十里河河水对地下煤矿危害及防治措施探讨

丁丽萍

（大同市水文水资源勘测分局，山西 大同 037008）

十里河河水对地下煤矿危害及防治措施探讨

丁丽萍

（大同市水文水资源勘测分局，山西 大同 037008）

煤矿水害是与瓦斯、粉尘、矿压并列的四大灾害之一。根据草垛沟煤矿水文地质条件，从三方面对左云县草垛沟煤矿形成的水患灾害进行了分析，提出了相应的防治措施。通过采取有效措施，避免了突发性水患的发生。

煤矿；水患；防治；十里河

1 十里河概况

十里河是大同市的中型河流之一，发源于大同市左云县马道头乡曹家堡村，途经左云县城和云冈镇，最后经大同市北郊田村汇入御河。全长89.3 km，流域面积1 228.37 km2。流域内的地质覆盖为云岗上段，基本上属于黄土丘陵区。云岗下段到入河口基本上属于土石山区，故十里河的河床结构基本与上述地质覆盖结构一致。

据十里河水文站水文资料显示，流域内多年平均降水量为400mm，水量集中在汛期6—9月，主要依靠降水产生的径流补给，降水产生的最大洪峰流量为2 000m3/s，最小流量为零。多年平均径流深26.5mm，洪水流量占80%，因地质结构多为黄土丘陵区，洪水中携带的泥沙较大，多年平均输沙量达246万t。地下煤矿水患大多集中在汛期，因此重点防治时间也应集中在这个阶段。

2 水文地质情况

草垛沟煤矿位于大同市左云县东北草垛沟村附近，西距左云县城24 km，东距大同市区34 km，处于十里河上游段。井田为不规则地形，南北最长4.9 km，东西最宽3.5 km，面积10余km2。井田地处黄土丘陵区，地表侵蚀切割作用强烈，沟壑发育，植被稀松，地势西北高、东西低，高差达105m。井田界内有十里河由西向东穿过，地表径流垂直渗透性强，地表岩层松散水量侧向补给丰富，井田中部的草垛沟是井田范围内较大的河谷，全长3 100m，因此水量集中冲刷性尤为严重。

根据该流域水文地质成果分析，本区含水层平均厚度在8～12m之间，由砂、砂砾石、碎石以及黏土组成，含水性较弱，经20多年的开采，破坏了隔水层，形成了地下水降落漏斗，地质情况十分复杂。

3 十里河水对草垛沟煤矿存在水患灾害分析

草垛沟煤矿地处黄土丘陵区，沟谷切割复杂，地形高差较大，虽有利于地表径流的排泄，但煤田经过20多年的开采，地质结构破坏严重，形成了各种形态的地质灾害。

3.1 矿区地裂缝调查及矿井涌水量灾害影响分析

经调查，在矿区内查明地裂缝12条，主要分布在草垛沟村西南和新代家沟村一代，最长约200m，可见深度2.5～7.5m不等，宽度0.2～1.0m不等，并伴有数量不等的陷落坑。地裂缝的形成，初步认定与煤矿生产有关，属陷落引发的裂缝。由于草垛沟煤矿兼并重组前有13家小煤矿连续开采20余年，均开采5号和8-1号煤层，而8-1号煤层在旧代家沟至旧石灰窑村一线为一背斜隆起，标高在1 200m以上，轴部两侧缓慢倾斜，北侧较平坦，南侧较倾斜。根据全矿地层综合柱状图，5号煤层上距8-1号煤层32m，煤层厚度1m，即5号煤层在背斜隆起轴部标高约为1 233m，而草垛沟村西南的几条地裂缝（f1～f6）正处于这一隆起轴部的正上方或稍偏北。这几处地裂缝标高在1 285～1 301m之间，说明在这一小区域中5号煤层顶板距地表面仅50～80m，8-1号煤层顶板在此处距地表80～120m，当 5号，8-1号煤层在该区域全部采空后，其上覆岩层及土层在自重应力的作用下将整体下沉，并在地表上首先呈现出裂隙带和漏斗状陷落坑。本矿区其他几处地裂缝（f7～f12）产生的因素也类似上述成因。值得注意的是，当进一步采掘煤层较厚的8-2号，11号和14号煤层时，地裂缝会在累加效应下规模扩大，出现新的地裂缝。因此，由于地裂缝的存在，一方面使所采煤层直接与地表相通，降雨由入渗方式变成注入方式；另一方面地裂缝沟通了第四纪与侏罗系各含水层，使逐层渗透的上下含水层联系变成直接注入式联系，导致矿井涌水量增大，采用突水系数法估算该矿井正常涌水量为320～400m3/d，如果十里河汛期洪水流量沿着地裂缝灌入矿井，其危险性将不堪设想。因此，地裂缝的存在是本矿最主要的水患灾害之一。

3.2 洪水流量对矿区涌水量灾害分析

十里河洪水流量通过矿区中部偏南方向流过，因多年开采煤炭逐步疏于上覆岩系和煤系地层地下水，使矿区地下水位下降形成漏斗，故河道来水构成矿井主要充水因素之一。特别是当河道下方有煤矿采掘工作面时，采掘过程中打通河床底部发生局部下陷时，河道来水不以“下渗方式”补给，而以“灌入方式”涌入矿井，如果正逢汛期洪水频繁水量较大时，极易造成灾难性的矿井水患。据实地调查，在新代家沟村南，东南侧十里河河道上，发现7个大小不等的陷落洼地，最大面积约5.33 hm2，最小面积约0.2 hm2，并有4个陷落坑边缘存在7条规模不等的地裂缝，而上述洼地、陷落坑、裂缝的形成均为草垛沟煤矿周边小煤矿沿河越界开采造成的。另据本矿地质报告，8-1号，8-2号，11号和14号煤层间导水裂缝高度大于层间距离，故5号煤层涌水可直接灌入最低的14号煤层。

综上所述，十里河河道上的裂缝、陷落洼地、陷落坑与废旧巷道的存在，构成了河道来水涌入矿井通道的危险性增大，因此是本矿重要的水患灾害之一。

3.3 十里河潜水流量对矿井危害

十里河河床下有向草垛沟煤矿灌水的通道，虽经治理，但尚未完全切断，故十里河径流量对矿井涌水具有一定的影响。张家场到本矿沿河流量的测定结果表明，十里河基流和七磨河支流的来水量在经本矿上游河段经下渗转化为潜流地表径流，经计算现状河段向下游潜流的流量为229m3/d，这些潜水流经3.8 km长的河道，到达本矿区南部河段，经沿途蒸发损耗，所剩潜流不足100m3/d，即使全部涌入矿区，也与正常十里河道渗漏补给相当。因此在现状情况下，河道潜流对矿井充水的影响作用较小。

4 防治措施

综上所述，本矿地表水灾害的防治主要涉及十里河河水漫灌，地裂缝涌水及草垛沟、代家沟、老草沟深度下切形成的洼地、陷落坑，使矿区一带地表洪水及冲积层潜水流入井下，因此应采取以下防治措施。

第一，对矿区上部形成的地面裂缝和塌陷采用灌浆充填方法进行填堵，发现漏水的沟渠要及时堵漏，对开采区域的地面塌陷部分，必须采用注浆充填、灌实硬化等方法治理，对十里河段地面陷落洼地及伴生的地裂缝采用相同方法治理。

第二，十里河新代家沟村南断面行洪标准较低，遇有超标准洪水，可能漫过坝顶或冲毁堤坝涌入塌陷凹地，极易造成矿井透水事故，同时造成地面建筑物损毁，故应进行此段防洪勘测设计和河道治理。

第三，查明十里河河道下废旧巷道的分布情况，在废旧巷道内修建多道防水墙，以切断十里河河水下灌的通道。

第四，深沟洪水和冲积层水的防治。本矿区内有代家沟、老草沟、草垛沟等较大沟谷，局部地段深达20m，冲刷后将使上部煤层逐渐接近地表，当遇汛期洪水时，山坡流水都积聚在沟内，易使沟谷洪水流入井下，造成较大的水害，故应将深沟谷整平硬化，使洪水流畅，排出矿区。

第五，十里河下的草垛沟煤矿东接鹊儿山精煤公司，西界、东北界、东界有已关闭的胡泉沟、银盘沟、星星、石墙框等小煤矿。十里河河水通过越界开采的废旧巷道可使本矿出现透水事故。另外，周边煤矿老窖水如在本矿周边采掘时，通过采动裂缝可能涌入本矿形成水害。因此，本矿矿界必须采取严格的防治水患措施。一是在每条废旧的巷道内设立防水墙；二是关闭周边煤矿老窖水，在矿界采用垂直法预留煤柱；三是查明东界原石墙框老窖水的位置，增加保留煤柱的厚度。

5 结语

煤矿水害的防治应以“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”为原则，并根据矿井水害实际情况制定相应的“防、堵、疏、排、截”等防治措施。同时要提前预测预报分析存在水害的因素，采取有效措施，防患于未然，从而避免突发性水患的发生。

TV213.4

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1004-7042（2016）03-0016-02

丁丽萍（1975-），女，2005年毕业于华北水利水电学院水利水电工程专业，工程师。

2016-01-05；

2016-02-16