淮北煤田袁店二井106采区水文地质条件分析

马　婧

（安徽省煤田地质局第三勘探队报告编制室，安徽 宿州 234000）

淮北煤田袁店二井106采区水文地质条件分析

马婧

（安徽省煤田地质局第三勘探队报告编制室，安徽 宿州 234000）

阐述了袁店二井煤矿106采区的水文地质条件、含隔水层状况、充水情况、突水情况，并估算了矿井的涌水量等等，据此评价了水文地质类型为中等并提出了防治水害的几点措施。

矿井；涌水量；含水层；袁店

1 采区范围

袁店二井煤矿106采区位于矿井东南部，西南以LWF54-2和LWF54断层为界与接104采区；北以LWWF断层和矿井边界为界；东以LDF8断层或-750m等高线为界与108采区相邻；南以袁店断层和矿井边界为界；呈不规则8字型，面积约2.18km2。本采区煤系地层为第四系及第三系松散层覆盖，平均厚264.50m，地面地势平坦，没有大的河流经过，但人工沟渠纵横。

2 水文地质工作

2.1工作量

采区中共利用钻孔20个，底部取芯孔1个，界面取芯孔19个；3个钻孔采取10煤层顶底板岩石力学样，其中13-7孔取样5组，13-9孔取样6组，14-4孔取样6组，共计17组。

2.1采区水文地质条件

2.1.1含、隔水层特征

采区为新生界第四系、新近系松散层覆盖下的全隐蔽矿床，根据地下水赋存介质特征可划分为新生界松散层孔隙含水层（组）、二叠系煤系砂岩裂隙含水层（段）、石炭系太原组石灰岩岩溶裂隙含水层和奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）。

1）新生界含、隔水层（组）：据采区20个钻孔资料统计，松散层厚258.70～273.81m，平均264.50m。按剖面对比和岩性组合可分为四个含水层（组）和三个隔水层（组），自上而下有第一含水层（组）、第一隔水层（组）、第二含水层（组）、第二隔水层（组）、第三含水层（组）、第三隔水层（组）、第四含水层（组）。

2）二叠系主要含、隔水层（段）：矿区主采10煤层，依据地层岩性组合特征和主采煤层赋存位置、裂隙发育程度，对煤层开采有影响为为10煤层顶、底板砂岩裂隙含水层（段）和8煤层下隔水层（段）及10煤下至太原组一灰顶隔水层（段）。

3）石炭系含、隔水层（段）：石炭系含、隔水层（段）划分为太原组石灰岩岩溶、裂隙含水层（段）和本溪组铝质泥岩隔水层（段）。

4）奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层（段）：该矿仅12-观1孔揭露该层位，揭露厚度为100.12m。岩性为肉红色致密块状性硬隐晶质厚层状白云质灰岩。奥灰含水层距离开采煤层较远，正常情况下对矿坑无直接充水影响。

2.1.2采区水文地质条件类型

10煤上下砂岩裂隙含水层（段），富水性弱，是采区直接充水含水层；灰岩溶裂隙含水层（段），富水性弱～中等，是其间接充水含水层。10煤层上下砂岩裂隙水和灰岩含水是该采区防治水工作的重点。按照《矿区水文地质工程地质勘探规范》（GB/12719-91），《煤矿床水文地质、工程地质勘查评价标准》（MT/T10191-2008），综合评定该采区以裂隙含水层为主的矿床，水文地质条件属二类二型。

2.2采区充水因素分析

1）充水水源，主要有新生界松散层第四含水层（组）；10煤层顶、底板砂岩裂隙含水层（段）；石炭系灰岩、奥灰石灰岩岩溶裂隙含水层（段）；老空区积水。

2）充水强度，根据矿内资料，近年来主采煤层顶底板砂岩矿井的涌水量约56m3/h，充水强度弱；石炭系灰岩含水层富水性为弱～中等，本矿虽未曾发生突水，但其充水强度为中等；老空水，具有来势猛，破坏性强，危害大的特点，充水性强。

2.3充水途径

矿井充水的通道主要有：构造裂隙、采动冒落带裂隙、断层及未封闭好的钻孔等。

1）构造裂隙，煤层顶底板砂岩层（组）发育多组不同方位裂隙，具有较好的导水性。一般柔性的泥岩构造裂隙发育较弱，刚性的砂岩构造裂隙较发育。构造应力集中的部位，较向斜、背斜轴部、较大断层的两侧、断层的交汇部位、断层的尖灭端构造裂隙相对发育。构造裂隙具有连通性好、充填物少、导水性强的特点，是采区充水的重要通道，应引起注意。

2）采动垮落带及导水裂缝带，煤层在开采中，会破坏顶底板，形成垮落带及导水裂缝带，成为矿井充水的主要通道。按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中煤层覆岩内为中硬岩层，垮落带及导水裂缝带高度计算公式：；， ∑M—煤层累计采厚（m）

分别计算了本采区20个钻孔，10煤层的垮落带及导水裂缝带最大高度，计算结果见表1。

表1　10煤层顶板垮落带、导水裂缝带情况统计表

可以看出：10煤层导水裂隙带标高为-804.50～-380.60 m，平均-632.50m；导水裂缝带顶标高达不到松散层四含底界，在留设防水煤柱的情况下，四含水对10煤层开采影响不大。

一般来说，灰岩水进入采区矿坑的途径有三种：①高压灰岩水突破煤层底板进入，特别是在底板较薄的区段，由于采动时底板造成破坏，底板的有效隔水厚度可能不足以抵抗下伏的高压水，因此可能导致突水；②灰岩水沿断裂带进入矿坑；③采掘揭露或接近导水陷落柱导致突水（本采区未发现陷落柱）。煤层开采时，除要预防较大断层突水、小断层突水外；同时也要注意预防断层滞后突水和小断层连锁突水。

3）封闭不良的钻孔，本采区无封闭不良的钻孔记录。

3 采区涌水量估算

3.1估算范围、方法及公式

该采区主要充水水源为10煤层顶底板砂岩裂隙水，石炭系灰岩水为其间接充水水源，分水平（-560m以浅、-560～-750m和-750～-900m三个水平）予以估算。估算方法采用地下水动力学公式法及水文地质比拟法，以便于相互验证涌水量估算结果，选择较合适涌水量，作为采区排水设计的参考依据。

1）地下水动力学估算公式

公式中各字母的含义及单位：Q—矿井涌水量（m3/h）；H—承压含水层隔水层底板至承压水位的距离，在数值上H=S（m）；S—水位降低值（m）；K—渗透参数（m/d）；M—含水层厚度（m）；B—进水廊道长度（m）；h0—含水层底板以上动水位高度，四含水降至其底板或煤系砂岩水降至各煤层底板时，h0=0（m）；R—影响半径（m）；r0—“大井”引用半径（m）；R0—“大井”引用影响半径（m）；F—10煤层汇水面积（m2）；F0—生产采区汇水面积（m2）；Q0—生产采区实测矿井涌水量（m3/h）

3.2矿井涌水量估算

3.2.110煤层顶底板砂岩裂隙水进入矿井的涌水量

矿井水文地质条件分析，井巷开拓时10煤层顶底板砂岩裂隙水将直接进入矿坑，10煤层顶底板砂岩裂隙含水层是矿井的直接充水水源。当承压水头H值降至含水层底板时，h0=0，地下水处于承压转无压水流状态，故估算涌水量时采用承压～无压完整井公式。含水层厚度数据的确定，考虑了主采煤层开采时顶板裂隙带高度和底板破坏深度两个因素。按照《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中缓倾角、煤层覆岩内中硬岩，导水裂隙带高度计算公式：

估算采区10煤层开采时导水裂隙带高度为35.32～54.92m。根据淮北各矿实际开采资料，煤层底板开采破坏深度在12m左右。故采集含水层厚度数据时一般考虑到煤层顶板40m左右，将粗、中、细粒砂岩厚度累加；若该水平上仍为砂岩或隔水层较薄（小于5m）时，应上推到大于5m的隔水层为止。采集底板含水层厚度时，一般考虑到底板下20m左右，将粗、中、细粒砂岩厚度累加，特殊情况处理方法与顶板相同。前已叙述，淮北各矿生产实际资料，矿井涌水量多数稳定在一水平开拓面积1/2～1/5范围内，其后采区接替或开拓范围的增大，而相应的涌水量无明显的增加，故采区涌水量的估算面积采用10煤层各水平资源量估算面积的1/2。

1）利用地下水动力学公式法估算采区涌水量：F值采用10煤各水平储量估算面积的1/2，即F1=41152m、F2=632602m、F3=219490m、全采区F=893244m。04-17孔抽水试验取得的静止水位标高为17.24m，水头高度H值采用各水平标高与静止水位标高17.24m的差值。H1=577.24m、H2=767.24m、H3=917.24m、全采区H=917.24m。含水层厚度M1=15.89m、M2=20.52m、M3=24.33m、全采区M=18.82m。渗透系数采用04-17孔及相邻袁店一井04-67、检3孔对10煤层砂岩裂隙含水层段抽水试验取得渗透系数的加权平均值，即：

采用上述参数及公式（1）、（3）、（4）、（5）估算10煤层顶、底板砂岩裂隙水进入采区的涌水量，结果见表2。

表2　10煤顶、底板砂岩裂隙含水层涌水量估算结果表

2）水文地质比拟法估算采区涌水量；①比拟条件。临近的袁店一矿102采区水文地质条件与本采区水文地质条件基本相似，故采区涌水量用袁店一矿102采区实测涌水量进行比拟。②比拟参数的选择袁店一矿102采区实测正常涌水量50 m3/h，最大涌水量72m3/h；水位降低S=762.15m，采区汇水面积约230 000m2。本采区水位降深S和面积选取与公式法相同。

利用上述参数及公式（6）估算采区正常涌水量和最大涌水量，估算结果见表3。

表3　水文地质比拟法估算矿井涌水量结果表

3）石炭系灰岩岩溶裂隙含水层可能涌水量估算，当工作面开拓因断层影响使主采煤层与太灰间距缩短或“对口”，可能引起石炭系灰岩水突入矿井，根据淮北各矿实际情况，工作面底板突水多发生在工作面初次来压后，工作面初次来压步距一般为20m，故底板突水面积一般采用工作面长a=30m，宽b=15m。

渗透系数采用04-07、07-9、09观3孔抽水试验取得的渗透系数的加权平均值，即：

石炭系灰岩厚度采用1-4灰厚度平均值，M=21.34m。09观3和11-观1两孔2014年1月10日测得水位标高的平均值为13.45m，水位降低值采用灰岩水位标高与各水平平均标高的差值，S1=573.45m、S2=763.45m、S3=913.45。采用上述各参数及公式（3）估算太灰的可能涌水量，估算结果见表4。

3.2.2矿井涌水量估算结果评述

采用地下水动力学法估算全采区正常涌水量为91m3/h；采用水文地质比拟法估算全采区正常涌水量为101m3/h，最大涌水量为146m3/h。两种方法估算的涌水量结果相差不大，采区涌水量估算公式和参数选择合理，基本符合采区水文地质资料反映的规律，特别是水文地质比拟法充分考虑了采区生产中反映的开采方法、开采强度、开采面积等诸多因素及涌水量变化的规律等，估算的采区涌水量更为可靠。建议采用水文比拟法公式估算的全采区正常涌水量101m3/h和最大涌水量146m3/h，作为采区排水设计的参考依据。估算石炭系灰岩岩溶裂隙含水层（段）的可能涌水量一水平为388m3/h，二水平为504m3/h，三水平593 m3/h。石炭系灰岩溶裂隙含水层（段）的可能涌水量不作为矿井正常涌水量亦不作为最大涌水量，仅为预防太灰突水时参考。

4 采区主要水害及防治措施

4.1采区主要水害

根据采区水文地质条件，结合建井及采采掘过程中矿井涌（突）水情况分析，本采区今后开采可能诱发或加剧的主要水文地质问题有：10煤层顶底板砂岩裂隙水，煤层底板灰岩岩溶裂隙水、断层导水、老空区积水水害。今后随着矿井开采水平的不断延深，10煤层顶底板砂岩裂隙水的危害但程度会逐渐弱，但老空区积水的危害会越来越显著，太原组及奥陶系石灰岩岩溶裂隙水压会越来越大，突水系数变大，其危害程度会逐渐增加。

表4　太灰岩溶裂隙含水层的可能涌水量估算结果表

4.2防治水措施

矿井防治水工作要坚持“预测预报，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原则，落实“防、堵、疏、排、截”综合治理措施。遵循“预测预报、超前探查、综合治理、安全评估、验收审批”的二十字防治水工作程序，构建“管理、投入、科研、培训”并重的防治水安全保障体系。

1）主采煤层顶底板砂岩裂隙水水害防治技术措施。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，查明顶、底板的相对富水区。对物探确定的导水裂隙带范围内的砂岩含水层富水异常区，工作面回采前应施工探放水钻孔，进行钻探验证和超前疏放。

2）太原组岩溶溶隙水害防治措施。①疏降开采；②超前物探；③注浆加固与改造。

3）断层水害防治措施：①采掘工程接近落差较大断层时要采取超前探测措施，核准断层的位置、产状及其展布情况，重新计算断层煤柱的尺寸，及时修改设计。②井巷通过导水或可能导水的断层前，必须在工作面或巷道迎头采用施工探水孔及瞬变电磁勘探超前查明其富水性。③严格控制断层面的展布方向，核准断层产状、性质、分析断层带的富（导）水性及与采掘工作面的空间几何关系。

4）老空水害防治措施：①查明老空积水范围、空间位置、积水量和水压，在采掘工程图上标出，并外推30m圈出老空积水区的探水线，采取超前探放水。②探放老空积水时，要制定预防有害气体溢出伤人的专门措施。

5 存在问题与建议

1）采区内10煤为中等变质程度煤层，煤层埋藏较深，且邻近矿井瓦斯含量较高，采掘过程中应加强对瓦斯的监测与防护措施，并按相关规定测定瓦斯质量参数，充分认清瓦斯赋存规律。

2）生产期间应加强对10煤层底板灰岩水的研究与治理工作。

Hydrogeology of No.2 Shaft in the Yuandian Block, Huaibei Coalfield

MA Jing
(No.3 Geological Team, Anhui Bureau of Coal Geology, Suzhou, Anhui 234000)

The present paper expounds hydrogeological conditions such as aquifuge features, filling water and water inrush of aquifer as well as estimation of mine inflow in No.106 mining area of No.2 Shaft in the Yuandian Block, Huaibei Coalfield, assesses its hydrogeological type and puts forward some measures of prevention and control of water disaster.

mining shaft; mine inflow; aquifer; Yuandian

P641.4+1

A

1006-0995（2016）02-0284-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.025

2015-03-16

马婧（1982-），女，安徽宿州人，工程师，主要从事水工环地质调查