榆树坡煤业可采煤层水文地质类型分析及涌水量预测

狄应龙

(山西宁武榆树坡煤业有限公司， 山西 宁武 036200)

1 前言

山西宁武榆树坡煤业有限公司由原山西宁武榆树坡煤业有限公司和已关闭的三岔煤矿兼并重组，整合后生产规模120万t/a。井田内发现断层4条、褶曲4个，未发现陷落柱。井田内含煤地层为太原组和山西组，太原组为该区主要含煤地层，共含煤8层，编号为自上而下依次为2、3、4上、4下、5上、5、5下及6号煤层，可采煤层为太原组的2号、3号、5号、5下号煤层。

区域内河流属海河流域桑干河水系，区内河流主要恢河，其发源于宁武县管涔山脉之天池，于区西边界外由南向北流过，由阳方口镇流出宁武县境，向北流入朔城区境内，为桑干河水系上游段，为宁武县第二大河流。

区域内主要含水岩层有3组。寒武奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层组为灰岩岩溶裂隙水的直接补给区，该含水层厚度大于800m，在盆地内埋深200～450m，为煤系基底。碎屑岩类裂隙含水岩组主要包括石炭系上统的太原组、二叠系的一套陆相沉积碎屑岩地层。松散岩类孔隙含水岩组主要由第四系上更新统和全新统地层组成。

区域内隔水层有两个。本溪组隔水层分布于煤系之下，岩性以泥岩、铝土质泥岩、粉砂岩和夹薄层泥灰岩为主，一般厚度约45m。位于底部“奥灰”、岩溶裂隙含水层和上部煤系砂岩裂隙含水层之间，起相对隔水作用，为区域良好隔水层。

石炭系中统的太原组、二叠系砂岩裂隙含水层间的隔水层由泥岩、砂质泥岩和煤层组成，厚度由数米至数十米，夹在各砂岩含水层之间，构成平行复合结构，起层间隔水作用。

2 可采煤层充水因素分析及水文地质类型

2号、3号、5号、5下号煤层上层顶板岩性为砂质泥岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩为主，冒落带、导水裂隙带最大高度计算公式为[1]

(1)

(2)

式中：Lf——预测冒落带最大高度；

Hli——导水裂隙带最大高度；

∑M——累计采厚(2号煤层取6.41m、3号煤层取2.85m、5号煤层取18.45m、5下号煤层取3.85m)。

2号煤层冒落带最大高度为15.2m；2号煤层导水裂隙带最大高度为51.9m。

3号煤层冒落带最大高度为11.0m；3号煤层导水裂隙带最大高度为40.5m。

5号煤层冒落带最大高度为19.7m；5号煤层导水裂隙带最大高度为61.3m。

5下号煤层冒落带最大高度为12.6m；5号煤层导水裂隙带最大高度为45.0m。

据冒落带最大高度及导水裂隙带最大高度计算，2号、3号、5号、5下号煤层可达山西组下部，而且开采5下号煤层时由于各可采煤层间导水裂隙带的传递作用可达山西组下部，故其充水含水层为该煤层之上的二叠系砂岩裂隙含水层组和石炭系上统太原组砂岩裂隙含水层组[2]。

二叠系含水层组包括山西组、上下石盒子岩组。泥质砂岩、泥岩和中、粗砂岩互层，虽然可以直接接受大气降水、上覆松散层潜水的垂向补给，但由于泥岩和砂质泥岩的相对隔水作用，据S201号水文孔对山西组以上，包括上下石盒子组含水层混合抽水试验，单位涌水量为0.002 928L/s·m，渗透系数为6.89×10-5m/d，水位标高1 306.71m。另据S801号水文孔对山西组及下石盒子组含水层混合抽水试验，单位涌水量为0.000 961～0.000 965L/s·m，渗透系数为1.95×10-5～2.34×10-5m/d，水位标高1 345.61m，富水性较弱。

据S201、S801号水文孔抽水试验，单位涌水量为0.000 147～0.122 767L/s·m，渗透系数为1.24×10-7～7.51×10-3m/d，水位标高为1 236.97～1 348.16m，但不排除局部富水性强，对2、3、5、5下号煤层开采造成突水影响。

原山西宁武榆树坡煤业有限公司和已关闭的三岔煤矿原均开采2号、5号煤层，整合后的山西宁武榆树坡煤业有限公司井田内2号、5号在东北部已形成一定面积的采空区，其积水位置、范围、积水量较清楚，据估算2号、5号煤层采空区积水量分别为50 295m3、96 029m3，有可能造成矿井突水。此外与同煤集团阳方口北辛窑井田及被整合的原宁武县阳方口工矿镇南岔煤矿和宁武县大运华盛煤矿老窑沟坑相邻，其中同煤集团阳方口北辛窑井田为基建矿井，故其对井田的开采影响不大，但原宁武县阳方口工矿镇南岔煤矿的2号煤层采空区和宁武县大运华盛煤矿老窑沟坑5号煤层的采空区中有大量的积水，且其积水区距离山西宁武榆树坡煤业有限公司井田较近，故其积水对井田今后的开采可造成威胁。

另外山西宁武榆树坡煤业有限公司下部开采3、5号煤层时所产生的最大导水裂隙带可达到上部2号煤层采空区及采动破坏区水平高度，对生产、开采造成威胁。并且2、3、5、5下号煤层在井田西部和南部为带压开采，经计算2、3、5下号煤层可采范围内最大突水系数分别为0.042MPa/m、0.045MPa/m、0.059MPa/m，小于受构造破坏块段临界突水系数0.06MPa/m，奥灰突水危险性相对较小；5号煤层最大突水系数为0.112MPa/m，大于受构造破坏块段临界突水系数0.06MPa/m，有奥灰突水危险。

2号、3号、5下号煤层矿井防治水工作相对来说易于进行，5号煤层矿井防治水工程量相对较大，难度较高。

综上所述，2号、3号、5下号煤层水文地质条件应为中等类型。5号煤层突水系数小于受构造破坏块段临界突水系数0.06MPa/m的块段水文地质条件应为中等类型；突水系数大于受构造破坏块段临界突水系数0.06MPa/m的块段水文地质条件应为复杂类型，其范围非常小。

3 矿井2号煤层涌水量预算

整合后的榆树坡煤业先开采2号煤层，开采地段位于井田中部，面积取2.0km2， 涌水量计算为[3]

(3)

(4)

(5)

式中：Q——涌水量，m3/d；

K——渗透系数，m/d；

h——水头高度，m；

H——水柱高度，m；

M——含水层厚度，m；

r0——影响半径，m

R——引用影响半径，m；

S——水位降深，m；

F——先期开采地段面积，km2。

经计算采用S201号孔的抽水试验资料计算的矿井涌水量结果为1 312m3/d，具体见表1。

表1 矿井涌水量预算结果表

据调查，榆树坡、三岔一带的煤矿，矿井涌水量很小；在矿井东部的大运华盛煤矿、七厘洼煤矿、石湖煤矿涌水量也不大，3个矿的生产、一部分生活污水加上沟谷的部分泉水，总排量(流经ZK402孔处)约为1 800m3/d(8月分测量)，矿井涌水量不大。

4 结论

研究表明，2号、3号、5下号煤层水文地质条件应为中等类型，2号、3号、5下号煤层矿井防治水工作相对来说易于进行，5号煤层矿井防治水工程量相对较大，难度较高。

同时对矿井2号煤层的涌水量进行预测，经计算采用S201号孔的抽水试验资料计算得出2号煤层矿井涌水量为1 312m3/d。