太原李家楼煤业充水条件与充水因素分析

汪 旭

(山西省煤炭地质水文勘查研究院，山西 太原 030006)

工作区位于太原清徐县城西北6.0 km处马峪乡桃园村附近，行政区划属马峪乡管辖，其地理坐标为东经112°16′04″～112°19′00″，北纬37°38′07″～37°40′03″。面积8.342 4 km2。矿井开采主要受大气降水和地表水、采空区积水、煤系地层裂隙水、奥灰岩溶水的威胁。因此，为确保矿方安全生产，对李家楼煤业开展了系统的水文地质调查研究。

1 地层概况

1.1 地层

井田内出露地层为二叠系上统上石盒子组、下统下石盒子组，第四系地层不整合于各时代地层之上，其余地层为钻孔揭露，钻孔揭露的区内地层有奥陶系、石炭系、二叠系及第四系地层。井田内赋存的主要含煤地层为山西组03,2,4号煤层、太原组5上,5,6,8+9号煤层。

1.2 构造

西山煤田位于祁吕贺山字型构造东翼及新华夏系构造的复合部位，李家楼煤业位于西山煤田东南边缘，清交矿区中南部，总体为一走向北东、向南东倾斜的单斜构造，在此基础上发育着次一级构造。

井田主要构造为迎南风向斜和后窑背斜，褶曲走向北东东向，受此控制，地层走向与褶曲走向基本一致，南部倾向北西，北部倾向南东，局部倾向北西，倾角5°～20°，一般小于15°。

2 矿井水文地质条件

矿井内含水层自上而下分述如下：1)第四系松散岩类孔隙含水层。松散岩类孔隙含水岩组主要分布在较大的沟谷内，由分选、磨圆不佳的砂砾、卵石等组成，直接接受大气降水补给。含水层厚度一般小于10 m。2)二叠系上统上石盒子组砂岩裂隙含水层。二叠系上石盒子组在矿井内广泛出露分布，其主要含水层为K6,K7砂岩及基岩风化层，K6砂岩平均厚度13.67 m，K7砂岩平均厚度9.00 m。本矿井补给条件单一，为大气降水。上石盒子组出露地表，大气降水可直接入渗补给。矿井由于地形切割强烈，有相当一部分处于当地侵蚀基准面以上，地下水多以散泉的形式在山坡或沟谷中出露。总之，上石盒子组砂岩含水层总体富水性弱，但在局部地段富水较好。3)二叠系下统山西组、下石盒子组砂岩裂隙含水层。下石盒子组在矿井内仅在沟谷底部有零星出露。该含水岩组由若干层砂岩组成，其主要含水层为K3,K4,K5砂岩，整体上为埋藏较浅的含水层。天然状态下，各砂岩含水层之间由于泥岩的阻隔，联通性差，水力联系弱。山西组含水层主要靠区外远源补给，所以浅部富水性强于深部。总的来说在正常情况下富水性弱，但是不排除局部地段富水的可能性。4)上石炭统太原组碎屑岩类夹石灰岩岩溶裂隙含水层。太原组有四层稳定的石灰岩，本区地表无石炭系地层出露，加之上覆二叠系地层砂泥岩厚度大，地层垂直渗透性差，区内入渗补给微弱。天然状态下，石炭系各含水层之间联通性差，水力联系弱，各含水层补给主要依靠区外远源径流补给。总之，本区石炭系上统从整体上看富水性弱。5)中奥陶统峰峰组石灰岩岩溶裂隙含水层。井田内地表无奥陶系石灰岩出露，属埋藏型隐伏岩溶区，峰峰组岩性主要为质纯灰岩、泥质灰岩、泥灰岩及石膏层。结合区域水文地质资料综合判断，井田内峰峰组水位标高在835 m～840 m之间。

3 矿井充水条件

3.1 充水水源

3.1.1大气降水及地表水

井田内及边界处主要河流有都沟河、白石沟河，其他沟谷平时干涸无水，雨季水流分别流入白石沟河、都沟河后，向南汇入汾河。矿方对白石沟河、都沟河留设了保安煤柱。

井田内主、副井口及工业广场均位于井田南部都沟河北岸，主、副井、回风立井井口标高均高于历年最高洪水位，并且风井场地整平前矿方已经对沟谷进行了治理，砌筑了石拱暗涵洞，不存在洪水淹井威胁，对矿井生产影响较小。

3.1.2煤系地层裂隙水

煤系地层裂隙水有可能通过顶板冒落带、导水裂缝带向矿坑充水，是矿坑充水的主要来源之一。由于本井田2号煤层上覆含水层为弱富水性含水层，一般情况煤系地层裂隙水对煤层开采影响较小。

3.1.3奥陶系岩溶水

根据以往资料，确定井田内奥灰水位835 m～840 m，并对带压开采安全性做出评价：

本井田位于晋祠泉域岩溶水系统的迳流滞流区。由于本井田内只有一个水文孔资料可利用，结合邻区的抽水试验资料分析，本井田内O2f富水性弱。

井田内2号煤层中南部位于奥灰岩溶水水位之下，绝大部分为“带压开采”。通过《煤矿防治水规定》附录四T=P/M公式计算，2号煤层奥灰岩溶水最大突水系数为0.022 MPa/m，正常情况下，发生奥灰岩溶水突水的可能性小，但当开采地段有断裂、陷落柱等构造破坏时，则存在突水可能性。因此，2号煤层开采受O2f奥灰水害威胁，奥灰水可能成为煤层底板突水的来源。

3.1.4采(古)空区积水

清徐县煤炭开采历史久远，采(古)空区较多且开采范围难以确定，采(古)空区不同程度的留有积水，已查明的采(古)空区可以提前预防，但未查明采(古)空区危害性更大。

李家楼煤业为单独保留矿井，2003年3月开始基建，2016年9月转为生产矿井，根据实际采掘情况以及以往勘探过程，在广泛收集周边煤矿采掘情况的基础上，结合以往报告，本井田2号煤层存在3处采(古)空区积水，对井田生产有一定影响。

3.2 充水通道

3.2.1顶板导水裂缝带

煤层回采后，会对煤层顶板造成破坏，形成垮落带与导水裂缝带。

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》，采用中硬岩层导水裂缝带高度计算公式计算各煤层导水裂隙带高度。其公式为：

(1)

(2)

(3)

其中，Hm为垮落带高度，m;HIi为导水裂缝带高度，m;∑M为煤层累计采厚，m。

3.2.2导水断裂构造

从构造的发育情况看，这一地区在以前的地质历史时期岩溶曾经一度十分发育，从而有较多的陷落柱出现，但由于地质环境的改变，地下岩溶水处于相对滞流的状态，岩溶裂隙被方解石充填，形成闭合裂隙，导水性及富水性变差，形成弱富水区。

但是断裂构造及陷落柱对煤矿充水有直接影响，通过今后煤层开采的进一步破坏，断裂构造及陷落柱加剧破坏地层的完整性，沟通各含水层间的水力联系，降低岩石的力学强度，造成井田容易突水的软弱带，断层带及陷落柱沟通的各含水层的水可成为矿井的直接充水水源。

3.2.3封闭不良钻孔

钻孔也可能作为充水通道串通多个含水层，在开采过程中，遇到或接近它们时，容易引起涌水或造成淹井事故。

4 防治措施及建议

1)地表水的防治工作，必须加强“雨季”三防工作。建立预报、预警、预防和应急救援工作机制，建立雨季巡视制度和停工撤人制度。加强对白石沟河、都沟河的监测。2)井田内及周边采(古)空区积水分布较多，采(古)空区积水是本矿井防治水工作的重点。加强调查走访和采空区探查工作，为井下巷道超前探测及探放水提供靶区。3)矿井大部分为“带压开采”，目前各断层、陷落柱表现为含、导水性差，矿井仍需加强构造导水性探测，防止奥灰水突水事故发生。

5 结语

1)李家楼煤业综合评价属于水文地质条件中等的矿井。

2)充水水源主要有大气降水、地表水、裂隙水及采(古)空区积水，充水通道包括导水断层、岩层裂隙、采空导水裂隙带、封闭不良的钻孔等。