斜溝煤礦礦井水文地質類劃分分析

＊何彥軍

（山西省宏廈第一建設有限責任公司 山西 045000）

引言

斜溝煤礦由山西西山晉興能源有限責任公司開發建設，是國家重點建設的10個千萬噸級礦井之一，煤礦由中煤西安設計工程有限責任公司設計，設計年生產能力1500萬t/a，設計生產年限71.7年，為特大型煤炭企業，是國家煤炭工業“十一五”規劃重點項目，于2005年投產，2011年達產，現實際生產能力達到1500萬t/a。采用主、副斜井運輸，雙水平生產，主采8、13號煤，配采6號，開采標高為+1046m～+350m。

2016年中國煤炭地質總局第二水文地質隊為該礦編制了《山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦礦井水文地質類型劃分報告》。根據近年礦井掘進、開采過程中所發生的實際水文地質問題，對礦井防治水工作進行總結分析，主要任務是系統的收集、分析區域水文地質資料，分析礦井開采受水害影響程度及防治水工作難易程度，劃分礦井水文地質類型。

1.區域水文地質分析

井田位于天橋泉域西南部徑流區，該區域的水源多是巖溶水，其來源主要有大氣降水和地表水。在黃河東部山區主要以碳酸鹽巖地層為主，表現為裸露型和覆蓋型。裸露的碳酸鹽巖區的巖溶水是通過大氣降水補給，而覆蓋的碳酸鹽巖地層是通過地表水滲透補給。

按照含水層的成因可以分為碳酸鹽巖溶裂隙含水巖組、碎屑巖類裂隙含水巖組和松散巖類孔隙含水巖組。奧陶系碳酸鹽巖類巖溶、裂隙含水巖組含水層巖性以巨厚層灰巖、豹皮灰巖、白云質灰巖為主，總厚330～400m。太原組13號煤層以上至山西組8號煤層主要由具有可塑性泥巖、砂質泥巖組成，各層砂巖間及灰巖間均有泥巖分布，可以阻隔各含水層之間的水力聯系，是良好的層間隔水層。

石炭系本溪組泥巖隔水層主要巖性由砂巖、石灰巖夾泥頁巖組成，底部為鋁土質泥頁巖，巖石裂隙不發育，完整性較好，含水條件差，構成良好的隔水層，具有較好的隔水作用，同時也在一定程度上限制了上覆含水層地下水的下滲及越流補給作用。本區本溪組下段鋁土與鋁土質泥巖穩定存在，其厚度穩定，可以作為很好的疏水降壓層。

大氣降水和地表水的入滲是巖溶水的主要補給來源。在區域東部灰巖裸露分布，面積為199.5km2。由于巖溶裂隙的充分發育，大氣降水入滲十分容易。覆巖灰巖的面積約為260km2，覆蓋厚度為10～20m，巖溶裂隙的充分發育，也是巖溶水接受降雨入滲補給的良好地段。由此可見，灰巖水多來源于地表水和大氣降水的入滲。

2.礦井充水條件分析

井田充水水源可分為自然充水水源和人為充水水源。自然充水水源主要有大氣降水、地表水、山西組砂巖水、太原組灰巖水和奧陶系巖溶水，人為充水水源有采（古）空區積水。

斜溝煤礦地層總體向西傾斜，東部煤層埋藏淺，存在6號、8號、13號煤層露頭，大氣降水和地表水能夠通過風氧化帶、煤層開采形成的垮落帶和導水裂縫帶潰入井下，煤礦須做好防范工作，留設河流保護煤柱，實施河道治理防洪工程，加強對地表裂縫、地面塌陷的巡查，發現異常及時治理。

5號、6號、8號煤頂板直接充水水源主要來自二疊系山西組幾層中粒砂巖及局部粗粒砂巖裂隙水，石盒子砂巖裂隙水為其頂板間接充水水源。由于砂巖難溶成分高，裂隙不發育，開啟程度差，加之含、隔水層呈相互疊置的沉積序列，由此導致砂巖含水層地下水的補、蓄條件差。石炭系太原組碎屑巖類裂隙水是13號煤層直接充水水源。13號煤頂板直接充水水源含水層富水性較弱，屬弱富水含水層。

根據礦井水文地質條件及開采條件，礦井可能的充水通道可分為自然充水通道及人為充水通道。自然充水通道主要包括斷層、陷落柱、構造裂隙等，人為充水通道主要包括煤層采動形成的垮落帶、導水裂縫帶、封閉不良的鉆孔等。

井田東部煤層淺埋區有關閉的小煤礦和老空水分布，主要分布在井田東部斜溝、麻墕塔溝、廟溝、石佛溝和迷糊溝內的煤層露頭附近。結合物探成果及其他水文地質資料對井田采（古）空區積水進行評價：井田8號煤層有10處采空積水區，13號煤層有6處采空積水區，充水水源主要為頂板砂巖裂隙水，其中8號煤層總計積水面積為30372m2，積水量約25481m3，13號煤層總計積水面積為13420m2，積水量約39165m3。

3.礦井受水害影響程度和防治水工作難易程度評價

本礦井水害的主要水源為大氣降水、地表水、地下水（主要包括山西組碎屑巖類裂隙水、太原組裂隙水和奧陶系巖溶水）、采空區積水，其中采空區積水、奧陶系巖溶水和太原組裂隙水為較重要的水害來源。

(1)開采受水害影響程度的評價

未來三年煤礦開采6號、8號、13號煤層，礦井在采掘過程中，主要面臨大氣降水和地表水、采空區積水、奧陶系巖溶水、山西組裂隙水、太原組裂隙水的威脅。各回采工作面導水裂縫帶均發育至地表，大氣降水和地表水是威脅煤礦安全生產的重要致災因素，防隔水煤（巖）柱對應的地面區域作為地表巡查的重點區域，煤層必須加強地表監測與治理，避開汛期進行淺埋區開采。太原組13號煤層突水系數最大值大于底板隔水層完整無斷裂構造破壞地段突水系數臨界值0.1MPa/m，奧陶系巖溶水是13號煤層底板的重要充水水源，井田西部13號煤層開采受巖溶水的影響很大，且突水系數呈由東向西逐漸增大的趨勢。

山西組砂巖裂隙水是5號、6號、8號煤層直接充水水源，含水層單位涌水量0.0711L/s·m，屬弱富水含水層，在井田東部煤層淺埋區，煤層開采形成的導水裂隙帶可直達地表，大氣降水和地表水能夠通過裂隙對山西組砂巖裂隙水進行補給，煤礦須做好抽排水，避免山西組及下石盒子組砂巖水威脅煤層安全開采。石炭系太原組碎屑巖類裂隙水是13號煤層直接充水水源。含水層單位涌水量0.07L/s·m，屬弱富水含水層，對煤層開采影響較小，但在構造破碎帶發育地段可能局部富水性較好，太原組裂隙水有可能沿斷層、陷落柱、裂隙密集帶和底板薄弱地帶等進入礦井，煤礦應布置足夠能力的排水設備，做好疏排水工作，以免發生水害事故。

(2)礦井防治水工作難易程度的評價

本井田主要防治水工作有大氣降水和地表水、采空區積水、奧陶系巖溶水的防治工作。

斜溝煤礦8號、13號煤層存在采空區積水，煤礦開采須做好防范工作。為解決采空區積水隱患，煤礦須首先采用井下直流電法、瞬變電磁法等物探手段探查富水區域位置和范圍，采用鉆探、化探手段加以驗證，并配備合適的排水設備，對采空區積水及時抽排。從技術和經濟角度講，煤礦采空區積水的防治工作較為簡單，需要投入一定資金，礦井水文地質類型按單項劃分屬中等型。

煤礦開采過程中，太原組裂隙水直接對煤層開采產生影響，但與奧陶系灰巖含水層富水性相比，太原組裂隙含水層富水性相對較弱，通過施工太原組裂隙含水層疏放鉆孔，對裂隙水進行疏放，能夠有效防范太原組裂隙對煤礦產生大的威脅。從技術和經濟角度講，煤礦太原組裂隙水的防治需投入一定的工程量和資金，礦井水文地質類型按單項劃分屬中等型。

總之，從技術和經濟兩方面考慮，斜溝煤礦防治水措施簡單或易于進行，技術上可行，經濟上合理，需要投入的費用較大，防治水工作難易程度為中等類型。

4.小結

按照國家安監總局和煤監局發布的《煤礦防治水細則》（2018年），可以將水文地質類型劃分為簡單、中等、復雜以及極復雜等4種。在進行分類時，主要考慮到井田內受采掘破壞或者影響的含水層及水體、井田及周邊老空水分布狀況、礦井涌水量和突水量規律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度等情況。

表1 煤層礦井水文地質類型劃分表

礦井水害的主要水源為大氣降水和地表水、采空區積水、奧陶系巖溶水、山西組裂隙水、太原組裂隙水，其中大氣降水及地表水、采空區積水、奧陶系巖溶水為較重要的水害來源。建議煤礦做好以下幾項工作：井田中東部為各煤層隱伏露頭或淺埋藏區，大氣降水和地表水能夠通過基巖裂隙、煤層開采形成的導水裂縫帶等導水通道對煤系地層含水層進行補給，并增大礦井涌水量。井田中東部煤層淺埋區進行開采時，防隔水煤（巖）柱對應的地面區域作為地表巡查的重點區域，煤層開采時必須加強地表監測與治理，煤層淺埋區開采須避開汛期。

井田8號、13號煤層存在采空區積水，采空區積水是本礦防治水工作的重點，煤礦一定要加強對采空區積水的探放，采用物探、化探和鉆探等方法查清采空區積水范圍、積水量，確保生產安全。井田存在勘探期間的事故孔、未封閉水文長觀孔、水井、煤層氣勘探孔，這些鉆孔坐標位置、孔深、終孔層位等已查明。井田5號煤層可采范圍奧陶系巖溶水突水系數最大值0.039MPa/m，井田6號、8號、13號煤層奧陶系巖溶水突水系數最大值分別為0.051MPa/m、0.058MPa/m、0.148MPa/m。在未來三年回采區域，井田各煤層突水系數均小于底板受構造破壞地段突水系數臨界值0.06MPa/m，煤礦應實施物探、鉆探工程，詳細查明斷層、陷落柱的發育情況，時刻關注回采工作面涌水量變化和奧灰水位變化，發現異常及時上報，及時決策，避免發生水害事故。