胡家河煤礦水文地質特征及充水因素分析*

王剛

(陜西能源職業技術學院 繼續教育學院， 陜西 咸陽市 712000)

1 礦區概況

胡家河煤礦位于陜西省長武縣境內，距長武縣縣城約15 km，礦區面積55.2394 km2。主采煤層為4#煤，最大厚度達到26 m，平均厚度接近14.5 m。地質儲量接近900 Mt，可采儲量接近400 Mt。胡家河煤礦位于隴東黃土高原東南部，主要地貌形式為黃土塬、梁及河谷平川，塬面相對地勢平坦，周圍有河溝切割發育[1-2]。

2 水文地質特征

2.1 區域水文地質特征

礦區總體地勢特點為西北側較高東南側較低，有涇河扇狀水系發育，各方向地下水向南、向馬蓮河下游匯集，從彬縣水簾洞區域流出。胡家河礦區屬于鄂爾多斯中生代承壓水盆地范疇，屬于白堊系地下水系統涇河～馬蓮河二級地下水系統（見圖1）。該地下水系統分布于白于山以南子午嶺以西，其北以白于山分水嶺為界，東至子午嶺，西與太陽山巖溶和平涼～涇陽相接，南側為侏羅系隔水邊界，面積達到3.45萬km2。該系統為典型的高原盆地，四周中低山環繞。河水在上游區滲透補給地下水、六盤山地區也存在側向水補給地下水，中下游區地下水向河谷排泄[3-5]。

2.2 礦井水文地質

根據該區的含水介質及地下水分布規律，結合區域水文地質條件，以及考慮各含水層（組）的時代、巖性、沉積條件、含水類型、水力聯系、含水層、隔水層的組合關系[6]，并結合對主要可采煤層的影響[7]，從下而上將本礦井分為 7個含水層和 6個隔水層（見圖2）。

2.2.1 含水層

第四系全新統（Q4）潛水含水層呈狹窄帶狀分布于礦井西部涇河河谷，主要由松散層組成，該含水層由砂巖及含泥砂的砂礫卵石層組成，富水性中等，以大氣降水補給為主，受季節變化影響明顯。第四系上更新統（Q3）含水層是下伏潛水含水層獲得大氣降水補給的唯一通道，主要由淺黃色粉砂質粘土組成，其結構疏松，具有較大孔隙，發育有垂直節理，厚度在8～15 m，為不含水透水層。第四系中更新統（Q2）潛水含水層主要由淺棕色黃土夾＋多層淺棕紅色古土壤組成，其中巖土層孔隙性較好，夾層古土壤層結構致密均勻。

洛河組（K1）中粗粒碎屑巖含水層主要由紫紅、暗紫紅色中、粗粒砂巖組成，富水性弱～中等，水質富含NaSO4、NaCl，礦化度為4.67 g/L，屬微咸水類型。由于礦井內廣泛分布有洛河組地層，該地層延展至礦井外較遠區域，其抽水孔離補給和隔水邊界有較遠距離，因此，該含水層為無界承壓含水層。宜君組粗砂巖含水層厚度在30～40 m，主要由紫灰、淺紫紅巨厚層狀中、粗礫巖組成，其夾層含粗礫砂巖透鏡體，礫石成分主要為花崗巖巖屑。由于充填及膠結致密，因此含水性極弱，為相對隔水層。

圖1 胡家河煤礦所屬區域水文地質分布

圖2 胡家河煤礦主采煤層與含（隔）水層相互關系

安定組、直羅組復合含水層由砂礫巖、粉細粒砂巖及泥巖組成。安定組為較弱含水層，直羅組為相對隔水層。

延安組含煤地層承壓含水巖組厚度在 40～80 m左右，本組含4#煤層及其上部的中粗粒砂巖含水層段和砂礫巖含水層段。據以往抽水試驗結果判斷其富水性微弱，具有較強的承壓性，補給源較遠，補給水頭較高。

2.2.2 隔水層

礦區隔水層段情況見表1。

表1 胡家河煤礦隔水層段情況

2.2.3 地下水補給、徑流和排泄情況

地下水補給來源主要為河流入滲，其次為降水和田間灌溉入滲、相鄰系統側向補給。排泄方式 主要為向地表水體排泄，其次為潛水蒸發和人工開采。

（1）井區補給條件。胡家河煤礦井區主要為第四系或新近系覆蓋，厚度較大，鉆孔揭露最大厚度達到270 m，一般厚度在80～190 m；加之塬面較為平坦，黃土中上部孔隙較大，利于大氣降水的入滲補給，水體滲入后儲存于塬面第四系中更新統（Q2）中。黃土中的地下水以大氣降水補給為主。

（2）井區徑流條件。黃土中淺層地下潛水由塬面中心地段向塬四周徑流，徑流條件較好。

（3）井區排泄條件。胡家河煤礦井區部分以人為排水形式排泄，洛河組含水層主要在涇河較低地段以滲出形式排泄。由于近年來在涇河河谷施工的鉆孔在揭露洛河組含水層后，洛河組承壓水以少量點狀鉆孔涌出形式排泄。天然狀況下延安組承壓水在礦井只能由北向南徑流。

3 礦井充水因素分析

3.1 充水水源

4#煤回采會影響到洛河組含水層，煤層回采形成的冒裂帶采高控制在12 m，對比洛河組上、下段厚度，井區生產過程中頂板形成涌水量相對較大。

胡家河煤礦已采3個工作面，采空區均存有積水，且采后出水量較大，是礦井涌水量的主要組成部分。隨著已采工作面逐步增加，采空區出水量及所占比例也逐漸增大，成為礦井的主要充水水源之一。洛河組含水層、煤層頂部延安組、直羅組砂巖含水層以及采空區積水形成了胡家河煤礦井區的充水水源主體。

3.2 充水通道

胡家河煤礦構造以小斷層為主。礦井充水通道中采掘擾動形成的頂板裂隙、斷裂裂隙成為井區主要的充水通道。據胡家河煤礦頂板破壞發育高度實測數據可知，主采4#煤冒裂帶將影響洛河組，使延安組、直羅組和洛河組含水層水通過采動裂隙成為礦井的充水水源。

3.3 充水強度

洛河組裂隙承壓含水巖組是礦井的主要充水含水層，其特點為分布廣，厚度大，富水性弱至中等，形成出水量較大，持續性強。據煤層回采形成的頂板兩帶實測資料分析，該含水層受煤層開采產生的導水裂隙帶影響，地下水通過導水裂隙帶進入礦坑，成為礦井的涌水量；據胡家河煤礦井區以往工作面涌水量資料顯示，洛河組含水層涌水在 400 m3/h以上，其首采面涌水量峰值更高。各工作面采后出水特征為水量大并衰減緩慢，說明洛河組含水層補給較充足，作為主要充水水源，其充水強度大，在局部區域甚至可能造成突水事故，對煤層開采存在一定威脅。

構造的發育對含水層充水強度有一定影響，尤其是向斜構造。井區資料顯示，向斜軸部區域一般為含水層相對富水區，頂板涌水量增大；井區一個工作面中部為向斜軸部，在回采過程中涌水量增大。

4 結論與建議

（1）理論上，在地面布設直通式導流孔，直通式導流孔可以疏放洛河組底部積水，但井區地表施工條件差，因此，地面直通式鉆孔施工方案不適合。

（2）胡家河煤礦煤層頂板延安組和直羅組砂巖含水層富水性弱，通過裂隙直接充水，其水量小，易于疏干；洛河組含水層通過煤層回采頂板覆巖破壞裂隙充水，其水量較大，持續性強，有可能造成突水，對煤層開采威脅較大。

針對以上水文地質特征，建議加大工作面臨時排水系統，避免影響生產的接替；盡可能使工作面涌水自流，將回采影響降至最小；應對排水系統進行重新核定，必要時進行排水系統改擴建。