柳江盆地某矿井水文地质类型划分探讨

范珊珊，刘冀闽，周佳鑫（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001）

柳江盆地某矿井水文地质类型划分探讨

范珊珊，刘冀闽，周佳鑫
（河北省地矿局秦皇岛矿产水文工程地质大队，河北秦皇岛066001）

通过对井田内水文地质特征及矿井充水因素进行分析，认为该矿井水文地质条件复杂，开采易受水害威胁。依据规范中矿井水文地质类型各单项指标的分类要求，从受采掘破坏或影响的含水层及水体、矿井涌水量、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度等方面，对各单项指标所属类别进行判定，从而确定矿井水文地质类型。结果表明该矿井水文地质类型为复杂。

柳江盆地；水文地质条件；充水因素；矿井涌水量

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.01.18

柳江煤田位于河北省秦皇岛市抚宁区境内，面积约为75 km2，该区煤炭资源十分丰富，对于当地的经济发展和煤炭的供给具有重要意义。为了确保煤炭资源的安全开采，保障安全生产，查明矿井所在区域的水文地质条件并确定矿井水文地质类型是十分必要的[1-2]。本研究在查明当地水文地质条件的基础上，依据《煤矿防治水规定》[3]，对柳江煤田某矿井水文地质类型的划分进行探讨。

柳江煤田某矿井为整合矿井，井田面积为28.092 km2，生产规模为120万t/a，批采标高由124～-1 020 m。矿区内有地方铁路与矿井工业广场相连，交通极为方便。

井田处于柳江盆地内，受地壳运动和地质构造的共同作用，总体形成了近南北向为主的山脉河谷。以浅切割丘陵为主，地势北高南低，西高东低，井田内构造地貌及流水地貌发育，总体表现为：沟谷纵横、山脊重叠，谷脊走向为南北向，波状起伏。地势北高南低、西高东低一般海拔50～200 m，最高为450.40 m。

1　矿井水文地质条件

矿区除河谷和冲沟外，基岩裸露，地形陡峭。矿区内有大石河水系流过，水量主要受大气降水的控制，是一条典型的季节性河流。

1.1含水层

矿区内主要含水层为第四系孔隙潜水、碎屑岩类风化裂隙水和构造裂隙水以及碳酸盐岩裂隙溶洞水。

1.1.1第四系孔隙含水层

该含水层分布在矿区大石河两侧和沟谷中，主要补给来源为大气降水。含水层岩性主要为第四系全新统砂卵石层，结构松散、孔隙大，水质类型属于HCO3-Ca和HCO3·SO4-Ca型。由于大石河流经矿区，因此该孔隙水对矿山开采影响较大。

1.1.2碎屑岩类风化裂隙含水层

除矿区西部碳酸盐岩裂隙溶洞水外，勘查区均分布有风化裂隙水，受地形、岩性、构造等因素的影响，其风化裂隙深浅不一。该含水层为弱含水层，含水量小，完全受地形和大气降水控制，对深部煤矿的开采不会造成威胁。

1.1.3碎屑岩类构造裂隙含水层

该含水层分布情况大致与风化裂隙含水层分布相当。按照地质构造条件，矿区构造裂隙水分为二层，即下侏罗纪地层构造裂隙水和石炭—二叠纪地层构造裂隙水。根据试验资料，侏罗纪底层的富水性强于石炭—二叠纪地层，但都属于弱含水层。该类型含水层为煤矿开采时的主要含水层。

1.1.4碳酸盐岩类裂隙溶洞含水层

该含水层分布在整合区西侧和石炭—二叠纪煤系地层的底部，西部由奥陶纪碳酸盐岩和寒武纪碳酸盐岩组成，为地质构造运动抬升和地层倒转所致，与石炭—二叠纪地层为逆掩断层接触，该类型断层均可见断层泥，属隔水非含水断层。

1.2隔水层

矿区隔水层主要由两部分组成：（1）多层碳质泥、页岩及黑色粉砂岩，厚度在百米以上，可视为上下含水层间隔水层。（2）多层粘土位于山西组顶部，为浅灰色或银灰色，主要矿物由高岭石集合体组成，含少量水铝石，隐晶至细晶结构，块状构造。层位稳定，平均厚2.23 m，为隔水层。

1.3地下水补径排条件

矿区含水层主要接受大气降水的补给，每年雨季是各含水层的补给时期，降雨的集中和地势的陡峭使得雨季雨水一部分补给露岩含水层外，另一部分则急速向冲沟和大石河汇集。矿区内总体地势北高南低，大石河由西北流向东南，是地表水和地下水的排泄渠道，各含水层地下水流动以大石河为侵蚀基准面受矿井排水的影响，局部改变了地下水的天然流势，各矿井成为临时地下水的排泄中心。地下水及地表水的排泄通过蒸发、大石河排泄，局部有可能沿裂隙、地表裂缝、塌陷坑渗入地下，成为地下径流，地表水位及流向变化主要随地形而变化。

2　矿井充水因素分析

根据上述对井田水文地质特征的分析，本矿井主要从充水水源、充水通道和充水强度三个方面对充水因素进行分析[4]。

2.1充水水源

2.1.1地表水

矿区内有大石河水系自北向南蜿蜒流过，采空区顶板距大石河河床仅20余米，矿山开采形成的裂隙与上覆松散岩类孔隙水连通，使得部分河水流入采空区，造成矿井排水量增加，可能导致矿井涌水事故的发生。

2.1.2老空区水

整合前原小矿井均进行过生产活动，在采空区的低洼处以及一些报废的巷道会有一定量的积水，矿井开采时老空区积水可能会涌入巷道，造成矿井水患事故。

2.1.3含水层水

井田内与煤层开采有关的地下水含水层主要有第四系含水层、煤系地层以及奥陶系灰岩含水层。受煤系地层火成岩的侵蚀作用，原有裂隙多被火成岩充填压实或相互隔绝，使地下水难以沟通，各含水层段在露头区接受了大气降水或河床潜水的补给后，主要沿层间流动，对煤层开采影响较小。

2.2充水通道

矿区西侧近南北向断裂发育均属于逆断层，构造带均见有挤压断层泥和压碎岩，为隔水非含水断裂。由于煤矿埋深较大，需要硐采，断层构造易形成导水通道，造成矿井水害，所以构造裂隙是矿井开采的充水通道之一。

井田内多年开采导致地表形成了大量的地表裂缝及地面塌陷，地表裂缝及地面塌陷是沟通地表水、地下水向采空区及井田内涌水的重要途径，是导致矿井涌水量增大的最主要原因。

2.3充水强度

根据调查和计算[5-6]，整合重组后该矿井涌水量情况如下：旱季正常涌水量133～400 m3/h，雨季正常涌水量416～800 m3/h，雨季最大涌水量1 100～1 592.79 m3/h。

3　矿井开采受水害影响程度及防治水工作难易程度评价

3.1矿井开采受水害影响程度评价

本次调查发现，影响该矿井开采的水害主要有地表水、含水层中的地下水以及老空区积水。

矿区内大石河水系自北向南由矿区外流过，由于河水易通过开采形成的地表裂缝及地面塌陷渗入矿井，可能导致矿井涌水，所以该河流对矿区开采影响较大；井田内主要含水层有第四系、煤系地层及奥陶系灰岩。奥陶系灰岩为区域强含水层，地下水的存储量及补给量巨大，必须警惕断层构造形成导水通道，造成矿井水害，同时也要注意丰水年以及附近矿井排水或区域工农业用水量变化造成水位大幅回升的情况发生；矿井开采时老空区积水可能会涌入巷道，发生矿井水害事故。

综上所述，该矿井开采受水害影响程度为复杂。

3.2防治水工作难易程度评价

通过对矿井开采的主要水害及其影响程度进行分析，分别对各项矿井水害防治工作的难易程度进行评价，其中地表水防治工作复杂、含水层中地下水防治工作简单，老空区积水防治工作复杂。综合各项矿井水害防治的难易程度，确定该矿井防治水工程量较大，难度较高，防治水工作难易程度为复杂[7]。

表1　矿井水文地质类型划分表

4　矿井水文地质类型划分

4.1矿井水文地质类型划分依据

按照《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，可将矿井水文地质类型划分为简单、中等、复杂、极复杂4种[3]，具体各单项指标的分类依据见表1[8]。依据就高不就低的原则，综合各单项指标所判定的类别，从而确定矿井的水文地质类型。

4.2矿井水文地质类型的划分

通过前文对矿井水文地质特征及充水因素的详细论述分析，按照上述规范中矿井水文地质类型的划分依据，对该矿井的各单项条件进行判定。

4.2.1含水层性质及补给条件

矿区主要含水层为第四系，煤系地层及奥陶系灰岩，煤系地层火成岩侵蚀严重，原有裂隙多被火成岩充填压实而相互隔绝，地下水难以沟通，含水较少。各含水段在露头区接受大气降水或河床潜水的补给后，沿层面流动，在较大断层地段不同含水层才有水力联系。矿区内有大石河水系自北而南蜿蜒流过，煤系地层与大石河水相通，井下涌水较大，且采空区有积水，故判定类别为复杂。

4.2.2单位涌水量

根据调查，该矿井单位涌水量为0.136 L·s-1·m-1，故判定类别为中等。

4.2.3矿井及周边老空水分布状况

矿井及周边矿井开采范围、开采煤层、开采方法清楚，本矿井及周边煤矿采空区、老窑积水位置、范围及积水量不清楚，故判定类别为复杂。

4.2.4矿井涌水量

根据调查计算，该矿井旱季正常涌水量133～400 m3/h，雨季正常涌水量416～800 m3/h，雨季最大涌水量1 100～1 592.79 m3/h，故判定类别为复杂。

4.2.5突水量

根据调查，该矿井无突水量，故判定类别为简单。

4.2.6开采受水害影响程度

由于矿区内有大石河水系自北向南流过，受采空塌陷导水裂隙易导通影响，该河对矿区开采影响较大；井田内经多年开采地表形成大量的地表裂缝及地面塌陷，是沟通大气降水、地表水、地下水向采空区及井田内涌水的重要途径，矿井安全受到威胁。故判定类别为复杂。

4.2.7防治水工作难易程度

通过对矿井开采的主要水害及其影响程度进行分析，该矿井水害的防治工作主要包括：（1）建立水文观测网，掌握历年洪水量，监测当地地表水、水库、池塘对矿山开采的影响，观测网应有专人负责，简易可行；（2）防治地表水灌入井下，做好地面塌陷、地裂缝监测，及时填埋塌陷坑和地裂缝，因河水渗漏使矿坑涌水量增大，威胁矿井安全生产，应在河床漏水段进行河床铺底或修建人工河床，防止河水不断涌入井下，其技术方法成熟，但工程量大，资金投入高，治理难度较大；（3）重视井下防水，加强矿井涌水量观测，对突增水量要查明水源及水量变化情况，分析原因，采取有效措施防止水害事故的发生；（4）采空区积水是矿山开采的隐患，应做到先探后采，防止采空水涌入巷道。以上工作技术方法成熟，但工程量较大，难度较高，故判定类别为复杂。

通过以上对含水层性质及补给条件、矿井涌水量、矿井及周边老空水分布状况等方面进行探讨，综合各单项条件所判定的类别，得到该矿井水文地质类型为复杂。

5　结论

（1）通过对矿井水文地质特征的分析，矿区水文地质条件复杂，开采受水害影响程度复杂，确定该矿井水文地质类型属复杂。

（2）该矿井直接充水水源为地表水、含水层中的地下水以及老空区积水，矿井安全易受水害威胁，防治水工作工程量较大，难度较高。

（3）本研究依据《煤矿防治水规定》中的规范要求，确定矿井水文地质类型，该划分方法简单明了，能够综合考虑各单项条件的有效信息，划分结果较为合理，易于推广应用，可以为矿井的安全生产以及防治水工作的开展提供依据和方法。

（4）在今后的矿井开采过程中，应加强矿井水文地质资料的收集和观测，总结矿井水文地质条件变化的规律，有针对性地做好矿井水害的防治措施，坚持“有掘必探，有采必探，先探后掘，先探后采”的原则，防止水害事故的发生，保障矿井安全生产[9]。

[1]刘兆昌，李广贺，朱琨.供水水文地质[M].北京：中国建筑工业出版社，2000.

[2]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.

[3]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[S].北京：煤炭工业出版社，2009.

[4]邵军战.邹庄井田水文地质条件分析研究[J].中国煤炭地质，2010，22（11）：42-47.

[5]刘亚军，贡长青，孙娟，等.赵各庄煤矿矿井排水资源化综合利用研究[J].中国环境管理干部学院学报，2011，21（2）：18-20.

[6]任改娟，胡春雷，齐海云，等.矿区地下水环境影响评价的关键问题探讨[J].中国环境管理干部学院学报，2014，25（5）：33-35,76.

[7]弓金保.马兰矿矿井水文地质类型划分探讨[J].能源与节能, 2012（2）：4-5.

[8]王佟，蒋泽泉.榆神府区矿井水文地质条件分类研究[J].中国煤炭地质，2011，23（1）：21-24.

[9]唐长根.杨柳井井田水文地质条件分析[J].中国煤炭地质，2009，21（5）：49-51，77.

（编辑：程俊）

The Hydrogeological Classification of A Certain Mine in Liujiang Basin

Fan Shanshan,Liu Jimin,Zhou Jiaxin
（Qinhuangdao Mineral Resource and Hydrogeological Brigade,Hebei Geological Prospecting Bureau, Qinhuangdao Hebei 066001,China）

Based on the analysis on the minefield hydrogeological characteristics and mine water filling factor,considered that the mine hydrogeological conditions were complex,and mine security was vulnerable to water threat.According to the requirements of mine hydrogeological type classification for each single index,mainly from the mining damage or effects of the aquifer and water,mine water inflow,mine exploiting under water effect degree and water prevention degree of difficulty,identified the category for each index to determine the mine hydrogeological type.The result showed that the mine hydrogeological type was complex.

Liujiang Basin,hydrogeological condition,water filling factor,mine water inflow, water prevention and control

X143

A

1008-813X（2016）01-0065-04

2015-11-20

范珊珊（1987-），女，河北唐山人，毕业于中国地质大学（北京）地下水科学与工程专业，硕士研究生，助理工程师，主要从事地下水数值模拟方面的研究。