礦井水文地質類型劃分及涌水量預測

任波

摘 要：本文以地質勘察資料依據，通過理論分析與水文地質比擬法，主要從礦井水文地質類型劃分及礦井涌水量兩個方面進行分析。得出以下結論：1、3號煤水文地質類型為中等，15號煤水文地質類型為復雜。2、3號煤層采動后礦井涌水量為170～340m3/d，為井下防治水工作提供了依據。

關鍵詞：水文地質比擬法；水文地質類型；礦井涌水量

中圖分類號：P641 文獻標識碼：A

1.礦井概況

某礦井位于山西省陽城縣芹池鄉北1km處，隸屬陽城縣芹池鎮管轄。井田面積4.5km2，生產能力礦井生產能力600kt/a。礦井批準開采3#、15#煤層，井田內無地質構造。礦井由兩個聯辦煤礦兼并重組而成，井田范圍內存在大面積采空區，主要分布在3號煤層，聚有一定的積水。山西陽城陽泰集團小西煤業有限公司位于井田東北部，無越界開采，井田邊界有大面積采空區，礦井涌水量為120～ 144m3/d，山西陽城伯附煤炭有限責任公司位于本井田東側，井田面積3.192km2，批準開采3號煤層3號煤層現涌水量為160～264m3/d。山西沁水石店煤業有限公司位于本井田西側，單獨保留礦井，井下一般礦井涌水量100m3/d，最大120m3/d，礦井于2015年投產，目前已回采3個工作面，根據地質勘查報告，井田西側采空區最大，并有大量積水。

2.礦井水文地質評價

井田內水文地質條件對礦井安全生產具有重要意義，是防治水工作的基礎。本文從礦井水文地質條件、地下水的補給與排泄條件、礦井充水影響因素及礦井地質構造四方面出發，對礦井水文地質類型進行分類。

2.1 井田水文地質條件

由于本文主要分析的礦井水文地質條件主要涉及含水地層、隔水層，因此本文依據井田內分布含水層的時代、巖性、地下水類型等，歸納總結了礦井區域內水文地層特征。

含水地層主要是松散含水層，屬第四系，主要有土黃色黏土、亞黏土及砂和礫石，井田區域內廣泛分布，滲透系數為218.4m/d；風化裂隙含水層位于上石盒子組，屬二疊系，平均巖石厚度235m，主要由灰白色砂巖、紫紅色泥質巖組成，單位涌水量為0.115L/s·m。滲透系數為0.52m/d，地下水類型屬于潛水；碳酸鹽巖溶裂隙含水巖位于太原組下方，屬石炭系，平均巖石厚度78m，主要由粉砂巖、砂質泥巖組成，裂隙發育，單位涌水量為0.02L/s·m，滲透系數為0.152m/d。地下水類型為承壓水；碳酸鹽巖巖溶含水層，地層屬奧陶系，主要分布在峰峰組和上馬家溝組，由角礫狀泥灰巖、石灰巖組成，單位涌水量0.103L/s·m，滲透系數0.144m/d，地下水類型為承壓水。

隔水地層主要是太原組底部泥質砂巖，平均厚度20.29m左右，裂隙發育和石炭系、二疊系之間灰巖巖石厚度在50m～79m之間，巖性致密，不透水。

井田內奧灰巖溶水由北西向南東逕流，水位標高701m～703m。3、15號煤層局部區域低于奧灰水位，煤層開采屬于帶壓開采。

2.2 地下水的補給與排泄條件

松散含水層主要接受大氣降水補給。風化裂隙含水層與碳酸鹽巖溶裂隙含水層，由于隔水層阻斷作用，大氣降水和地表水對地下水影響不大，地下水流方向由北西至南東。碳酸鹽巖巖溶含水層屬奧陶系，主要受地表水滲透補給作用，地下水向東南方向延河排泄。

2.3 礦井充水因素分析

依據井田水文地質及開采范圍，礦井充水主要受大氣降水、地表水、地下水采空區及地質構造5個方面影響。

（1）大氣降水對礦坑充水的影響

礦區位于山西省陽城，屬于大陸季風氣候，每年7、8、9三個月雨水量較大，屬豐水期，期間礦井最大涌水量為160.8m3/d，枯水期為每年的10月至來年4月，最小涌水量為50m3/d；每年的5、6月為平水期，涌水量為79.2m3/d。上述統計資料表明：礦井涌水量變化與降雨量變化一致，礦井涌水量主要影響因素為大氣降水。

（2）地表水體對礦坑充水的影響

井田內風化裂隙含水層與碳酸鹽巖溶裂隙含水巖層，巖石裂隙發育，局部有小型斷層，同時3號煤層工作面回采，導致煤層頂板受到應力擾動破壞，進一步加劇巖石破壞，形成了地表水導水通道。

（3）地下水對礦坑充水的影響

3號煤層充水水源：3號煤層上方風化裂隙含水層和碳酸鹽巖溶裂隙含水層，主要巖性為砂巖，裂隙發育。同時由于工作面回采，上覆巖層在開采應力擾動下形成了裂隙帶，從而將地下水導入工作面，導致工作面涌水量迅速增大。15號煤層充水水源：主要受奧陶系巖溶含水層突水影響和碳酸鹽巖溶裂隙含水層。但隔水層地質巖性較好，灰巖巖石厚度在50m～79m之間，巖性致密，不透水，具有良好隔水作用，因此碳酸鹽巖溶裂隙含水層對15號煤涌水影響不大。

（4）采空區積水對礦井充水的影響

礦井由兩個聯辦煤礦兼并重組而成，井田范圍內存在大面積采空區，主要分布在3號煤層，其中3號煤層采空區，有3處采空區積水，小窯破壞區位于井田北部淺埋區，有1處采空區積水，積水面積2554m2。積水量1.68萬m3。井田中部和南部各有1處采空區積水，屬于兼并重組前礦井開采形成的古采空區，積水面積分別是2554m2、3242m3，總積水量1.68萬m3。另一方面，礦井四鄰都出現不同程度、不同面積的采空區，采空區內積水量不清楚，對礦井生產造成了嚴重威脅。

3.地質構造對礦井充水的影響

礦井地形西北高，東南低，屬于單斜構造，傾角4°～6°。井田內大型斷層一條，落差近15m，傾角60°，小型斷層較多，斷層落差在3m～5m之間。井田內無井田內未發現陷落柱和巖漿巖侵入，井田地質構造類型屬于簡單。實際采掘經驗表明，巷道掘進穿過斷層時，巷道頂板淋水較大，同時礦井涌水量增大。

3.1 礦井水文地質類型

礦井水文地質類型劃分主要依據：井田區域水文地質條件、地質構造、地下水補給和井田地質構造。

井田3號煤層充水為裂隙含水層，處于工作面上方裂隙帶內，受工作面采掘影響較大。隔水層裂隙發育，同時井田內斷層較多，井田范圍內采空區面積較大，存在古采空區。因此3號煤水文地質類型為中等。

井田15號煤層充水為裂隙含水層和奧灰水巖溶含水層。其中裂隙含水層之間隔水層，巖性細密，不透水，但井田絕大部分區域內，奧灰巖溶含水層水位標高高于15號煤底板，具有突水危險。15號煤層由于尚未采掘，不存在采空區積水，地質構造情況不明。因此該礦井15號煤水文地質類型為復雜。

4.礦井涌水量預測

根據礦井水文充水因素分析及水文地質類型劃分，礦井3號煤層涌水量采用水文地質比擬法，進行整合后礦井涌水量預算：

Q=Q0×F/F0

經計算，整合后礦井涌水量按面積比為170～340m3/d。由于15號煤屬于下水平開采，屬于帶壓開采，缺少區域內地質構造資料，本文在此不作研究。

結論

論文根據某礦井水文地質資料，應用理論分析和水文地質比擬法對礦井水文地質類型進行評價并對3號煤層涌水量進行預測分析，得出以下結論：

（1）3號煤水文地質類型為中等，3號煤層北部存在帶壓開采問題。15號煤水文地質類型為復雜，15號煤層大部分區域存在帶壓開采問題。

（2）3號煤層主要水源來自3號煤層頂板及地表溪流水的滲入。3號煤層采動后預計礦井涌水量為170m3/d～340m3/d。為井下防治水工作開展提供了理論依據。

參考文獻

[1]王長申，武強，馬國平.復雜條件下礦井水文地質類型劃分方法[J].煤炭學報，2006（1）：54-58.