斜沟煤矿矿井水文地质类划分分析

＊何彦军

（山西省宏厦第一建设有限责任公司 山西 045000）

引言

斜沟煤矿由山西西山晋兴能源有限责任公司开发建设，是国家重点建设的10个千万吨级矿井之一，煤矿由中煤西安设计工程有限责任公司设计，设计年生产能力1500万t/a，设计生产年限71.7年，为特大型煤炭企业，是国家煤炭工业“十一五”规划重点项目，于2005年投产，2011年达产，现实际生产能力达到1500万t/a。采用主、副斜井运输，双水平生产，主采8、13号煤，配采6号，开采标高为+1046m～+350m。

2016年中国煤炭地质总局第二水文地质队为该矿编制了《山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿矿井水文地质类型划分报告》。根据近年矿井掘进、开采过程中所发生的实际水文地质问题，对矿井防治水工作进行总结分析，主要任务是系统的收集、分析区域水文地质资料，分析矿井开采受水害影响程度及防治水工作难易程度，划分矿井水文地质类型。

1.区域水文地质分析

井田位于天桥泉域西南部径流区，该区域的水源多是岩溶水，其来源主要有大气降水和地表水。在黄河东部山区主要以碳酸盐岩地层为主，表现为裸露型和覆盖型。裸露的碳酸盐岩区的岩溶水是通过大气降水补给，而覆盖的碳酸盐岩地层是通过地表水渗透补给。

按照含水层的成因可以分为碳酸盐岩溶裂隙含水岩组、碎屑岩类裂隙含水岩组和松散岩类孔隙含水岩组。奥陶系碳酸盐岩类岩溶、裂隙含水岩组含水层岩性以巨厚层灰岩、豹皮灰岩、白云质灰岩为主，总厚330～400m。太原组13号煤层以上至山西组8号煤层主要由具有可塑性泥岩、砂质泥岩组成，各层砂岩间及灰岩间均有泥岩分布，可以阻隔各含水层之间的水力联系，是良好的层间隔水层。

石炭系本溪组泥岩隔水层主要岩性由砂岩、石灰岩夹泥页岩组成，底部为铝土质泥页岩，岩石裂隙不发育，完整性较好，含水条件差，构成良好的隔水层，具有较好的隔水作用，同时也在一定程度上限制了上覆含水层地下水的下渗及越流补给作用。本区本溪组下段铝土与铝土质泥岩稳定存在，其厚度稳定，可以作为很好的疏水降压层。

大气降水和地表水的入渗是岩溶水的主要补给来源。在区域东部灰岩裸露分布，面积为199.5km2。由于岩溶裂隙的充分发育，大气降水入渗十分容易。覆岩灰岩的面积约为260km2，覆盖厚度为10～20m，岩溶裂隙的充分发育，也是岩溶水接受降雨入渗补给的良好地段。由此可见，灰岩水多来源于地表水和大气降水的入渗。

2.矿井充水条件分析

井田充水水源可分为自然充水水源和人为充水水源。自然充水水源主要有大气降水、地表水、山西组砂岩水、太原组灰岩水和奥陶系岩溶水，人为充水水源有采（古）空区积水。

斜沟煤矿地层总体向西倾斜，东部煤层埋藏浅，存在6号、8号、13号煤层露头，大气降水和地表水能够通过风氧化带、煤层开采形成的垮落带和导水裂缝带溃入井下，煤矿须做好防范工作，留设河流保护煤柱，实施河道治理防洪工程，加强对地表裂缝、地面塌陷的巡查，发现异常及时治理。

5号、6号、8号煤顶板直接充水水源主要来自二叠系山西组几层中粒砂岩及局部粗粒砂岩裂隙水，石盒子砂岩裂隙水为其顶板间接充水水源。由于砂岩难溶成分高，裂隙不发育，开启程度差，加之含、隔水层呈相互叠置的沉积序列，由此导致砂岩含水层地下水的补、蓄条件差。石炭系太原组碎屑岩类裂隙水是13号煤层直接充水水源。13号煤顶板直接充水水源含水层富水性较弱，属弱富水含水层。

根据矿井水文地质条件及开采条件，矿井可能的充水通道可分为自然充水通道及人为充水通道。自然充水通道主要包括断层、陷落柱、构造裂隙等，人为充水通道主要包括煤层采动形成的垮落带、导水裂缝带、封闭不良的钻孔等。

井田东部煤层浅埋区有关闭的小煤矿和老空水分布，主要分布在井田东部斜沟、麻墕塔沟、庙沟、石佛沟和迷糊沟内的煤层露头附近。结合物探成果及其他水文地质资料对井田采（古）空区积水进行评价：井田8号煤层有10处采空积水区，13号煤层有6处采空积水区，充水水源主要为顶板砂岩裂隙水，其中8号煤层总计积水面积为30372m2，积水量约25481m3，13号煤层总计积水面积为13420m2，积水量约39165m3。

3.矿井受水害影响程度和防治水工作难易程度评价

本矿井水害的主要水源为大气降水、地表水、地下水（主要包括山西组碎屑岩类裂隙水、太原组裂隙水和奥陶系岩溶水）、采空区积水，其中采空区积水、奥陶系岩溶水和太原组裂隙水为较重要的水害来源。

(1)开采受水害影响程度的评价

未来三年煤矿开采6号、8号、13号煤层，矿井在采掘过程中，主要面临大气降水和地表水、采空区积水、奥陶系岩溶水、山西组裂隙水、太原组裂隙水的威胁。各回采工作面导水裂缝带均发育至地表，大气降水和地表水是威胁煤矿安全生产的重要致灾因素，防隔水煤（岩）柱对应的地面区域作为地表巡查的重点区域，煤层必须加强地表监测与治理，避开汛期进行浅埋区开采。太原组13号煤层突水系数最大值大于底板隔水层完整无断裂构造破坏地段突水系数临界值0.1MPa/m，奥陶系岩溶水是13号煤层底板的重要充水水源，井田西部13号煤层开采受岩溶水的影响很大，且突水系数呈由东向西逐渐增大的趋势。

山西组砂岩裂隙水是5号、6号、8号煤层直接充水水源，含水层单位涌水量0.0711L/s·m，属弱富水含水层，在井田东部煤层浅埋区，煤层开采形成的导水裂隙带可直达地表，大气降水和地表水能够通过裂隙对山西组砂岩裂隙水进行补给，煤矿须做好抽排水，避免山西组及下石盒子组砂岩水威胁煤层安全开采。石炭系太原组碎屑岩类裂隙水是13号煤层直接充水水源。含水层单位涌水量0.07L/s·m，属弱富水含水层，对煤层开采影响较小，但在构造破碎带发育地段可能局部富水性较好，太原组裂隙水有可能沿断层、陷落柱、裂隙密集带和底板薄弱地带等进入矿井，煤矿应布置足够能力的排水设备，做好疏排水工作，以免发生水害事故。

(2)矿井防治水工作难易程度的评价

本井田主要防治水工作有大气降水和地表水、采空区积水、奥陶系岩溶水的防治工作。

斜沟煤矿8号、13号煤层存在采空区积水，煤矿开采须做好防范工作。为解决采空区积水隐患，煤矿须首先采用井下直流电法、瞬变电磁法等物探手段探查富水区域位置和范围，采用钻探、化探手段加以验证，并配备合适的排水设备，对采空区积水及时抽排。从技术和经济角度讲，煤矿采空区积水的防治工作较为简单，需要投入一定资金，矿井水文地质类型按单项划分属中等型。

煤矿开采过程中，太原组裂隙水直接对煤层开采产生影响，但与奥陶系灰岩含水层富水性相比，太原组裂隙含水层富水性相对较弱，通过施工太原组裂隙含水层疏放钻孔，对裂隙水进行疏放，能够有效防范太原组裂隙对煤矿产生大的威胁。从技术和经济角度讲，煤矿太原组裂隙水的防治需投入一定的工程量和资金，矿井水文地质类型按单项划分属中等型。

总之，从技术和经济两方面考虑，斜沟煤矿防治水措施简单或易于进行，技术上可行，经济上合理，需要投入的费用较大，防治水工作难易程度为中等类型。

4.小结

按照国家安监总局和煤监局发布的《煤矿防治水细则》（2018年），可以将水文地质类型划分为简单、中等、复杂以及极复杂等4种。在进行分类时，主要考虑到井田内受采掘破坏或者影响的含水层及水体、井田及周边老空水分布状况、矿井涌水量和突水量规律、矿井开采受水害影响程度以及防治水工作难易程度等情况。

表1 煤层矿井水文地质类型划分表

矿井水害的主要水源为大气降水和地表水、采空区积水、奥陶系岩溶水、山西组裂隙水、太原组裂隙水，其中大气降水及地表水、采空区积水、奥陶系岩溶水为较重要的水害来源。建议煤矿做好以下几项工作：井田中东部为各煤层隐伏露头或浅埋藏区，大气降水和地表水能够通过基岩裂隙、煤层开采形成的导水裂缝带等导水通道对煤系地层含水层进行补给，并增大矿井涌水量。井田中东部煤层浅埋区进行开采时，防隔水煤（岩）柱对应的地面区域作为地表巡查的重点区域，煤层开采时必须加强地表监测与治理，煤层浅埋区开采须避开汛期。

井田8号、13号煤层存在采空区积水，采空区积水是本矿防治水工作的重点，煤矿一定要加强对采空区积水的探放，采用物探、化探和钻探等方法查清采空区积水范围、积水量，确保生产安全。井田存在勘探期间的事故孔、未封闭水文长观孔、水井、煤层气勘探孔，这些钻孔坐标位置、孔深、终孔层位等已查明。井田5号煤层可采范围奥陶系岩溶水突水系数最大值0.039MPa/m，井田6号、8号、13号煤层奥陶系岩溶水突水系数最大值分别为0.051MPa/m、0.058MPa/m、0.148MPa/m。在未来三年回采区域，井田各煤层突水系数均小于底板受构造破坏地段突水系数临界值0.06MPa/m，煤矿应实施物探、钻探工程，详细查明断层、陷落柱的发育情况，时刻关注回采工作面涌水量变化和奥灰水位变化，发现异常及时上报，及时决策，避免发生水害事故。