萬紅麗

(山西省煤炭工業(yè)廳煤炭資源地質(zhì)局，山西 太原 030045)

通合煤礦位于山西省鄉(xiāng)寧縣棗嶺鄉(xiāng)可澗村一帶，行政區(qū)劃歸鄉(xiāng)寧縣棗嶺鄉(xiāng)管轄。礦井位于呂梁山南端，總體地形為中部高東西低。區(qū)內(nèi)地形切割較為強烈，黃土沖溝發(fā)育，主要山梁走向為近東西向，屬中低山區(qū)。

通合煤礦采用斜井開拓方式，現(xiàn)采煤層為2號煤層。設(shè)有主斜井、副斜井、回風斜井3個井筒，在副斜井井底設(shè)1套主排水設(shè)備，可以滿足排水需求。

井田內(nèi)黃土沖溝較發(fā)育，均屬季節(jié)性河流，平常無水，汛期可達200 m3/d。因地形陡峭、水力坡度較大，地表水排泄條件好，洪峰一泄而去。井田中部近南北向的山梁形成一道自然分水嶺，分水嶺以西地表水往北西匯入可澗河，可澗河往南西約5 km匯入黃河，以東地表水匯入青石峪河，青石峪河往南西至河津清澗鎮(zhèn)匯入黃河。

奧陶系中統(tǒng)的石灰?guī)r在井田東部外圍大面積出露，為裸露巖溶區(qū)，巖溶發(fā)育，直接受降水補給，同時也受河水和沖擊層潛水補給，富水性較弱，奧灰水流向東。

太原組、山西組含水層側(cè)向補給，順巖導(dǎo)向徑流排泄，部分則由礦坑抽水排泄。

第四系孔隙含水層、受降水、溝谷排水補給外，同時又以泉和下滲形式補給河水和下伏基巖。排泄方式主要沿地形溝谷流入下游水系。

1 礦井水文地質(zhì)條件

1．1 含水層

礦井內(nèi)的含水層根據(jù)巖性、地下水水力性質(zhì)及埋藏條件等，劃分為4個主要含水層。

1)第四系砂礫層孔隙潛水含水層。

分布在山澗河谷地帶，巖性為灰白色砂質(zhì)黏土、亞黏土砂礫層及礫石層，厚度變化不大，層位不穩(wěn)，滲水性及含水性均好。易接受大氣降水和地表水補給，但厚度不大，不易形成強含水層。據(jù)107號鉆孔抽水試驗結(jié)果：第四系砂礫層厚2．33 m，靜止水位深度2．70 m，靜止水位標高 765．06 m，涌水量 2．112 L/s，單位涌水量0．906 L/s·m，影響半徑40 m，K值68．7 m/d，對淺部煤層有充水影響。受黃河水影響，井田西部邊緣地帶可能成為富水性中等～強的孔隙含水層。

2)上石盒子組底部(K10)砂巖及下石盒子組(K9、K8)砂巖裂隙含水層。

K10砂巖層位較穩(wěn)定，多呈透鏡體，巖性為黃綠色、淺灰綠色中～細粒厚層狀石英長石砂巖，局部含小礫。由于埋藏淺，風化裂隙及節(jié)理發(fā)育。K9、K8砂巖為山西組煤層直接充水含水層，巖性為灰白色、灰綠色、黃綠色厚層狀石英長石砂巖，多為鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙稍發(fā)育。據(jù)1025號鉆孔抽水試驗結(jié)果：靜止水位深度47．65m，靜止水位標高751．61m，涌水量0．005 L/s，單位涌水量 0．000 2 L/s·m，影響半徑 5．85 m，若處在風化裂隙帶與含水層溝通帶，將成為中等含水性含水層。

3)太原組(K4、K3、K2)石灰?guī)r巖溶裂隙含水層。

K4石灰?guī)r為7號煤直接充水含水層，平均厚5 m左右。深灰色，致密、塊狀，裂隙較發(fā)育。K3石灰?guī)r為8號煤直接頂板，平均厚4 m左右。淺部地帶裂隙較發(fā)育，隨埋深增加裂隙發(fā)育程度變差。K2石灰?guī)r為10號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，巖性為深灰色，致密、堅硬、性脆石灰?guī)r，巖溶裂隙不太發(fā)育，通常含燧石層及透鏡體。厚1．20～10．70 m，平均厚6．24 m。據(jù)王家?guī)X精查勘探資料，單位涌水量 0．000 4 ～0．102 L/s·m，水位標高 577．73～799．96 m，屬弱富水性巖溶裂隙含水層。

4)峰峰組石灰?guī)r巖溶含水層。

巖性以厚層狀石灰?guī)r為主，局部為泥質(zhì)灰?guī)r，巖溶裂隙不甚發(fā)育，富水性較弱，鉆孔抽水試驗單位涌水量為0．000 5～0．006 L/s·m。據(jù)井田東側(cè)1025號鉆孔揭露奧灰334．95 m，孔底標高低于禹門口黃河最低水位80．99 m，所見奧灰?guī)r性為致密塊狀，質(zhì)較純，裂隙被方解石充填?？咨?10．52～423 m見有直徑10～20 mm的小溶洞，但有方解石充填現(xiàn)象，抽水試驗單位涌水量只有0．002 L/s·m，水位標高689．60 m，屬峰峰組含水層滯水地帶，其資料僅供參考。據(jù)2008年11月山西省第二地質(zhì)工程勘查院于毛則渠煤礦洗煤廠施工的供水井資料，其所揭露的奧灰?guī)r溶水水位標高為522 m，涌水量45 m3/h，表明奧灰含水性弱，但由東向西隨著黃河排泄基準點的靠近，含水性逐步增加，故該含水層屬弱～中等富水性巖溶含水層。

該水井距本井田東部邊界約3 200 m，由此推斷本井田奧灰水水位標高為487～500 m。

1．2 隔水層

井田內(nèi)主要的隔水層有：

1)2號煤層之上層段隔水層。

在2號煤層之上的下石盒子組及上石盒子組地層中均沉積有隔水性能良好的泥巖、粉砂巖等巖層，正常情況下可阻隔地表水、第四系潛水、承壓水及基巖風化帶含水層的地下水。

2)10號煤層至2號煤層之間層段隔水層。

其間為泥巖、粉砂巖、鋁質(zhì)泥巖等隔性能良好的巖層，正常情況下可阻隔太原組石灰?guī)r含水巖組的地下水與2號煤層之上含水層地下水之間的水力聯(lián)系。

3)12號煤層底至中奧陶面層段隔水層。

其間的泥巖、鋁質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖致密細膩，具有良好的隔水性能，正常情況下可阻隔上部含水層地下水與奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r地下水之間的水力聯(lián)系。

2 礦井充水因素分析

2．1 充水水源

1)地表水體、大氣降水對礦井開采的影響。

井田內(nèi)“V”字型溝谷切割強烈，給地表水的排泄創(chuàng)造了良好的條件，地表水很快流失，使地下水受大氣降水的補給甚小?？傮w來說，井田內(nèi)地表水對礦井開采的影響不大。井田西部瀕臨黃河，含水層受黃河水補給的可能性較大，從而對礦井開采產(chǎn)生影響。

2)構(gòu)造對礦井充水作用和影響。

井田內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)一條落差5 m的小斷層，對井田水文地質(zhì)條件不會有明顯影響。

3)含水層對煤層開采的影響。

綜合本區(qū)各含水層與開采煤層的關(guān)系，對礦井開采有直接充水影響的主要有：

a)K8砂巖為2號煤層直接充水含水層，巖性為灰白色、灰綠色、黃綠色厚層狀石英長石砂巖，多為鈣質(zhì)膠結(jié)，裂隙稍發(fā)育。對礦井開采具有一定的影響。

b)K2石灰?guī)r為10號煤層直接充水含水層，也是太原組的主要含水層，巖性為深灰色，致密、堅硬、性脆石灰?guī)r，巖溶裂隙不太發(fā)育，通常含燧石層及透鏡體。厚1．20 ～10．70 m，平均厚6．24 m。屬弱富水性巖溶裂隙含水層，對礦井開采具有一定的影響。

c)O2f石灰?guī)r含水層：為下組煤層的底板間接含水層，富水性中等。井田內(nèi)各煤層均不存在帶壓開采。

4)奧灰水對煤層開采的影響。

本井田奧灰水位標高為487～500 m，井田內(nèi)最下部12號煤層最低底板標高550 m，奧灰水位于12號煤層底板之下，因此井田內(nèi)2、10、12號煤層為不帶壓開采煤層，奧灰?guī)r溶地下水不會對各煤層開采形成威脅。

2．2 充水通道

煤層及其附近雖然有水體存在，但只有通過某種通道，它們才能進入采煤巷道形成礦井涌水，充水通道可以根據(jù)形成因素分為自然通道及人工通道。巖層裂隙及空隙帶、巖溶陷落柱、斷層等屬于自然通道;煤層采后頂板冒裂帶、底板破裂、及封閉不良鉆孔等屬于人工通道。

1)斷層的導(dǎo)水性。

本井田發(fā)育1條斷層，有少量滲、涌水現(xiàn)象，說明斷層破碎帶富集一定的水量。當井巷開拓至斷層破碎帶時，礦井涌水將明顯增加。

2)封閉不良的鉆孔。

封閉不良鉆孔是典型的人類活動所留下的點狀垂向?qū)ǖ?，該類?dǎo)水通道的隱蔽性強，垂向?qū)畷惩?，不僅使垂向上不同層位的含水層之間發(fā)生水力聯(lián)系，而且當井下采礦活動揭露或接近鉆孔時。產(chǎn)生突發(fā)性突水事故。由于封閉不良鉆孔在垂向上串通了多個含水層，所以一旦發(fā)生該類導(dǎo)水通道的突水事故，不僅突水初期水量大，而且有比較穩(wěn)定的補給量。本井田在煤田勘探過程施工了一些鉆孔，在施工后鉆孔得到了封閉;但部分鉆孔由于技術(shù)設(shè)備、材料質(zhì)量、施工條件、技術(shù)和生產(chǎn)需求及歷史背景等原因，未封孔或封孔質(zhì)量較差。

3)采動裂隙帶。

該礦設(shè)計采用綜采設(shè)備放頂煤，開采面積較以往房式采煤方法明顯增大，煤層開采后地表洪水能否影響井下開采取決于垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶能否到達地表。

井田2號煤層開采后地表河流水是否向礦井充水，可根據(jù)三下采煤規(guī)程水體下緩傾斜煤層開采時垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶高度計算公式覆巖巖性中硬、堅硬，選用以下公式進行計算：

垮落帶高度(HC)計算公式：

HC=100M/(4．7M+19)+2．2

導(dǎo)水裂隙帶高度(HLI)計算公式：

HLI=100M/(1．6M+3．6)+5．6 或 Hf=20 ×M1/2+10

2號煤層最大厚度為7．48 m。經(jīng)計算，2號開采后垮落帶高度為11．61～16．01 m，導(dǎo)水裂隙帶高度HLI=42．45～53．65 m，或 HLI=64．70 m。2 號煤層在井田內(nèi)溝谷一帶埋藏深度100～200 m，扣除蓋層厚度10～50 m及基巖風化帶深度60 m，因此，地表水對2號煤層開采有影響。

2．3 礦井涌水量

各煤層主要充水水源為頂板砂巖或石灰?guī)r裂隙水，根據(jù)生產(chǎn)礦井及鄰近生產(chǎn)礦井調(diào)查，礦井涌水以頂板淋水為主，局部有裂隙縫出水。礦井水經(jīng)排水渠流到水倉，排水量測量方法為泵量乘以排水時間。礦井涌水量的變化與降雨量有關(guān)，在井田東部煤層埋藏較淺地段，風化裂隙較發(fā)育，導(dǎo)致礦井涌水量在雨季有所增大。

本次根據(jù)礦井生產(chǎn)能力預(yù)算各煤層涌水量。原煤礦礦井生產(chǎn)能力為25萬t/a，礦井正常涌水量720 m3/d，最大涌水量840 m3/d。現(xiàn)礦井生產(chǎn)能力為90萬t/a，根據(jù)富水系數(shù)比擬法，現(xiàn)正常涌水量2 592 m3/d，最大涌水量3 000 m3/d。

3 礦井水文地質(zhì)類型劃分

根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，從井田水文地質(zhì)條件和井巷充水特征出發(fā)，根據(jù)礦井及其周邊是否存在老空積水、礦井受采掘破壞影響的含水層性質(zhì)和富水性及補給條件、礦井涌水和突水分布規(guī)律及水量大小、煤礦開采受水害威脅程度以及防治水工作難易程度等，把礦井水文地質(zhì)劃分為簡單、中等、復(fù)雜、極復(fù)雜四種類型，據(jù)此對本井田今后3年采掘2號煤層的水文地質(zhì)類型進行劃分。

3．1 受采掘破壞和影響的含水層

2號煤層的直接充水含水層為K8砂巖，據(jù)1025號鉆孔抽水試驗結(jié)果：靜止水位深度47．65 m，靜止水位標高751．61 m，涌水量 0．005 L/s，單位涌水量0．000 2 L/s·m，影響半徑5．85 m。若處在風化裂隙帶與含水層溝通帶，將成為中等含水性含水層。2號開采后可直接勾通K8砂巖含水層，K8砂巖富水性中等，使K8砂巖含水層直接向礦井產(chǎn)生充水影響。按照《規(guī)定》第一分類依據(jù)，屬中等類。

3．2 礦井及周邊老窯水分布狀況

據(jù)礦井在生產(chǎn)過程中調(diào)查，2號煤層積水區(qū)11處，積水總面積402 033 m2，積水量540 460 m3;周邊2號煤層采(古)空區(qū)分布3處積水區(qū)，積水量263 700 m3，井田的北部有2號煤層的積水區(qū)對本井田的開采影響較大，按照《規(guī)定》第二分類依據(jù)，屬中等類。

3．3 礦井涌水量

整合后的礦井生產(chǎn)能力為90萬t/a，礦井開采2號煤層時的正常涌水量2 592 m3/d，即108 m3/h;最大涌水量為3 000 m3/d即125 m3/h，遠小于分類標準180 m3/h和300 m3/h。按照《規(guī)定》第三分類依據(jù)，屬簡單類。

3．4 突水量

該礦從建設(shè)到生產(chǎn)未發(fā)生透水事故，也未發(fā)現(xiàn)突水點。但原棗嶺鄉(xiāng)凡水渠煤礦于2007年7月5日發(fā)生2號煤層在巷道掘進時發(fā)生上分層采空區(qū)突水事故，造成8人死亡，有突水預(yù)兆，突水量總約4 000 m3，延續(xù)2天時間排完，單位突水量約400 m3/h。按照《規(guī)定》第四分類依據(jù)，屬中等類。

3．5 開采受水害影響程度

2號煤層采空區(qū)積水是2號煤層開采主要水害，由于2號煤層以往開采的巷道、采空區(qū)及上分層采空區(qū)資料記錄不全，已有的巷道、采空區(qū)資料也不準確，且積水量大，因此，2號煤層開采受2號煤層采空區(qū)積水水害影響，總體認為采掘工程受水害影響。按照《規(guī)定》第五分類依據(jù)，屬中等類。

3．6 防治水工作難易程度

針對本礦礦井水文地質(zhì)特征，按照《煤礦防治水規(guī)定》要求，做好井上、井下水文地質(zhì)和防治水工作，重點做好對采空區(qū)積水、構(gòu)造水、地表水的防探工作。防治水工作的重點，嚴格執(zhí)行“預(yù)測預(yù)報、有掘必探、先探后掘、先治后采”的防治水制度。做好防水、探水、疏防及排水工作。按照《規(guī)定》第六分類依據(jù)，屬簡單類。

綜合以上闡述，按分類依據(jù)就高不就低的原則，建議本礦開采2號煤層，礦井水文地質(zhì)類型定為中等類。

4 結(jié)論

1)通合煤礦開采2號煤層主要受本井田及周邊井田采空區(qū)積水的影響，礦井水文地質(zhì)類型為中等類型。

2)在今后生產(chǎn)過程中一定要采用物探方法及鉆探驗證進一步查清，加強探放水工作，預(yù)防采空區(qū)透水事故。

3)根據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》第13條，礦井水文地質(zhì)類型應(yīng)當每3年進行重新確定。當發(fā)生重大突水事故后，礦井應(yīng)當在1年內(nèi)重新確定本單位的水文地質(zhì)類型。

［1］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局．煤礦防治水規(guī)定［M］．北京：煤炭工業(yè)出版社，2009：4－11．

［2］ 吳玉華，張文泉，趙開全．礦井水害綜合防治技術(shù)研究［M］．北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009：1－30．

［3］ 中華人民共和國國土資源部．DZ/T0215－2002煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范［S］．北京：地質(zhì)出版社，2002．