矿井水文地质类型划分及涌水量预测

任波

摘 要：本文以地质勘察资料依据，通过理论分析与水文地质比拟法，主要从矿井水文地质类型划分及矿井涌水量两个方面进行分析。得出以下结论：1、3号煤水文地质类型为中等，15号煤水文地质类型为复杂。2、3号煤层采动后矿井涌水量为170～340m3/d，为井下防治水工作提供了依据。

关键词：水文地质比拟法；水文地质类型；矿井涌水量

中图分类号：P641 文献标识码：A

1.矿井概况

某矿井位于山西省阳城县芹池乡北1km处，隶属阳城县芹池镇管辖。井田面积4.5km2，生产能力矿井生产能力600kt/a。矿井批准开采3#、15#煤层，井田内无地质构造。矿井由两个联办煤矿兼并重组而成，井田范围内存在大面积采空区，主要分布在3号煤层，聚有一定的积水。山西阳城阳泰集团小西煤业有限公司位于井田东北部，无越界开采，井田边界有大面积采空区，矿井涌水量为120～ 144m3/d，山西阳城伯附煤炭有限责任公司位于本井田东侧，井田面积3.192km2，批准开采3号煤层3号煤层现涌水量为160～264m3/d。山西沁水石店煤业有限公司位于本井田西侧，单独保留矿井，井下一般矿井涌水量100m3/d，最大120m3/d，矿井于2015年投产，目前已回采3个工作面，根据地质勘查报告，井田西侧采空区最大，并有大量积水。

2.矿井水文地质评价

井田内水文地质条件对矿井安全生产具有重要意义，是防治水工作的基础。本文从矿井水文地质条件、地下水的补给与排泄条件、矿井充水影响因素及矿井地质构造四方面出发，对矿井水文地质类型进行分类。

2.1 井田水文地质条件

由于本文主要分析的矿井水文地质条件主要涉及含水地层、隔水层，因此本文依据井田内分布含水层的时代、岩性、地下水类型等，归纳总结了矿井区域内水文地层特征。

含水地层主要是松散含水层，属第四系，主要有土黄色黏土、亚黏土及砂和砾石，井田区域内广泛分布，渗透系数为218.4m/d；风化裂隙含水层位于上石盒子组，属二叠系，平均岩石厚度235m，主要由灰白色砂岩、紫红色泥质岩组成，单位涌水量为0.115L/s·m。渗透系数为0.52m/d，地下水类型属于潜水；碳酸盐岩溶裂隙含水岩位于太原组下方，属石炭系，平均岩石厚度78m，主要由粉砂岩、砂质泥岩组成，裂隙发育，单位涌水量为0.02L/s·m，渗透系数为0.152m/d。地下水类型为承压水；碳酸盐岩岩溶含水层，地层属奥陶系，主要分布在峰峰组和上马家沟组，由角砾状泥灰岩、石灰岩组成，单位涌水量0.103L/s·m，渗透系数0.144m/d，地下水类型为承压水。

隔水地层主要是太原组底部泥质砂岩，平均厚度20.29m左右，裂隙发育和石炭系、二叠系之间灰岩岩石厚度在50m～79m之间，岩性致密，不透水。

井田内奥灰岩溶水由北西向南东迳流，水位标高701m～703m。3、15号煤层局部区域低于奥灰水位，煤层开采属于带压开采。

2.2 地下水的补给与排泄条件

松散含水层主要接受大气降水补给。风化裂隙含水层与碳酸盐岩溶裂隙含水层，由于隔水层阻断作用，大气降水和地表水对地下水影响不大，地下水流方向由北西至南东。碳酸盐岩岩溶含水层属奥陶系，主要受地表水渗透补给作用，地下水向东南方向延河排泄。

2.3 矿井充水因素分析

依据井田水文地质及开采范围，矿井充水主要受大气降水、地表水、地下水采空区及地质构造5个方面影响。

（1）大气降水对矿坑充水的影响

矿区位于山西省阳城，属于大陆季风气候，每年7、8、9三个月雨水量较大，属丰水期，期间矿井最大涌水量为160.8m3/d，枯水期为每年的10月至来年4月，最小涌水量为50m3/d；每年的5、6月为平水期，涌水量为79.2m3/d。上述统计资料表明：矿井涌水量变化与降雨量变化一致，矿井涌水量主要影响因素为大气降水。

（2）地表水体对矿坑充水的影响

井田内风化裂隙含水层与碳酸盐岩溶裂隙含水岩层，岩石裂隙发育，局部有小型断层，同时3号煤层工作面回采，导致煤层顶板受到应力扰动破坏，进一步加剧岩石破坏，形成了地表水导水通道。

（3）地下水对矿坑充水的影响

3号煤层充水水源：3号煤层上方风化裂隙含水层和碳酸盐岩溶裂隙含水层，主要岩性为砂岩，裂隙发育。同时由于工作面回采，上覆岩层在开采应力扰动下形成了裂隙带，从而将地下水导入工作面，导致工作面涌水量迅速增大。15号煤层充水水源：主要受奥陶系岩溶含水层突水影响和碳酸盐岩溶裂隙含水层。但隔水层地质岩性较好，灰岩岩石厚度在50m～79m之间，岩性致密，不透水，具有良好隔水作用，因此碳酸盐岩溶裂隙含水层对15号煤涌水影响不大。

（4）采空区积水对矿井充水的影响

矿井由两个联办煤矿兼并重组而成，井田范围内存在大面积采空区，主要分布在3号煤层，其中3号煤层采空区，有3处采空区积水，小窑破坏区位于井田北部浅埋区，有1处采空区积水，积水面积2554m2。积水量1.68万m3。井田中部和南部各有1处采空区积水，属于兼并重组前矿井开采形成的古采空区，积水面积分别是2554m2、3242m3，总积水量1.68万m3。另一方面，矿井四邻都出现不同程度、不同面积的采空区，采空区内积水量不清楚，对矿井生产造成了严重威胁。

3.地质构造对矿井充水的影响

矿井地形西北高，东南低，属于单斜构造，倾角4°～6°。井田内大型断层一条，落差近15m，倾角60°，小型断层较多，断层落差在3m～5m之间。井田内无井田内未发现陷落柱和岩浆岩侵入，井田地质构造类型属于简单。实际采掘经验表明，巷道掘进穿过断层时，巷道顶板淋水较大，同时矿井涌水量增大。

3.1 矿井水文地质类型

矿井水文地质类型划分主要依据：井田区域水文地质条件、地质构造、地下水补给和井田地质构造。

井田3号煤层充水为裂隙含水层，处于工作面上方裂隙带内，受工作面采掘影响较大。隔水层裂隙发育，同时井田内断层较多，井田范围内采空区面积较大，存在古采空区。因此3号煤水文地质类型为中等。

井田15号煤层充水为裂隙含水层和奥灰水岩溶含水层。其中裂隙含水层之间隔水层，岩性细密，不透水，但井田绝大部分区域内，奥灰岩溶含水层水位标高高于15号煤底板，具有突水危险。15号煤层由于尚未采掘，不存在采空区积水，地质构造情况不明。因此该矿井15号煤水文地质类型为复杂。

4.矿井涌水量预测

根据矿井水文充水因素分析及水文地质类型划分，矿井3号煤层涌水量采用水文地质比拟法，进行整合后矿井涌水量预算：

Q=Q0×F/F0

经计算，整合后矿井涌水量按面积比为170～340m3/d。由于15号煤属于下水平开采，属于带压开采，缺少区域内地质构造资料，本文在此不作研究。

结论

论文根据某矿井水文地质资料，应用理论分析和水文地质比拟法对矿井水文地质类型进行评价并对3号煤层涌水量进行预测分析，得出以下结论：

（1）3号煤水文地质类型为中等，3号煤层北部存在带压开采问题。15号煤水文地质类型为复杂，15号煤层大部分区域存在带压开采问题。

（2）3号煤层主要水源来自3号煤层顶板及地表溪流水的渗入。3号煤层采动后预计矿井涌水量为170m3/d～340m3/d。为井下防治水工作开展提供了理论依据。

参考文献

[1]王長申，武强，马国平.复杂条件下矿井水文地质类型划分方法[J].煤炭学报，2006（1）：54-58.