單侯煤礦礦井水文地質(zhì)條件與防治水難易程度分析

王燕

（河北省煤田地質(zhì)局 第四地質(zhì)隊(duì)，河北 宣化 075100）

1 概 況

我國煤礦以井工開采為主，由于煤層賦存水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，導(dǎo)致我國大多數(shù)礦井受到水害的威脅，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國受水害威脅的礦井超過8 000 座，歷史上曾經(jīng)發(fā)生多次透水、突水事故，造成了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此，礦井水害是制約我國煤礦安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。

單侯煤礦位于蔚縣礦區(qū)南部，地形呈北高南低的傾斜平原，壺流河流經(jīng)井田南側(cè)及東側(cè)，井田內(nèi)北西向沖溝密布，平時(shí)干枯無水，目前礦井主采1號(hào)、5 號(hào)煤，礦井近三年正常涌水量328.4 m3/h，最大涌水量343.6 m3/h。

2 井田內(nèi)含水層與隔水層分布特征

2.1 井田含水層分布

根據(jù)鉆孔揭露，井田內(nèi)含水層可自上而下劃分為4 個(gè)含水層，各含水層的基本特征見表1，煤層與含水層分布結(jié)構(gòu)柱狀圖如圖1 所示。

表1 各含水層的基本特征Table 1 Essential characteristics of each aquifer

圖1 煤層與含水層分布結(jié)構(gòu)柱狀圖Fig.1 Histogram of coal seam and aquifer distribution structure

2.2 井田隔水層分布

井田內(nèi)煤系地層內(nèi)的粘土巖、粉砂巖以及非煤地層內(nèi)的火山碎屑巖、第四系的粘土、粉質(zhì)粘土，隔離了各層之間的水力聯(lián)系。

1 號(hào)煤層與基底奧陶系灰?guī)r之間發(fā)育一層鮞狀粘土巖、粉砂巖，為良好的隔水層，平均厚度27 m；侏羅系中統(tǒng)下花園組地層中粘土巖、粉砂巖隔水層平均厚度80 m；侏羅系中統(tǒng)髫髻山組火山碎屑巖隔水層厚度為5~135 m；第四系的粘土、粉質(zhì)粘土隔水層厚度為50~296 m。

3 礦井充水因素分析

3.1 充水水源

礦井目前主采1 號(hào)、5 號(hào)煤，根據(jù)采掘揭露，礦井主要充水水源為奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層水、煤系含水層水、采空區(qū)積水以及第四系礫石孔隙含水層水。

（1） 奧陶系下統(tǒng)石灰?guī)r裂隙巖溶水。

該含水層是開采1 號(hào)、5 號(hào)煤層主要充水含水層，局部煤層底板承受水頭壓力較大，富水性弱—強(qiáng)。目前全井田范圍內(nèi)1 號(hào)煤層承受該含水層水壓為0.01 ~ 0.78 MPa，未來3 a 開采區(qū)域水壓為0 ~0.3 MPa。

（2） 煤系砂巖裂隙含水層水。

主要為下花園組砂巖含水層下段和后城組礫巖含水層，下花園組砂巖含水層下段富水性弱，近5 a 來該含水層水對(duì)各主采煤層采掘工作基本無影響，僅在斷層或局部煤巖層裂隙發(fā)育地段以淋水、裂隙出水形式進(jìn)入礦井。

（3） 采空區(qū)積水。

主要包括井田內(nèi)1 號(hào)、5 號(hào)煤層開采后形成的采空積水，及井田周邊煤礦（單侯北井、崔家寨、北陽莊礦） 關(guān)閉后形成的采空區(qū)積水。前者積水范圍清楚可控，積水量很小；后者其采掘范圍、積水范圍和積水量清楚，且各礦井與單侯礦之間均留設(shè)了寬度足夠的防隔水煤巖柱，對(duì)生產(chǎn)區(qū)域正常采掘活動(dòng)無影響。

（4） 第四系孔隙水。

該含水層組地層覆蓋于全井田，受大氣降水補(bǔ)給，富水性弱—中等，并補(bǔ)給其它含水層水，為礦井間接充水含水層。

3.2 充水通道

主要充水通道包括導(dǎo)水?dāng)鄬印⒚簩娱_采形成的導(dǎo)水裂隙以及封閉不良鉆孔。

（1） 導(dǎo)水?dāng)鄬印?/p>

井田內(nèi)各類斷層比較發(fā)育，且多成群出現(xiàn)和密集成帶，斷層的存在縮短了煤層與奧陶系含水層的距離，尤其是在煤層與奧陶系含水層對(duì)接部位，采動(dòng)影響下，斷層成為溝通含水層的主要通道。

（2） 煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙。

煤層開采形成的導(dǎo)水裂隙包括頂板冒落和底板擠壓破壞形成的裂隙通道，1 號(hào)煤層開采過程產(chǎn)生的底板破壞現(xiàn)象，削弱底板隔水層的阻水能力，成為底板導(dǎo)水通道，誘發(fā)底板突水；5 號(hào)煤層開采過程中形成的冒落裂隙帶成為煤層頂板含水層水和采空區(qū)積水的直接通道。

（3） 封閉不良鉆孔。

單侯礦井田范圍內(nèi)共有封閉不良鉆孔40 個(gè)，其中位于設(shè)計(jì)采掘區(qū)域的鉆孔有6 個(gè)，16～18 孔在回采前對(duì)其封閉情況進(jìn)行了鉆探、物探驗(yàn)證，確認(rèn)對(duì)回采工作無影響，其余5 個(gè)目前采掘工程均未達(dá)到其所處位置，準(zhǔn)備在采掘工程接近時(shí)采取相應(yīng)的防治水措施；位于各類保護(hù)煤柱內(nèi)共26 個(gè)，對(duì)采掘工作無影響；剩余8 個(gè)均位于無煤區(qū)或采掘工程達(dá)不到的井田邊界，因此也對(duì)安全采掘無影響。

4 防治水難易程度分析

（1） 地表水。

地表水系僅有壺流河，流經(jīng)井田南側(cè)及東側(cè)，歷史上最高洪水位為+924.8 m，單侯煤礦主井標(biāo)高+1 038.5 m，副井標(biāo)高為+1 040 m，風(fēng)井標(biāo)高為+1 042 m，均高于歷史最高洪水位100 m 以上，因此，地表水對(duì)單侯煤礦井口安全無威脅，地表水害防治水工作易于進(jìn)行。

（2） 含煤地層裂隙水。

單侯煤礦煤層直接充水含水層為侏羅系中統(tǒng)下花園組煤系砂巖含水層下段（Ⅱ1），含水層水沿著構(gòu)造裂隙及煤層開采形成的冒落裂隙帶向礦井充水，實(shí)際揭露資料顯示，該含水層已富水性極弱，加上單侯礦有健全的排水系統(tǒng)，因此含煤地層裂隙水防治水工作易于進(jìn)行。

（3） 礦井內(nèi)及周邊煤礦采空區(qū)積水。

井田內(nèi)采空區(qū)分布及積水情況清楚，對(duì)單侯礦采掘工作不構(gòu)成威脅，礦井周邊興源礦、北陽莊礦、崔家寨礦與單侯井田均按規(guī)定留有井田邊界煤柱，掘空間范圍清楚、積水量清楚，臨近邊界進(jìn)行采掘活動(dòng)時(shí)，要加強(qiáng)超前探測(cè)，防治水工作易于進(jìn)行。

（4） 奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層（Ⅰ3）。

經(jīng)過多年的疏水降壓，奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層（Ⅰ3） 對(duì)對(duì)5 號(hào)煤絕大部開采已無影響，但對(duì)開采1 號(hào)煤絕大部分影響較大。該含水層厚度為0～101.60 m，富水性中等—強(qiáng)，單位涌水量0.1～2.0 L/s·m，由于井田內(nèi)斷層發(fā)育，且多成群出現(xiàn)和密集成帶，縮短了煤層與奧灰含水層的距離，尤其是在1 號(hào)、5 號(hào)煤層與奧灰含水層對(duì)接部位，在采動(dòng)影響下，減弱了斷層的阻水性能，使某些斷層成為溝通奧灰含水層的主要充水通道。

綜上所述，單侯礦開采開采1 號(hào)煤層時(shí)，由于底板隔水層厚度薄，承壓較大，需進(jìn)行局部疏水降壓工程，防治水工程量大，難度較大；開采5 號(hào)煤層時(shí)，充水條件簡單，僅局部以頂板淋水的形式進(jìn)入采掘工作面，礦井防治水工程量一般，防治水工作易于進(jìn)行。

5 結(jié) 語

水害威脅著煤礦安全開采，總結(jié)了單侯煤礦井田內(nèi)含水層、隔水層分布特征，分析了礦井充水因素，礦井主要充水水源為奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r含水層水、煤系含水層水、采空區(qū)積水以及第四系礫石孔隙含水層水，主要充水通道包括導(dǎo)水?dāng)鄬印⒚簩娱_采形成的導(dǎo)水裂隙以及封閉不良鉆孔。基于此，分析了礦井防治水難易程度，單侯煤礦開采1 號(hào)煤層時(shí)，防治水工程量大，難度較大；開采5 號(hào)煤層時(shí)，防治水工程量一般，易于進(jìn)行。