岱桥煤矿矿井水文地质类型划分及防治水措施评价

许继影，戴洪宝

(1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000；2.宿州学院环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)

岱桥煤矿矿井水文地质类型划分及防治水措施评价

许继影1，戴洪宝2

(1.宿州学院资源与土木工程学院，安徽 宿州 234000；2.宿州学院环境与测绘工程学院，安徽 宿州 234000)

在整理、统计、分析矿井地质及水文地质资料的基础上，对岱桥煤矿矿井主要含(隔)水层、矿井老空水分布状况、矿井涌突水情况、矿井充水条件，进行了详细分析研究，划分水文地质类型为“中等”，并提出相应的防治水措施。研究结果为矿井水害防治提供可靠依据，为矿井高效安全生产提供了防治措施。

充水条件；涌水量；突水量；充水因素

0 前 言

中国地域辽阔，自然地理条件在不同的地域变化很大，煤炭资源赋存的地质、水文地质条件大多复杂，矿井充水因素不一，水害威胁严重，水害事故时有发生。为了煤矿生产安全，有针对性地做好防治水工作，《煤矿防治水规定》要求各矿对水文地质类型进行划分，旨在做好防治水工作，为矿井安全开采提供科学依据[1，2]。

萧县岱桥煤矿1990年设计，并于1993年建成正式投产，至今已历时20余年之久，根据《煤矿防治水规定》，对矿井水文地质条件进行分析，重新划定其水文地质类型，并采取相应防治水措施[3]。

1 矿井地质概况

1.1 井田地层

井田揭露的地层自下而上有奥陶系中统老虎山组、石炭系上统本溪组、太原组、二迭系下统下石盒子组、山西组、二迭系上统上石盒子级及第四系。其中含煤岩系为二迭系山西组和下石盒子组[4]。

1.2 地层含煤性

二迭系赋煤情况分述如下：

山西组：厚约145.06 m，含煤1～4层，煤层平均厚度1.46 m，含煤率为1.01%。7煤层为可采煤层，8煤层为不可采煤层。

下石盒子组：厚约189.25 m，含煤2～13层，一般4～7层，全部可采和局部可采煤层有3层。煤层总厚5.69 m，含煤率3.01%。1煤层、2煤层为局部可采煤层，3煤层为全区可采煤层。

1.3 矿井构造

经勘探查明，矿井内地层为急倾斜构造，总体构造为向北西倾斜的单斜构造，矿井内有2条断层，伴有火成岩侵入。

矿井位于萧县复背斜西翼，大吴集复向斜东翼，矿井内为陡倾斜单斜构造，走向40 °，倾向310 °，倾角60 °～68 °，平均65 °，一般南缓北陡。

2 矿井水文地质条件

2.1 矿井含水层及含水特征

根据地下水的不同赋存空间，矿井主要含水层自上而下，可分为松散层孔隙含水层、煤系砂岩裂隙含水层[5]，各含水层及含水特征现分述如下：

1)新生界松散层含水层

第四系厚19.94～71.10 m，由山前向西逐渐增厚。分上部、下部含水层。

上部含水层：厚约10～30 m，由黄色、黄褐色亚粘土、亚砂土相间成层，富水性一般，是当地生活用水的主要含水层，属孔隙潜水类。

下部含水层：厚12.8～22.35 m，平均厚度16.3 m。以灰白色砾石、卵石层为主，底部常发育一层含砾粘土。砾石成分为灰岩和砂岩，多呈棱角状～半滚圆状，分选较差，该层透水性较强，含水较丰富，为第四系主要含水层，并且与基岩直接接触，为煤系地层含水层的主要补给水源，属孔隙承压水类。露1孔抽水资料记载静水位29.43 m，单位涌水量1.234 1 L/s·m，水质：HCO3-Ca·Mg水，矿化度0.37 g·L-1。

2)基岩含水层

上石盒子含水层：厚度大于396 m。主要由一套杂色泥岩、粉砂岩夹浅灰色中细粒砂岩组成，底部为浅灰-灰白色中粗粒砂岩，常含砾石或泥质包体。砂岩中裂隙较发育，钻孔有漏水现象。区域资料表明富水性较好。

下石盒子含水层：厚度189.25 m。上部以杂色泥岩、粉砂岩为主，夹多层砂岩，偶见有薄煤层。下部以灰色泥岩、粉砂岩为主，夹浅灰色砂岩，含1、2、3煤层三个局部或全区可采煤层。砂岩含裂隙水，区域资料表明，富水性弱-中等，为可采煤层主要的充水水源。露2孔抽水资料记载：静水位30.9 m，单位涌水量q=0.026 7 L/s·m，水质为HCO3Cl·SO4-Na·Ca水，矿化度为0.724 g·L-1。

山西组含水层：厚约145 m。上部以泥灰岩、粉砂岩为主，中下部以砂岩为主，夹粉砂岩、泥岩，含大部可采的7煤层。该组中对煤层开采有影响的含水层主要是7煤顶板砂岩，平均厚约10 m左右，多为中细砂粒岩，由硅质、钙质胶结，裂隙不发育，富水性较弱。

2.2 隔水层

第四系厚19.94～71.10 m，上部隔水层厚约5～25 m，由灰～灰黑色、棕红色厚层粘土夹亚粘土及粘土沙浆组成，粘性土的粘塑性较强，是一良好的隔水层[6]。下石盒子组上、中部有一层较厚的粉砂岩，泥岩层段，厚约40 m。底部常发育一段厚约14 m的深灰色粉砂岩及铝质泥岩隔水层。山西组底部有一层厚约12.71 m的灰黑色泥岩隔水层。

2.3 断层含水及导水性

矿井内主要断层为F4、F1，其导水性、含水性具体描述如下：

F4压扭性断层构成本区边界断层，断层落差大于170 m，该断层在井田南部与F1逆断层相交，d1-2号孔揭露发现，断层带内无漏水现象，但上盘太原组灰岩漏水现象严重。北部Y27线有几条断层交汇，应力集中，裂隙较发育，局部可能构成良好储水场所和导水通道。钻孔穿越断层带时，无漏水点，但在断层附近太原组地层有漏水现象，说明受构造影响，上盘灰岩含水层富水性好。

F1逆断层由y32-2、Y33-1两孔揭露，也未发现漏水现象。区域资料表明：压性大断层富水性、导水性一般均较差，但在构造交汇处，可成为富水场所及导水通道。如庞庄煤矿F1号压性逆断层、新河矿F26号逆断层经查证为不导水断层。已安全回采断层下盘煤炭。但新河矿F14、F15、F16号断层交汇处突水量在84～757.8 m3·h-1，据了解属构造裂隙导水。

F4断层在区内钻孔揭露较少，并未发现较大漏水。一般情况下，断层富水性、导水性均具差异性。

3 矿井充水因素分析

3.1 充水水源

根据矿井建成及投产以来所获得的水文地质资料，针对该矿井的水文地质边界条件，自上而下对岱桥矿井的充水水源分析如下：

1)大气降水

本矿煤系之上为厚19.94～71.10 m的松散层所覆盖，其间发育有5～25 m的粘土夹亚粘土及粘土沙浆层，对大气降水的入渗有很好的阻隔，因而大气降水对煤层开采无影响。

2)地表水系

本区地表水体部不发育，主要为利用水渠及农灌水网，水渠中仅在雨季有积水，一般呈干涸状。区域季节性河流——岱河在本区北部，正常情况下仅与潜水联系密切。区外东部基岩裸露区接受大气降水补给，沿第四系底砾层及基岩风化带向煤系地层含水层迳流补给；矿床开采后，引起地面沉陷可能与风化带水发生水力联系，开采时需引起重视。

3)新生界松散层含水层

新生界松散层含水层在本矿大部分地段均有分布。该含水层通过断层F1、F4的疏导，形成了矿区边界的直接补给源，此外四含与基岩风化带接触，构成了煤系地层的补给源。从松散层的岩性组合、沉积厚度、分布范围和抽水资料分析，富水性中等。松散层地下水可沿浅部基岩风化带裂隙和采空冒裂带裂隙进入矿井。在留有防水煤柱的情况下，新生界松散层含水层是浅部煤组开采时矿井充水的主要补给水源[7]。

4)煤层砂岩裂隙含水层水

煤层顶底板砂岩裂隙含水层是矿井充水的直接充水含水层。其富水性受裂隙发育程度的控制，该矿区煤层砂岩裂隙发育不均，上、下石盒子组裂隙较发育，富水性弱～中等，山西组裂隙不发育，径流条件弱。但在局部受断层F4断层或岩浆岩蚀变带影响，使其富水性较强。

5)岩溶裂隙含水层水

井田南、北边界断裂交汇处，应力集中，裂隙发育，F4边界断层上盘太原组灰岩含水层与煤系地层对口相接，构成南、北边界处水文地质条件复杂的特征。

6)老空水

因矿井开采煤层是急倾斜煤层，开采后抽顶、冒顶等极易与老塘导通，若老塘有积水，易发生突水或涌砂事故[8]。

3.2 充水通道

矿井充水的通道主要有：构造裂隙、采动冒落带裂隙、采动底板破坏带裂隙、断层等[9]。

1)断层

F4压扭性断层构成本区边界断层，断层落差大于170 m，该断层在井田南部与F1逆断层相交，d1-2号孔揭露发现，断层带内无漏水现象，但上盘太原组灰岩漏水现象严重。北部Y27线有几条断层交汇，应力集中，裂隙较发育，局部可能构成良好储水场所和导水通道。钻孔穿越断层带时，无漏水点，但在断层附近太原组地层有漏水现象，说明受构造影响，上盘灰岩含水层富水性好。

F1逆断层由y32-2、Y33-1两孔揭露，也未发现漏水现象。

区域资料表明：压性大断层富水性、导水性一般均较差，但在构造交汇处，可成为富水场所及导水通道。如庞庄煤矿F1号压性逆断层，新河矿F26号逆断层，经查证为不导水断层。已安全回采断层下盘煤炭。但新河矿F14、F15、F16号断层交汇处，突水量在84～757.8 m3·h-1，据了解属构造裂隙导水。

F4断层在区内钻孔揭露较少，并未发现较大漏水。一般情况下，断层富水性，导水性均具差异性。

2)采动裂隙

(1)顶底板砂岩水通过采动裂隙成为矿井充水直接水源。

(2)新生界松散层水在采动上三带影响下，间接向矿坑补给，成为矿坑的间接充水水源。

(3)底板采动破坏裂隙导通灰岩水使之成为矿坑充水水源。

(4)由于采动裂隙的影响，会改变岩层原有的裂隙状况，形成新的裂隙网络，增大岩层透水性或含水空间，改变断裂原有的导水性能，成为矿坑的间接充水水源[10]。

3)岩溶通道

由于地下水流在太灰的溶裂隙间运动，形成不同规模的岩溶通道，构造对矿井充水的间接通道，通过边界断层通道的沟通，使得太灰水与煤系地层对口相接，直接涌向矿井。

3.3 矿井涌水量及突水情况

1)矿井涌水量

1989年的《井田地质勘探报告》按比拟法对涌水量预计：延深区域，正常涌水量38 m3·h-1。考虑可能对局部7煤进行开采，正常涌水量取50 m3·h-1，最大涌水量75 m3·h-1。

表1为2010-2012年12月宿州贝尔矿业有限公司对岱桥煤矿矿井涌水量观测统计结果。

表1 实测矿井涌水量统计表 (单位：m3·h-1)

表2 岱桥矿出水情况一览表

由表1可以看出，2010-2011年矿井涌水量为48.0～52.80 m3·h-1；2012年矿井涌水量为52.1～56.8 m3·h-1。矿井涌水量略有增大的趋势，但未发生突水事故。

2)突水情况

岱桥矿生产期间出水点出水统计情况见表2。

该矿自生产以来，未发生突水事故。

4 矿井水文地质条件划分

通过对岱桥煤矿在煤层开采过程中受采掘破坏或影响的含水层性质及补给条件、富水性、矿井及周边老窑水水分布状况，矿井涌水量、突水量，受水害影响程度和防治水工作难易程度的系统分析和总结[11]，确定岱桥煤矿矿井水文地质类型(表3)。

表3 岱桥煤矿矿井水文地质类型的确定

综上所述，按照分类就高不就低的原则，岱桥煤矿矿井水文地质类型为中等型。

5 防治水措施

根据本矿井和临近矿井水文地质条件，结合建井及采掘过程中矿井涌(突)水情况分析，本矿井今后开采可能诱发或加剧的主要水害问题有：松散含水层、煤系地层突水、断层沟通含水层、老空水等其他形式突水。矿井主要出水通道为采动裂隙、断层等[12]。今后生产建议以下几点：

1)加强采煤管理，避免抽冒引起突水事故发生；

2)合理留设断层保护煤柱；

3)进一步查明老空积水范围、空间位置、积水量和水压，并在采掘工程图上标出，外推出老塘积水区的警戒线。

4)在可能存在砂岩裂隙富水的块段，对工作面顶底板进行瞬变电磁法勘探，查明富水区，合理布设探放水钻孔疏放。

6 结 论

根据矿井水文地质条件，结合建井及采掘过程中矿井涌(突)水情况分析，本矿井今后开采可能诱发或加剧的主要水害问题有：松散含水层、煤系地层突水、断层沟通含水层、老空水等其他形式突水；矿井主要出水通道为采动裂隙、断层等；矿井水文地质类型划分为“中等”，在以后的生产中应加强防治水工作。

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[责任编辑：刘守义 英文编辑：刘彦哲]

Division of Mine Hydrogeological Types of Daiqiao Coal Mine and Prevention Measures of Mine Water Disaster

XU Ji-ying1，DAI Hong-bao2

(1.School of Resources and Civil Engineering,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China;2.School of Environment and Surveying Engineering,Suzhou University,Suzhou,Anhui 234000,China)

Based on the collection,statistics and analysis of mine geological and hydrogeological data，main containing(vibration)layer,mine goaf water distribution,mine inflow process water,and mine water filling condition of Daiqiao coal mine were analyzed and studied in detail.The hydrogeological type was classified as“medium”,and the corresponding prevention and control measures were put forward.The research results provide a reliable basis for mine safety and disaster prevention,and lay a good foundation for the efficient and safe production of mine.

water filling condition;water inflow;water inrush;water filling factors

安徽省教育厅自然科学研究项目(KJ2013B290)；宿州学院校级科研项目(2014YKF03;2011yss03)

许继影(1986-)，女，安徽淮北人，助教，硕士，主要研究方向为水文地质与工程地质。

P 641.4

B

10.3969/j.issn.1673-1492.2015.05.009

来稿日期：2015-09-08