五龍煤礦水文地質特征及水害分析

郭晉偉

（太原東山五龍煤業有限公司，山西 太原 030031）

1 礦井地質條件概況

1.1 地層概況

井田內大面積基巖裸露，出露基巖地層主要為二疊系上統上石盒子組和下統下石盒子組，結合本礦鉆孔揭露資料和東山礦區資料，井田內沉積地層由下而上依次有：奧陶系中統下馬家溝組（O2x）、奧陶系中統上馬家溝組 （O2s）、奧陶系中統峰峰組（O2f）、石炭系中統本溪組（C2b）、石炭系上統太原組（C3t）、二疊系下統山西組（P1s）、二疊系下統下石盒子組（P1x）、二疊系上統上石盒子組（P2s）、第四系中、上更新統（Q2+3）。

1.2 地質構造

井田位于沁水煤田西北隅，太原東山礦區西南，東山背斜西翼傾伏端。井田地層總體走向為北西，為向南西傾伏的單斜構造，地層傾角15°左右且變化不大。斷裂構造、巖溶陷落柱不太發育，北界附近為斷層密集帶。井田內主要斷層有7條，地表發現及井下揭露的陷落柱共7個。井田內未發現巖漿巖侵入，井田內地質構造屬簡單。

1.3 含水層

井田含水層劃為5個含水巖組： 第四系全新統松散巖類孔隙含水巖組、二疊系石盒子組（P1x+P2s）和山西組（P1s）砂巖裂隙含水巖組、石炭系太原組碎屑巖夾碳酸鹽巖類裂隙含水巖組、奧陶系中統碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組。

1.4 隔水層

井田內主要隔水層分述如下： 煤系地層灰巖、砂巖含水層層間泥質巖隔水層，12#、15#煤層以下及本溪組隔水層。

1.5 水力性質

含水層與含水層之間，從水質的離子成分角度對比，山西組以及上含水層與太原組含水層水質的離子成分較為相近，但與奧陶系含水層水質存在差異明顯；從含水層水位標高角度對比山西組及以上含水層水位標高+860.2246～+868.9423 m，太原組水位標高+809.7646～+851.5023 m，而奧灰水位標高在+780.2～+783.3 m，表明一般情況下，山西組、太原組及奧灰含水層之間不存在明顯的水力聯系。

2 礦井充水因素分析

2.1 礦井充水水源

（1）大氣降水及地表水

該區年降水量172.1～632.6 mm，平均457.8 mm。井田內無地表水系，大氣降水可能通過對采空區上覆導水裂縫帶的補給間接成為礦井的充水水源。

（2）煤系地層裂隙水

12#、15#煤層位于太原組中、下部，是本礦主采煤層。煤層開采后，其頂板會形成導水裂隙帶，地下水將沿采動裂隙進入礦井，是礦井充水的主要通道。煤層開采時，含水層的存在可能會增加礦井涌水量，但因其富水性弱，在做好排水工作前提下，對各煤層的掘進、開采影響不大。但需加強注意含水層局部富水情況以及上部煤層采空區積水問題，提前進行探放。

（3）奧陶系巖溶水

根據《煤礦防治水細則》，采用突水系數法對該區煤層開采受奧灰含水層水害威脅程度進行評價，突水危險性評價成果見表1、表2。

式中：T為突水系數，MPa/m；P為底板隔水層承受的水壓，MPa；M為底板隔水層厚度，m。

12#煤層最大突水系數0.0465 MPa/m；15#煤層最大突水系數0.0806 MPa/m，其中底板標高約+450 m以上，突水系數小于0.06 MPa/m。煤層奧灰突水危險性分區見圖1、圖2。五龍煤礦隨著礦井向西南部開拓，承受的水壓有所增大，突水系數不斷增高，底板發生突水危險性增大，通過底鼓裂隙或在斷層、陷落柱發育處將可能會發生突水。因此，在井田南部突水系數較大地段，尤其是過渡區，只有采取更為可靠的安全技術措施后才能進行帶壓開采。

表1 12#煤層突水危險性評價估算成果

表2 15#煤層突水危險性評價估算成果

2.2 礦井充水通道

（1）頂板導水裂縫帶

12#煤層開采形成的導水裂縫帶最大發育高度達54.86 m，可能導通上部的L4、K3等含水層。15#煤層M取最大煤層厚度8.59 m時，煤層開采產生的導水裂縫帶高度H=202.09 m；據礦方介紹，東山一帶開采15#煤層時導水裂縫帶發育高度約90～100 m，可能導通上部的L1、L2、L3、L4、K3等含水層。井田煤層東北部埋藏較淺約在170 m以下，因此煤層開采過程中導水裂縫到近乎發育到地表，存在地表裂隙的區域地表水與15#煤層導水裂縫帶有貫通的可能性。

（2）導水斷裂構造

注意防范較大的北邊界F19斷層導水，該斷層可能使得15#煤層與奧灰含水層直接對接，底板突水變為水平滲流，危險性極大，現階段尚無工作量加強控制，今后在計劃開采此處位置時應做好探查及預防工作，必要時直接按要求留設防隔水煤柱，不在其威脅范圍內開展采掘工作。

2.3 礦井充水強度

整合前礦井涌水量較小，正常為150 m3/d，最大為200 m3/d，較雨季相對滯后。依本礦井筒開拓時的水文地質臺賬記載，2015～2016年礦井月涌水量為10450～16200 m3（約14.51～21.77 m3/h），平均礦井涌水量18.06 m3/h。圖3涌水量與降雨量相關曲線圖表明礦井涌水量與大氣降水有一定的關系，降雨量的增加，礦井涌水量略有增加，滯后時間約2～3個月。

圖1 12#煤層奧灰突水危險性分區

圖2 15#煤層奧灰突水危險性分區

圖3 2015～2016年涌量與降雨量相關曲線

3 礦井涌水量預測

五龍煤礦整合前，開采15#煤層，年生產能力為0.21 Mt，正常涌水量為6.25 m3/h，最大8.33 m3/h。該礦年工作日按330計算，含水系數約為0.236～0.314 m3/t。

礦井整合后15#煤一采區設在井田中、西部，首采區水文地質條件與現在基本相同，可采用比擬法對生產能力達到0.9 Mt/a時的礦井涌水量進行預測，采用式（2）：

式中：Q為礦井的涌水量，m3/d；P為原煤產量，t/d；Kp為含水系數，m3/t；

由此，預測礦井涌水量為：Q正常=26.79 m3/h，Q最大=35.7 m3/h。

預測該礦開采15#煤層生產能力達到0.90 Mt/a時，工作面的正常涌水量為26.79 m3/h，最大涌水量35.7 m3/h。

根據目前礦井涌水量臺賬成果，井筒與大巷的涌水量基本穩定在13.06～16.77 m3/h，變化較小，推測今后井筒與大巷的涌水量基本保持目前狀態不變。總礦井涌水量應包括工作面涌水量、井筒及大巷涌水量，因此，預測該礦生產能力達到0.90 Mt/a時，總礦井正常涌水量為39.85 m3/h，最大涌水量為52.47 m3/h。

4 結語

奧灰水位標高在+782.5～+785 m之間，12#煤層底板標高在+370～+940 m，15#煤層底板標高在+320～+860 m，井田大部分為帶壓開采，突水系數僅15#煤層在井田西南部超過0.06 MPa/m。因此，帶壓開采區應加強構造導水性的探測，絕不能放松警惕。建立完備礦井地下水動態監測網、涌水量測量及資料管理系統，加強地質及水文地質資料的收集整理工作，建立周邊煤礦的圖紙定期交換制度，認真貫徹“預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水工作原則。