通合煤礦礦井水文地質類型劃分探討

萬紅麗

(山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局，山西 太原 030045)

通合煤礦位于山西省鄉寧縣棗嶺鄉可澗村一帶，行政區劃歸鄉寧縣棗嶺鄉管轄。礦井位于呂梁山南端，總體地形為中部高東西低。區內地形切割較為強烈，黃土沖溝發育，主要山梁走向為近東西向，屬中低山區。

通合煤礦采用斜井開拓方式，現采煤層為2號煤層。設有主斜井、副斜井、回風斜井3個井筒，在副斜井井底設1套主排水設備，可以滿足排水需求。

井田內黃土沖溝較發育，均屬季節性河流，平常無水，汛期可達200 m3/d。因地形陡峭、水力坡度較大，地表水排泄條件好，洪峰一泄而去。井田中部近南北向的山梁形成一道自然分水嶺，分水嶺以西地表水往北西匯入可澗河，可澗河往南西約5 km匯入黃河，以東地表水匯入青石峪河，青石峪河往南西至河津清澗鎮匯入黃河。

奧陶系中統的石灰巖在井田東部外圍大面積出露，為裸露巖溶區，巖溶發育，直接受降水補給，同時也受河水和沖擊層潛水補給，富水性較弱，奧灰水流向東。

太原組、山西組含水層側向補給，順巖導向徑流排泄，部分則由礦坑抽水排泄。

第四系孔隙含水層、受降水、溝谷排水補給外，同時又以泉和下滲形式補給河水和下伏基巖。排泄方式主要沿地形溝谷流入下游水系。

1 礦井水文地質條件

1．1 含水層

礦井內的含水層根據巖性、地下水水力性質及埋藏條件等，劃分為4個主要含水層。

1)第四系砂礫層孔隙潛水含水層。

分布在山澗河谷地帶，巖性為灰白色砂質黏土、亞黏土砂礫層及礫石層，厚度變化不大，層位不穩，滲水性及含水性均好。易接受大氣降水和地表水補給，但厚度不大，不易形成強含水層。據107號鉆孔抽水試驗結果：第四系砂礫層厚2．33 m，靜止水位深度2．70 m，靜止水位標高 765．06 m，涌水量 2．112 L/s，單位涌水量0．906 L/s·m，影響半徑40 m，K值68．7 m/d，對淺部煤層有充水影響。受黃河水影響，井田西部邊緣地帶可能成為富水性中等～強的孔隙含水層。

2)上石盒子組底部(K10)砂巖及下石盒子組(K9、K8)砂巖裂隙含水層。

K10砂巖層位較穩定，多呈透鏡體，巖性為黃綠色、淺灰綠色中～細粒厚層狀石英長石砂巖，局部含小礫。由于埋藏淺，風化裂隙及節理發育。K9、K8砂巖為山西組煤層直接充水含水層，巖性為灰白色、灰綠色、黃綠色厚層狀石英長石砂巖，多為鈣質膠結，裂隙稍發育。據1025號鉆孔抽水試驗結果：靜止水位深度47．65m，靜止水位標高751．61m，涌水量0．005 L/s，單位涌水量 0．000 2 L/s·m，影響半徑 5．85 m，若處在風化裂隙帶與含水層溝通帶，將成為中等含水性含水層。

3)太原組(K4、K3、K2)石灰巖巖溶裂隙含水層。

K4石灰巖為7號煤直接充水含水層，平均厚5 m左右。深灰色，致密、塊狀，裂隙較發育。K3石灰巖為8號煤直接頂板，平均厚4 m左右。淺部地帶裂隙較發育，隨埋深增加裂隙發育程度變差。K2石灰巖為10號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，巖性為深灰色，致密、堅硬、性脆石灰巖，巖溶裂隙不太發育，通常含燧石層及透鏡體。厚1．20～10．70 m，平均厚6．24 m。據王家嶺精查勘探資料，單位涌水量 0．000 4 ～0．102 L/s·m，水位標高 577．73～799．96 m，屬弱富水性巖溶裂隙含水層。

4)峰峰組石灰巖巖溶含水層。

巖性以厚層狀石灰巖為主，局部為泥質灰巖，巖溶裂隙不甚發育，富水性較弱，鉆孔抽水試驗單位涌水量為0．000 5～0．006 L/s·m。據井田東側1025號鉆孔揭露奧灰334．95 m，孔底標高低于禹門口黃河最低水位80．99 m，所見奧灰巖性為致密塊狀，質較純，裂隙被方解石充填。孔深410．52～423 m見有直徑10～20 mm的小溶洞，但有方解石充填現象，抽水試驗單位涌水量只有0．002 L/s·m，水位標高689．60 m，屬峰峰組含水層滯水地帶，其資料僅供參考。據2008年11月山西省第二地質工程勘查院于毛則渠煤礦洗煤廠施工的供水井資料，其所揭露的奧灰巖溶水水位標高為522 m，涌水量45 m3/h，表明奧灰含水性弱，但由東向西隨著黃河排泄基準點的靠近，含水性逐步增加，故該含水層屬弱～中等富水性巖溶含水層。

該水井距本井田東部邊界約3 200 m，由此推斷本井田奧灰水水位標高為487～500 m。

1．2 隔水層

井田內主要的隔水層有：

1)2號煤層之上層段隔水層。

在2號煤層之上的下石盒子組及上石盒子組地層中均沉積有隔水性能良好的泥巖、粉砂巖等巖層，正常情況下可阻隔地表水、第四系潛水、承壓水及基巖風化帶含水層的地下水。

2)10號煤層至2號煤層之間層段隔水層。

其間為泥巖、粉砂巖、鋁質泥巖等隔性能良好的巖層，正常情況下可阻隔太原組石灰巖含水巖組的地下水與2號煤層之上含水層地下水之間的水力聯系。

3)12號煤層底至中奧陶面層段隔水層。

其間的泥巖、鋁質泥巖、砂質泥巖致密細膩，具有良好的隔水性能，正常情況下可阻隔上部含水層地下水與奧陶系中統石灰巖地下水之間的水力聯系。

2 礦井充水因素分析

2．1 充水水源

1)地表水體、大氣降水對礦井開采的影響。

井田內“V”字型溝谷切割強烈，給地表水的排泄創造了良好的條件，地表水很快流失，使地下水受大氣降水的補給甚小。總體來說，井田內地表水對礦井開采的影響不大。井田西部瀕臨黃河，含水層受黃河水補給的可能性較大，從而對礦井開采產生影響。

2)構造對礦井充水作用和影響。

井田內僅發現一條落差5 m的小斷層，對井田水文地質條件不會有明顯影響。

3)含水層對煤層開采的影響。

綜合本區各含水層與開采煤層的關系，對礦井開采有直接充水影響的主要有：

a)K8砂巖為2號煤層直接充水含水層，巖性為灰白色、灰綠色、黃綠色厚層狀石英長石砂巖，多為鈣質膠結，裂隙稍發育。對礦井開采具有一定的影響。

b)K2石灰巖為10號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，巖性為深灰色，致密、堅硬、性脆石灰巖，巖溶裂隙不太發育，通常含燧石層及透鏡體。厚1．20 ～10．70 m，平均厚6．24 m。屬弱富水性巖溶裂隙含水層，對礦井開采具有一定的影響。

c)O2f石灰巖含水層：為下組煤層的底板間接含水層，富水性中等。井田內各煤層均不存在帶壓開采。

4)奧灰水對煤層開采的影響。

本井田奧灰水位標高為487～500 m，井田內最下部12號煤層最低底板標高550 m，奧灰水位于12號煤層底板之下，因此井田內2、10、12號煤層為不帶壓開采煤層，奧灰巖溶地下水不會對各煤層開采形成威脅。

2．2 充水通道

煤層及其附近雖然有水體存在，但只有通過某種通道，它們才能進入采煤巷道形成礦井涌水，充水通道可以根據形成因素分為自然通道及人工通道。巖層裂隙及空隙帶、巖溶陷落柱、斷層等屬于自然通道;煤層采后頂板冒裂帶、底板破裂、及封閉不良鉆孔等屬于人工通道。

1)斷層的導水性。

本井田發育1條斷層，有少量滲、涌水現象，說明斷層破碎帶富集一定的水量。當井巷開拓至斷層破碎帶時，礦井涌水將明顯增加。

2)封閉不良的鉆孔。

封閉不良鉆孔是典型的人類活動所留下的點狀垂向導水通道，該類導水通道的隱蔽性強，垂向導水暢通，不僅使垂向上不同層位的含水層之間發生水力聯系，而且當井下采礦活動揭露或接近鉆孔時。產生突發性突水事故。由于封閉不良鉆孔在垂向上串通了多個含水層，所以一旦發生該類導水通道的突水事故，不僅突水初期水量大，而且有比較穩定的補給量。本井田在煤田勘探過程施工了一些鉆孔，在施工后鉆孔得到了封閉;但部分鉆孔由于技術設備、材料質量、施工條件、技術和生產需求及歷史背景等原因，未封孔或封孔質量較差。

3)采動裂隙帶。

該礦設計采用綜采設備放頂煤，開采面積較以往房式采煤方法明顯增大，煤層開采后地表洪水能否影響井下開采取決于垮落帶、導水裂隙帶能否到達地表。

井田2號煤層開采后地表河流水是否向礦井充水，可根據三下采煤規程水體下緩傾斜煤層開采時垮落帶、導水裂隙帶高度計算公式覆巖巖性中硬、堅硬，選用以下公式進行計算：

垮落帶高度(HC)計算公式：

HC=100M/(4．7M+19)+2．2

導水裂隙帶高度(HLI)計算公式：

HLI=100M/(1．6M+3．6)+5．6 或 Hf=20 ×M1/2+10

2號煤層最大厚度為7．48 m。經計算，2號開采后垮落帶高度為11．61～16．01 m，導水裂隙帶高度HLI=42．45～53．65 m，或 HLI=64．70 m。2 號煤層在井田內溝谷一帶埋藏深度100～200 m，扣除蓋層厚度10～50 m及基巖風化帶深度60 m，因此，地表水對2號煤層開采有影響。

2．3 礦井涌水量

各煤層主要充水水源為頂板砂巖或石灰巖裂隙水，根據生產礦井及鄰近生產礦井調查，礦井涌水以頂板淋水為主，局部有裂隙縫出水。礦井水經排水渠流到水倉，排水量測量方法為泵量乘以排水時間。礦井涌水量的變化與降雨量有關，在井田東部煤層埋藏較淺地段，風化裂隙較發育，導致礦井涌水量在雨季有所增大。

本次根據礦井生產能力預算各煤層涌水量。原煤礦礦井生產能力為25萬t/a，礦井正常涌水量720 m3/d，最大涌水量840 m3/d。現礦井生產能力為90萬t/a，根據富水系數比擬法，現正常涌水量2 592 m3/d，最大涌水量3 000 m3/d。

3 礦井水文地質類型劃分

根據《煤礦防治水規定》，從井田水文地質條件和井巷充水特征出發，根據礦井及其周邊是否存在老空積水、礦井受采掘破壞影響的含水層性質和富水性及補給條件、礦井涌水和突水分布規律及水量大小、煤礦開采受水害威脅程度以及防治水工作難易程度等，把礦井水文地質劃分為簡單、中等、復雜、極復雜四種類型，據此對本井田今后3年采掘2號煤層的水文地質類型進行劃分。

3．1 受采掘破壞和影響的含水層

2號煤層的直接充水含水層為K8砂巖，據1025號鉆孔抽水試驗結果：靜止水位深度47．65 m，靜止水位標高751．61 m，涌水量 0．005 L/s，單位涌水量0．000 2 L/s·m，影響半徑5．85 m。若處在風化裂隙帶與含水層溝通帶，將成為中等含水性含水層。2號開采后可直接勾通K8砂巖含水層，K8砂巖富水性中等，使K8砂巖含水層直接向礦井產生充水影響。按照《規定》第一分類依據，屬中等類。

3．2 礦井及周邊老窯水分布狀況

據礦井在生產過程中調查，2號煤層積水區11處，積水總面積402 033 m2，積水量540 460 m3;周邊2號煤層采(古)空區分布3處積水區，積水量263 700 m3，井田的北部有2號煤層的積水區對本井田的開采影響較大，按照《規定》第二分類依據，屬中等類。

3．3 礦井涌水量

整合后的礦井生產能力為90萬t/a，礦井開采2號煤層時的正常涌水量2 592 m3/d，即108 m3/h;最大涌水量為3 000 m3/d即125 m3/h，遠小于分類標準180 m3/h和300 m3/h。按照《規定》第三分類依據，屬簡單類。

3．4 突水量

該礦從建設到生產未發生透水事故，也未發現突水點。但原棗嶺鄉凡水渠煤礦于2007年7月5日發生2號煤層在巷道掘進時發生上分層采空區突水事故，造成8人死亡，有突水預兆，突水量總約4 000 m3，延續2天時間排完，單位突水量約400 m3/h。按照《規定》第四分類依據，屬中等類。

3．5 開采受水害影響程度

2號煤層采空區積水是2號煤層開采主要水害，由于2號煤層以往開采的巷道、采空區及上分層采空區資料記錄不全，已有的巷道、采空區資料也不準確，且積水量大，因此，2號煤層開采受2號煤層采空區積水水害影響，總體認為采掘工程受水害影響。按照《規定》第五分類依據，屬中等類。

3．6 防治水工作難易程度

針對本礦礦井水文地質特征，按照《煤礦防治水規定》要求，做好井上、井下水文地質和防治水工作，重點做好對采空區積水、構造水、地表水的防探工作。防治水工作的重點，嚴格執行“預測預報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水制度。做好防水、探水、疏防及排水工作。按照《規定》第六分類依據，屬簡單類。

綜合以上闡述，按分類依據就高不就低的原則，建議本礦開采2號煤層，礦井水文地質類型定為中等類。

4 結論

1)通合煤礦開采2號煤層主要受本井田及周邊井田采空區積水的影響，礦井水文地質類型為中等類型。

2)在今后生產過程中一定要采用物探方法及鉆探驗證進一步查清，加強探放水工作，預防采空區透水事故。

3)根據《煤礦防治水規定》第13條，礦井水文地質類型應當每3年進行重新確定。當發生重大突水事故后，礦井應當在1年內重新確定本單位的水文地質類型。

［1］ 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局．煤礦防治水規定［M］．北京：煤炭工業出版社，2009：4－11．

［2］ 吳玉華，張文泉，趙開全．礦井水害綜合防治技術研究［M］．北京：中國礦業大學出版社，2009：1－30．

［3］ 中華人民共和國國土資源部．DZ/T0215－2002煤、泥炭地質勘查規范［S］．北京：地質出版社，2002．