东荣一矿-190 m水平矿井水文地质条件研究及施工对策

孟令望

(上海中煤物探测量有限公司，上海 200120)



东荣一矿-190 m水平矿井水文地质条件研究及施工对策

孟令望

(上海中煤物探测量有限公司，上海 200120)

通过对东荣一矿水文地质条件的对比分析及对水文地质特征的认识，总结本矿水文地质规律，结合实际水文地质资料，提出矿井水的治理建议。

东荣一矿；-190 m；水平矿井；水文地质条件；施工对策

1 工程概况

东荣一矿2006年开始建设，矿井采用立井、多水平、集中大巷、分区石门开拓方式，现已完成-190 m水平矿务工程，准备施工三条下山。在施工中经常见到煤系裂隙承压水突出，出水点最大涌水量达到193.4 m3/h，给工程施工带来极大困难，时刻面临淹井危险，迫使进行工作面预注浆后才能掘进。

2 -190 m水平的水文地质条件

2.1 水文地质条件分区

从平面上看，依据煤系裂隙充水矿床的划分，该区域为整个东荣矿区唯一的水文地质条件复杂区，水11号钻孔的抽水资料表明:该区的单位涌水量为1.141 L/s·m，渗透系数2.857，水位1.78 m。主副井筒检查孔资料提供的单位涌水量分别为0.753 L/s·m和0.433 L/s·m，渗透系数分别为0.430 m/d 和0.306 m/d，水位分别为2.80 m和1.90 m。地下水流向N81°E。

2.2 含水层

第一，第四系含水层。第四系上部含水层全区发育，厚度稳定，厚度为100～110 m，主要由中砂、粗砂、砾砂组成，为孔隙承压水；下部含水层深度为122 m～第三系，厚度20 m，主要由细砂、砾砂及厚砾砂中夹黏土组成。主井第四系层单位涌水量为17.021 L/s·m，渗透系数14.96 m/d；副井第四系层单位涌水量为13.61 L/s·m，渗透系数12.31 m/d。主井井检孔查明基岩裂隙水单位涌水量0.753 L/s·m，渗透系数0.430 m/d；副井井检孔查明基岩裂隙水单位涌水量0.433 L/s·m，渗透系数0.306 m/d。第二，第四系隔水层。主井在深度108.5～122.75 m有四层厚度小于1 m，累计厚度2.65 m的黏土；副井在深度112.3～125.2 m有三层厚度小于2 m，累计厚度5.15 m的黏土。为局部隔水层，比较稳定，隔水性能一般。第三，第三系隔水层。原报告认为该区域第三系缺失，施工井检孔时有第三系层存在，主副井查明第三系厚度分别为5.6 m和12.4 m，具有良好的隔水性能。三维地震勘探查明:该区域第三系层缺失，分析可能由于薄或不连续造成波不连续。

2.3 -190 m车场施工中的水文地质情况

东荣一矿移交集团公司时已施工完成主副井筒和-190 m车场部分巷道工程，前期水文地质情况如下:第一，在施工副井北侧马头门时，仅施工6.5 m发现涌水量迅速增加，共有3个出水点，最大涌水量达到193.4 m3/h，正常为150 m3/h。其中一个出水点喷出4.1 m，呈现明显的承压性质。第二，南侧马头门共有5个出水点，涌水量为30 m3/h。移交集团公司后，随着巷道施工长度的增加，出水点也明显增加，涌水量发生明显变化。截至2007年12月4日井下出水点达到53处，经实际观测若不进行工作面预注浆，矿井总涌水量为1 115 m3/h，经过工作面预注浆后，现矿井总涌水量为537 m3/h。

3 水文地质条件分析

3.1 水文地质条件对比

A.井筒的地层层位。东荣二矿主副井:第四系厚160 m，第三系厚90 m，基岩段位于9号煤层与26号煤层之间。东荣二矿风井:第四系厚114 m，第三系厚173 m，基岩段位于25号煤层与29-1b号煤层之间。东荣一矿主副井:第四系厚140 m，第三系厚5.6 m，基岩段位于20号煤层与26号煤层之间。东荣一矿副井:第四系厚143.7 m，第三系厚12.4 m，基岩段位于23号煤层与26号煤层之间。

B.水文地质条件对比。东荣一矿主井:渗透系数0.430 m/d，单位涌水量0.753 L/s·m，煤系裂隙充水矿床类型，水文地质条件复杂，有“天窗”。东荣一矿副井:渗透系数0.306 m/d，单位涌水量0.433 L/s·m，煤系裂隙充水矿床类型，水文地质条件复杂，有“天窗”。东荣一矿水11号钻孔:渗透系数2.857 m/d，单位涌水量1.141 L/s·m，煤系裂隙充水矿床类型，水文地质条件复杂，有“天窗”。东荣二矿主井:渗透系数0.001 65～0.004 28 m/d，单位涌水量0.004 03～0.004 71 L/s·m，煤系裂隙充水矿床类型，水文地质条件简单，无“天窗”。东荣二矿副井:渗透系数0.026 5～0.035 3 m/d，单位涌水量0.046 8～0.054 3 L/s·m，煤系裂隙充水矿床类型，水文地质条件简单，无“天窗”。东荣二矿风井:渗透系数0.157 9 m/d，单位涌水量0.046 8～0.054 3 L/s·m，煤系裂隙充水矿床类型，水文地质条件简单，无“天窗”。

C.基岩段抽水段位对比。东荣二矿主、副、风井抽水段位位于风化裂隙含水带；东荣一矿主副井抽水段位位于风化裂隙含水带～亚风化裂隙含水带；东荣一矿水11号钻孔抽水段位位于风化裂隙含水带。

D.施工区域第三系隔水层及煤系裂隙补给关系对比。东荣二矿主副井第四系160 m，第三系90 m，第三系发育稳定，第四系对煤系地层的补给关系无。东荣二矿风井第四系114 m，第三系173 m，第三系发育稳定，第四系对煤系地层的补给关系无。东荣一矿主、副井区域第四系140 ～143.7 m，第三系0～12.4 m，第三系发育不稳定，第四系对煤系地层进行垂向补给。

通过以上对比分析，说明东荣一矿水文地质条件与东荣二矿相比无论是渗透系数还是单位涌水量相差较大，渗透系数是东荣二矿的18.1～1 731倍，单位涌水量是东荣二矿的21～283倍，第三系层大面积缺失，第四系含水层对煤系地层直接补给。

3.2 第三系隔水层

在施工区域上部第三系层缺失面积为0.252 km2，在编制的回风石门～主副井筒水文地质剖面图上可直观看到第三系层的变化，只是在418钻孔与434及435钻孔之间局部发育第三系，且推断长度仅为171 m，厚度0～12.4 m，其中第三系中起隔水作用的泥岩厚度仅为4.2～4.3 m。

3.3 煤系裂隙含水带

水11、水12的抽水段位均为风化裂隙含水带，水11号钻孔是在“天窗”位置，水12号钻孔接露的第三系厚度89 m，依据水11钻孔及水12钻孔的抽水试验成果分析，水11号钻孔的渗透系数及单位涌水量均明显大于水12号钻孔，分别是水12钻孔的6.7倍和3.6倍。说明第三系层明显起到隔水作用，也说明第四系含水层直接补给施工区域的煤系裂隙含水带。施工区域风化裂隙含水带深度为327～420 m，风化裂隙含水带向回风下山的方向倾斜，依据水11号钻孔抽水成果的渗透系数及单位涌水量分别为2.857 m/d和1.414 L/s·m。下推100 m为亚风化裂隙含水带，参考水14号钻孔的抽水试验成果，其渗透系数及单位涌水量分别为0.029 m/d和0.040 L/s·m。本区域的风化裂隙含水带与亚风化裂隙含水带比较，渗透系数及单位涌水量是亚风化裂隙含水带的98.5倍和35倍，明显呈现分带趋势，涌水量明显变小。

4 井下出水点的规律及预测

第一，截至2007年12月4日，共收集井下出水点53处，其中有10处明显呈现承压性质，水头压力在掘进工作面炮眼钻孔中喷出距离为3～20 m，分析预测此类出水点可能间接与第四系含水层导通。其余43处出水点可能是局部构造裂隙含水。承压性质的出水点10处，统计有9处在中砂岩里，还有1处在粉砂岩里，该层位为灰白粉砂岩互层，层理发育，极破碎。这10处出水点占总出水点数量的18.9%，而10处总涌水量为607 m3/h，却占总涌水量的54.4%。该类出水点是矿井水量增大的主要因素。第二，发育较好、规模较大的构造裂隙共计三条，均为张性裂隙，裂隙宽度为5～7 mm，共计涌水100 m3/h。经作图分析推断，该类构造裂隙与第四系含水层沟通，该类裂隙出水点数量占总出水点的5.7%，而水量占总涌水量的9%。该类出水点是矿井水量增大的因素之一。第三，-190 m水平共接露煤层7个，其中20、22、26号煤层煤的硬度软并破碎，尤其20号煤层极破碎，26号煤层较破碎。这三个煤层共有出水点12处，水量为220 m3/h，出水点数量占总数量的22%，水量占总水量的20%。该类出水点是矿井水量增大的因素之一。第四，以上三类出水点数量占总数量的37.7%，涌水量占总涌水量的83.3%。说明以上三类出水点是矿井主要的涌水因素。第五，对所有接露的节理、裂隙、破碎带观测，均未发现有方解石脉充填，十分有利于地下水的沟通及储存，说明地下水是长期流动且节理、裂隙及破碎带之间有很强的水力联系。第六，施工区域在风化裂隙含水带中，渗透系数及单位涌水量较大，是矿井水量增大的基础条件。第七，第四系含水层通过“天窗”直接向裂隙含水带垂向补给，是矿井涌水量稳定的主要补给源。第八，回风下山施工在变坡点开始的280 m范围仍然在风化裂隙含水带中，预计水量可能仍有明显增大趋势，掘过280 m后新增出水点明显减少，水量也减少。

5 结论及对策

5.1 结论

由于该施工区域处于“天窗”范围之下，第四系含水层对风化裂隙含水带直接补给，风化裂隙含水带的渗透系数及单位涌水量又在东荣矿区中处于最大值，地下水长期处于活动状态，构造裂隙及风化裂隙中无方解石脉充填而形成较强的水力联系，致使矿井涌水量增大。

5.2 对策

第一，对以上分析的三类出水点进行治理，封堵矿井涌水通道。第二，与科研单位联系，引进先进的物探手段，在地面及井下探测储水构造，为注浆提供靶区。第三，及时收集井下新接露煤岩层的地质及水文地质资料，总结规律，加强预测预报工作。第四，尽快形成排水系统，保证安全生产。第五，采掘工程尽量布置在非“天窗”范围之一及风化裂隙含水带或亚风化裂隙含水带之一，减少矿井的涌水量。第六，首采区的回采上限标高应充分考虑水文地质因素重新确定，保证首采区的安全生产。第七，联系科研单位共同对该区的矿井涌水量进行分析预测。

Study on hydrogeological condition of mine at -190 m level in Dongrong coal mine and its construction countermeasures

MENG Ling-wang

(Shanghai Coal Geophysical Survey Co., Ltd., Shanghai 200120, China)

Based on the comparative analysis of hydrogeological conditions and the understanding of hydrogeological characteristics in Dongrong No.1 mine, the author summarizes the hydrogeological laws of the mine combining with the actual hydrogeological data.

Dongrong No.1 mine; -190 m; Horizontal mine; Hydrogeological condition; Construction countermeasures

2017-02-16

孟令望(1992-)，男，学士，助理地质工程师。

P641

A

1674-8646(2017)08-0058-02