石圪节煤矿地质条件分析及水害防治措施

郭 峰

（潞安环能股份公司 余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046103）

石圪节煤矿地质条件分析及水害防治措施

郭 峰

（潞安环能股份公司 余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046103）

主要根据矿区水文地质条件、主要隔水层、构造等因素，分析石圪节煤矿目前存在的各种水害威胁，提出了治理这些水害的方法，为煤矿防治水害提供切实可行的思路和手段。

水害；威胁；治理

石圪节煤矿位于沁水盆地的东侧。井田内开采煤层主要分布在二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，经过70多年的开采，井田内山西组3号煤层大部分采空，现开采太原组15号煤层。15号煤层开采在潞安来讲，无先例可循，鉴于此及周边复杂的水害隐患，专门针对矿区的地质条件进行研究，分析水害的各种因素，对未来矿井水害防治提出建设性意见。

该井田内大部分为第四系黄土覆盖区,仅有零星的二叠系基岩出露，无大的地表水体，但井田内有多处小型蓄水池，降雨后地面有部分积水。无常年性河流，仅有季节性河流,河流流量随季节性变化明显,雨季时常有洪水发生,其余季节河流流量很小或断流。

1 矿区水文地质条件

1.1 主要含水岩层

奥陶系中统（O2）岩溶裂隙含水层，井田内该含水层埋藏深度在148.70 m～354.00 m，含水层主要由石灰岩、白云质灰岩及泥灰岩等组成，含水空间以岩溶裂隙为主。根据矿区内水源井资料，含水层主要在上马家沟组中上部及峰峰组上下部之间的石灰岩与泥灰岩的接触部位，根据抽水试验，单位涌水量 3.11 L/s·m，渗透系数 0.47 m/d～3.15 m/d，水位标高638 m～640 m，为强富水性含水层，水质HCO3－Ca·Mg型。由于矿区及周边地区过量开采奥灰岩溶裂隙水，奥灰水位标高由上世纪70年代的720m降至现在的水位标高640 m，部分地段已低于辛安泉泉水出露标高，局部形成降落漏斗，水位下降对开采15号煤层有利，可消除对其底板产生突水的威胁。

1.2 石炭上统太原组（C3t）含水层组

井田内地表无出露，为碎屑岩夹碳酸盐岩层间岩溶裂隙含水层，含水层主要由 K2、K3、K4、K5等石灰岩组成，含水空间以岩溶裂隙为主，构成太原组各煤层的直接充水含水层。

K2石灰岩岩溶裂隙含水层，为14号煤层直接顶板，距15-1号煤层顶平均间距4.33m，距15-2号煤顶层平均间距7.75m，距15-3号煤层顶平均间距10.28 m，分布范围广，K2石灰岩厚度2.20 m～17.95 m，平均7.80 m，垂直裂隙发育，部分被方解石充填，见溶孔，少数钻孔裂隙面上有水锈，部分钻孔在该层段钻进时冲洗液有漏失现象，最大消耗量达15m3/h。

石灰岩岩溶裂隙含水层，井田内2-1号钻孔对太原组进行混合注水试验，单位注水量q=0.068 L/s·m，渗透系数K=0.6330m/d，水位标高804.02 m。另据邻区43号钻孔对该含水层进行注水试验，单位注水量 q=0.000046L/s·m～0.00047L/s·m，渗透系数K=0.00039m/d～0.0011m/d。

对井田注水试验资料与邻区注水试验资料对比，说明太原组岩溶裂隙发育不均一，富水性差异较大，但仍属于弱富水性含水层。

1.3 上石盒子组（P1s）砂岩裂隙含水层

为碎屑岩裂隙含水层，井田内有零星的出露，含水层主要由中、粗粒砂岩等组成。含水空间以构造裂隙为主。含水层埋藏浅或出露于地表时，含水空间以风化裂隙为主，成为基岩风化带砂岩裂隙含水层。据钻探资料，砂岩裂隙较发育，钻进至该层位时，消耗量较大，最大达15.0m3/h。

1.4 基岩风化带砂岩裂隙含水层

井田内零星出露，为碎屑岩裂隙含水层组，含水层主要由粗-细粒砂岩组成，含水空间以风化裂隙为主，富水性取决于风化裂隙发育程度，风化裂隙发育程度受构造、岩性及埋藏深度等条件的影响，其富水性差异较大。井田内风化裂隙发育深度一般在基岩面以下60m左右，强风化带一般在界面以下达30m左右。在该层段钻进时，冲洗液有漏失现象，最大漏失量为15.0m3/h。

1.5 第四系松散岩类孔隙含水层

为第四系松散岩类孔隙水，井田内大面积出露，含水层主要由砂土及砂砾石组成，含水空间以孔隙为主，厚度变化较大，为0.00 m～68.11 m，富水性受大气降水、地形、岩性的影响明显，在不同地方富水性差异较大。

据邻区43号钻孔对第四系松散岩类孔隙含水层与基岩风化带砂岩裂隙含水层进行混合抽水抽水试验资料，单位涌水量q=0.474 1 L/s·m，渗透系数K=1.19m/d，为中等富水性含水层。

2 主要隔水层

石炭系上统太原组15-3号煤层底部至中统本溪组底隔水层，岩性主要为灰绿色泥岩、铝质泥岩及砂质泥岩组成，厚度12.40 m～20.40 m，平均16.66 m，透水性差，平行不整合于峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层之上，阻隔其上、下含水层的水力联系。

太原组上部石灰岩层间隔水层，主要由灰黑色泥岩、砂质泥岩组成，分布于各石灰岩含水层之间，起层间隔水的作用。

二叠系砂岩含水层层间隔水层，主要由泥岩、砂质泥岩等组成，呈层状分布于各砂岩含水层之间，形成平行复合结构，起层间隔水作用。

3 构造对水文地质条件的影响

褶曲。井田基本构造形态为一向西倾斜的单斜构造，局部发育宽缓的向背斜，其轴部裂隙发育，成为相对富水部位。

断层。井田内目前有两条小的断层，断距8m～22 m，倾角70°，另外根据开采3号煤层的情况，发育有1m～14m的正断层，生产中未发现对矿井涌水产生明显的影响。

陷落柱。开采3号煤层时，发现有九个陷落柱，平面最小面积为1 142 m2，最大面积为21 195 m2，生产中也未发现对矿井涌水产生明显的影响。

根据对3号煤层开采的实际矿井涌水量资料，矿井涌水量与大气降水有一定的规律，一般在降雨一个月以后，矿井涌水量有所增加，说明断层和陷落柱对矿井涌水存在影响。

4 主要含水层补给、迳流、排泄条件

第四系松散含水层主要接受大气降水的补给，其迳流、排泄区不明显，其下伏基岩风化带含水层在浅埋区除可直接接受大气降水补给外，可接受第四系含水层的补给。在不同地段，不同时期第四系含水层与基岩风化带含水层可互为补给含水层。

井田内碎屑岩含水层及石炭系上统层间岩溶裂隙含水层，其间有厚度不等的泥岩隔水层相隔，相互水力联系差，主要以相互平行的层间迳流为主，仅在构造部位或浅埋区才可与其它含水层发生直接的水力联系。

奥陶系中统岩溶裂隙含水层是区内主要含水层之一，位于辛安泉域由北向南的迳流带上，在构造部位可能与其它含水层发生水力联系。

5 邻近生产矿井充水因素分析

井田周围目前尚无大型矿井开采15号煤层，只有小型煤窑正在开采，其中一个煤矿开采15-3号煤层，年产量6万t，目前矿井涌水量80 m3/d。另一个煤矿开采15-1号煤层，据了解矿井充水主要来自顶板石灰岩含水层。

6 井田15号煤层水患及防治措施

顶板充水，顶板直接充水水源为其顶板太原组K2石灰岩岩溶裂隙水。由于开采时形成的导水裂隙带，可能沟通太原组其它石灰岩岩溶裂隙含水层，其导水裂隙带高度见下面公式计算结果。

式中：Hf为导水裂隙带（包括冒落带最大高度），m；M为煤层厚度，平均1.82 m；n为煤分层开采层数1层。

按一次采全高计算，预算全井田煤层开采时产生的导水裂隙带高度为18.31 m～144.76 m，一般51.64 m。可沟通太原组各石灰岩岩溶裂隙含水层。15-3号煤层顶距3号煤层底板间距为116.33 m～140.33 m，除去开采3号煤层底板扰动破坏带（按经验值取13 m）后为103.33 m～127.33 m，在15号煤层较厚的地方开采时可通过导水裂隙带使3号煤层采空区积水进入矿井，引起矿井突水。东部埋藏较浅的地方可直接沟通大气降水及基岩风化带含水层第四系含水层，生产中应引起注意，开采过程中留设防水煤（岩）柱。

断层或陷落柱充水，根据本次资料，井田内主要有2条正断层，小断层14条，7个陷落柱，在开采3号煤层的过程中未发现断层和陷落柱引起矿井突水事件，但并不能排除开采15号煤层时3号煤层采空区积水，通过断层或陷落柱产生侧向或垂向向矿井突水的可能。因此应加强对井田内构造、水文地质方面的研究工作,并坚特“预测预报，有疑必探,先探后掘，先治后采”的原则。

底板充水，全井田15号煤层底板最低标高645.07 m，位于奥灰水位标高以上,不会引起底板突水。值得注意的是，在上世纪70年代，该区奥灰水位标高在720 m左右，至目前为止降至640 m，随着全民节水意识的加强，或遇丰水年份时，奥灰水位有上升的可能，生产部门应密切监视奥灰水位恢复情况，预防底板突水事件的发生。

人为通道，开采爆破引起的裂隙及钻孔封闭不良，也可形成导水通道。应加大排水力度。

采空区积水或越界开采，3号煤层采空区积水位于15号煤层之上，是开采15号煤层的一大安全隐患，开采15煤层时任何于采空区积水沟通的通道均可引起矿井突水，特别是在向斜轴部的采空区，易富集采空区积水。同时区内15号煤层采空区积水或越界开采也可引起矿井突水。因此在开采15号煤层时需做好探放水的工作，防止造成水灾。

7 结论

综上所述，该矿以煤水共采、超前探采为理念，“有疑必探，先探后掘”，真正实现由事后排水向超前防水，有突然涌水向均衡采水，由动压突水到静压抽水的转变，真正实现从被动防治向主动防治的根本转型，全面构建安全的防治水体系，提升煤矿安全保障能力。

[1]贾琇明.煤矿地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社，2004.

[2]王宏斌，刘伯.矿井水害防治技术[M].北京：煤炭工业出版社，2010.

[3]国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定［S］.2009.

Discussion on Geological Condition and Water Disaster Treatment in Shigejie Mine

GUO Feng
(Yuwu Coal Co.,Lu'an Environment and Energy Co.,Changzhi Shanxi 046103，China)

On the basis of hydro-geological condition,water-resisting strata,and composition of Shigejie mining area,the paper analysis various water disasters,and then proposes some treatment advice and feasible approaches for water disaster protection.

water disaster;threatening;treatment

TD823.9

A

1672-5050（2010）11-0032-03

编辑：刘新光

2010-09-17

郭 峰（1965—），男，河南林州人，本科，工程师，主要从事煤矿管理工作。