河北承德兴隆汪庄煤矿水文地质类型划分

马亚杰，郑翠敏，张岳，常江，付荣钦

(1.河北联合大学矿业工程学院，河北唐山 063009;2.河北承德兴隆矿务局，河北承德 065001;3.河北省地质矿产勘查开发局第四地质大队，河北承德 067000)

矿井水文地质类型是矿井防治水方案制定、中长期发展规划、矿井改扩建和技术改造的基础依据。伴随煤矿生产，矿井水文地质条件不断发生变化，重新划分矿井水文地质类型对安全生产具有重要意义。2009年9月国家安监总局［1-2］颁布的《煤矿防治水规定》，在原《矿井水文地质规程》基础上调整了单位涌水量尺度，增加了突水量及矿井和周边老空水分布状况评价指标，确定了矿井水文地质类型划分新标准，同时规定矿井每三年进行一次水文地质类型的重新划分。本论文以《煤矿防治水规定》为明确标准，在系统整理、综合分析矿井水文地质资料的基础上，全面考虑矿井充水诸因素的影响，突出其中主要因素的作用，确定兴隆汪庄煤矿水文地质类型，为矿井防治水工作提供了科学依据。

1 矿井基本概况

汪庄煤矿位于承德市营子矿区汪家庄镇，始建1957年。采用立井多水平分区式开拓，由于地质复杂，断层发育，煤层厚度变化大，火成岩侵入严重，大部分采用巷柱式回采。现开采两个生产水平，第一生产水平为+370 m，第二生产水平为+270 m，年产30万吨左右。主采煤层为4#、6#煤层，煤层的走向近东西，倾向南，倾角10°～35°，受地层构造影响，煤层呈迭瓦状分布，属结构复杂煤层。

2 矿井水文地质类型划分指标评价

按照防治水规定要求，对矿井水文地质类型划分六大指标进行定性或定量评价，包括:(1)矿井受采掘破坏或影响的含水层及水体;(2)矿井及周边老空水分布情况;(3)矿井涌水量;(4)突水量;(5)矿井开采受水害影响程度;(6)防治水工作难易程度。

2.1 矿井受采掘破坏或影响的含水层

2.1.1 含水层性质及补给条件

井田钻探及生产揭露含水层情况，矿井内主要含水层为第四系冲积含水层(I)与茂山层含水层(II)

(1)第四系冲积含水层(I)

第四系由山麓堆积及河床冲积而成，冲积物由砾石、砂和黄土组成。冲积层厚度随地形而变，地形低洼处厚度大，地形高处基岩裸露，一般厚度0～15 m。冲积层水为潜水，主要受大气降水补给，水位变化季节性明显。地下水自南向北径流向柳河排泄，雨季局部接受地表水补给。近20年来，地下水开采利用、地表径流量显著减少以及矿山开采形成地下水强渗漏通道等影响，山区地下水潜水位下降显著，据农村机井调查，冲积层已基本没水，成为局部含水层。局部含水部位为河流两侧接受河水补给区域，潜水位埋深大于4m，单位涌水量季节变化大。

(2)茂山含水层(II)

茂山含水层主要由细砂岩、粉砂岩以及含砾粗砂岩组成，厚约75 m。该层胶结物大部松散，易风化成碎块或粉状，风化裂隙发育，裂隙发育程度与埋藏深度有关，越接近地表，裂隙越发育。浅部接受第四系冲积含水层补给，有水力联系好。茂山含水层位于主采四煤层之上，采动产生顶板冒落、导水裂隙及变形破裂带，成为大气降雨通过第四系冲积层入渗优势通道，接受雨季大气降水补给。

2.1.2 单位涌水量

第四系冲积含水层为季节性局部含水层，无稳定单位涌水量。依据茂山含水层8001钻孔抽水试验成功绘制钻孔抽水试验Q-S曲线，如图1所示。钻孔孔径为110 mm，抽水水位降深10 m时，涌水量为1.193 L/(s·m)，需将单位涌水量转化为90 mm直径，水位降深10 m时的单位涌水量由(1)式计算。

式中，Q91、R91、r91分别为孔径91 mm的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径;Q孔、R孔、r孔分别为孔径r的钻孔的涌水量、影响半径和钻孔半径。

图1 8001孔抽水试验Q－S曲线

承压含水层完整井流及影响半径的经验公式为(2)、(3)式［3］。

式中，Q为涌水量，K为渗透系数，M为承压含水层厚度，S为水位降深，取K的平均值为0.13 m/d，代入(2)式，确定Q孔进而代入(1)式得(4)式。

联立求解(3)、(4)式，依据影响半径与降深关系，取降深为10 m时，影响半径R孔为41.577 m。得R91=51.3m，涌水量 Q91=1.117 L/(s·m)，单位涌水量 q91=0.1117 L/(s·m)，富水性中等。

2.2 矿井及周边老空水分布影响

矿井处于自然缺水区，地下含水层经多年开采疏放，多不含水。井田内断层构造发育，受倾向南的逆掩断层控制，断层上盘煤层压着下盘煤层，南部煤层压着北部煤层。开采时由南向北，先采上部煤层，再采下部煤层。主要可采四、六煤层，顶板以砂页岩、页岩、铝土页岩为主，岩性比较松软，容易垮落［4］。下部煤层开采后，受断层发育等因素影响，顶板冒落、裂隙带往往影响至上部采空区，形成贯通裂隙［5-6］。因此，降雨及冲积层水下渗进入矿井，易直接转为矿井涌水，一般不易形成封闭老空积水，下山开采区可能形成老空积水。

矿井生产中，对一些采空区积水进行了探放，积水量不大。1991年，隆泰公司对原东斜井+475石门和采空区及其附近小窑进行了探放水，共打钻孔10个，历经5月至12月，共探放积水48102.32 m3。1992年，隆泰公司对原9439采空区进行了探放水施工，共打钻孔4个。9439采空积水区位于2743采区上方41 m，积水最低标高为+480 m，预计积水量为10000 m3。仅1号钻孔透水，放出积水3417.84 m3，2743采面淋水放出积水 7680 m3，合计 11097.8 m3。

矿区采取了多种措施阻隔生产区外老空水。①1995年于二水平西南石门大巷建立永久水闸墙，敷设三条放水管路，以二水平西南石门和2862井底作为储水仓，水仓容量900 m3，用以封堵2841区域涌水;②1995年，于东斜井+465巷道内建水闸墙，封堵东斜井附近小窑涌、积水;③2003年，为封堵张庄区域涌水，提高水位淹灭空区内火点，建张庄区域防水闸墙，同时也用于封堵张庄区域来水。

目前，矿井内可复块段均在井田工业广场附近，开采深度在一水平(标高+370)以下，最高开采高度为2742风巷+336 m。矿井浅部原封闭的小井开采深度在+400水平以上，经过近二十年的沉降、埋压现已完全填实，不存在老空积水。并且以上块段上部也不存在封闭的小井。预复采区域为本矿回采形成的采空区，采塘位置、有无积水矿内底数清楚，每个块段开发前均进行水患排查分析，如果有积水必须进行探放水工作，施工过程中发现问题立即停止施工，利用探放水钻机进行补探。所以，以上几个复采块段不受水害威胁。

2.3 矿井涌水量

依据涌水量台帐总结(1981－2009年)隆泰公司矿井一水平最大涌水量347.1m3/h，二水平最大涌水量652.5 m3/h，矿井最大涌水量为849.9 m3/h，其变化无明显趋势，如图2所示。近3年来，隆泰公司矿井最大涌水量为583.7m3/h。最大涌水量发生在每年的7～9月份，与雨季同期，无滞后或滞后期短，反应出大气降水可以迅速入渗至井下，入渗通道良好。1981—2004年，矿井平均涌水量为72～182 m3/h。图3给出了依据2009年矿井涌水量台帐绘出的涌水量变化曲线，如图3所示，全矿枯水季节正常涌水量约140 m3/h，雨季正常涌水量约300 m3/h。

图2 1981—2009年汪庄矿最大涌水量变化曲线

图3 汪庄矿2009年全矿涌水量变化图

2.4 矿井突水量

汪庄矿共，措施简单。与94年相比较，目前矿井充水条件发生了较大的改变:①90年代矿区地表小井十分活跃，地面小窖和小窖开采造成地面塌陷坑成为直接充水通道，近年来大量关停了地面小井，同时对地表进行了恢复治理，封闭了多数充水通道;②近年来，矿井开采规模逐渐减小，主要为复采，矿井浅部裂隙经多年沉降自然封闭。③自94年淹井事故发生后，矿区地面防洪工作得以重视，建立了雨季井上防汛制度。记录发生透水事故4次。94年“7.13”因强降雨引发淹井事故，当时矿井防治水意识极差

近16年来，矿井共发生突水事故3次:①2001年“8.14”2761区域突水事故，突水量约70.2 m3/h;②2004年10月14日张庄河下渗突水，突水量约200 m3/h;③2006年10月2762采区突水，突水量约250 m3/h。近3年来未发生突水事故。

2.5 开采受水害影响程度评价

兴隆煤田矿井主要水害威胁为连续强降雨及老空水患。该矿井开采历史长，煤层埋藏浅，曾经小井活跃，造成矿界内及周边老空面积大，部分有积水。此外，采动形成大量导通地表及局部冲积含水层的开采裂隙、塌陷坑及部分封闭不良小井，为大气降雨入渗提供了优势通道，若遇连降强雨，矿井涌水量猛增，可能影响矿井生产。雨季充水条件好。该矿采取一系列有效措施封堵老空积水与雨季充水，积水区对该矿可复采资源区影响不大。

2.6 矿井防治水工作难易程度评价

汪庄矿涌水量峰期与汛期一致，雨季是水害防治的重要时期。该矿地形有利于降水的地面排泄，降水引起的矿井充水，过程快，但时间较短。小窑透水多发自雨季，亦为降雨充水。矿井防治水工作需落实汛期井上井下联合防灾工作，一方面采取地面拦、导、填措施，及时疏排地表洪流、积水;另一方面在井下建立防水闸墙及地下临时水库，进行截水分峰，视矿井一、二水平涌水情况进行放水，保证矿井涌水正常排出，防止灾害发生。同时，落实老空水的超前预测及探放工作。综上所述，该矿防治水工作较为简单。

3 矿井水文地质类型确定

对上述指标进行定量及定性综合评价，依据规程，采用“就高不就低”的原则，将矿井水文地质类型界定为中等类型，如表1所示。

表1 汪庄矿水文地质类型划分详表

4 结论

汪庄煤矿天然水文地质条件简单，是典型的充水条件受采动影响复杂化矿井。水文地质类型划分以矿井防治水工作为目的，必须充分考虑矿井生产揭露或勘探的新成果，全面考虑矿井充水诸因素的影响，要突出其中主要因素的作用，符合并反映当前煤矿水害特点，才能够科学指导防治水工作。根据《煤矿防治水规定》要去，采用“就高不就低”的原则，将汪庄煤矿水文地质类型界定为中等类型。

［1］国家安全生产监督管理总局.煤矿防治水规定［S］.2009.9.21.

［2］葛亮涛.中国煤田地质总局.中国煤田水文地质学［M］.北京:煤炭工业出版社，2001.

［3］王大纯，张人权.水文地质学基础［M］.北京:地质出版社，1994.

［4］蔡晓青.兴隆汪庄矿水害防治技术研究［J］.科技创新，2010，31(9):63－65.

［5］马亚杰，武强.煤层开采顶板导水裂隙带高度预测研究［J］.煤炭科学技术，2008，36(5):59-62.

［6］田洪盛，马亚杰.开滦东欢坨矿水文地质特征及防治对策［M］.北京:煤炭工业出版社，2009.