煤礦水文地質(zhì)條件及礦井充水因素

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摘要：文章通過(guò)對(duì)賀西煤礦礦井水文地質(zhì)條件、充水因素進(jìn)行研究，認(rèn)為礦井直接充水水源為二疊系砂巖裂隙水、石炭系太原組灰?guī)r裂隙水，導(dǎo)水裂縫帶為主要充水通道。針對(duì)礦井充水因素，提出了防治水工作建議，為礦井安全開(kāi)采提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)條件；充水因素；礦井涌水量

1礦井基本概況

賀西煤礦地處鄂爾多斯盆地東緣、河?xùn)|煤田中段，呂梁市柳林縣陳家灣鄉(xiāng)一帶。本區(qū)地貌類(lèi)型屬黃土丘陵區(qū)，地表水屬黃河流域三川河水系，多發(fā)育季節(jié)性河流。井田主體為一走向北西、傾向南西的單斜構(gòu)造，地層傾角一般3-6°。上組煤采掘過(guò)程中揭露斷層168條，以小型正斷層為主；三維地震勘探、物探推斷小型疑似陷落柱4個(gè)、正斷層5條。井田大面積被第四系地層覆蓋，零星出露二疊系地層，以往鉆探揭露地層有：奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組、峰峰組，石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組，二疊系下統(tǒng)山西組、下石盒子組和上統(tǒng)上石盒子組、石千峰組，新近系上新統(tǒng)和第四系。主要可采煤層為山西組3、4號(hào)煤層和太原組8、10號(hào)煤層，平均總厚11.9m，采用斜—立混合開(kāi)拓、綜合機(jī)械化一次采全高采煤，全部垮落法管理頂板，生產(chǎn)規(guī)模300萬(wàn)t/a。

2水文地質(zhì)條件

2.1含水層

1）第四系松散孔隙含水層主要賦存于井田溝谷沖洪積層中，含水層以透鏡狀砂礫石層為主，厚0-5m，屬潛水，直接接受大氣降水及地表徑3流補(bǔ)給，弱富水，單井涌水量20-50m/d，礦化度一般小于500mg/L。2）二疊系砂巖裂隙含水層含水層主要由山西組K砂巖、下石盒子K、K砂巖、上345石盒子K、K砂巖及石千峰組K砂巖含水層組成。據(jù)鉆孔抽678水試驗(yàn)資料，單位涌水量0.0001-0.0009L/s•m，滲透系數(shù)0.00032-0.0074m/d，水化學(xué)類(lèi)型有HCO-Na型、HCO•CL-Na33型，礦化度大于1000mg/L，屬弱富水性。3）石炭系太原組灰?guī)r巖溶裂隙含水層含水層主要為其中段所夾5層灰?guī)r（L-L），厚約30m，15裂隙弱發(fā)育。據(jù)抽（放）水試驗(yàn)，單位涌水量0.000066-0.0182L/s•m，滲透系數(shù)0.00247-0.01013m/d，水位標(biāo)高810-630m，屬承壓水，水化學(xué)類(lèi)型以HCO-（Na+K）型為主，礦化度800-31450mg/L。屬弱富水性，物探推斷局部存在相對(duì)富水區(qū)。4）奧陶系中統(tǒng)巖溶裂隙含水層本區(qū)屬柳林泉域巖溶水系統(tǒng)。峰峰組頂板埋深456-670m，含水層以二段灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r為主，厚30-50m，裂隙弱發(fā)育。據(jù)抽（放）水試驗(yàn)，單位涌水量0.00016-0.004766L/s•m，滲透系數(shù)0.000506-0.00864m/d，水位標(biāo)高795-807m，屬承壓水，水化學(xué)類(lèi)型以SO•HCO-Na、SO-434Ca為主，礦化度780-1184mg/L，屬弱富水性。上馬家溝組頂板埋深450-870m，含水層以灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，厚約160m，裂隙較發(fā)育。據(jù)抽（放）水試驗(yàn)，單位涌水量0.2195-8.4705L/s•m，滲透系數(shù)0.1536-4.2419m/d，水位標(biāo)高794-803m，屬承壓水，水化學(xué)類(lèi)型主要為HCO•SO-Ca型，礦化度420-1170mg/L。屬中等—強(qiáng)富34水性，井田北部局部富水極強(qiáng)。

2.2隔水層

井田內(nèi)主要隔水層自上而下有第四系底部隔水層、4號(hào)煤底板至太原組頂部隔水層、10號(hào)煤底板至奧灰頂部隔水層。其中，第四系底部隔水層主要為溝谷兩側(cè)坡上中更新統(tǒng)粘土，分布不連續(xù)；4號(hào)煤底板至太原組頂部隔水層主要由山西組和太原組泥巖、砂巖互層組成，厚21.4-36.0m，以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，鋁質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖次之；10號(hào)煤底板至奧灰頂板隔水層主要由太原組、本溪組地層組成，厚47.0-65.3m，以泥巖、鋁質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，石灰?guī)r、中細(xì)粒砂巖次之。

3礦井充水因素分析

3.1充水水源

1）大氣降水通過(guò)對(duì)礦井涌水量資料統(tǒng)計(jì)分析，礦井涌水量與降水量正相關(guān)性較顯著，大氣降水通過(guò)入滲補(bǔ)給下伏含水層間接補(bǔ)給礦井，為礦井間接充水水源。2）地表水井田季節(jié)性河流雨季地表水間接補(bǔ)給二疊系砂巖裂隙含水層，或通過(guò)未封閉及封閉不良鉆孔、井筒等進(jìn)入井下，為礦井間接充水水源，地表水體補(bǔ)給井下具有季節(jié)性變化特點(diǎn)。3）二疊系砂巖裂隙水煤層開(kāi)采后頂板將遭到不同程度破壞，上組煤覆巖導(dǎo)水裂隙帶可達(dá)下石盒子組底部，使得二疊系砂巖含水層（K）為上組煤直接充水水源。44）石炭系太原組灰?guī)r裂隙水上組煤大面積存在太原組灰?guī)r裂隙水帶壓開(kāi)采問(wèn)題。3號(hào)煤帶壓區(qū)最大突水系數(shù)0.11MPa/m，井田中南部至北部為相對(duì)安全區(qū)，西南部、南部為突水威脅區(qū)，西部HX鉆孔6附近為危險(xiǎn)區(qū)；4號(hào)煤帶壓區(qū)最大突水系數(shù)0.149MPa/m，井田中部以北、東北部為相對(duì)安全區(qū)，中南部為突水威脅區(qū)，西南、南部為突水危險(xiǎn)區(qū)。8、10號(hào)煤導(dǎo)水裂隙帶最大高度可達(dá)二疊系下統(tǒng)下石盒子組下部，直接溝通二疊系K、K砂巖含水層與太原組L-431L灰?guī)r含水層，成為下組煤直接充水水源。55）奧陶系巖溶水井田內(nèi)3號(hào)煤大面積奧陶系巖溶水帶壓開(kāi)采，4、8、10號(hào)煤全部帶壓開(kāi)采，奧灰水為礦井間接充水水源。其中上馬家溝組含水層富水性中等—強(qiáng)、局部極強(qiáng)，為煤層下伏最具威脅充水水源。3、4號(hào)煤底板最大突水系數(shù)分別0.037MPa/m、0.041MPa/m，帶壓區(qū)均為相對(duì)安全區(qū)；8號(hào)煤底板最大突水系數(shù)0.071MPa/m，井田中部至北部為相對(duì)采安全區(qū)，南部為突水威脅區(qū)；10號(hào)煤底板最大突水系數(shù)0.098MPa/m，井田北部為相對(duì)安全區(qū)，中部—南部大部分區(qū)域?yàn)橥凰{區(qū)。6）采空區(qū)積水目前，井田及周邊分布上組煤7處采空積水區(qū)暫未發(fā)現(xiàn)老窯水分布。當(dāng)采掘工程揭露或接近采空積水區(qū)時(shí)，會(huì)將采空區(qū)積水引入礦井。

3.2充水通道

1）斷層、陷落柱上組煤采掘過(guò)程中揭露構(gòu)造以小型斷層為主，未發(fā)現(xiàn)陷落柱。推斷5條正斷層其構(gòu)造破碎帶可能成為地下水聚集處，采動(dòng)擾動(dòng)后可能會(huì)成為導(dǎo)水?dāng)鄬?。推?個(gè)疑似小型陷落柱，從鄰礦井下揭露情況推斷井田內(nèi)存在陷落可能性大。2）煤層采動(dòng)頂、底板破壞帶3、4號(hào)煤導(dǎo)水裂隙帶最大高度分別43.2m、52.4m，底板最大導(dǎo)水破壞深度21.2m，4號(hào)煤底板距太原組灰?guī)r頂部21-36m，導(dǎo)水裂隙帶可達(dá)K含水層，可溝通K含水層甚至到達(dá)L含435水層，使得二疊系砂巖裂隙水、太原組灰?guī)r裂隙水進(jìn)入礦井。8、10號(hào)煤導(dǎo)水裂隙帶最大高度分別64.0m、59.6m，可溝通太原組灰?guī)r含水層與K含水層之間的聯(lián)系，局部可達(dá)34號(hào)煤采空區(qū)，成為地下水、采空區(qū)積水進(jìn)入礦井的充水通道；10號(hào)煤底板最大導(dǎo)水破壞深度21.2m，距峰峰組頂界47-65m，在無(wú)導(dǎo)水構(gòu)造、陷落柱的情況下，下組煤底板采動(dòng)破壞深度導(dǎo)通奧灰水可能性小。3）未封閉、封閉不良鉆孔及廢棄井筒上組煤采掘過(guò)程中發(fā)現(xiàn)4個(gè)封閉不良鉆孔，出現(xiàn)漏、滲水現(xiàn)象。礦井采掘過(guò)程中需密切核查廢棄井筒、未封閉及已封閉鉆孔的封閉質(zhì)量情況，防止其成為地表水、地下水與礦井的充水通道。

3.3充水強(qiáng)度

通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)歷年礦井涌水量資料，礦井涌水量呈先增3大后逐漸減小趨勢(shì)，最大涌水量97.5m/h，近3年礦井平均

33涌水量

20.13m/h，最大涌水量28.0m/h，礦井涌水量與降水量、產(chǎn)煤量、開(kāi)掘進(jìn)尺之間的正相關(guān)性較顯著。

4結(jié)論

1）礦井直接充水水源主要為二疊系砂巖裂隙水、石炭系太原組灰?guī)r裂隙水，下組煤開(kāi)采掘最大威脅為上馬家溝組巖溶含水層通過(guò)導(dǎo)水構(gòu)造形成的突水。導(dǎo)水裂縫帶為礦井主要充水通道，其次為構(gòu)造、未封閉和封閉不良鉆孔。2）井田上馬家溝組含水層富水性差異明顯，需加強(qiáng)上馬家溝組含水層水文地質(zhì)條件研究工作，重視隱伏構(gòu)造、陷落柱探查工作。3）石炭系太原組灰?guī)r含水層局部存在相對(duì)富水區(qū)，水害防治以超前探放為主，需密切關(guān)注石炭系上組煤底板涌水情況，防止太原組灰?guī)r裂隙水與瓦斯共同涌出。

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作者：廖華愛(ài) 單愛(ài)位：山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院