黔金煤礦水文地質與工程地質勘探結果分析

孫永士

摘要：本文以黔金煤礦為例，通過案例分析的方式，對該礦中水文地質與工程地質的勘探結果進行分析，通過理論與實踐相結合的方式，使我國地勘水平得到顯著提升，進一步促進地勘行業的飛速發展。

關鍵詞：煤礦；水文地質；工程地質；勘查結果

1.引言

隨著社會經濟飛速發展，煤炭產業隨之發展壯大。為了提高煤礦預留礦權范圍的煤炭資源儲量勘查程度，由貴州煤礦地質環境監測中心在預留礦權范圍內進行煤炭資源勘查工作，力求通過本次勘查，為黔金煤礦生產規模的設計與擴展提供強有力的地質依據。

2.工程概況

本文以黔金煤礦為例，對其水文地質與工程地質進行勘察。該礦處于貴州省畢節地區，距離黔西縣北西26km左右，交通便利，臨近G210國道與S211、S212省道，與金沙縣城相距118km，與畢節市相距142km，礦區內部擁有簡易的公路；礦區總體地勢北高南低，最高點海拔1823.7m，最低點高度為1355.6m，相對高差為468.1m。礦區屬于亞熱帶溫暖濕潤氣候，年均溫度在13.6℃～15.0℃之間，日最高氣溫為34.1℃，最低氣溫為-5.8℃，年降雨量在741.8mm～1265.1mm之間，5-9月為雨季，年均日超時間為898.1h～1225.4h；風向多為東北風，年均風速為1.3m/s～2.3m/s之間。礦區水文地質邊界條件為：本礦地下水與地表水交換強烈，含水層富水性具有不均勻性，邊界條件較復雜礦區總體上地形屬低中山地形。地表發育峰叢洼地地貌。區內碳酸鹽巖地層出露范圍廣，峰叢、洼地、溶斗、溶洞等巖溶地貌較發育，地下水主要接受降雨補給，向南部徑流，排入地勢較低的溝谷中[1]。

3.煤礦水文地質情況

3.1礦區條件

從總體上來看，整個礦區地勢北部較高、南部較低，最高點海拔1823.7m，最低點高程為1355.6m，相對高差為468.1m。在該礦區中，最低排泄基準面的標度在1355.6m左右。在地形方面，屬于低中山地形，地表以峰叢洼地地貌為主，區域內碳酸鹽地層廣泛分布，地層由老至新分別為P2m、P3l、P3c、T1y、T1m等；區域范圍內地下水以巖溶水為主，受降雨補給，朝著南部徑流，排入地勢低洼的溝谷之中。

3.1.1礦床結構

在該礦區中，含煤地層以龍潭組為主，共計五層可采煤層，分別為4、8、9、14、15號煤。主要分布地層為三疊系下統茅草鋪組、夜郎組、二疊系上統長興組、龍潭組、茅口組等。在礦區中，含水層與隔水層相互重疊，多為裂隙充水，對15號煤龍潭組底部進行開采時，因與茅口組之間的距離較短，可能受該組中地下水的威脅。

3.1.2斷層帶特征

經過勘探，發現在該區域內部存在一條逆斷層F1，落差在40m～80m。在該煤礦生產過程中，巷道內發現6條斷層，落差普遍在0.5m～3m之間，呈北西—南東方向，屬于正斷層，與煤層開采之間無顯著聯系。在巖層中存在兩組節理，一是60°～70°走向，另一個是300°～310°走向，傾角較為陡峭，通常超過75°，順著節理展布方向，在局部地區存在節理密集帶，密度為每平方米3條～5條左右。在鉆孔中，存在5條隱伏斷層，其中F804-1的落差在40m左右，剩余落差不大，自身導水性較差，富水性弱。由于F1斷層的存在，使茅口組與礦區之間的距離縮短，即便在鉆孔施工時沒有出現顯著的涌漏水情況，但仍然不可忽視F1斷層周圍煤層受地下水影響的問題[2]。

3.1.3地表水

在該礦區中，地表水以沖溝水為主，沒有大型的河流或者水庫。該礦區中的沖溝水發育良好，尤其是西部面積更加廣闊，沖溝水在經過夜郎組與茅草鋪后，常常進入到地下變伏流，尤其在西南部，幾乎全部變伏流。當部分伏流匯合之后，便會形成地下河，一些地區的明流與伏流交替，地表水與地下水之間相互轉變。在枯水期到來時，一些沖溝水的流量變小；在雨季到來時，沖溝水的流量增加。例如，伏流入口處的沖溝水，最小流量值為18.57L/s，最大流量達1348.95L/s，沖溝水的源頭在礦區的北部，經過西部，在南部變伏流之后朝著邊界區域排泄。

3.2勘探類型

龍潭組是礦區主要的含煤地層，可采煤層為5、8、9、14和15煤。在礦區分布的地層中，三疊系下茅草鋪組、夜郎組二段（玉龍山段）、二疊系上長興組、二疊系中統茅口組屬于灰巖地層，巖溶發育，含有巖溶水，富水性強至中等；三疊系下統夜郎組一段（沙堡灣段）、夜郎組三段（九級灘段）、二疊系上統龍潭組為砂泥巖層，富水性弱，一般為隔水層。礦區4、8、9、14號煤礦開采，龍潭組以上含水層厚度不大，易破壞。由于后來的開采，巖溶含水層，例如夜郎組二段（玉龍山段）和長興組，出現塌陷及破裂等情況，成為直接注水的含水層。開采4號、8號、9號、14號煤時，煤礦礦床主要屬于頂板進水為主的巖溶充水礦床，水文地質復雜度中等，即該礦床的水文地質勘探類型屬于第三類第一亞類第二型。龍潭組底部的15號煤礦床是以底板為主的巖溶充水礦床，水文地質條件中等，即第三類第二亞類第二型，在對其進行開采時，由于靠近茅口組，其底部可能受到茅口組地下水的威脅。

3.3涌水量估算

“大井法”估算的參數采用目前礦井采空區、巷道等的參數，比較符合礦井生產實際情況，“比擬法”估算涌水量的參數為其他煤礦總結的參數，經驗性較強。因此推薦“大井法”估算的涌水量作為黔金煤礦先期開采地段礦井設計的涌水量依據。

4.煤礦工程地質及其它開采技術條件

4.1煤礦水環境

本礦建設前，礦山下游河流已經受到了不同程度的污染，河溝頭及皮甲河地表水中pH、TP、SO42-、NH3-N、F-、CODCr六項指標未超過三類水質標準，而SS、Fe、Mn、石油類四項指標有不同程度超標，Fe和石油類超標較嚴重，Fe超標0.11～1.74倍，石油類超標0.98～1.90倍，河水污染較嚴重，水質達不到保護功能Ⅲ類；附廓水庫的9種水質指標均未超《地表水環境質量標準》（GB3838—2002）二類水質標準，水質尚好。本礦建設前通過對礦區及外圍煤洞場、大水井、蔡家龍灘三個大泉點的水質監測，監測的TP、NH3-N、Fe、Mn、PH、SO42-、SS、F-、水溫、高錳酸鹽指數等10項指標均達到《地下水質量標準》Ⅲ類標準，適用于集中式生活飲用水水源及工農業用水。目前煤礦水環境比較良好[3]。

4.2地質環境質量

近年來，該地區及鄰近地區均未發生強烈地震活動。礦區屬無地震區，穩定性好。礦區存在崩塌、地裂等地質災害。該地區水污染輕、水質好，但如若不采取科學措施進行控制，煤礦的盲目開采勢必會導致礦區的水位下降，甚至地表的山谷、水體、泉水、井水等均受到危害；未來的煤炭開采還會加劇或誘發地面裂縫、沉降、塌陷等，而礦井水處理不當同樣會增加地表水和地下水的污染；此外，隨意堆放煤炭和矸石會產生有害物質，污染生態環境。對此，環境保護機構應加強預防工作，堅持“預防為主，治理為輔”的原則，采取綜合治療模式，最大限度的避免這種危險的發生。礦山可以采取以下措施：對于廢棄的巷道、采空區、地面工業廣場等應避免危險的巖石坍塌和剝落，提高污水凈化和利用效率，嚴格遵循礦井水排放標準，以防止地表水和地下水被污染，減緩地面沉降、裂縫的發生，可通過填筑、壓實、修建排水溝等方式，避免塌方、破裂等問題發生，減少礦井進水量。綜上所述，必須對礦山地質災害進行有效的綜合治理，建設安全、綠色、清潔的生態文明礦井。從總體來看，當前礦區地質環境質量屬中等。

4.3煤礦環境地質預測評價

4.3.1地質災害類型

根據相關資料顯示，當地礦山曾經出現過地質災害，如倒塌、滑坡、泥石流、地面裂隙、地面塌陷等多樣災害。究其原因，主要是由煤礦引發的，而且大多數是小型的。在水文地質、工程地質勘查過程中，對各種地質災害進行分析，例如憩室倒塌、地下突水等均進行了分析和總結，得出較為常見的有滑坡、塌陷、泥石流、地面沉降、塌陷和地面裂縫等幾種。根據地質環境分類，本煤礦礦區位于地質環境質量較差的區域，區域內有煤礦、黃鐵礦、建筑用砂巖等，很容易導致地質災害、土地破壞、植被破壞、地下蓄水層破壞等情況發生。一些村民的房屋遭到破壞，一些地區的水生產和生產遇到困難，土地耕種也難以繼續。這些礦山的地質和環境問題是在黔金煤礦礦區引發的，目前，主要分布在采空區上方的地表，在全家塘區域尤為突出，主要體現在地面沉降與裂縫兩個方面，沒有發現滑坡、塌陷、泥石流等災害[4]。

4.3.2地質災害范圍

根據煤礦開采后的地表變形規律，一般會產生崩落裂隙帶、導水裂隙帶、沉降帶、中低角度煤層等，這些帶均呈現出馬鞍形或拱形，其形狀受許多因素影響和控制，例如傾角、巖石物理、機械特性、采礦深度、布局情況、采礦方法和頂板管理等等。為了更加精簡，可根據下降區和導水裂縫區的經驗公式進行計算。當開采區域中的所有可采煤層都被開采時，地面很可能會沉降。設定沉降范圍，煤層傾斜角為9°～18°，山的影響角為70°，下坡為60°，走向為65°。黔金礦共有4、8、9、14和15個煤層，平均厚度分別為1.52m、1.10m、1.98m、0.90m和1.64m。最大厚度分別為3.29m、2.27m、3.62m、2.36m、2.81m；經過公式計算可知，4、8、9、14和15煤的煤層崩落裂隙帶的最大高度分別約為17m、12m、18m、12m、16m。斷裂帶的最大高度約為85m、62m、92m、64m、83m。根據該計算，4號煤崩裂帶的最大高度達到17m，進入到龍潭組地層中，而4號煤導水裂隙帶的最大高度達到了底部。

4.3.3工程地質條件

礦區出露的地層中巖類屬于層狀巖類，地層巖性較復雜，局部發育小斷層、破碎帶及裂隙密集帶等，巖層普遍發育閉合裂隙，局部發育微張裂隙。地層中夾有泥巖類的軟弱夾層，石灰巖地層巖溶較發育。這些裂隙和巖溶對礦區煤層頂底板的巖體穩定有一定的影響。巖石質量多數為中等，巖體中等完整，局部地段容易發生礦山工程地質問題。綜合分析化驗所得的各煤層頂底板巖石物理力學性質指標，并結合現煤礦的生產實際，本區工程地質勘查類型為第三類：層狀巖類，工程地質勘查復雜程度為中等。

4.4綜合評價

通過綜合分析研究，本區水文地質復雜度中等；工程地質勘查復雜程度中等。對該地區可采煤層的瓦斯樣品的分析結果可知，4、9、14、15煤層主要為富甲烷煤層，4、8、9、14、15煤層主要為生物氣帶分布。在這一領域主要是大規模的物理性質和煤巖類型的煤，粒狀、裂縫較大，煤的破壞類型屬于三類。根據安全技術規范內容，在礦井瓦斯的測量報告數據管理區域內，通過煤層的氣體濃縮試驗和氣體壓力的結果分析，煤炭開采層不具備發生瓦斯爆炸的危險，該區域的4號和9號煤層十分突出，在煤與瓦斯突出礦區的范圍內，每個煤礦層超過臨界值的煤與瓦斯突出風險指標，測量值的鉆井氣體含量較高，因此煤炭和天然氣應按根據煤和天然氣瓦斯突出礦井的標準進行管理。建議在未來的煤礦開采過程中，采用煤與瓦斯突出識別的方式，對煤與瓦斯進行突出鑒定、資格鑒定，并對煤礦管理進行評估。同時，在建設和生產過程中，應經常對煤層的瓦斯地質條件進行勘察，根據實際需求勘探和釋放的氣體，并采取科學有效的措施在當地的天然氣儲量豐富的煤炭區，加強排水、通風工作，提高對瓦斯地質煤層的重視，減少煤突出氣體排放，確保礦工的安全。

5.結論

綜上所述，本文通過研究綜合分析化驗所得的各煤層頂底板巖石物理力學性質指標，并結合現煤礦的生產實際可知，本區水文地質復雜度中等、工程地質勘查復雜程度中等、本區工程地質勘查類型為層狀巖類、工程地質勘查復雜程度為中等。為了提高勘查水平，應嚴格按照相關要求和規定，確保勘查結果的科學合理，使工程與水文地質勘查工作得到更大的發展。

參考文獻：

[1]王憲江.工程地質勘察中水文地質的作用及存在問題分析[J].科技創新與應用， 2018（17）： 69-70.

[2]李友華，楊茂勇.試論工程地質與水文地質勘查相關問題分析[J].城市建筑， 2016（06）： 60-63.

[3]張改玲，陳德俊， ZhangGailing，等.太平煤礦深厚土層的水文地質工程地質性質[J].煤田地質與勘探， 2018（02）： 42-44.

[4]龔建波，李懷良.工程地質勘察中水文地質的作用及存在的問題分析[J].中國新技術新產品， 2018（05）： 97.