淺析內蒙古榆樹井煤礦地下水特征及防治水害措施

苗文明 陳賢敏

摘要：礦區防治水害的對策與礦山企業運營狀態密切相關，因此，礦山必須充分了解礦區水文地質特征，同時落實好相關的防治水害工作。水文地質特征對研究地質構造具有重要意義，文章以內蒙古榆樹井煤礦為例，對其水文地質特征進行分析，并總結其防治水害的措施。

關鍵詞：榆樹井煤礦；防治水害；措施

A brief analysis of groundwater characteristics and prevention measures in yushujing coal mine， Inner Mongolia

Miao Wen-ming， Chen Xian-min

Hydrogeological Bureau of China Coal Geology Bureau handan city 056004

Abstract： the countermeasures of preventing and controlling water damage in mining areas are closely related to the operation status of mining enterprises. Therefore， mines must fully understand the hydrogeological characteristics of mining areas and implement the relevant work of preventing and controlling water damage at the same time.The hydrogeological characteristics are of great significance to the study of geological structure.this paper takes the yushujing coal mine in Inner Mongolia as an example to analyze its hydrogeological characteristics and summarize the measures to prevent and control water disasters.

Key words： Yushujing coal mine； Prevention and control of water disasters； Measures

1.項目概況

榆樹井煤礦位于內蒙古自治區鄂托克前旗境內，處于內蒙古自治區與寧夏回族自治區接壤地帶，黃河河套鄂爾多斯盆地西北緣，隸屬內蒙古上海廟礦業有限責任公司。該礦設計生產能力300萬噸/年。井田內含煤地層為延安組，地層平均厚度257.64m，最多穿見25層煤，煤層總厚度平均22.36m，含煤系數7.52%；含可采煤層10層，可采煤層總厚度平均15.36m，含煤系數5.96%。主要可采煤層有2煤、5煤、8煤、15煤、18煤。

2008年1月16日開工建設，2010年7月15日移交試生產，現為生產礦井。礦井采用立井單水平開拓方式，分別為主井、副井、回風井。礦井共劃分二個開采水平，分別為：+980m第一水平，+780m第二水平，目前僅開采第一水平。隨著井田開拓范圍擴大，掘進揭露的水文地質條件要求的準確度更加具體，為進一步查明礦井水文地質條件，制定切實可靠的防治水方案，擬對榆樹井煤礦進行水文地質補充勘探。

2.研究區水文地質條件

2.1井田水文地質邊界條件

榆樹井位于鄂爾多斯盆地白堊系地下水系統西部，井田面積24.561km2。井田南部、西部和北部為人為邊界，各含水層與周邊自然連接；井田東部發育清水營逆斷層（F1）和鎖草臺逆斷層（DF1）“逆地壘”，二者之間形成無煤帶，在礦區東部東升西降，為天然隔水邊界。井田內水文地質條件中等。

2.2含水層及隔水層

井田內主要發育有新生界松散含水層、白堊系礫巖含水層和侏羅系砂巖裂隙含水層。隔水層主要為新生界與白堊系隔水層、直羅組頂部隔水層、直羅組底部與延安組頂部隔水層、延安組內煤層間隔水層。

2.3地下水補徑排條件

（1）新生界含水層。補給條件：榆樹井地處西北內陸地區，位于毛烏素沙漠西北邊緣，井田內多為沙丘、低緩丘陵、草灘戈壁，地形呈緩波狀起伏，總體地形東北高西南低，新生界孔隙含水層主要賦存于新生界砂層中，其主要補給來源是大氣降水入滲及鄰區潛水含水層中地下水的側向徑流補給為主。補給量的大小受地形條件及巖性組合的控制，本區風積沙結構松散，孔隙發育，滲透性強，因此地下水補給條件較好。

徑流條件：潛水的徑流方向受區域地形條件所控制，由地勢較高處向地勢較低處及周邊谷地流動，即大體由東北向西南方向徑流。

排泄條件：在井田地形的影響下，向井田西南方向河流水洞溝排泄，其次是下滲補給下伏基巖風化帶裂隙水，地表蒸發、蒸騰及人工開采的方式排泄。

（2）白堊系含水層。補給條件：井田內新生界底部及白堊系頂部發育有隔水層，但厚度較小，且井田東南部二者之間不存在隔水層。通過鉆孔資料及三維地震資料，區內中南部有一條帶地段為古河道，該地段內完全聯通新生界含水層，直接接受新生界含水層補給。所以白堊系礫巖含水層的補給來源為上部地層的入滲補給及地下水的側向徑流補給。

徑流條件：從地形條件看，地形總體是東北高，西南低，從地勢判斷地下水的流向為東北向西南方向徑流。

排泄條件：井田內孔隙-裂隙水的排泄是以沿地勢下跌方向由東北向西南流出區外，補給下游鄰區含水層中地下水為主，其次蒸發和人工鑿井取水也是其排泄方式之一。

（3）侏羅系含水層。補給條件：侏羅系各時代裂隙含水層中地下水均以接受鄰近裂隙水的側向補給為主，其次是垂向上接受白堊系的入滲補給。

徑流條件：本區域上構造形態為一向東傾伏的單斜構造，且根據一號井直羅組地下水流場顯示直羅組的水流方向為東北向西南徑流。

排泄條件：侏羅系排泄方式主要為通過順層徑流，向下游排泄，在礦井的開采過程中，礦井排水也是其排泄方式之一。

2.4地下水水化學特征

根據本次勘查及以往成果，將本井田新生界潛水，白堊系底部礫巖水，侏羅系砂巖地下水化學特征進行垂向對比。各含水層礦化度自上而下總體呈增大趨勢，表明在受大氣降水補給后，上部含水層地下水中各離子交替積極，徑流條件好；下部含水層地下水中各離子交替滯緩，徑流條件較上部差。

水化學分析結果表明，本井田地下水中陽離子主要為Na+，陰離子主要為SO42-和Cl-，地下水水化學類型總體為SO4·Cl–Na型或Cl·SO4–Na型。

從Piper三線圖（圖1）可知，左邊陽離子三角圖中各含水層的水樣點分布較為集中，說明其陽離子含量變化不大；右邊陰離子三角圖中各含水層水樣點HCO3+CO3離子含量較穩定，只是Cl-、SO42-離子含量有所不同，侏羅系直羅組砂巖含水層及侏羅系延安組煤巖組砂巖含水層的Cl-及SO42-離子含量略高。各含水層的水樣點較為集中的分布在水化學三線圖中菱形圖的右側，水樣點的水化學類型基本一致，為SO4·Cl–Na型或Cl·SO4–Na型。

3.煤層礦床充水及突水條件評價

3.1煤層礦床充水評價

本礦的主要充水水源有大氣降水、地表水、地下水和采空區積水。由于各煤層的埋藏深度不同，因此，各煤層充水水源各不相同。

（1）大氣降水、地表水對煤層開采的影響。井田地處西北內陸地區，屬半干旱、半沙漠大陸性氣候，四季分明，降水稀少，蒸發量大，晝夜溫差大。降水集中在每年7月～9月，年降水量最大299.1mm，蒸發量2771mm，地表大部分地段被風積沙所覆蓋，地下水埋深相對較小，十分有利于降水入滲補給，因此，雨季地表水入滲對礦井開采有一定影響。

（2）地下水對煤層開采的影響。2、5、8煤頂板直接充水水源為其頂板導水裂縫帶發育范圍內侏羅系延安組、直羅組砂巖裂隙含水層、白堊系礫巖含水層及2、5、8煤采空區積水；間接充水水源為新生界松散含水層；底板主要充水水源為寶塔山砂巖含水層。同時寶塔山砂巖含水層是15、16、18、21煤底板主要充水水源，因其富水性達到中等，對煤層開采有一定影響。

（3）采空區積水。根據礦方最新資料，井田內采空積水區共有5處，分別為2煤1處，位于原11202膠帶順槽，積水面積2208m2，積水量850m3；5煤1處，位于原11505工作面北部大部分，積水面積220900m2，積水量193300m3；8煤2處，分別位于13802工作面的膠帶順槽和軌道順槽，積水面積2359m2、2396m2，積水量900m3、1100m3；原總回風巷處存在積水面積4625m2，積水量10498m3。

3.2煤層頂板涌（突）水評價

本次應用“三圖一雙預測”法對煤層頂板涌水危險性進行評價。“三圖”指頂板充水含水層富水性分區圖、頂板冒落安全性分區圖、頂板涌水條件綜合分區圖，“雙預測”為煤層頂板充水含水層預處理前、后回采工作面分段和整體工程涌水量預測。

煤層頂板充水的充分必要條件是：煤層回采形成的頂板導水裂縫帶溝通了上覆的充水含水層，并且含水層在回采工作面冒落裂隙范圍對應的部位富水性比較強。本次運用多元地學信息復合疊加的原理，根據多個水文地質物理場不同特征，相互對比驗證、互相彌補不足，對充水含水層的富水性進行系統綜合分析；運用大井法預測礦井涌水量。

4.礦井防治水措施

4.1存在的主要水害問題及防治技術路線

2、5、8煤存在的水害均為頂板延安組含水層、直羅組含水層及白堊系含水層，底板延安組寶塔山砂巖含水層。

防治水技術路線以礦井排水工程、水害探查研究和水害治理為主，其中排水工程主要以礦井主排水系統、采區排水系統及工作面排水系統建設為主；水害探查工程主要是巷道掘進、工作面回采前及回采過程中應開展的探查工程；水害治理工程主要為煤層上覆含水層預疏放和上覆煤層回采后開采下組煤時的采空區積水疏放等水害治理工程。

4.2礦井防治水措施

在煤礦防治水工作中應堅持本著“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原則，認真落實“探、防、堵、疏、排、截、監”七項綜合治理措施。基于上述防治水總體思路及技術路線，榆樹井煤礦防治水總體措施可落實到“疏、防、排、監”四字，具體為：

（1）井下防水、排水系統的建設。礦井井底主副水倉容量合計3718m3，能夠容納10h正常涌水量，中央泵房設計安裝MD500-85×5型離心水泵4臺，一用兩備一檢修，每臺泵額定流量500m3/h，額定揚程425m，電機功率900kW。中央泵房經管子道從副井沿地面敷設Φ325×10mm排水管路兩趟，管路最大排水能力1626.6m3/h。

由于礦井涌水量預測結果未考慮構造地段、底板突水等因素，實際礦井涌水量可能增大，建議礦方加強對礦井排水系統的檢測和維護，保證礦井排水系統正常運行，并且在礦井受水害威脅時正常發揮其作用。

（2）斷層破碎帶的防治水措施。井田內斷層多發育在深部，共計59條。其中落差大于100m斷層2條，落差10m～80m斷層10條。井田西部的F8斷層曾在2009年5月15日導致膠帶機頭硐室迎頭炮眼處涌水，井下涌水量基本穩定在80m3/h～90m3/h，水化學類型SO4·CL-Na型，礦化度較高。根據斷層出水情況及水質分析出，涌水水源為混合水，主要接受白堊系含水層的補給。因此，判斷斷層破碎帶是煤層頂底板含水層的主要充水通道之一，所以在煤層開采時要注意留設防足夠的隔水煤柱或注漿加固等措施，保證生產的安全。

（3）老空區積水防治。根據礦方最新資料，井田內采空積水區共有5處，分別為2煤1處，位于原11202膠帶順槽，積水面積2208m2，積水量850m3；5煤1處，位于原11505工作面北部大部分，積水面積220900m2，積水量193300m3；8煤2處，分別位于13802工作面的膠帶順槽和軌道順槽，積水面積2359m2、2396m2，積水量900m3、1100m3；原總回風巷處存在積水面積4625m2，積水量10498m3。建議礦方在每個工作面回采前，對相鄰工作面采空區積水進行探放水，保證生產安全。

采空區積水處在動態變化過程中，隨時間的推移，無積水區會逐漸成為積水區。所以，今后煤礦采掘過程中，必須隨時開展礦井采空積水分布情況的調查工作，目的為查明老空區位置、范圍及其積水情況，為老空水治理提供依據，并開展井下探查、疏放水或留設防隔水煤柱等措施，防止水害事故發生。

（4）完善地下水情監測系統。水情監測系統作為觀察地下含水層動態變化的工具，用于觀測、研究采掘活動條件下地下水系統動態變化。本次水文地質補勘鉆孔均留設為長觀孔，完善了地下水動態長期觀測網，及時準確地掌握地下水的動態變化情況，為礦井安全生產和防治水措施制定提供依據。

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