河南神火昌平矿水文地质类型划分及突水因素分析

李科花，胡 盛

（河南省煤田地质局四队，河南平顶山467000）

河南神火昌平矿水文地质类型划分及突水因素分析

李科花*，胡 盛

（河南省煤田地质局四队，河南平顶山467000）

禹州神火昌平矿业有限公司所采煤层埋深浅，区内采空区较多，水文地质类型复杂。矿井的充水水源为大气降水、地下水和采空区积水。矿井主要水害是滞留于采空区的老空水，但太原组上段灰岩岩溶裂隙水、太原组下段灰岩和寒武系灰岩岩溶裂隙水、断层水也不容小觑。最后指出在矿井的生产过程中应严格按照相关规程操作，取防、堵、疏、排、截的综合治理措施，做到大水不淹井、小水不淹面，明确责任，分工负责，杜绝水害伤亡事故。

水文地质类型；突水因素分析；老空区；禹州神火昌平矿业有限公司

禹州神火昌平矿业有限公司批准开采二1、一4煤层，生产规模15×104t∕a。矿井采用一对斜井开拓。先期只开采二1煤层，采煤方法采用走向长壁后退式放顶煤采煤法，通风方式采用中央分列式通风系统。矿井正常涌水量40.67m3/h，最大涌水量90.82m3/h[1]。

1 地质概况

矿区东距禹州市37km，南距磨街乡1.5km，为低山丘陵地貌，属淮河流域沙颖河水系，区内没有河流和水库等地表水体，冲沟为区内排泄地表水的主要途径。平时无地表水流，雨季可汇集成暂时性水流或山洪，总体流向自西南流向东北。该区为暖温带大陆性半干旱气候，气温适中，四季分明，降水多集中在每年的6～9月份，其降水量占全年的70%；年最大降水量为1235.5mm，年最小降水量为430mm，年平均降水量719mm；最大年蒸发量为1847.80mm。

1.1 地层

区内赋存地层由老至新依次为古生界寒武系上统凤山组（∈3f）、石炭系上统本溪组（C2b）和太原组（C2t）、二叠系下统山西组（P1s）和下石盒子组（P1x）和新生界第四系(Q)。本区范围内出露地层为二叠系下统山西组和下石盒子组。主要含煤地层为石炭系上统太原组（C2t）、二叠系下统山西组（P1s），含煤（包括煤线）7层，可采煤层2层，即矿山开采的二1煤层、一4煤层。

1.2 构造

本区基本构造形态为地层走向42°，倾向132°，倾角15°的单斜构造，区内断层不发育。矿区东南部边界发育1条祖师庙断层，走向37°，倾向307°，倾角71.5°，落差270m，矿区构造详见图1。

图1 矿区构造纲要图

2 水文地质特征

2.1 主要含水层

依据本区地层岩性、含水层的富水程度、地下水的埋藏条件，对开采煤层影响较大的含水层由老到新划分为：寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层、太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层、太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层、二1煤层顶板砂岩裂隙含水层。

（1）寒武系灰岩岩溶裂隙承压含水层。为二1、一4煤层间接充水含水层。主要岩性为白云质灰岩、白云岩，厚度大，在区域侵蚀基准面以上，溶洞和裂隙较发育，钻孔漏水率达50%，但深部富水性弱。钻孔涌水量0.00767～3.85L/（s·m），渗透系数0.00281～47.62m/d，恢复水位迅速，属强含水层[2]。

（2）太原组下段灰岩岩溶裂隙承压含水层。该含水层是二1煤层间接充水含水层，为一4煤层直接充水含水层，为L1-L4石灰岩组成，含水层厚10.88～21.62m，一般15.00m，厚度稳定。石灰岩裂隙、岩溶较发育，多被方解石充填，钻孔漏水较多，深部裂隙、岩溶发育程度锐减。钻孔单位涌水量0.000424～2.07L/（s·m），渗透系数0.00301～19.49m/d。

（3）太原组上段灰岩岩溶裂隙承压含水层。该层为二1煤底板直接充水含水层，为一4煤层间接充水含水层。由L7-L11灰岩组成，该组含水层厚度7.89～21.40m，一般厚15.00m。其中L8-L9石灰岩最为发育，厚度占含水层厚度的90%左右。岩溶裂隙不太发育，富水性弱，但极不均一。钻孔单位涌水量0.0000732～0.0166L/（s·m），渗透系数0.000446～0.213m/d。

（4）二1煤顶板砂岩孔隙裂隙承压含水层。系指二1煤以上60m范围内的中、粗粒砂岩含水层，厚度11.27～21.88m，其中以大占砂岩和香炭砂岩为主，含弱孔隙裂隙承压水。裂隙不太发育，钻孔漏水少，钻孔单位涌水量0.000346～0.072L/（s·m），渗透系数0.00178～0.715m/d。

2.2 主要隔水层

区内各含水层之间，均含有相对隔水层。石炭系本溪组铝质泥岩、太原组中段隔水层、二1煤层底部隔水层。在正常的地质条件下，这些相对隔水层可以阻隔各含水层组之间的水力联系，但由于岩相变化、断层及裂隙的破坏，以及采掘活动的影响，若水压太大时，将会产生水力联系，依据区内主要可采煤层及水文地质条件，重点对二1煤层以下隔水层加以叙述：

（1）本溪组隔水层。岩性主要为浅灰色铝土质泥岩和铝质岩，具鲕状及豆状结构。下部夹紫红色“山西式”铁矿，含鲕粒、豆粒和赤铁矿，厚约10.00m，正常情况可阻隔太原组下段岩溶裂隙水与寒武系岩溶裂隙水含水层之间的水力联系，但在隔水层薄弱地带两含水层有一定的水力联系。

（2）太原组中段隔水层：主要由砂质泥岩和泥岩组成，厚19.20m左右，为太原组下段、上段灰岩含水层之间的隔水层，隔水性较好。

（3）二1煤层底部隔水层。太原组灰岩顶部至山西组下部二1煤层之间，厚0～17.27m，平均厚度为8.37m，主要为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，抗拉强度0.44～1.77MPa。正常情况为良好的隔水层。但当矿井开拓时，在矿山压力和底板含水层承压水头压力的共同作用下，在遇煤层底板薄弱处，可能失去隔水作用，而发生底板突水。

3 充水因素分析

矿井充水特点及充水强度（矿井水的涌入方式、水量大小和动态）取决于矿床充水条件[3],只有查明矿井的充水条件，才能提出正确的防治措施。

3.1 充水水源

根据该矿所处地质条件和煤层的埋藏深度，矿井的充水水源为大气降水、地下水和采空区积水。

（1）大气降水。大气降水对矿井充水的主要影响是当形成一定规模的采空区后，引起地表变形而形成的地裂缝，大气降水沿地裂缝进入矿井而使矿井涌水量增大。在未来的采矿活动中大气降水是矿井充水的水源。另一方面，大气降水多集中在8、9、10月份，大气降水对地表水、地下水等具有补给作用，从而是雨季之后矿井涌水量增大，详见图2。

图2 矿井涌水量与降雨量相关曲线图

（2）地下水。进入矿井的地下水主要来自开采煤层顶、底板直接充水含水层中地下水。

二1煤层顶板直接充水裂隙含水层一般富水性弱，进入矿井的方式主要为淋水、滴水，正常情况下对矿井涌水量影响不大。

太原组上段灰岩含水层是二1煤层底板直接充水含水层，同时也是一4煤层顶板直接充水含水层，富水性中等，是目前矿井涌水量中的主要组成部分。

太原组下段灰岩含水层是一4煤层底板的直接充水含水层，富水性中等，是开采一4煤层时矿井充水的主要含水层。

寒武系上统岩溶裂隙含水层为二1、一4煤层底板间接充水含水层，正常情况下对开采二1煤层影响不大，对开采一4煤层影响较大。

（3）采空区积水。矿井浅部存在采空区，它往往积水较多，在其附近进行采矿活动时，积水来势凶猛，对安全产生构成威胁。

3.2 充水通道

（1）砂岩裂隙。开采初期，地下水通过顶板的裂隙以渗水的形式充水，回采冒落后则多以淋水的形式充水。

（2）灰岩岩溶裂隙。巷道掘进和煤层开采揭露或接近底板含水层时，在高水头压力作用下，地下水通过岩溶裂隙或底鼓突水的形式向矿井充水。

（3）断层。断层导水通道以两种形式导致矿井涌水或突水。

①断层带以涌水或突水的形式向矿井充水。断层破坏了上、下不同含水层之间隔水层的隔水性能，在垂向上沟通了不同含水层相互之间的水力联系。矿井疏排时，在高水头压力和矿压作用下，断层导水性不断加强，致使地下水通过断层带向矿井涌水或突水。一旦与强含水层沟通，极易造成淹井，对矿井威胁较大。

②断层对口部位向矿井涌水或突水，因断层错动，致使煤层的直接充水含水层与其它强含水层对接，使得强含水层中的地下水通过断层直接或间接向矿井涌水或突水，如不采取有效措施，将会发生灾害性事故。

4 充水现状

4.1 矿井突水情况

2010年7月，矿井开采二1煤层时，发生突水事故，井下煤帮出水，造成井下巷道淹没930m。突水水源不详，初步分析可能为老空水，但也有可能是寒武系白云质灰岩水通过祖师庙断层导水裂隙带突水淹井。

4.2 矿井涌水量统计

根据2011年10月～2012年9月的矿井涌水量观测资料，涌水量12.56～90.82m3/h，年平均40.67m3/d，详见表1。

表1 矿井涌水量统计表

5 矿井水文地质类型

根据矿井受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井及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，矿井水文地质类型划分为简单、中等、复杂、极复杂4种[4]。

按分类依据就高不就低的原则，根据矿井水文地质类型划分的6个指标8项内容，确定本矿井的水文地质类型为复杂类型，详见表2。

6 突水因素分析

矿井主要水害类型是老空区积水、断层水、太原组上段灰岩岩溶裂隙水、太原组下段灰岩和寒武系灰岩岩溶裂隙水及二1煤层顶板水。

（1）老空水。矿井主要水害是滞留于采空区的老空水，一旦透水，往往具有突水迅猛，水量大，具有强大冲溃力，破坏性很大，极易造成淹井事故。如2010年7月，井下煤帮出水，造成井下巷道淹没930m，可能为老空水。

（2）断层水。断层破坏了上、下不同含水层之间隔水层的隔水性能，沟通了不同含水层相互之间的水力联系，致使地下水通过断层带向矿井涌水或突水。一旦与强含水层沟通，极易造成淹井，对矿井威胁较大。应特别注意防范断层水。

（3）二1煤层顶板水。煤层顶板水虽然是主要的突水水源，但就其量而言对矿井威胁不大，在巷道设计、掘进和回采时，应保证煤层顶板水能够自行流出。

（4）太原组上段灰岩岩溶裂隙水。带有一定的承压性，且往往通过断层带与上寒武系地下水有一定的水力联系，对矿井充水影响较大，有时会造成淹井事故。

（5）太原组下段灰岩和寒武系灰岩岩溶裂隙水。带有一定的承压性，且易通过断层带或隔水层薄弱带与上寒武系地下水有一定的水力联系，对矿井充水影响较大，极易造成淹井事故。

表2 水文地质类型划分依据一览表

7 结束语

综上所述，可知矿井突水与诸多因素有关，并且是这些因素相互作用的结果。因此在矿井的生产过程中，应严格按照《煤矿防治水规定》和《煤矿防治水工作条例》安排探放水工程，防治老空水。同时要专门研究矿井水害，编制相应的专项防治水设计，以避免因水文地质工作给矿井带来的损失。坚决贯彻“预测预报、有疑必探，先探后掘、先治后采”的原则，采取防、堵、疏、排、截得综合治理措施，做到大水不淹井、小水不淹面，明确责任，分工负责，杜绝水害伤亡事故。

[1]王贵和,原伟强，等.禹州神火昌平矿业有限公司矿井水文地质类型划分报告[R].河南省煤田地质局四队，2012.

[2]高生，张鹏，等.禹州神火集团昌平矿业有限公司瞬变电磁勘探工程地质报告[R].中国煤炭地质总局物测队，2012

[3]刑会安，卢全生，原连成.九里山矿本部水大原因分析及对策[J].中国煤炭地质，2008（11）:31.

[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，2009:109.

TD74

A

1004-5716(2015)11-0134-04

2014-03-07

2014-03-25

李科花（1984-），女（汉族），河南郑州人，工程师，现从事煤田地质技术管理与研究工作。