上榆泉煤礦礦井水文地質調查

王向東

（河曲縣國土資源局，山西 忻州 036500）

1 礦井概況

上榆泉煤礦是一座大型現代化礦井。礦井設計生產能力300萬 t/年，礦區面積 29.783 2 km2，批準開采 9、10、11、12、13 號煤層，開采深度：700～980m。礦井采用平硐開拓，水平標高850 m，先開采9、10號煤層。礦井采用大巷盤區式布置，三條上山，設于10號煤層中。各工作面順槽以及采、掘進中都配有排水設備，積水排至主、輔運上山，然后經排水溝自流出井。

2 水文地質調查

2.1 地貌地質調查

井田地處山西黃土高原西北部，黃河東岸，屬典型的黃土高原地貌，黃土厚度大，但植被稀少，水土流失嚴重，地形切割劇烈，沖溝發育，多呈“V”字形，基巖僅在井田西部溝谷中有少量出露。井田范圍內沒有滑坡現象，雨季也未見有泥石流現象。

井田大部為上第三系和第四系黃土覆蓋，西部溝谷中有二疊系上、下石盒子地層出露。

上第三系上新統保德組（N2b）地層在井田溝谷中廣泛出露，賦存厚度0～129.09 m，平均厚度為58.60 m，巖性主要為紫紅色黏土、亞砂土、砂土、含礫石層。礫石主要為灰巖、硅質巖。

第四系上更新統馬蘭組（Q3m）及全新統地層大面積覆蓋于各地層之上，厚度為0～76.00 m，平均厚度為38.02 m，巖性主要為淺黃色黏土、亞砂土、砂土，垂直節理發育，直立性好，常形成各種微地貌景觀，與下伏地層呈角度不整合接觸。

井田總體為一走向北東，向北西傾伏的單斜構造。井田內地層產狀平緩，傾角一般為2～8°。斷裂構造不發育，未發現陷落柱，井田構造簡單，對礦井開采影響不大。

2.2 地表水體調查

黃河作為區域侵蝕基準面，控制著區域水文地質條件的形成，黃河歷年最高水位851 m；最低水位844.38 m，河床坡降為萬分之七，流經陽面村的歷年最高水位為843.52 m。井田內溝谷平時基本干枯無水，只有雨季時才有洪水排泄，自東而西流入黃河，屬黃河流域。

井田內沒有常年性水流，地表切割嚴重，溝谷發育，雨季水流來去迅速，不利于地下水的補給。原鹿固水庫、石仁村水庫、曲峪水庫均已干枯，形成壩淤地，庫底均已種地，但雨季仍有洪水沿溝側下泄。開采前要對庫區調查，并應注意開采塌陷裂隙，要及時充填，以防洪水潰入井下造成危害。

2.3 井泉調查

近年來，由于礦井的開采導致地表塌陷，井田內溝谷中已無泉水出露。井田范圍內當地村民飲用水取自白家焉水井，水井為取自奧灰巖溶水深井。

2.4 采空區及古井老窯調查

2.4.1 本礦采空區

本礦井現開采9、10號煤層，井田南部9號煤層已形成17 590 m2面積的采空區，井田北部10號煤層已形成20 000 m2面積的采空區。經調查，9號煤層采空區有1處積水，10號煤層采空區有1處積水。

對于采空區積水，根據《煤礦安全手冊》第五篇礦井防治水的采空區積水公式進行估算：

式中：Q靜：預測采空區積水量，m3；

M：煤層采厚，m[m=（h0+hj）/2）h0-積水零邊界線標高，hj：積水最深邊界線標高；

F：采空區水平投影積水面積，m2；K1：采空區積水系數（0.30）。

表1 采空區積水量估算表

2.4.2 垮落帶和導水裂隙帶高度

煤層上覆巖層主要為砂質泥巖、泥巖、砂巖組成，為中硬巖性，使用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》中公式計算垮落帶和導水裂隙帶高度。

9號煤層厚度0.00～6.95 m，形成的垮落帶高度為0.00～15.65 m；

10上號煤層厚度0.91～5.00 m，形成的垮落帶高度為6.11～13.96 m；

10號煤層厚度1.68～14.73 m，形成的垮落帶高度為8.45～18.89 m；

10下號煤層厚度0.96～6.30 m，形成的垮落帶高度為6.28～15.16 m；

9號煤層最大導水裂隙帶分別為63 m、53 m，采用63 m。可溝通上部含水層，產生水力聯系。

10號煤層垮落帶高度大于9～10號煤層層間距（10.28 m），計算10號煤層導水裂隙帶采用煤層厚度為9、10、10上號煤層之和（26.68 m）。最大導水裂隙帶分別為113 m、63 m，采用113 m。可溝通上部含水層和9、10上號煤層采空區積水，產生水力聯系。東部煤層露頭部位可溝通地表溝谷中雨季洪水。

根據以上垮落帶高度和最大導水裂隙帶情況，礦方應采取針對措施預防水害事故和塌陷事故。

2.4.3 井田內小窯及古窯

井田南部的磚窯溝煤礦，為村辦小礦，2007年整合到本礦。該礦開采9號煤層，僅掘進了井筒，見煤后就停工未施工，礦井涌水量為8 m3/h，2003年前關閉，預計井筒巷道內存有積水，積水量約300 m3。

補充勘探報告中敘述井田東部對應地表大北溝東頭有老窯，Szk2-1孔打至老空。2008年在井田東部施工1003主運順槽時，探明并揭露了古空區，古空面積約70萬m2，僅在局部低洼點有少量積水。

2.5 周邊礦井調查

井田東北部與陽坡泉煤礦相鄰，西南部及南部與沙坪煤礦相鄰，其他方向無礦。

陽坡泉煤礦開采10、13號煤層，礦井涌水量160～220 m3/d，井田東部存在采（古）區，低洼處有積水，其積水位置距本井田1 000 m以外，對本井田無影響。

沙坪煤礦開采8、9、13號煤層，礦井涌水量360～2 000 m3/d，井田東部和西南部存在采（古）區有積水，其積水位置距本井田1 200 m以外，對本井田無影響。

2.6 地面巖溶調查

井田內無奧陶灰巖出露。

3 礦井含水層對開采煤層影響

（1）煤系地層含水層：井田主采煤層是太原組 9、10、11、12、13號煤層，其直接充水含水層是太原組砂巖裂隙、孔隙含水層。據上榆泉煤礦現井下揭露情況，在主付平硐、三條上山、9#01面運輸、回風順槽，10#01面運輸、回風順槽均出現頂板淋水現象，局部淋水嚴重，但經過一段時間的排泄，可以疏干。全井正常涌水量為75 m3/h，最大涌水量120 m3/h。隨著開采面積的不斷擴大，地應力場的平衡將會遭到破壞，頂部巖層會產生塌陷、冒落，裂隙增大、增多，特別是井田東部煤層淺埋區，張裂隙將會發展到地表，淺層地下水將沿裂隙涌入坑道，因此說可采煤層以上碎屑巖含水層是這些煤層的主要充水含水層。

（2）奧陶灰巖含水層：井田奧灰水位835.00～855.00 m。9號煤層最低底板標高為845 m，10號煤層最低底板標高為735 m，井田各可采煤層均不同程度為“帶壓開采”。

4 開采受水害影響程度

該礦建井以來，不論掘進還是回采過程中，均未發生過水害安全事故和因水害事故影響生產現象。因井田各可采煤層均不同程度為“帶壓開采”，各煤層最大突水系數均小于受構造破壞地段突水系數臨界值0.06 MPa/m，發生奧灰水突水的危險性較小，礦井采掘工程、礦井安全不受水害威脅。

從開采受水害影響程度分析，礦井水文地質類型屬簡單類型。

5 對防治水工作的建議

礦井水文地質雖然簡單，僅有采空積水影響下覆煤層的采掘，但還要加強水害防范意識，時刻保證安全生產，并建議做好以下防范水害的工作。

（1）堅持“預測預報，有掘必探，先探后掘，先治后采”的16字方針，落實“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。同時保持完善的井下排水系統，充分利用水災發生的應急救援預案，確保安全生產。

（2）要及時充填地表塌陷區或地表裂縫，防止洪水沿導水裂隙潰入井下。

（3）做好周邊煤礦和本井田采空區積水的調查、分析工作。定期收集、調查和核實相鄰煤礦情況，并在采掘工程平面圖及充水性圖上標出開采范圍、開采年限、積水情況。

（4）積水區必須標出探水線位置，在積水區及下覆采掘時，必須編制可行的探放水設計及措施，采掘必須在排除積水威脅以后進行，以防止突水事故的發生。

（5）井田地下奧灰水位高于部分煤層，如有大的導水構造，會溝通奧灰水，發生突水事故，在采新的開采區域時，應加強水文地質勘探，查明大的導水構造，防止發生重大突水事故。

（6）如有發現透水預兆（掛紅、掛汗、空氣變冷、霧氣、水叫、頂板淋頭水、加大頂板來壓、底板結膨脹、產生裂隙、出現滲水、水色發渾有臭味等現象時），必須立即撤人并采取相應的防預措施。

（7）必須按《煤礦防治水規定》留設各類防水煤柱。