煤矿水文地质条件及矿井充水因素

摘要：文章通过对贺西煤矿矿井水文地质条件、充水因素进行研究，认为矿井直接充水水源为二叠系砂岩裂隙水、石炭系太原组灰岩裂隙水，导水裂缝带为主要充水通道。针对矿井充水因素，提出了防治水工作建议，为矿井安全开采提供科学依据。

关键词：水文地质条件；充水因素；矿井涌水量

1矿井基本概况

贺西煤矿地处鄂尔多斯盆地东缘、河东煤田中段，吕梁市柳林县陈家湾乡一带。本区地貌类型属黄土丘陵区，地表水属黄河流域三川河水系，多发育季节性河流。井田主体为一走向北西、倾向南西的单斜构造，地层倾角一般3-6°。上组煤采掘过程中揭露断层168条，以小型正断层为主；三维地震勘探、物探推断小型疑似陷落柱4个、正断层5条。井田大面积被第四系地层覆盖，零星出露二叠系地层，以往钻探揭露地层有：奥陶系中统上马家沟组、峰峰组，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组和上统上石盒子组、石千峰组，新近系上新统和第四系。主要可采煤层为山西组3、4号煤层和太原组8、10号煤层，平均总厚11.9m，采用斜—立混合开拓、综合机械化一次采全高采煤，全部垮落法管理顶板，生产规模300万t/a。

2水文地质条件

2.1含水层

1）第四系松散孔隙含水层主要赋存于井田沟谷冲洪积层中，含水层以透镜状砂砾石层为主，厚0-5m，属潜水，直接接受大气降水及地表径3流补给，弱富水，单井涌水量20-50m/d，矿化度一般小于500mg/L。2）二叠系砂岩裂隙含水层含水层主要由山西组K砂岩、下石盒子K、K砂岩、上345石盒子K、K砂岩及石千峰组K砂岩含水层组成。据钻孔抽678水试验资料，单位涌水量0.0001-0.0009L/s•m，渗透系数0.00032-0.0074m/d，水化学类型有HCO-Na型、HCO•CL-Na33型，矿化度大于1000mg/L，属弱富水性。3）石炭系太原组灰岩岩溶裂隙含水层含水层主要为其中段所夹5层灰岩（L-L），厚约30m，15裂隙弱发育。据抽（放）水试验，单位涌水量0.000066-0.0182L/s•m，渗透系数0.00247-0.01013m/d，水位标高810-630m，属承压水，水化学类型以HCO-（Na+K）型为主，矿化度800-31450mg/L。属弱富水性，物探推断局部存在相对富水区。4）奥陶系中统岩溶裂隙含水层本区属柳林泉域岩溶水系统。峰峰组顶板埋深456-670m，含水层以二段灰岩、角砾状灰岩为主，厚30-50m，裂隙弱发育。据抽（放）水试验，单位涌水量0.00016-0.004766L/s•m，渗透系数0.000506-0.00864m/d，水位标高795-807m，属承压水，水化学类型以SO•HCO-Na、SO-434Ca为主，矿化度780-1184mg/L，属弱富水性。上马家沟组顶板埋深450-870m，含水层以灰岩、白云质灰岩为主，厚约160m，裂隙较发育。据抽（放）水试验，单位涌水量0.2195-8.4705L/s•m，渗透系数0.1536-4.2419m/d，水位标高794-803m，属承压水，水化学类型主要为HCO•SO-Ca型，矿化度420-1170mg/L。属中等—强富34水性，井田北部局部富水极强。

2.2隔水层

井田内主要隔水层自上而下有第四系底部隔水层、4号煤底板至太原组顶部隔水层、10号煤底板至奥灰顶部隔水层。其中，第四系底部隔水层主要为沟谷两侧坡上中更新统粘土，分布不连续；4号煤底板至太原组顶部隔水层主要由山西组和太原组泥岩、砂岩互层组成，厚21.4-36.0m，以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，铝质泥岩、细粒砂岩次之；10号煤底板至奥灰顶板隔水层主要由太原组、本溪组地层组成，厚47.0-65.3m，以泥岩、铝质泥岩、砂质泥岩、粉砂岩为主，石灰岩、中细粒砂岩次之。

3矿井充水因素分析

3.1充水水源

1）大气降水通过对矿井涌水量资料统计分析，矿井涌水量与降水量正相关性较显著，大气降水通过入渗补给下伏含水层间接补给矿井，为矿井间接充水水源。2）地表水井田季节性河流雨季地表水间接补给二叠系砂岩裂隙含水层，或通过未封闭及封闭不良钻孔、井筒等进入井下，为矿井间接充水水源，地表水体补给井下具有季节性变化特点。3）二叠系砂岩裂隙水煤层开采后顶板将遭到不同程度破坏，上组煤覆岩导水裂隙带可达下石盒子组底部，使得二叠系砂岩含水层（K）为上组煤直接充水水源。44）石炭系太原组灰岩裂隙水上组煤大面积存在太原组灰岩裂隙水带压开采问题。3号煤带压区最大突水系数0.11MPa/m，井田中南部至北部为相对安全区，西南部、南部为突水威胁区，西部HX钻孔6附近为危险区；4号煤带压区最大突水系数0.149MPa/m，井田中部以北、东北部为相对安全区，中南部为突水威胁区，西南、南部为突水危险区。8、10号煤导水裂隙带最大高度可达二叠系下统下石盒子组下部，直接沟通二叠系K、K砂岩含水层与太原组L-431L灰岩含水层，成为下组煤直接充水水源。55）奥陶系岩溶水井田内3号煤大面积奥陶系岩溶水带压开采，4、8、10号煤全部带压开采，奥灰水为矿井间接充水水源。其中上马家沟组含水层富水性中等—强、局部极强，为煤层下伏最具威胁充水水源。3、4号煤底板最大突水系数分别0.037MPa/m、0.041MPa/m，带压区均为相对安全区；8号煤底板最大突水系数0.071MPa/m，井田中部至北部为相对采安全区，南部为突水威胁区；10号煤底板最大突水系数0.098MPa/m，井田北部为相对安全区，中部—南部大部分区域为突水威胁区。6）采空区积水目前，井田及周边分布上组煤7处采空积水区暂未发现老窑水分布。当采掘工程揭露或接近采空积水区时，会将采空区积水引入矿井。

3.2充水通道

1）断层、陷落柱上组煤采掘过程中揭露构造以小型断层为主，未发现陷落柱。推断5条正断层其构造破碎带可能成为地下水聚集处，采动扰动后可能会成为导水断层。推断4个疑似小型陷落柱，从邻矿井下揭露情况推断井田内存在陷落可能性大。2）煤层采动顶、底板破坏带3、4号煤导水裂隙带最大高度分别43.2m、52.4m，底板最大导水破坏深度21.2m，4号煤底板距太原组灰岩顶部21-36m，导水裂隙带可达K含水层，可沟通K含水层甚至到达L含435水层，使得二叠系砂岩裂隙水、太原组灰岩裂隙水进入矿井。8、10号煤导水裂隙带最大高度分别64.0m、59.6m，可沟通太原组灰岩含水层与K含水层之间的联系，局部可达34号煤采空区，成为地下水、采空区积水进入矿井的充水通道；10号煤底板最大导水破坏深度21.2m，距峰峰组顶界47-65m，在无导水构造、陷落柱的情况下，下组煤底板采动破坏深度导通奥灰水可能性小。3）未封闭、封闭不良钻孔及废弃井筒上组煤采掘过程中发现4个封闭不良钻孔，出现漏、渗水现象。矿井采掘过程中需密切核查废弃井筒、未封闭及已封闭钻孔的封闭质量情况，防止其成为地表水、地下水与矿井的充水通道。

3.3充水强度

通过分析统计历年矿井涌水量资料，矿井涌水量呈先增3大后逐渐减小趋势，最大涌水量97.5m/h，近3年矿井平均

33涌水量

20.13m/h，最大涌水量28.0m/h，矿井涌水量与降水量、产煤量、开掘进尺之间的正相关性较显著。

4结论

1）矿井直接充水水源主要为二叠系砂岩裂隙水、石炭系太原组灰岩裂隙水，下组煤开采掘最大威胁为上马家沟组岩溶含水层通过导水构造形成的突水。导水裂缝带为矿井主要充水通道，其次为构造、未封闭和封闭不良钻孔。2）井田上马家沟组含水层富水性差异明显，需加强上马家沟组含水层水文地质条件研究工作，重视隐伏构造、陷落柱探查工作。3）石炭系太原组灰岩含水层局部存在相对富水区，水害防治以超前探放为主，需密切关注石炭系上组煤底板涌水情况，防止太原组灰岩裂隙水与瓦斯共同涌出。

参考文献：

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[3]王英,樊永贤,罗一夫.崔家沟煤矿矿井充水因素分析[J].西安科技大学学报.2012,32(6):722-725.

作者：廖华爱 单爱位：山西省煤炭地质水文勘查研究院