試析煤礦水文地質類型的劃分及防治水工作建議

＊王荀勇

（山西煤炭運銷集團四通煤業有限公司 山西 041000）

1.礦井概況

礦井的2號煤層開拓方式選擇的是三斜一立混合開拓，通風系統采用了中央并列模式，而通風方式是機械抽出模式，采煤方法一次采全高傾斜長壁采煤法。全井田2號煤層的采區包含7個。工作面在采區內選擇前進式接替順序布置跳采隔面。

2.水文地質在礦井中的情況

(1)不同地質的含水層

依據含水層的巖性組合、含水介質、空隙類型、富水性以及含水特征，井田內主要含水層分為：第四系松散孔隙含水層；砂巖裂隙含水層；石灰巖巖溶裂隙含水層。

①第四系松散層孔隙含水層組

井田內大面積基巖出露，第四系黃土零星覆蓋于山梁、山坡及溝谷中，在山間溝谷地帶，第四系底部發育一層近代沖積砂礫石層，透水性良好，直接接受大氣降水及地表水徑流補給，一般以泉、潛流形式向河流、溝谷排泄，地下水流向與地表水基本一致，局部水量較豐富。該層水水質與地表水相一致。

②三疊系砂巖裂隙含水層組

本井田西部出露三疊系下統劉家溝組地層，地層殘留最大厚度約175m，巖性以灰白色、紫紅色砂巖為主，基巖風化帶裂隙發育，形成良好的含水層或透水層，在地表溝谷常形成泉水出露。據區域水文地質條件，總體上本組含水層富水性弱。

③二疊系砂巖裂隙含水層組

A.石千峰組砂巖裂隙含水層

含水層主要為本組底部K14中粒砂巖，在中西部廣泛出露，基巖風化帶裂隙發育，形成良好的含水層或透水層，易于接受大氣降水補給，出露泉水較多，含水層為弱富水性裂隙含水層。

B.上石盒子組砂巖裂隙含水層

含水層主要為本組各段底部K12、K11、K10中粒砂巖，在中、北部廣泛出露，底部含小礫石，埋藏淺時，風化裂隙及節理較發育，易于接受大氣降水補給，出露泉水較多，流量一般小于0.5L/s，個別達到0.7L/s，井田內勘探孔鉆液消耗量一般在0.10-0.60m3/h，因此，含水層為弱富水性裂隙含水層。

C.下石盒子組砂巖裂隙含水層

二疊系下統下石盒子組（K8、K9）砂巖含水層，為山西組2上、2中、2下號煤層的頂板直接充水含水層，巖性主要以中、細粒砂巖為主，裂隙不甚發育，一般隨埋深的增加裂隙發育減弱，勘探孔鉆液消耗量在0.15-0.45m3/h之間，井田內ST402號孔K7與K8砂巖含水層段抽水試驗，單位涌水量僅0.0093L/s·m，屬弱富水性砂巖裂隙含水層。

D.山西組砂巖裂隙含水層

山西組K7砂巖含水層，巖性以鈣泥質膠結的細粒砂巖為主，埋藏淺時風化裂隙較發育，鉆進過程中消耗量為0.2-1.0m3/h，屬弱富水性含水層。

礦井范圍內2號煤層已大面積開采，礦井井巷系統開拓及采掘工作面揭露各層含水層時未見明顯大的涌水點，礦井涌水量很小，也說明該含水巖組富水性弱。同時由于開采煤層頂板形成了導水裂縫帶，使煤系圍巖含水層補、徑、排條件發生了變化，在2號采空區積存有采空積水。

④石炭系砂巖夾薄層灰巖裂隙含水層組

石炭系上統太原組含水層主要是三層灰巖，從下到上為K2、K3、K4，總厚約19m，灰巖巖溶裂隙較發育，井田內勘探孔遇該層時有鉆井液漏失現象，井田內ST402號孔K2灰巖抽水試驗單位涌水量為0.0088L/s·m，水位標高1126.18m，水化學類型屬HCO3-Ca，屬弱富水性巖溶裂隙含水層。

據礦井東南部相鄰原金殿煤礦、土地廟煤礦關閉前開采10號煤層，礦井涌水量很小，也說明本組含水層富水性弱。

⑤奧陶系灰巖巖溶裂隙含水層組

奧陶系灰巖巖溶裂隙水是煤系地層下伏的主要含水層，地層厚度大，最大厚度約475m。奧陶系中統峰峰組為透水不含水層段，主要含水層為中統上馬家溝組中下部及下馬家溝組中上部灰巖巖溶裂隙發育段，各種巖性富水性不一。

據神角井田1101孔揭露奧灰巖厚度145.28m。上部巖性為深灰色中厚層石灰巖、白云質灰巖、泥巖灰巖，中部為厚層狀石灰巖、白云質灰巖夾蠕蟲狀灰巖、泥灰巖，溶洞裂隙發育。鉆進中該層沖洗液消耗量為15m3/h，孔內全漏，測靜止水位至孔底無水位，為含水性強的透水層。1101孔孔口標高1069.68m，孔深346.62m，說明本區奧灰巖溶水水位標高低于723m。據井田周邊臺頭鎮奧灰水井資料，奧灰巖溶水位標高625m，單井出水量25m3/h，水化學類型SO4·HCO3-Ca·Mg型。

據井田鄰近鉆孔及龍子祠泉域資料，本區巖溶水水力坡度按8‰左右考慮，推斷井田內奧灰巖溶水位標高為665-685m。井田內下組10號煤層最低底板標高為770m，高于奧灰水水位標高，各煤層不存在奧灰水帶壓開采。

(2)計算礦井的涌水量并分析充水原因

①分析礦井充水的幾個影響原因

A.大氣降水和地表水

大氣降水和地表水是礦井充水的間接充水水源之一。據鄉寧縣氣象站資料，礦區多年平均降水量548.8mm。井田內各溝谷為季節性河流，夏季遇大雨或暴雨時，雨水匯集溝谷中才會發生洪水，雨后水流很快退去，河溝干枯或有小溪流。根據場區地形圖、井上下對照圖等高線及現場實際查看原石凹河工業廣場匯水面積為6.7km2，50年一遇洪水洪峰流量為67.55m3/s，涵洞及路面總和的排水水能力為70.78m3/s，滿足排洪能力；原二礦工業廣場匯水面積為1.2km2，50年一遇洪水洪峰流量為21.47m3/s，涵洞及路面總和的排水能力為39.92m3/s，滿足排洪能力。因此，主斜井、副斜井、西部進風井、西部回風立及工業場地建筑均不受到洪水威脅。

B.煤層頂板含水層水

礦井開采2號煤層時，對礦井充水的含水層主要指下石盒子組底部K8砂巖及中部的K9砂巖帶，為主要裂隙含水層。本井田內各溝谷兩側大面積出露該組地層，但含水層補給條件差，鉆孔單位涌水量一般小于0.0093L/s·m，富水性極弱。

太原組層間灰巖巖溶裂隙含水層即10號煤以上的K2-K4石灰巖，是10號煤層開采的主要頂板充水含水層，井田內鉆孔單位涌水量0.0088L/s·m，說明10煤頂板含水層補給條件較差，總體富水性極弱。

就目前而言，井田內2號煤層已部分采空，開采煤層頂板垮落導水裂縫帶將溝通其發育范圍內各含水層間水力聯系，通過導水裂縫帶向礦坑充水，為礦坑充水的主要來源。礦井充水主要表現為頂板的滲水或淋水，目前礦井正常涌水量為5.43m3/h，礦井最大涌水量為6.25m3/h?，F井田采空區范圍內2號煤層以上各充水含水層大多被疏干，含水層靜儲量已被釋放，主要為滲流補給水量，水量較小，容易控制，對煤礦的開采影響不大。

C.采空區積水

本礦井是2009年由4座煤礦兼并重組整合礦井，井田內及周邊煤礦2號煤層均進行了大面積開采，在采空區及巷道低洼處分布有大量積水。整合關閉礦井停止排水使采空區積水還在增加。結合近幾年礦井建設情況、地面物探勘測成果及井下探放水情況，本礦2020-2024年開采布置主要在井田西部四采區、五采區及北部二采區范圍，其采掘工程及礦井充水狀況基本清楚，并且分四期進行了地面瞬變電磁勘探，覆蓋了四、五、二采區及周邊200m范圍區域，初步查明了勘探區及周邊200m范圍內的采空區分布范圍及積水情況，為井下探放水工作提供了可靠依據。

采空區積水是本礦井最具威脅的充水水源。當相鄰煤層采掘時，由于受采空冒落帶、導水裂隙帶或采掘擾動破壞帶的影響，當煤層間距或煤柱小于導水裂隙帶高度或擾動破壞帶時，上部及周邊采空水可能會沿導水裂隙帶、擾動帶滲入或潰入工作面，造成水害事故。

②礦井所具備的涌水量

據收集礦井近三年礦井涌水量觀測臺賬，涌水量由主斜井、副斜井、集中軌道巷、西部回風立井及軌道材料巷密閉5部分組成，礦井觀測情況統計見下表1。

表1 礦井涌水量構成情況表

由表1可見，軌道材料巷密閉處涌水量占礦井涌水量的89.75%，涌水來源主要為采空區積水，其它4處涌水量占礦井涌水量的10.25%，涌水來源主要為砂巖裂隙含水層水。

本次工作統計礦井平均涌水量為121.50m3/d，最大涌水量為139.25m3/d，最大涌水量為正常涌水量的1.15倍。下圖1為礦井涌水量與相關因素曲線圖。

圖1 礦井涌水量與相關因素曲線圖

由礦井涌水量與相關因素曲線圖1可見，礦井涌水量在雨季稍有增高，但總體關系不甚明顯。主要原因為礦井涌水來源近90%為軌道材料巷密閉處采空積水抽排，受礦井開采影響的山西組砂巖裂隙含水層富水性弱、占比小。

經統計計算，礦井生產能力達150萬t/a時，受采掘影響的含水層涌水量為22.47m3/d，綜合考慮軌道材料巷密閉處涌水量107.86m3/d，預測礦井達產時礦井正常涌水量為130.33m3/d（5.43m3/h），礦井最大涌水量為正常涌水量的1.15倍，即149.88m3/d（6.25m3/h）。

以上礦井涌水量為理論預算值，該預算未考慮集中探放采空區積水，以及揭露富水異常區時的增加涌水量。同時隨著開采深度、開采面積或者各種地質條件的變化，都可能引起礦井涌水量的變化，在生產中要對井下涌水量進行觀測和分析，并根據涌水量變化情況及時向地面抽排，以保證井下安全生產。

3.劃分不同的水文地質

按照《煤礦防治水細則》，根據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律、礦井開采受水害影響程度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、極復雜4種。分類依據就高不就低的原則，確定礦井水文地質類型。

礦井根據上述劃分要求，在未來3年時間內，2上、2中、2下、3號煤層礦井水文地質類型均屬中等，可作為礦井開展防治水工作的依據。

4.治理礦井防治水的措施

礦井不存在帶壓開采，礦井2上、2中、2下號煤層四、五采區為近年來本礦開采區域，二采區為實體煤，其采掘工程及礦井充水狀況基本清楚；井田內3號煤層尚未開采。可以確定四通煤礦未來三年采掘范圍內其老空區位置、范圍及積水量基本清楚。類型屬中等。根據礦井實際情況制定了以下水患防治對策：

（1）由于本礦井田范圍內及周邊礦井開采歷史較長，老空區積水是本礦井以后防治水工作的重點。井田內上組2上、2中、2下號煤層存在分叉合并現象，2上、2中、2下、3號煤層間距較小，部分工作面合并開采，部分工作面分層開采，上覆煤層采空積水或上山方向采空積水可能通過導水通道潰入工作面形成突水，對礦井安全生產形成威脅。

礦井計劃于2023年回采的2下502工作面，導水裂隙帶可達到上部的2上-107及2-52上02工作面采空區，目前采空區內積水已完成疏排，在回采該工作面時，應首先完成附近采空區內積水探放工作，確保上部及同層上山方向采空區內無積水，嚴格按照《井下探放老空水技術要求》及《井下老空水探查物探技術指引》開展工作，有效防治采空區水害。

（2）四通礦井工業廣場位于石凹河溝谷中，溝谷狹窄，夏季溝谷中可能受洪水威脅，工業場地上方修筑了蓄水池及排水涵洞，礦方應及時清理蓄水池及涵洞口附近的雜物，及時清淤，確保工業場地建筑物及井口不受洪水的威脅。

（3）加強對軌道材料巷密閉處出水點防水密閉墻的監測。

（4）在雨季要定期對井下所有密閉進行調查，對井田范圍內地表所有井泉、出水點、積水點進行巡查，對廢棄井筒、井田內鉆孔進行巡查，對有隱患的水點進行有效治理。

（5）根據工作面規劃情況，采掘前對物探解釋富水異常區加強鉆探驗證，對綜采后“兩帶”發育高度進行觀測。

（6）水害應急需要完善建立救援預案。完好的設備要靠檢修設備定期進行，排水設備也要進行增置，合力促進搶險救災的效果及能力。搶險設備及物資必須確保數量富余，以備搶險救災可以實現及時性的作用。

（7）在今后的采掘活動中一定要嚴格執行“預測預報、探掘分離、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，編制科學合理的探放水設計，嚴格進行超前探測，認真做好探放水工作，確保礦井安全生產。

5.結語

研究的此礦是中等水文地質的礦井類型，可以方便實施防治水工作。需要嚴格重視礦井防治水的相關流程和工作，按照《煤礦防治水細則》以及《煤礦安全規程》中的國家規定去進行安全的煤礦生產，嚴格滿足國家要求，保證達到安全的礦井生產模式。