山西省西銘礦礦井水文地質特征淺析

＊劉云云

（山西省太原市西山煤電集團西銘礦 山西 030024）

1.礦井及井田概況

西銘礦位于山西省太原市境內的西北部，地跨太原市萬柏林區王封鄉、化客頭街辦轄區及古交市東曲街辦的一部分轄區，距離太原市中心約20km。西銘礦自1956年建礦以來，經多次技術改造和擴建，形成了年生產能力為360萬噸的現代化礦井。煤礦投產至今，嚴格按照上級主管部門及《煤礦防治水細則》的相關要求，并貫徹“有掘必探、有采必探、先探后掘、先治后采”的防治水工作方針，保障了安全生產。

西銘礦以單水平+1018m進行開采，上組煤礦井東北部為+1152m副平硐，西南部為+1018m主平硐；下組煤全部位于+1018m主平硐。上下水平均在大巷兩翼布置石門，采用平硐開拓方式。礦井以1152大巷和1018大巷為主軸線分南、北兩翼布置采區。生產盤區有南四、北七，備用盤區有西十二，準備盤區有南六。采煤方法為走向長壁后退式采煤方法，一次采全高全部垮落法管理頂板。礦井采用機械抽出式通風方法，分區混合式通風方式，具有完整獨立的通風系統。目前采用“七進三回”的通風系統，其中進風井7個，3個回風井。西銘礦礦井排水系統為1152和1018大巷平硐水溝自流式排水。井下各出水點水排至采區集中水倉、泄水孔或上下水平聯絡巷排水溝將水排至1152、1018水平大巷水溝，然后以3‰坡度自流出井。

2.區域地質背

本井田位于西山煤田東北部的中奧陶統峰峰組、中石炭統本溪組、上太原組、下二疊統山西組、下石河子組、上石河子組和石千峰組以及新近系、第四系在地表均有出露。

本井田位于西山煤田的東北隅，受新華夏系泰山型斷裂的影響，北部受綏老木-汪峰斷裂的制約，東部受山前斷裂的制約，西部受西山向斜中段東突的影響。井田總體為一走向NW，傾向SW的單斜井田，井田構造較復雜，發育褶曲、斷層和陷落柱。地層傾角4-12°，一般為6°左右，受褶曲影響，地層產狀局部有變化。同時井田內落差較小的高角度正斷層較發育，尤甚是井田淺部落差較小的高角度正斷層更明顯。本井田陷落柱為特別發育的地質構造。根據井田勘探和礦井開拓、掘進、回采揭露，井田內未發現有巖漿巖侵入現象。

3.區域水考地質

本井田屬于晉祠泉域巖溶水系統，晉祠泉出露于太原市晉源鎮，是山西省巖溶大泉之一。晉祠泉域的范圍基本上包括了整個西山煤田，該泉域東北部邊界以北石槽背斜至三給地壘與蘭村泉域為界，此邊界為可變動邊界；北部及西北部以變質巖系為界；西邊界位于狐堰山、寨兒坡、嶺底村至山前大斷裂；東部與南部以山前大斷層為邊界，此邊界為排泄邊界。

圖1 蘭村、晉祠泉域巖溶水文地質圖

泉域補給來源主要是接受大氣降水的入滲補給及汾河地表徑流在河谷地段的滲漏補給，其次是沖積層潛水的補給。巖溶地下水由北向南、由西北向東南方向流動，主要徑流方向為沿汾河、山前大斷裂至晉祠泉形成集中排泄，其余部分則以潛流形式通過邊山斷裂帶向盆地松散層排泄，泉域排泄的另一方式為人工開采。晉祠泉流量1933年為2.0m3/s，其后基本維持不變，1954-1958年實測泉水最小流量1.715m3/s，最大2.18m3/s。隨著西山煤炭及地下水的不斷開采，以及大氣降水的不斷減少，致使泉水流量逐年遞減，晉祠泉于1994年5月斷流。

西銘礦奧陶系地層位于馬蘭向斜東翼，井田東北邊界少量出露，西、西南埋藏較深。西明礦位于晉祠泉巖溶水系統東緣中段。地下水由北向南流動。屬地下水徑流區。礦區奧陶系含水層含水量東強西弱，井田內奧灰含水層富水性東部強于西部。

4.礦井水考地質

(1)井田邊界及其水力性質

井田內地層東北高西南低，井田東部以北頭溝煤層露頭線為界，井田北部為隨老母、磺廠、賽莊斷層為界，北部溝谷內煤層出露，接受地表水的補給。井田邊界以煤層露頭和斷層構造為邊界，此處各含水層水被煤層露頭和斷層構造阻隔，兩邊各含水層水在水平方向水力聯系差或不發生水力聯系。

井田北中部與王封煤礦相鄰為人為邊界、井田西北部與古交市石千峰礦相鄰為人為邊界，井田南部與杜兒坪礦接壤為人為邊界，人為邊界處各含水層水均沿隔水層面由東北向西南徑流運移。各含水層水在水平方向與相鄰煤礦之間均保持自然水力聯系狀態。

本井田邊界上覆蓋含水層主要為奧陶系灰巖、石炭系上統太原組灰巖巖溶裂隙含水層和二疊系砂巖裂隙含水層，均屬層間承壓水，均沿隔水層界面由北西向南東徑流運移。在無構造溝通情況下，一般不發生垂向水力聯系。但當煤層采空后形成的頂板導水裂縫則可溝通煤層上部部分含水層，成為人為水力聯系狀態。

(2)含水層

主要含水層水文地質特征介紹如下：

①第四系全新統砂礫含水層。本組由礫石和沙層組成，一般厚5m左右，本含水巖組由于滲透性強，孔隙度大，又便于接受大氣降水及溝谷內地表水的補給，富水性隨季節性變化較大，水質較好，為HCO3·S04-Ca·Mg型，礦化度為245-510mg/L，是村莊居民生活用水的主要水源。

②石千峰組砂巖裂隙含水層。本組地層厚379m。該組以底部砂巖為主要含水層，鉆孔單位涌水量為0.026-0.041L/s·m，礦化度為0.32-0.416g/L，pH值為7.6，水化學類型為HCO3·SO4-Mg·Na型水，為弱富水性含水層。

③上石盒子組砂巖裂隙含水層。本組地層厚380m左右，主要含水層為K8、K9砂礫巖。據鉆孔抽水試驗結果知，本組含水層單位涌水量0.00102-0.0075L/s·m，滲透系數0.0024-0.0526m/d，水位標高1194.5-1241m，為弱富水性含水層。

④山西組砂巖裂隙含水層。本組地層厚55m左右，由砂質泥巖、泥巖、煤、砂巖組成。基底為北岔溝砂巖為主要含水層，灰白色、以中粗粒石英、長石為主，含礫，泥質膠結，交錯層理，節理發育，厚0-27m，一般為8m左右。據鉆孔抽水試驗結果知，本組含水層單位涌水量0.077L/s·m，滲透系數0.0004m/d，為弱富水性含水層。

⑤太原組灰巖巖溶裂隙含水層。本組地層厚95m左右，由砂質泥巖、泥巖、砂巖、煤、石灰巖組成。本組含水層自上而下為東大窯灰巖、七里溝砂巖、斜道灰巖、毛兒溝灰巖、廟溝灰巖和晉祠砂巖等。據鉆孔抽水試驗結果知，本組含水層單位涌水量0.0009-0.03L/s·m，滲透系數0.00132m/d，為弱富水性含水層。

⑥上馬家溝組灰巖巖溶裂隙含水層。本組含水層以厚層質純石灰巖為主，夾薄層泥質灰巖、白云質灰巖，底部為角礫狀泥灰巖。本組含水層分上、中、下三段，中上段巖溶裂隙發育，巖溶呈串珠狀、蜂窩狀，見有中小溶洞。據鉆孔抽水試驗結果知，單位涌水量為0.440-0.5692L/s·m，滲透系數為0.486m/d，水位標高817.2-827.28m，屬弱富水性含水層。

(3)礦井充水條件及充水通道

根據各含水層分析及煤層開采情況，結合涌水點臺賬，影響礦井生產的充水水源主要有大氣降水、地表水、小窯水、采空區積水和頂板水等。

西銘礦礦井充水通道有斷裂帶、陷落柱、導水裂隙帶、封閉不良鉆孔及廢棄井筒，這些導水通道可造成可采煤層頂、底板含水層發生水力聯系，造成礦井充水，或導致工作面被淹。

(4)礦井水文地質類型劃分

根據《煤礦防治水細則》第十二條，按照井田內受開采破壞或影響的含水層、水體、井田地下水及周圍水體分布、涌水量、突水量、開采水害程度、防治水難度。地質類型按“簡單、中等、復雜、極復雜”4種類型進行劃分，并本著就高不就低的原則進行。

通過前面對西銘礦礦井水文地質特征的詳細論述，并結合礦井未來3年采掘布置安排，綜合各單項條件所確定的類別，根據《煤礦防治水細則》分類依據，將2號、8號、9號煤層礦井水文地質類型劃分為中等。