五龙煤矿水文地质特征及水害分析

郭晋伟

（太原东山五龙煤业有限公司，山西 太原 030031）

1 矿井地质条件概况

1.1 地层概况

井田内大面积基岩裸露，出露基岩地层主要为二叠系上统上石盒子组和下统下石盒子组，结合本矿钻孔揭露资料和东山矿区资料，井田内沉积地层由下而上依次有：奥陶系中统下马家沟组（O2x）、奥陶系中统上马家沟组 （O2s）、奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1s）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、二叠系上统上石盒子组（P2s）、第四系中、上更新统（Q2+3）。

1.2 地质构造

井田位于沁水煤田西北隅，太原东山矿区西南，东山背斜西翼倾伏端。井田地层总体走向为北西，为向南西倾伏的单斜构造，地层倾角15°左右且变化不大。断裂构造、岩溶陷落柱不太发育，北界附近为断层密集带。井田内主要断层有7条，地表发现及井下揭露的陷落柱共7个。井田内未发现岩浆岩侵入，井田内地质构造属简单。

1.3 含水层

井田含水层划为5个含水岩组： 第四系全新统松散岩类孔隙含水岩组、二叠系石盒子组（P1x+P2s）和山西组（P1s）砂岩裂隙含水岩组、石炭系太原组碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙含水岩组、奥陶系中统碳酸盐岩岩溶裂隙含水岩组。

1.4 隔水层

井田内主要隔水层分述如下： 煤系地层灰岩、砂岩含水层层间泥质岩隔水层，12#、15#煤层以下及本溪组隔水层。

1.5 水力性质

含水层与含水层之间，从水质的离子成分角度对比，山西组以及上含水层与太原组含水层水质的离子成分较为相近，但与奥陶系含水层水质存在差异明显；从含水层水位标高角度对比山西组及以上含水层水位标高+860.2246～+868.9423 m，太原组水位标高+809.7646～+851.5023 m，而奥灰水位标高在+780.2～+783.3 m，表明一般情况下，山西组、太原组及奥灰含水层之间不存在明显的水力联系。

2 矿井充水因素分析

2.1 矿井充水水源

（1）大气降水及地表水

该区年降水量172.1～632.6 mm，平均457.8 mm。井田内无地表水系，大气降水可能通过对采空区上覆导水裂缝带的补给间接成为矿井的充水水源。

（2）煤系地层裂隙水

12#、15#煤层位于太原组中、下部，是本矿主采煤层。煤层开采后，其顶板会形成导水裂隙带，地下水将沿采动裂隙进入矿井，是矿井充水的主要通道。煤层开采时，含水层的存在可能会增加矿井涌水量，但因其富水性弱，在做好排水工作前提下，对各煤层的掘进、开采影响不大。但需加强注意含水层局部富水情况以及上部煤层采空区积水问题，提前进行探放。

（3）奥陶系岩溶水

根据《煤矿防治水细则》，采用突水系数法对该区煤层开采受奥灰含水层水害威胁程度进行评价，突水危险性评价成果见表1、表2。

式中：T为突水系数，MPa/m；P为底板隔水层承受的水压，MPa；M为底板隔水层厚度，m。

12#煤层最大突水系数0.0465 MPa/m；15#煤层最大突水系数0.0806 MPa/m，其中底板标高约+450 m以上，突水系数小于0.06 MPa/m。煤层奥灰突水危险性分区见图1、图2。五龙煤矿随着矿井向西南部开拓，承受的水压有所增大，突水系数不断增高，底板发生突水危险性增大，通过底鼓裂隙或在断层、陷落柱发育处将可能会发生突水。因此，在井田南部突水系数较大地段，尤其是过渡区，只有采取更为可靠的安全技术措施后才能进行带压开采。

表1 12#煤层突水危险性评价估算成果

表2 15#煤层突水危险性评价估算成果

2.2 矿井充水通道

（1）顶板导水裂缝带

12#煤层开采形成的导水裂缝带最大发育高度达54.86 m，可能导通上部的L4、K3等含水层。15#煤层M取最大煤层厚度8.59 m时，煤层开采产生的导水裂缝带高度H=202.09 m；据矿方介绍，东山一带开采15#煤层时导水裂缝带发育高度约90～100 m，可能导通上部的L1、L2、L3、L4、K3等含水层。井田煤层东北部埋藏较浅约在170 m以下，因此煤层开采过程中导水裂缝到近乎发育到地表，存在地表裂隙的区域地表水与15#煤层导水裂缝带有贯通的可能性。

（2）导水断裂构造

注意防范较大的北边界F19断层导水，该断层可能使得15#煤层与奥灰含水层直接对接，底板突水变为水平渗流，危险性极大，现阶段尚无工作量加强控制，今后在计划开采此处位置时应做好探查及预防工作，必要时直接按要求留设防隔水煤柱，不在其威胁范围内开展采掘工作。

2.3 矿井充水强度

整合前矿井涌水量较小，正常为150 m3/d，最大为200 m3/d，较雨季相对滞后。依本矿井筒开拓时的水文地质台账记载，2015～2016年矿井月涌水量为10450～16200 m3（约14.51～21.77 m3/h），平均矿井涌水量18.06 m3/h。图3涌水量与降雨量相关曲线图表明矿井涌水量与大气降水有一定的关系，降雨量的增加，矿井涌水量略有增加，滞后时间约2～3个月。

图1 12#煤层奥灰突水危险性分区

图2 15#煤层奥灰突水危险性分区

图3 2015～2016年涌量与降雨量相关曲线

3 矿井涌水量预测

五龙煤矿整合前，开采15#煤层，年生产能力为0.21 Mt，正常涌水量为6.25 m3/h，最大8.33 m3/h。该矿年工作日按330计算，含水系数约为0.236～0.314 m3/t。

矿井整合后15#煤一采区设在井田中、西部，首采区水文地质条件与现在基本相同，可采用比拟法对生产能力达到0.9 Mt/a时的矿井涌水量进行预测，采用式（2）：

式中：Q为矿井的涌水量，m3/d；P为原煤产量，t/d；Kp为含水系数，m3/t；

由此，预测矿井涌水量为：Q正常=26.79 m3/h，Q最大=35.7 m3/h。

预测该矿开采15#煤层生产能力达到0.90 Mt/a时，工作面的正常涌水量为26.79 m3/h，最大涌水量35.7 m3/h。

根据目前矿井涌水量台账成果，井筒与大巷的涌水量基本稳定在13.06～16.77 m3/h，变化较小，推测今后井筒与大巷的涌水量基本保持目前状态不变。总矿井涌水量应包括工作面涌水量、井筒及大巷涌水量，因此，预测该矿生产能力达到0.90 Mt/a时，总矿井正常涌水量为39.85 m3/h，最大涌水量为52.47 m3/h。

4 结语

奥灰水位标高在+782.5～+785 m之间，12#煤层底板标高在+370～+940 m，15#煤层底板标高在+320～+860 m，井田大部分为带压开采，突水系数仅15#煤层在井田西南部超过0.06 MPa/m。因此，带压开采区应加强构造导水性的探测，绝不能放松警惕。建立完备矿井地下水动态监测网、涌水量测量及资料管理系统，加强地质及水文地质资料的收集整理工作，建立周边煤矿的图纸定期交换制度，认真贯彻“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水工作原则。