张弛
山西省煤炭地质水文勘查研究院 山西太原市 030006
摘要：通过对昊兴塬煤业的水文地质条件、采空区积水情况、矿井充水因素、矿井涌水量、矿井受水影响胁程度及防治水难易程度等方面分析，以昊兴塬煤业资料为依据，参照《煤矿防治水规定》的划分标准，提出昊兴塬煤业矿井水文地质类型为中等型的结论，分析和评价矿井水害危害程度，为矿井防治水工作提供依据。
关键词：水文地质类型划分、矿井涌水量、防治水、昊兴塬煤业
Discussion on Classification of Mine Hydrogeology Types of Shanxi Coal Transportation and Marketing Group Puxian Haoxingyuan Coal Industry
Zhang Chi
(Hydrological Exploration and Research Institute，Shanxi Coal Geological Bureau，Taiyuan，Shanxi，030006)
Abstract: By analyzing the hydrogeological conditions of Haoxingyuan Coal Industry， the water accumulation in the goaf， the water filling factor of the mine， the amount of water in the mine， the degree of threat to the mine， and the difficulty in controlling the water， Based on the inter-industry data of coal， with reference to the division criteria of the Regulations on Prevention and Control of Water in Coal Mines， the conclusion is drawn that the hydrogeological types of mines in Haoxingyuan Coal Mine are medium-sized， and the damage degree of mine water hazards is analyzed and evaluated to provide a basis for mine water prevention and control work.
Keywords: hydrogeological type division， mine water inflow， prevention and control， Haoxingyuan coal industry
矿井水文地质类型划分是矿井防治水工作的重要组成部分，本次工作根据以往采掘及建设过程中开展的水文地质工作及未来三年采掘衔接计划，预测未来三年矿井生产可能存在的水患，对矿井防治水工作进行总结、分析并重新确定本矿矿井水文地质类型，提出防治水措施和建议，从而确保煤矿安全生产。
1 基本情况
矿井位于蒲县东北25 km的乔家湾乡南峪村东，行政区划属乔家湾乡管辖。矿井位于吕梁山脉东麓，为侵蚀中山地貌。矿井范围内沟谷纵横，梁岭绵延，地形比较复杂。总体地势为中西部高，北部、西南部低。
井田内有北部的刘家山沟、北中部的石河沟和南部的社凹沟，在刘家山沟、石河沟有人工排水沟渠。井田内各沟谷基本常年无水，遇雨亦一泻而去，雨停后沟干或为细流，属季节性溪流。
矿井采用斜井多水平开拓全井田，共布置主斜井、副斜井、行人斜井和回风立井4个井筒。井下共划分为两个水平，2号煤层为一水平9、10、11号煤层为二水平，该矿井现开采2号煤层，为生产矿井。
井田范围内地层出露较多，第四系地层多分布于粱峁之上，钻孔所揭露的地层由老至新依次为奥陶系中统峰峰组、石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组和第四系。本井田含煤地层包括石炭系中统本溪组、上统太原组及二叠系下统山西组、下石盒子组。其中太原组、山西组为主要含煤地层，主要有2、9、10、11共4层可采煤层，其中3层为全区可采煤层（2、9、11），1层为大部可采煤层（10），可采煤层平均厚度为6.83m。
2 矿井水文地质条件
矿井内的含水层按岩性组合特征、地下水水力性质及埋藏条件等，划分为7个主要含水层，矿井内的含水层自下而上有：奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层、太原组石灰岩（K3、K2）岩溶裂隙含水层、山西组（K7）砂岩含水层、下石盒子组（K9、K8）砂岩裂隙含水层、上石盒子组底部（K10砂岩）裂隙含水层、基岩风化带裂隙含水层、第四系砂砾孔隙含水层；井田的隔水层自下而上有：太原组隔水层、山西组隔水层。
2.1奥陶系中统石灰岩岩溶裂隙含水层
本井田补充勘探时施工专门探岩溶钻孔揭奥灰层段，岩性为石灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩和花斑状灰岩，岩溶发育段0.65m，裂隙溶洞极发育，钻进中形成大漏水，O2f-O2s混合静止水位观测至孔底无水位。地下水自北西向南东流。推测本井田奥灰水位标高在+834~+839m，低于井田11号煤层底板标高，奥灰水对井田各煤层开采无充水影响。根据钻孔资料，本区奥陶系中统峰峰组（O2f）为透水的不含水层，含水层主要位于奥陶系中通上马家沟组（O2s）的中下段。
2.2太原组石灰岩（K3、K2）岩溶裂隙含水层
该组地层发育（K3、K2）2层石灰岩。K3石灰岩为8号煤层的直接充水含水层，厚1.00-9.25m，平均5.04m。岩性为深灰色，块状，质较纯，裂隙较发育，多被方解石细脉充填，钻液消耗量一般在0.30-0.60m3/h。属富水性弱的含水层。
2.3山西组（K7）砂岩含水层
K7砂岩岩性以细粒砂岩为主，厚度0.75-11.10m，平均3.45m，常相变为粉砂岩，裂隙不发育。钻液消耗量一般在0.20-0.50m3/h。属富水性弱的裂隙含水层。
2.4下石盒子组（K9、K8）砂岩裂隙含水层
砂岩含水层位于2号煤层以上，为该煤层直接充水含水层，厚度0.90-9.00m，平均3.23m，岩性为灰白色、灰绿色厚层状长石石英砂岩，泥钙质胶结，井田内出露的泉水不多，流量小于1.5L/s。该层属富水性弱的裂隙含水层。
2.5上石盒子组底部（K10砂岩）裂隙含水层
该组砂岩岩性以灰色、灰白色、黄绿色中粗粒长石石英砂岩组成，底部含小砾石。埋藏浅时，风化裂隙及节理发育。泥质、钙质胶结。厚0.50-21.83m，平均4.72m。为富水性弱的含水层。K10砂岩裂隙含水层主要以泉水形式排泄。
2.6基岩风化带裂隙含水层
区内地形复杂，基岩裸露面积较大，造成基岩风化带裂隙发育，大部分钻孔在100m以内出现消耗量较大或全漏。由岩芯鉴定风化带深度可达百米左右，可形成富水性中等的含水层或透水层。
2.7第四系砂砾孔隙含水层
该含水层受大气降水和地表水的影响较大，补给条件较好，埋藏厚度大的，将成为地下水较丰富的孔隙裂隙含水层。第四系砂砾孔隙含水层主要接受大气降水补给，其次为矿坑排水及河流地表水的下渗补给和部分来自基岩区的泉水补给，再渗透补给下伏地层，多以蒸发方式排泄，部分沿层底岩面向下游径流排泄。在下伏采空区导水裂缝带与第四系砂砾孔隙含水层沟通处向下伏采空区排泄。
2.8隔水层
矿井内主要隔水层隔水层为太原组隔水层及山西组隔水层。
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太原组隔水层主要分布在K7砂岩与K4灰岩之间，厚15-45m，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，次为粉砂岩夹中砂岩，对下部的灰岩含水层具有一定的隔水作用。
山西组隔水层主要分布在K8砂岩与2号煤层底部砂岩及2号煤层与K7之间，岩性以泥岩、砂质泥岩为主，其中以2号煤层以上为主要隔水层，厚10-20m，一般呈透镜状，具有良好相对隔水作用。
3 矿井充水因素分析
采空区积水是本矿井最具威胁的充水水源。当相邻煤层采掘时，由于受采空冒落带、导水裂缝带或采掘扰动破坏带的影响，当煤层间距或煤柱小于冒裂带高度或扰动破坏带时，上部及周边老空水就会沿冒裂带、扰动带渗入或溃入工作面，造成透水事故。2号煤层采空区积水对2号煤层开采有直接充水影响，2号煤层采空区积水区可通过9、10、11煤层开采形成的冒裂带向9、10、11号煤层产生充水影响。
K8、K9砂岩含水层位于2号煤层以上，为2号煤层直接充水含水层，其补给来源为大气降水、地表水，补给条件一般，有一定的补给水源。K2、K3石灰岩含水层是开采9、10、11号煤层的直接顶板充水含水层，富水性弱。主要接受大气绛水补给，补给来源少。局部地段可能通过开采产生的塌陷裂隙带接受上部砂岩的充水补给，并可能与上部2号煤层采空区积水发生水力联系，下伏奥灰岩溶地下水位标高，低于11号煤层的最低标高。
4 矿井涌水量分析
矿井涌水来源一是顶板砂岩裂隙水，二是采空区水，三是地表水及大气降水。
根据矿方提供的矿井涌水量、气象资料台账分析，矿井涌水量动态表明，矿井涌水量与大气降水量呈正相关。除此之外，根据矿方提供资料，矿井涌水量随着开采范围的增大而有所增加。同时当探放老空区积水时，矿井涌水量会有所增大。
根据矿方资料，矿井正常开采2号煤层时观测矿井正常涌水量46m3/ h，矿井最大涌水量为67m3/ h。由于9、10、11号煤层尚未开采，其涌水量计算方法采用富水系数法，类比周边矿井，预测预计正常涌水量19.67m3/ h，最大涌水量39.38m3/ h。
5煤层开采受水害影响程度及防治水工作难易程度
5.1 开采受水害影响程度的评价
本井田西部由于各煤层埋藏相对较浅，因此大气降水\地表水是矿井水的主要来源之一。
储存和运动在岩层孔隙中的地下水，是构成矿床充水的主要水源。在开采2号煤层时的主要水源是砂岩裂隙水，主要是层间侧向渗透和大气降水沿裂隙补给，其次为河水的渗漏补给及上覆含水层的补给。在开采9、10、11号煤层时的主要水源是K3、K2岩溶裂隙含水层，是本井田主要层间含水层，其补给来源为大气降水及其上部含水层通过断裂、裂隙下渗补给和地表河水的渗漏补给。矿井巷道顶板冒裂带将沟通其影响高度范围内各含水层之间的水力联系，使地下水进入井巷，成为矿井充水的主要来源。本矿下伏奥灰岩溶地下水位标高低于11号煤层的最低标高，对本井田2、9、10、11号煤层开采无奥灰水充水影响。
根据调查结果和以往物探成果，2号煤层采空积水区6处，积水位置及积水量已查明。采空区积水既是下伏各含水层的补给源，又是直接水患所在，矿方在采掘过程中要保持高度警惕。采空区积水对本煤矿开采影响中等。
5.2 对矿井防治工作难易程度的评价
综上所述，本井田矿井水水源主要来自三个方面，一是大气降水、地表水，二是煤系地层含水层水，三是采空积水。
一般情况，大气降水、地表水不会对采煤形成大的威胁。矿方要掌握当地年降水量及最大洪水位资料，结合井田具体条件建立防水、排水系统；在容易积水地点修筑沟渠排水；成立地面调查小组，不定期对地面进行调查，地面裂缝、塌陷地点必须及时填塞；在大雨降临形成地面洪水时，若地面裂缝、塌陷没有及时治理，建议矿方执行重大水患撤人制度，把水害损失降到最低；排到地面的井下水，要妥善处理，避免倒渗井下；加强防汛设施的检查。防止洪水灌井或井筒积水。大气降水、地表水防治工作量中等，难度中等。
顶板水害的治理，一般可采取先探查后疏干的方针，在具体工程中要执行一工程一设计，一工程一措施的原则。对于顶板砂岩水的防范应先通过井下物探手段查明顶板含水层的富水性、圈定处富水异常区，再根据物探结果可采用疏干方法加以防治。
矿井主要水害类型为2、9、10、11号煤层采空区积水，矿井采空区2号煤层积水范围已圈定，未来三年9、10、11号煤层开采范围也已圈定。临近地面物探异常区域时，按照《山西省煤矿老空水防治工作规定》标绘三线，编制专门的探放水设计，采用“物探先行、化探跟进、钻探验证”综合探测手段做好探放水工作，确保矿井的安全生产。
6煤层矿井水文地质类型划分
①受采掘破坏影响的含水层及水体
K8、K9砂岩含水层位于2号煤层以上，为这两层煤层直接充水含水层，为富水性弱的裂隙含水层。其补给来源为大气降水、地表水， 补给条件一般，有一定的补给水源。K2、K3石灰岩含水层是开采9、10、11号煤层的直接顶板充水含水层，富水性弱。此项属中等类。
②矿井及周边老窑水分布状况
未来三年开采范围内采空区积水其位置、范围、积水量基本清楚。此项属中等类。
③矿井涌水量
矿井生产能力达120万t/a时，2号煤层矿井正常涌水量为43m3/h，最大涌水量为67m3/h。9、10、11号煤层尚未开采，预测预计正常涌水量19.67m3/ h，最大涌水量39.38m3/ h。远小于分类标准180m3/h和300m3/h。此项属简单类。
④突水量
该矿自开采2号煤层以来未发生突水事故，巷道揭露各含水层时，淋水均较小，揭露断层时的突水量为43m3/h，钻孔突水量为23m3/h，均小于600m3/h。此项属中等类。
⑤开采受水害影响程度
总体认为采掘工程受水害影响，但不威胁矿井安全。此项中等类型。
⑥防治水工作难易程度
本矿矿井防治水工作的重点是采空区积水、废弃巷道水、地表水。总的认为，防治水工作简单或易于进行。此项中等类型。
综合以上阐述，按分类依据就高不就低的原则，本矿开采2、9、10、11号煤层，矿井水文地质类型定为中等类。
7 结论
①矿井西部煤层埋藏浅，且有煤层露头，应加强对地表（尤其是未来三年开采范围内部及周边对应的地表）进行观测、巡查、记录，及时对发现地裂缝及地表塌陷进行填埋治理，防止地表水渗入井下。
②采空区积水是防治水工作的重点。未来在开采同层及下组煤层时，要严格按照《井下探放老空水技术要求》及《井下老空水探查物探技术指引》开展工作，必须坚持“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的原则，采取防、堵、疏、排、截的综合治理措施，对上层和同层煤层一定先超前物探，进行水情水害的探测，编制专门探放水设计，由专业探放水队伍依据相关规程规范进行探放水工作。认真检查历史资料，以免发生突水事故。
参考文献：
[1]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局，煤矿防治水规定[M]，北京：煤炭工业出版社，2009.
[2]国家煤矿安全监察局，煤矿防治水规定释义[M]，江苏 徐州：中国矿业大学出版社，2009.
[3]陕西省煤田地质局一三一队，山西煤炭运销集团蒲县昊兴塬煤业有限公司兼并重组整合矿井补充勘探地质报告[R]，陕西：陕西省煤田地质局一三一队，2012.
论文作者:张弛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：含水层论文; 煤层论文; 矿井论文; 裂隙论文; 砂岩论文; 采空区论文; 水量论文; 《防护工程》2018年第21期论文;