矿井水文地质特点与防治水技术探讨

张红伟

摘要：近几年，随着矿井开采行业的发展，土地层的地质状况以及水文条件越来越差，矿井事故发生频率越来越高，突水淹井事故尤为频繁。突水事故不仅影响了矿井开采的正常运作，对施工人员的生命安全也产生了巨大的威胁。矿井水害的种类较多，较为突出的有地表水、老窖水、孔隙水、裂隙水以及岩溶水五种水害，提高防治水技术是矿井开采行业管理者的当务之急。笔者结合多年实地工作经验，从矿井水文地质特点着手，对矿井防治水技术作了简要分析。

关键词：矿井水文地质 概况 特点 防治水技术

1 矿井概况

笔者以山西潞安集团蒲县新良友煤业有限公司的矿井开采为例，对当地矿井的防水技术进行了简单介绍。井田位于吕梁山南麓，区内沟谷发育，地形复杂，地势西北高东南低。井田内基岩出露中等，属基岩剥蚀型山岳地貌，自然地理条件为剥蚀强烈的中低山区。最高点位于井田西北边界山梁上，标高1517.4m。最低点位于东南边界沟谷内，标高1290m，相对高差227.4m。矿井周围没有较大的河流，区内冲沟发育，均属季节性间歇性地表径流。由于地区以前主要是私人开采，老空水的防治就变成了防治水的重中之重。

2 矿井水文地质特点

2.1 地层特点

井田位于霍西煤田西南部，地层出露由西向东、由老到新为：太古界霍县群、太岳山群，上元古界长城系，古生界寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，中生界三叠系，新生界上第三系、第四系。

2.2 主要含水层

2.2.1 第四系砂砾层孔隙潜水含水层 分布在山涧河谷地带，主要为井田东侧的昕水河谷，岩性为灰白、灰黄色砂土、粉土、砂及砂砾，厚0-11.60m，井田内冲沟少量分布，仅在盘地东段分布，厚度不大，水位随地形变化，昕水河谷可成为富水性中等的孔隙含水层。

2.2.2 上石盒子组底部（K10砂岩）裂隙含水层 砂岩含水层较稳定，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，埋藏浅时，风化裂隙及节理发育，局部含小砾。该层为弱富水性裂隙含水层。

2.2.3 下石盒子组（K9、K8）砂岩裂隙含水层 砂岩含水层位于2号、3号煤层以上，K8为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，西部埋藏浅、风化裂隙发育局部出现富水地段，含水层为弱——中等富水性裂隙含水层。

2.2.4 太原组石灰岩（K4、K3）岩溶裂隙含水层 K3石灰岩为8号煤直接顶板，厚度3.70m，裂隙较发育，随埋深增加裂隙逐渐不发育。

K2石灰岩为11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，一般含有燧石层及透镜体。厚2.50-10.00m，平均厚7.05m，局部较发育，钻进消耗量一般在1.00m3/h以下。根据ZX2-4号钻孔抽水试验结果，其单位涌水量0.00974L/s.m，水位标高1218.44m，属弱富水性裂隙含水层。

2.2.5 中奥陶统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层 奥陶系峰峰组岩溶裂隙含水层是煤系地层下伏的主要含水层，岩性为质纯、致密、性脆，上部裂隙发育或较发育多层，但厚度多在3-5m之间，下部岩层多完整，裂隙不发育。下段为泥灰岩夹石膏层，可见角砾状石灰岩，棱角状灰岩碎块被泥灰岩胶结，厚63.76m，为相对隔水层。奥灰岩溶地下水位在600-650m，井田各煤层均处于奥灰水位（650m左右）之上，不存在奥灰带压开采威胁。

2.3 矿井充水通道

2.3.1 断层 受地质状况的影响，该矿井地质条件简单，但是也存在多条断层。当施工项目穿过井内断层时，断层裂缝形成的渠道可能会直接把积水引到井内。通常情况下，断层落差为10m左右，断层两侧的土质受裂缝的影响很容易出现崩塌危害，从而引起较为严重的井内突水。

2.3.2 煤层开采产生的裂缝 地层深处的煤层受重力的影响自身会产生较大的抗压力，煤层承受的压力与自身的抗压力处于平衡状态，从而保障土层的稳定。当矿井开采工作开始后，煤炭上层的土层被采空，重力作用减小，导致土层失去平衡，煤层两带因此产生裂缝，造成突水事故。

2.3.3 封孔不良产生的钻孔 矿井开采过程中会产生大量钻孔，钻孔施工结束后，通常会采用混凝土进行密封，受混凝土材料以及密封技术的影响，钻孔密封不合格是导致泄漏等问题产生的主要原因。

3 矿井防治水技术探讨

受矿井水文地质特点的影响，井田各煤层均处于奥灰水位之上，不存在奥灰带压开采威胁。矿井防治水技术主要表现在老空水、顶板水以及底板承压水三方面，矿井的水害威胁主要来自于这三方面（由于笔者曾在受底板承压水威胁的矿井工作，故浅谈下底板承压水的防治技术）。

3.1 老空水的防治技术

该矿井以前属于私人开采，老空水的防治工作是矿井管理人员应该高度关注的重点。老空水分布范围广泛，老空积水的具体位置、范围大小以及积水含量一直以来困扰着技术人员。矿井开采过程中一旦发生老空水突水事故，不仅会影响正常开采，还会造成大量的人员伤亡和经济损失。提高老空水的防治技术需要满足以下要求：第一，老空水的探查。矿井开挖前，管理者必须对老空水进行严格的探查，做好探查记录，老空水的检测工作还要与开采工作保持一致。另外，矿井开采单位还应该利用科学技术手段，对井内以及矿井附近的老积水区域进行勘探。很多煤矿由于规模较小，对老空水的范围、深度以及区域勘测不到位，导致突水事故的发生。矿井单位应该委派技术人员对老空水进行科学合理的勘测，积极采用物探手段，对地下和地上和老空水进行有效地勘测，保障矿井开采工作的安全实施。第二，老空水的防治。除了对老空水的位置、含水量进行探查外，还应该做好老空水危害的防治工作。结合矿井开采位置的土层情况，对积水进行探放，明确积水线、探水线和警戒线，按照要求做好老空水的防治工作。

3.2 顶板水的防治技术

顶板水通常以静态的形式出现，煤矿开采过程中，顶板水必须通过裂缝进入工作范围，为了保证开采工作的安全进行，煤炭开采前应该通过有效地疏排方式将顶板水放出。疏放钻孔是一种有效地疏排方式，这种方式主要通过物探手段明确顶板水的具体位置，在工作面上钻孔，将煤层顶板上含水进行疏放。另外，还可以通过疏水巷道来完成顶板水的疏放工作。疏水通道可以弥补疏放钻孔的不足，根据矿井开采的实际情况，选择合适的地点修建疏水通道，疏水通道的水流方向与顶板水的水流方向保持一致，减少因顶板水聚集而产生的突水危害。

3.3 底板承压水的防治技术

3.3.1 带压开采 煤层底板通常会受到严重的承压水压力，面对承压水的压力，带压开采是矿井开采的最佳的选择。带压开采技术必须依靠真实、可靠的突水系数完成，据相关研究表示，底板受破坏地段的突水系数通常在0.07MPa/m以内，正常块段的突水系数在0.1MPa/m以内。技术人员根据突水系数计算公式可以计算出底板水最大承压值，保障带压开采防治水技术的顺利实施。

3.3.2 疏水降压 疏水降压法主要作用于底板承压水的防治，奥灰含水层是底板承压水防治工作的重点。奥灰含水层厚度较大、积水量大、富水性能强，利用疏水降压法可以有效地保障防治水技术的顺利实施。

3.3.3 底板注浆加固 矿井底板通常含有大量裂缝，底板注浆加固可以有效地控制突水事故。煤层底板的注浆加固工作必须在煤矿开采前进行施工，注浆材料以混凝土为主，对底板的裂缝、纹理等进行密封，完善底板承水的防治技术。

4 结束语

面对复杂的矿井水文地质特点，煤层开采工作存在着断层、裂缝、以及钻孔密封不良等问题，突水事故不仅影响矿井开采的安全施工，对开采职工的人生安全和企业经济效益也有很大的威胁。因此，矿井开采单位应该不断改革防治水技术，保障矿井开采工作的顺利实施。

参考文献：

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