寺河煤矿(西区)水文地质类型划分探讨

霍振龙，程绍强，刘 军

(1.山西晋煤集团，山西 晋城 048214；2. 华北科技学院，北京 东燕郊 101601；3.北京华安奥特科技有限公司，北京 100085)

0 引言

生产实践证明，水害是影响与制约煤矿安全生产的主要障碍之一[1]。而矿井水文地质类型及其复杂程度决定了矿井开采受水害威胁程度，也决定了矿井防治水工作的难易程度，它关系到矿井开拓方式的选择和采掘系统的布置，进而影响到矿井的总体规划和设计[2]。为遏制水害事故的发生，减少和避免损失，煤矿应按《煤矿防治水规定》要求并结合本矿的地质及水文地质资料[3]，在查明矿井充水条件、充水水源、充水因素、涌突水量及其危害程度的基础上，进行水文地质条件类型划分[4]。煤矿水文地质条件类型划分工作的落实，对于分析和评价矿井水害危害程度，排查矿井水害隐患，防患于未然，经济合理地搞好矿井防治水工作，大幅提升矿井防治水技术能力，实现矿井安全、有序、高效生产，具有十分重要的现实意义[5]。

1 井田概况

1.1 矿井地理位置

寺河矿井位于山西省晋城市西偏北，行政区划属山西省晋城市所辖，跨沁水、阳城、泽州三县，其矿井工业场地位于沁水县嘉峰镇嘉峰村与殷庄村之间，距沁水县城53 km，距晋城市区70 km。井田面积76.6229 km2，地面工业场地占地总面积207.7万m2。

图1 山西省东南部构造纲要图

1.2 地形地貌

寺河煤矿所在井田位于太行山脉南段西侧，沁水盆地南缘。地貌形态属剥蚀、侵蚀山地，以低中山～丘陵为主，沟谷发育，地形较为破碎。井田地势受河流影响，东西方向上中部地势较低，东、西方向较高；南北方向上北高南低。

1.3 主要河流

井田内主要河流为胡底河，属黄河流域沁河水系，由七坡东，经蒲池、李庄流经井田南西部，于王庄沟东汇入固县河，区内河段长度3.5km，枯水期流量2.55～3.08L/s。

1.4 井田地层及煤层

井田(西区)主要出露的地层为新生界和古生界地层，新生界有第四系(Q)，古生界的地层主要有二叠系(P)、石炭系(C)、奥陶系(O)。

井田煤系地层主要为石炭系上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(P1s)，平均总厚度136.02m，含煤15层，其中3号、15号为主要可采煤层，9号为局部可采煤层，其余为不可采煤层。

1.5 构造

井田(西区)内构造以褶皱为主，少见断层，断距大于20m的断层仅在井田的西北分布。主要构造如图2所示。

图2 山西省东南部构造纲要图

2 矿井水文地质条件

2.1 主要含水层

1) 第四系松散岩类孔隙含水层组

第四系松散岩类孔隙含水层组由砂、卵石、砾石及砂土等组成，一般厚0～64.33 m，均厚11.56 m，富水性强，水位埋深2～10 m，涌水量一般在20～50 m3/h。孔隙潜水的补给来源主要为大气降水及河流两侧砂岩、泥岩裂隙水。

2) 基岩风化带裂隙含水层组

井田内基岩出露较好，主要为碎屑岩类。该含水层厚度因风化带深度而异，山区最深达100 m。补给远主要为大气降水及河(沟)谷地表水。

3) 二叠系石盒子组碎屑岩类裂隙含水层组

二叠系石盒子组碎屑岩类裂隙含水层组在井田内普遍出露，直接受大气降水补给，在地势较低、砂岩发育及构造复杂区，以下降泉形式排泄，流量较小。埋深大时，不接收大气降水补给，富水性较差。

4) 二叠系下统山西组碎屑岩类裂隙含水层组

5) 石炭系上统太原组碎屑岩、碳酸盐岩类裂隙岩溶含水层组

该组主要包括太原组砂岩裂隙含水层和K2、K3、K4及K5灰岩裂隙岩溶含水层，为15号煤层的直接充水含水层。

6) 奥陶系碳酸盐岩类岩溶裂隙含水层组

该含水层组主要指奥陶系中统石灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩、鲕状灰岩等，总厚度在670 m左右，其中以马家沟组灰岩含水较为丰富。

2.2 主要隔水层

1) 二叠系砂岩含水层间泥质岩隔水层

主要由塑性泥岩、铝质泥岩及砂质泥岩等构成，单层厚度2米至数十米，其中以上、下石盒子组分界处铝质泥岩最厚。

2) 石炭系上统太原组底部及中统本溪组泥岩、铝质泥岩隔水层

本隔水层厚度变化较大，为14～75 m，一般20～30 m。与奥陶系碳酸盐岩类岩溶含水层组呈平行不整合接触，隔断了奥灰岩溶裂隙含水层组对上覆煤层的影响。主要含水层及隔水层如图3所示。

3 矿井充水因素分析

矿井充水的三大因素为矿井充水水源、充水通道及充水强度[6]。

3.1 矿井充水水源

对寺河煤矿矿井生产存在灾害威胁的突水水源为地表水和奥灰水。其中，区域内的地表水主要为地表发育的河流，而奥灰水则存在经由第四系含水层、基岩风化带含水层及K0～K13砂岩等导水含水层组突入采掘空间的可能性。

3.2 矿井充水通道

3号煤层距沁河河谷的垂直距离仅为50 m，为3号煤的主要充水因素。

3.3 矿井充水强度

寺河矿(西区)的突水系数在0～0.026 MPa/m之间，低于《煤矿防治水规定》的临界值。

4 矿井涌水量及其变化

在2003～2006年期间，矿井涌水量与产量关系不大与大气降水有一定的关系。而在2007～2009年期间，矿井涌水量呈逐年增长趋势，其矿井涌水量基本与产量变化趋势一致。

5 矿井开采受水害影响程度和防治水工作难易程度评价

5.1 矿井开采受水害影响程度评价

寺河矿(西区)多数陷落柱具有导水性，可能沟通煤层与下伏奥灰岩溶水的水力联系，构成井田(西区)突水的主要危险来源。但寺河矿(西区)目前尚未开采，采掘工程不受水害影响，属于简单型。

图3 井田(西区)隔水层与煤层、含水层关系图

5.2 防治水工作难易程度评价

1) 矿区地表水

寺河井田内主要的地表水体为沁河，矿区工业广场地势较低，安装了排水设施，确保矿井安全度汛。安装排水设施，在技术上易于实现，防治水工作简单。

2) 采空区积水

寺河矿井工作面的开采范围和标高清楚，采空区的积水范围和积水量均可预测，探放水工作从技术上容易进行。

3) 断层水

① 留设断层防水煤柱

在导水断层和采场之间留设断层防水煤柱，从技术上容易实现。

② 注浆加固、疏水降压

煤层回采至断层时，采取注浆加固或疏水降压等安全措施，从技术上容易进行。

4) 煤系含水层水

矿井主要充水水源的涌水量较小，补给较差，矿井以排水为主，易于防治。

5) 冲积层水

通过留设合理的防水煤柱预防第四系含水层对煤层的充水，从技术上容易实现。

6) 奥灰水

通过加强回采工作面的水情监测，预防奥灰水经由陷落柱突入采掘空间，技术上易于实现，防治水工作易于进行。

6 矿井水文地质类型划分[7]

1) 受采掘破坏或影响的含水层及水体

寺河矿(西区)受采掘破坏或影响的孔隙、裂隙、岩溶含水层，补给条件一般，有一定的补给水源，直接充水含水层单位涌水量≤0.1 L/s·m。受采掘破坏或影响的含水层为简单型。

2) 矿井及周边老空水分布状况

寺河矿存在少量老空积水，位置、范围、积水量清楚，可以确定矿井及周边老空水分布状况为中等型。

3) 矿井涌水量

寺河矿西区的设计正常涌水量为280 m3/h，最大涌水量为556 m3/h。矿井正常涌水量在180～600 m3/h范围内，涌水量最大值在300～1200 m3/h范围内。矿井涌水量为中等型。

4) 突水量

寺河矿(西区)尚未进行采掘工程，并未发生突水，矿井突水量为简单型。

5) 开采受水害影响程度

寺河矿(西区)采掘工程不受水害影响，属于简单型。

6) 防治水工作难易程度

防治水技术工作易于实现，经济方面投入不大，总体来说，防治水工作简单，易于进行，可以确定防治水工作难易程度为简单型。

7 结论

矿井水文地质类型划分依据《煤矿防治水规定》，根据矿井受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井及其周边老空水分布状况、矿井涌水量或者突水量分布规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度等，将寺河矿(西区)矿井水文地质类型划分为中等型(表1)。

表1 矿井(西区)水文地质类型

[1] 王建彬，程绍强，李永军. 胡底煤矿水文地质类型划分探讨[J]. 华北科技学院学报，2014，(04)：25-30.

[2] 刘兆昌，李广贺，朱琨，等.供水水文地质(第三版)[M].北京:中国建筑工业出版社，2000.

[3] 武强，赵苏启等. 中国煤矿水文地质类型划分与特征分析[J].煤炭学报，38，(6)：901-905.

[4] 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.

[5] 郑世书，陈江中，刘汉湖，等.专门水文地质学[M].徐州:中国矿业大学出版社，1999.

[6] 杨成田.专门水文地质学[M].北京：地质出版社，1981.

[7] 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.