礦井水文地質特征分析與類型劃分★

崔少北 李曉斌

(河南理工大學資源環(huán)境學院，河南 焦作 454000)

0 引言

我國煤礦礦床分布范圍廣泛，儲量豐富，煤田地質構造復雜，煤礦含煤巖系水文地質環(huán)境多變，地表水、老空水、沖積層水和底板水等各種類型的水害俱全，無論是受水威脅的面積、類型，還是水害威脅的嚴重程度，都為世界罕見[1]。這些條件決定了礦井在開采該煤系煤層時礦井充水強弱、水害類型以及水害防治的方法和技術等問題[1,2]。

礦井發(fā)生水害的因素眾多，礦井水害類型也較為復雜，不同的突水、涌水機理及綜合因素有不同的礦井水害類型劃分[3]。為了防止煤礦水害事故的發(fā)生，保障礦井安全生產(chǎn)，國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局頒發(fā)了《煤礦防治水規(guī)定》(2009年12月1日起施行，以下簡稱《規(guī)定》)。依據(jù)《規(guī)定》全面分析了山西生輝礦井的地質及水文地質條件，查清礦井地質構造特征等水文地質影響因素，對水文地質類型進行了劃分，為制定切實可行的防治水規(guī)劃和治理方案提供依據(jù)。

1 礦井水文地質類型劃分的原則及依據(jù)

《規(guī)定》第十一條規(guī)定，根據(jù)礦井受采掘破壞或者影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響以及防治水工作難易程度，礦井水文地質類型劃分為簡單、中等、復雜和極復雜等4種[2,3]。依據(jù)《規(guī)定》，通過對山西生輝煤礦水文地質特征、充水因素及充水機理的分析，確定了該井田水文地質條件類型，為礦井安全生產(chǎn)奠定水文地質安全保障基礎。

2 礦井水文地質條件

礦區(qū)范圍內有向斜、背斜等構造穿越礦區(qū)，溝底有2號煤層露頭。礦區(qū)地表受雨水沖刷形成較大沖溝，走向由南向北，具有季節(jié)性流水。礦區(qū)內NE向傾寬緩褶曲的單斜構造是地下水主要的補給途徑，特別是二疊系下石盒子組地層在地表大面積出露，是地下水補給的主要通道。礦區(qū)地下水的排泄受構造控制，在適宜地區(qū)以地面明泉的方式排出地表。地下水儲水巖層砂巖體的分布特點是：含水砂巖分布不穩(wěn)定，經(jīng)常出現(xiàn)相變、尖滅；地形切割破碎嚴重，地下水補給量有限，易于排泄。地貌屬侵蝕強烈的中低山地貌，煤層露頭較為發(fā)育，沿露頭開采的小窯形成的采空區(qū)，致使淺部的2號和3號煤層與地表水力聯(lián)系較大。礦井周邊小窯等可能會通過斷層、陷落柱等不良地質構造與10(含9，11)號煤層產(chǎn)生著水力聯(lián)系。

3 礦井受水害影響程度評價

據(jù)《規(guī)定》，礦井水文地質分類及水害影響程度按5類主要影響分析和評價，即受采掘破壞或影響的含水層及水體、礦井及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量、突水量Q3(m3/h)、開采受水害影響程度、防治水工作難易程度，其中受采掘破壞或影響的含水層及水體再分為含水層性質及補給條件和單位涌水量q(L/(s·m))，礦井涌水量(m3/h)細分為正常涌水量Q1和最大Q2等。

3.1 采掘破壞或影響的含水層及水體

該礦受采掘影響的直接含水層主要為太原組K4,K3,K2石灰?guī)r溶隙含水層，顏色為深灰色、灰色，層狀構造，總厚可達40.09 m，K2石灰?guī)r為10號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，深灰色，巖性為致密、堅硬性脆石灰?guī)r，石灰?guī)r裂隙較發(fā)育，溶蝕破壞嚴重，屬巖溶弱富水性溶隙含水層。

該礦歷史曾開采2號和3號煤，有老空區(qū)積水存在，目前開采的10(含9,11)號煤層，采高6.5 m，離2號煤距離約85 m，必須計算10(含9,11)號煤的導水裂縫帶高度，其目的是判斷煤層開采后覆巖破壞所產(chǎn)生的導水裂縫帶是否波及到采空區(qū)積水的底界面。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》(簡稱“三下”采煤規(guī)程)計算：

因此，根據(jù)以上類比關系，在綜放條件下，煤業(yè)的10(含9,11)煤覆巖中硬類型導水裂縫帶高度為71.3 m，覆巖堅硬類型條件下導水裂縫帶高度可達到103.4 m，已經(jīng)波及到了2,3煤采空區(qū)，采空區(qū)的積水對10煤層的采掘造成水災威脅，見圖1。

按照礦井單位涌水量方面評定標準，礦井水文地質類型為簡單型。但由于礦井范圍內2煤層已采空，10(含9,11)號煤層離2煤距離約85 m，開采形成的裂隙帶已經(jīng)波及2煤采空區(qū)，故采空區(qū)的積水已經(jīng)威脅了10(含9,11)號煤層的生產(chǎn)安全。由此，該礦水文地質條件劃分應為復雜型。

3.2 礦井及周邊老空水分布狀況

該礦井由原7個小礦井整合而成，原礦井主要采掘2號,3號煤層。雖然礦方就井田范圍內的小窯進行過專項調查和勘查，已經(jīng)基本掌握大部分小窯的位置及其老空區(qū)的分布狀況、范圍和積水量等，但是尚有少量小窯不能確定其開采的范圍及采空區(qū)積水情況。2號、3號煤層采空積水通過采掘引起的導水裂隙帶對10(含9，11)號煤層工作巷道以及工作面產(chǎn)生影響。根據(jù)《規(guī)定》，該礦的10(含9，11)號煤層老空區(qū)影響的水文地質條件為復雜型。

3.3 礦井涌水量和突水量

通過分析水文地質觀測資料，礦井正常涌水量為220 m3/d，實際最大涌水量達到800 m3/h。另外，該礦在整合以前曾發(fā)生過一次突水事故，最大突水量達到1 500 m3/d，持續(xù)10 d，淹了掘進工作面，無人員傷亡。整合后煤礦至今已抽排水量44萬m3左右(共500 d)。由此，根據(jù)《規(guī)定》，礦井水文地質類型應劃分為簡單型，但由于考慮到曾發(fā)生過突水事故，且突水量較大，故將其劃分為中等型。

3.4 開采受水害影響程度

根據(jù)該礦資料分析，該礦工作面、采掘面、巷道等曾受過一次水害影響，淹沒了部分設施。煤層有輕緩起伏，一旦發(fā)生水害，必然造成工作面淹沒等安全事故，影響面廣、損失較大。因此，盡管礦井建立了相對完善的防水設施，根據(jù)《規(guī)定》開采受水害影響程度的劃分標準和劃分標準就高不就低的原則，開采受水害影響程度應為復雜型。

3.5 防治水工作難易程度

礦方曾對周邊小煤窯、老窯、積水區(qū)、采掘情況、地表裂縫、塌陷情況進行了調查，對開采工作面上方2號煤采空區(qū)積水狀況以及含水層的狀況進行了探測。由于年代久遠，資料不詳。現(xiàn)采掘的10(含9,11)號煤層易受到采空區(qū)積水的影響，礦井涌水量較大。根據(jù)水文地質類型劃分方法，對于偶發(fā)的水害事故(如老空突水)防治水工程量較大，難度較高，礦井水文地質類型屬于復雜型。

4 對防治水工作的結論與建議

綜合考慮礦井水文地質類型劃分的依據(jù)，按《規(guī)定》要求的就高不就低的原則，山西生輝煤礦的水文地質類型劃分應為復雜類型。礦井水害防治以“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”為原則，落實適合本礦井的綜合水害治理措施。對該礦來說，采掘工作面受老空積水的威脅。對該礦在防治水方面需開展的工作提出如下建議：

1)井田范圍存在原老窯井口，需加強對地面老窯井口的封堵工作，以防雨季溝谷積水通過老窯井口灌入井下導致水害。

2)綜合使用各種地面物探方法對礦區(qū)內未查明賦水情況的地區(qū)進行探測，查明老空區(qū)積水情況，為礦井探放水和防治水工作提供指導。

3)礦方在采掘10(含9,11)號煤層時，受到老空水的影響，在井下采取超前和頂板富水物探和鉆探手段，防治水害發(fā)生，并根據(jù)探測結果鉆孔疏放老空水。

4)礦井已有水文地質鉆孔較少，未能反映該地區(qū)的整體水文狀況。建議補充水文鉆孔，詳盡掌握礦區(qū)水文條件，提高礦井防治水效果。

5)加強各個崗位人員防治水培訓，提高礦井管理人員及井下作業(yè)人員防治水意識、防治水技術水平。