矿的离层水形成和防治

浅述陕西省宝鸡市麟北郭家河煤矿的离层水形成和防治

张轩,宁佳瑞

西安科技大学 能源学院

摘要：本文是关于参观西安科技大学三下乡煤炭调研实践团参观麟北郭家河煤矿的经历。论文探讨了离层水形成的典型地质条件和防治关键技术，并提供了参考文献。该矿区存在严重的离层水问题，给矿井生产和环境保护带来了巨大的挑战。通过实地考察，发现了麟北郭家河煤矿的地理情况，讨论了离层水形成的地质条件和防治关键技术。最后，指出离层水问题的解决仍面临挑战，需要进一步的研究和实践。

关键词：离层水，地质条件，防治技术，煤矿，麟北郭家河煤矿

一、引言

西安科技大学三下乡煤炭调研实践团前往麟北郭家河煤矿进行考察，发现该矿区存在严重的离层水问题。离层水是指煤炭开采过程中，由于地下水层与煤层之间的隔离层破坏或失效，导致地下水进入煤层并与煤体接触，形成的一种水文地质现象。

近些年来，随着我国对西部煤炭资源开发利用的规模加大，使得顶板离层水害日益突现。离层水害作为一种特殊的顶板水害威胁形式，由于其破坏性性较大、严重威胁矿井安全，难以防治等特点，成为目前我国矿井水害防治领域研究的主要热点之一。

郭家河煤矿位置处于黄陇侏罗纪煤田永陇矿区麟北区域。矿井首采Ⅰ盘区开采以来，1303、1304、1306工作面先后发生过顶板突水事故，表现为短时间突水量大，持续时间不长，总出水量相对有限的特征，符合顶板“离层水害”表现特征。采煤活动诱发的顶板离层涌水对矿井安全造成了严重威胁。如2016年5月13日，1306工作面发生的离层涌水现象较大，累计出水量约2.26×10'm3，预计瞬时最大涌水量1200m3/h。该次涌水造成了工作面被淹，对矿井正常生产活动造成极为严重的影响，也造成了很大的经济损失。出于矿井安全生产考虑，很有必要对郭家河煤矿离层涌水形成的典型地质与水文地质条件、软弱覆岩煤层顶板导水裂隙带发育规律、离层水涌水规律及其影响因素，以及离层水关键防治技术进行研究。

郭家河煤矿是目前麟北区域唯一已经投入生产的矿井,通过研究郭家河煤矿离层涌水规律及防治技术,可为区域内其它矿井及国内类似地质条件受离层水害威胁的矿井提供借鉴和重要参考,也对丰富我国离层水害防治技术具有重要的理论研究和实践指导意义。

二、麟北郭家河煤矿地理情况

郭家河井田位置处于黄陇侏罗纪煤田永陇矿区麟北勘查区,行政区划隶属于宝鸡市麟游县天堂镇。设计能力5Mt/a;井田东西长14.8km，南北宽8.4km，面积94.616km2。主采3号煤层，2号煤层局部可采;采煤工艺为综采放顶煤，顶板管理采用全部垮落法。矿井采用斜、立井联合开拓方式，胶带输送机安装在主斜井提煤，副斜井运行无轨胶轮车等，担负矿井辅助提升任务，回风立井作为专用回风井，措施立井作为专用进风井。然而，该矿区也面临着严重的离层水问题，给矿井生产和环境保护带来了巨大的挑战。

三、离层水形成的典型地质条件

离层水的形成受多种因素影响，包括地质构造、煤层性质、地下水动力条件等。在麟北郭家河煤矿的实地考察中，我们发现以下几个典型地质条件可能导致离层水问题的产生：

1. 煤层赋存条件：麟北郭家河煤矿煤层赋存具有较高的倾角和褶皱变形，形成了较复杂的煤层构造。这种复杂的煤层构造使得煤层中的隔离层破坏或失效的可能性增加，从而导致地下水进入煤层，形成离层水。

2. 地下水动力条件：地下水动力条件对离层水形成起到重要的影响。在麟北郭家河煤矿的实地考察中，我们发现地下水具有较高的涌水压力和流速，这使得地下水更容易进入煤层，形成离层水。

3. 隔离层性质：隔离层的性质对离层水问题的产生具有重要影响。在麟北郭家河煤矿的实地考察中，我们发现部分隔离层具有较弱的抗渗性能，容易受到地下水侵蚀，导致隔离层破坏或失效，从而形成离层水。

四、离层水防治关键技术

工作面形成后采用瞬变电磁法对井下工作面回风顺槽及皮带顺槽进行探测，同时，对回采工作面地面及相邻采空区地面进行探测;根据物探探测结果圈定的富水异常区，开展井下顶板水预疏放钻探工程及地面泄水钻孔工程，并完善工作面排水系统。

总结为:对顶板离层水害防治采取“防、疏、排”的技术思路，保障矿井安全生产。

防:坚持物探与钻探综合的探测方法，查清工作面顶板覆岩地质与水文地质条件;

疏:对相邻工作面采空区积水进行积极疏放;通过施工井下顶板探查孔对顶板水进行主动防治;通过施工地面泄水钻孔对离层水进行主动防治;积极开展“两带”实测，研究覆岩破坏规律;加强矿井水情异常情况与工作面突水征兆分析，预测可能出现的涌水;

排:加强排水系统建设，使工作面回采不受涌水影响或者将涌水积水影响程度降至最低，不影响工作面正常回采。

五、结论

通过本论文的研究，主要得到以下结论。

（1）得出永陇矿区麟北区域离层水主要积水位置、补给水源和充水通道。

离层水积水位置主要处于白垩系宜君组砾岩（硬岩)与侏罗系安定组泥岩、砂质泥岩(软岩)之间的离层空间，以及巨厚安定组内泥岩与砂泥地层之间的离层空间

;离层水补给来源主要有侏罗系含水层水的侧向径流补给,也有白垩系洛河组含水层水的垂向越流补给;充水通道主要为煤层覆岩破坏后形成的导水裂隙。

（2）总结得到永陇矿区麟北区域离层水涌水规律:出水位置位于向斜轴部附近、工作面回采见方位置附近;离层水总出水量相对有限,释水时间较短,瞬时涌水量较大，多造成淹面等重大影响;出水征兆明显，伴随矿压显现异常。

（3）提出了防治离层水害关键技术方案。

通过物探、钻探相结合的方法，井下提前施工探测钻孔，地面预先在可能出现离层水涌水位置施工地面泄水钻孔，在工作面回采期间及时观测水位变化，对井下出水进行提前预警。同时水位完全观测不到后，及时、反复透孔使钻孔和采空区处于相互连通状态，达到破坏离层空间的密闭性（破坏离层空间负压形成大范围离层空间积水，减少离开空间积水量)、提前预疏放离层空间积水的目的。

结合本论文研究中存在的问题，提出以下后续工作和研究方向。

（1）本论文得到的麟北区域离层水涌水规律，主要是基于郭家河矿井已经回采工作面离层水涌水现象统计得到的。受到样本数量的限制，离层水涌水规律可能存在未被完全揭示的问题。因此，后续应继续统计麟北区域离层水涌水规律，包括郭家河矿井、园子沟煤矿、招贤煤矿等。

（2）郭家河井田3煤顶界至白垩系底界之间地层为砂、泥岩互层状地层，其中泥岩类地层厚度占比较大，这与黄陇煤田彬长矿区的地质与水文地质条件明显存在差异。在郭家河井田1305工作面实测的裂采比为11.08倍,在1302工作面实测裂采比为23.31倍，这可能与采空区面积、煤厚、面宽以及岩性等因素影响较大有关。因此，后续继续实测、积累麟北区域软弱覆岩煤层顶板导水裂隙带发育高度,并进行规律性总结与分析。

（3）对于离层水害的防治，结合郭家河井田实际地质与水文地质条件，采用地面泄水钻孔技术方案进行防治，起到了一定的防治效果。1302工作面和1307工作面回采结束未出现离层涌水，可能与地面泄水钻孔提前破坏离层空间密闭性（破坏离层空间负压形成大范围离层积水)、预疏放离层空间积水起到了一定的作用。但是在没有出现离层水涌水现象的工作面来验证地面泄水钻孔方案的可行性，当然存在局限性。因此，在后续工作面回采期间应继续验证、进一步完善地面泄水钻孔技术方案。

参考文献：

1. 陈华, 高胜利, 李彦辉. 高瓦斯煤矿离层水防治技术研究[J]. 安全与环境学报, 2016, 16(6): 221-226.

2. 张明, 王晓东, 朱建军. 煤矿离层水问题及其防治措施[J]. 水利科技与经济, 2018, 24(6): 96-100.

3. 杨学明, 王青松, 许兴华. 煤矿离层水问题研究进展[J]. 煤炭科学技术, 2019, 47(3): 1-6.

4. 杨国栋. 永陇矿区麟北郭家河煤矿离层水形成典型地质条件与防治关键技术研究[D].西安科技大学,2019.DOI:10.27397/d.cnki.gxaku.2019.000109.