通合煤矿矿井水文地质类型划分探讨

万红丽

(山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局，山西 太原 030045)

通合煤矿位于山西省乡宁县枣岭乡可涧村一带，行政区划归乡宁县枣岭乡管辖。矿井位于吕梁山南端，总体地形为中部高东西低。区内地形切割较为强烈，黄土冲沟发育，主要山梁走向为近东西向，属中低山区。

通合煤矿采用斜井开拓方式，现采煤层为2号煤层。设有主斜井、副斜井、回风斜井3个井筒，在副斜井井底设1套主排水设备，可以满足排水需求。

井田内黄土冲沟较发育，均属季节性河流，平常无水，汛期可达200 m3/d。因地形陡峭、水力坡度较大，地表水排泄条件好，洪峰一泄而去。井田中部近南北向的山梁形成一道自然分水岭，分水岭以西地表水往北西汇入可涧河，可涧河往南西约5 km汇入黄河，以东地表水汇入青石峪河，青石峪河往南西至河津清涧镇汇入黄河。

奥陶系中统的石灰岩在井田东部外围大面积出露，为裸露岩溶区，岩溶发育，直接受降水补给，同时也受河水和冲击层潜水补给，富水性较弱，奥灰水流向东。

太原组、山西组含水层侧向补给，顺岩导向径流排泄，部分则由矿坑抽水排泄。

第四系孔隙含水层、受降水、沟谷排水补给外，同时又以泉和下渗形式补给河水和下伏基岩。排泄方式主要沿地形沟谷流入下游水系。

1 矿井水文地质条件

1．1 含水层

矿井内的含水层根据岩性、地下水水力性质及埋藏条件等，划分为4个主要含水层。

1)第四系砂砾层孔隙潜水含水层。

分布在山涧河谷地带，岩性为灰白色砂质黏土、亚黏土砂砾层及砾石层，厚度变化不大，层位不稳，渗水性及含水性均好。易接受大气降水和地表水补给，但厚度不大，不易形成强含水层。据107号钻孔抽水试验结果：第四系砂砾层厚2．33 m，静止水位深度2．70 m，静止水位标高 765．06 m，涌水量 2．112 L/s，单位涌水量0．906 L/s·m，影响半径40 m，K值68．7 m/d，对浅部煤层有充水影响。受黄河水影响，井田西部边缘地带可能成为富水性中等～强的孔隙含水层。

2)上石盒子组底部(K10)砂岩及下石盒子组(K9、K8)砂岩裂隙含水层。

K10砂岩层位较稳定，多呈透镜体，岩性为黄绿色、浅灰绿色中～细粒厚层状石英长石砂岩，局部含小砾。由于埋藏浅，风化裂隙及节理发育。K9、K8砂岩为山西组煤层直接充水含水层，岩性为灰白色、灰绿色、黄绿色厚层状石英长石砂岩，多为钙质胶结，裂隙稍发育。据1025号钻孔抽水试验结果：静止水位深度47．65m，静止水位标高751．61m，涌水量0．005 L/s，单位涌水量 0．000 2 L/s·m，影响半径 5．85 m，若处在风化裂隙带与含水层沟通带，将成为中等含水性含水层。

3)太原组(K4、K3、K2)石灰岩岩溶裂隙含水层。

K4石灰岩为7号煤直接充水含水层，平均厚5 m左右。深灰色，致密、块状，裂隙较发育。K3石灰岩为8号煤直接顶板，平均厚4 m左右。浅部地带裂隙较发育，随埋深增加裂隙发育程度变差。K2石灰岩为10号煤层直接充水含水层，也是太原组的主要含水层，岩性为深灰色，致密、坚硬、性脆石灰岩，岩溶裂隙不太发育，通常含燧石层及透镜体。厚1．20～10．70 m，平均厚6．24 m。据王家岭精查勘探资料，单位涌水量 0．000 4 ～0．102 L/s·m，水位标高 577．73～799．96 m，属弱富水性岩溶裂隙含水层。

4)峰峰组石灰岩岩溶含水层。

岩性以厚层状石灰岩为主，局部为泥质灰岩，岩溶裂隙不甚发育，富水性较弱，钻孔抽水试验单位涌水量为0．000 5～0．006 L/s·m。据井田东侧1025号钻孔揭露奥灰334．95 m，孔底标高低于禹门口黄河最低水位80．99 m，所见奥灰岩性为致密块状，质较纯，裂隙被方解石充填。孔深410．52～423 m见有直径10～20 mm的小溶洞，但有方解石充填现象，抽水试验单位涌水量只有0．002 L/s·m，水位标高689．60 m，属峰峰组含水层滞水地带，其资料仅供参考。据2008年11月山西省第二地质工程勘查院于毛则渠煤矿洗煤厂施工的供水井资料，其所揭露的奥灰岩溶水水位标高为522 m，涌水量45 m3/h，表明奥灰含水性弱，但由东向西随着黄河排泄基准点的靠近，含水性逐步增加，故该含水层属弱～中等富水性岩溶含水层。

该水井距本井田东部边界约3 200 m，由此推断本井田奥灰水水位标高为487～500 m。

1．2 隔水层

井田内主要的隔水层有：

1)2号煤层之上层段隔水层。

在2号煤层之上的下石盒子组及上石盒子组地层中均沉积有隔水性能良好的泥岩、粉砂岩等岩层，正常情况下可阻隔地表水、第四系潜水、承压水及基岩风化带含水层的地下水。

2)10号煤层至2号煤层之间层段隔水层。

其间为泥岩、粉砂岩、铝质泥岩等隔性能良好的岩层，正常情况下可阻隔太原组石灰岩含水岩组的地下水与2号煤层之上含水层地下水之间的水力联系。

3)12号煤层底至中奥陶面层段隔水层。

其间的泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩致密细腻，具有良好的隔水性能，正常情况下可阻隔上部含水层地下水与奥陶系中统石灰岩地下水之间的水力联系。

2 矿井充水因素分析

2．1 充水水源

1)地表水体、大气降水对矿井开采的影响。

井田内“V”字型沟谷切割强烈，给地表水的排泄创造了良好的条件，地表水很快流失，使地下水受大气降水的补给甚小。总体来说，井田内地表水对矿井开采的影响不大。井田西部濒临黄河，含水层受黄河水补给的可能性较大，从而对矿井开采产生影响。

2)构造对矿井充水作用和影响。

井田内仅发现一条落差5 m的小断层，对井田水文地质条件不会有明显影响。

3)含水层对煤层开采的影响。

综合本区各含水层与开采煤层的关系，对矿井开采有直接充水影响的主要有：

a)K8砂岩为2号煤层直接充水含水层，岩性为灰白色、灰绿色、黄绿色厚层状石英长石砂岩，多为钙质胶结，裂隙稍发育。对矿井开采具有一定的影响。

b)K2石灰岩为10号煤层直接充水含水层，也是太原组的主要含水层，岩性为深灰色，致密、坚硬、性脆石灰岩，岩溶裂隙不太发育，通常含燧石层及透镜体。厚1．20 ～10．70 m，平均厚6．24 m。属弱富水性岩溶裂隙含水层，对矿井开采具有一定的影响。

c)O2f石灰岩含水层：为下组煤层的底板间接含水层，富水性中等。井田内各煤层均不存在带压开采。

4)奥灰水对煤层开采的影响。

本井田奥灰水位标高为487～500 m，井田内最下部12号煤层最低底板标高550 m，奥灰水位于12号煤层底板之下，因此井田内2、10、12号煤层为不带压开采煤层，奥灰岩溶地下水不会对各煤层开采形成威胁。

2．2 充水通道

煤层及其附近虽然有水体存在，但只有通过某种通道，它们才能进入采煤巷道形成矿井涌水，充水通道可以根据形成因素分为自然通道及人工通道。岩层裂隙及空隙带、岩溶陷落柱、断层等属于自然通道;煤层采后顶板冒裂带、底板破裂、及封闭不良钻孔等属于人工通道。

1)断层的导水性。

本井田发育1条断层，有少量渗、涌水现象，说明断层破碎带富集一定的水量。当井巷开拓至断层破碎带时，矿井涌水将明显增加。

2)封闭不良的钻孔。

封闭不良钻孔是典型的人类活动所留下的点状垂向导水通道，该类导水通道的隐蔽性强，垂向导水畅通，不仅使垂向上不同层位的含水层之间发生水力联系，而且当井下采矿活动揭露或接近钻孔时。产生突发性突水事故。由于封闭不良钻孔在垂向上串通了多个含水层，所以一旦发生该类导水通道的突水事故，不仅突水初期水量大，而且有比较稳定的补给量。本井田在煤田勘探过程施工了一些钻孔，在施工后钻孔得到了封闭;但部分钻孔由于技术设备、材料质量、施工条件、技术和生产需求及历史背景等原因，未封孔或封孔质量较差。

3)采动裂隙带。

该矿设计采用综采设备放顶煤，开采面积较以往房式采煤方法明显增大，煤层开采后地表洪水能否影响井下开采取决于垮落带、导水裂隙带能否到达地表。

井田2号煤层开采后地表河流水是否向矿井充水，可根据三下采煤规程水体下缓倾斜煤层开采时垮落带、导水裂隙带高度计算公式覆岩岩性中硬、坚硬，选用以下公式进行计算：

垮落带高度(HC)计算公式：

HC=100M/(4．7M+19)+2．2

导水裂隙带高度(HLI)计算公式：

HLI=100M/(1．6M+3．6)+5．6 或 Hf=20 ×M1/2+10

2号煤层最大厚度为7．48 m。经计算，2号开采后垮落带高度为11．61～16．01 m，导水裂隙带高度HLI=42．45～53．65 m，或 HLI=64．70 m。2 号煤层在井田内沟谷一带埋藏深度100～200 m，扣除盖层厚度10～50 m及基岩风化带深度60 m，因此，地表水对2号煤层开采有影响。

2．3 矿井涌水量

各煤层主要充水水源为顶板砂岩或石灰岩裂隙水，根据生产矿井及邻近生产矿井调查，矿井涌水以顶板淋水为主，局部有裂隙缝出水。矿井水经排水渠流到水仓，排水量测量方法为泵量乘以排水时间。矿井涌水量的变化与降雨量有关，在井田东部煤层埋藏较浅地段，风化裂隙较发育，导致矿井涌水量在雨季有所增大。

本次根据矿井生产能力预算各煤层涌水量。原煤矿矿井生产能力为25万t/a，矿井正常涌水量720 m3/d，最大涌水量840 m3/d。现矿井生产能力为90万t/a，根据富水系数比拟法，现正常涌水量2 592 m3/d，最大涌水量3 000 m3/d。

3 矿井水文地质类型划分

根据《煤矿防治水规定》，从井田水文地质条件和井巷充水特征出发，根据矿井及其周边是否存在老空积水、矿井受采掘破坏影响的含水层性质和富水性及补给条件、矿井涌水和突水分布规律及水量大小、煤矿开采受水害威胁程度以及防治水工作难易程度等，把矿井水文地质划分为简单、中等、复杂、极复杂四种类型，据此对本井田今后3年采掘2号煤层的水文地质类型进行划分。

3．1 受采掘破坏和影响的含水层

2号煤层的直接充水含水层为K8砂岩，据1025号钻孔抽水试验结果：静止水位深度47．65 m，静止水位标高751．61 m，涌水量 0．005 L/s，单位涌水量0．000 2 L/s·m，影响半径5．85 m。若处在风化裂隙带与含水层沟通带，将成为中等含水性含水层。2号开采后可直接勾通K8砂岩含水层，K8砂岩富水性中等，使K8砂岩含水层直接向矿井产生充水影响。按照《规定》第一分类依据，属中等类。

3．2 矿井及周边老窑水分布状况

据矿井在生产过程中调查，2号煤层积水区11处，积水总面积402 033 m2，积水量540 460 m3;周边2号煤层采(古)空区分布3处积水区，积水量263 700 m3，井田的北部有2号煤层的积水区对本井田的开采影响较大，按照《规定》第二分类依据，属中等类。

3．3 矿井涌水量

整合后的矿井生产能力为90万t/a，矿井开采2号煤层时的正常涌水量2 592 m3/d，即108 m3/h;最大涌水量为3 000 m3/d即125 m3/h，远小于分类标准180 m3/h和300 m3/h。按照《规定》第三分类依据，属简单类。

3．4 突水量

该矿从建设到生产未发生透水事故，也未发现突水点。但原枣岭乡凡水渠煤矿于2007年7月5日发生2号煤层在巷道掘进时发生上分层采空区突水事故，造成8人死亡，有突水预兆，突水量总约4 000 m3，延续2天时间排完，单位突水量约400 m3/h。按照《规定》第四分类依据，属中等类。

3．5 开采受水害影响程度

2号煤层采空区积水是2号煤层开采主要水害，由于2号煤层以往开采的巷道、采空区及上分层采空区资料记录不全，已有的巷道、采空区资料也不准确，且积水量大，因此，2号煤层开采受2号煤层采空区积水水害影响，总体认为采掘工程受水害影响。按照《规定》第五分类依据，属中等类。

3．6 防治水工作难易程度

针对本矿矿井水文地质特征，按照《煤矿防治水规定》要求，做好井上、井下水文地质和防治水工作，重点做好对采空区积水、构造水、地表水的防探工作。防治水工作的重点，严格执行“预测预报、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水制度。做好防水、探水、疏防及排水工作。按照《规定》第六分类依据，属简单类。

综合以上阐述，按分类依据就高不就低的原则，建议本矿开采2号煤层，矿井水文地质类型定为中等类。

4 结论

1)通合煤矿开采2号煤层主要受本井田及周边井田采空区积水的影响，矿井水文地质类型为中等类型。

2)在今后生产过程中一定要采用物探方法及钻探验证进一步查清，加强探放水工作，预防采空区透水事故。

3)根据《煤矿防治水规定》第13条，矿井水文地质类型应当每3年进行重新确定。当发生重大突水事故后，矿井应当在1年内重新确定本单位的水文地质类型。

［1］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．煤矿防治水规定［M］．北京：煤炭工业出版社，2009：4－11．

［2］ 吴玉华，张文泉，赵开全．矿井水害综合防治技术研究［M］．北京：中国矿业大学出版社，2009：1－30．

［3］ 中华人民共和国国土资源部．DZ/T0215－2002煤、泥炭地质勘查规范［S］．北京：地质出版社，2002．