王建勇WANG Jian-yong

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)呂梁有限公司地測(cè)與防治水中心，呂梁 032300）

1 工程背景

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)龍峰煤業(yè)有限公司礦井井田屬大陸性半干旱氣候，春季干旱無雨，夏季炎熱多雨，秋季溫度適中，冬季寒冷干燥，風(fēng)向大部分為西北風(fēng)，風(fēng)速3.49-5.20m，多年日平均最高氣溫23℃，最低氣溫-11.0℃，多年平均氣溫10℃，全年無霜期175 天，每年11 月凍結(jié)，翌年4 月中旬解凍。最大凍土深度0.30-0.91m，降水量為450-500mm，大多集中在6-9 月份，年平均蒸發(fā)量1300mm，蒸發(fā)量大于降雨量。井田位于黃河流域，屬汾河水系。區(qū)內(nèi)無常年性流水通過，溝谷中平時(shí)無水，僅雨季有短暫洪水流過。季節(jié)性河流陽(yáng)泉河和虢義河，由西北至東南流經(jīng)本井田中南部，工業(yè)廣場(chǎng)附近最高洪水位標(biāo)高為886-895m。

2 礦井水文地質(zhì)

2.1 含水層

依據(jù)本區(qū)地層發(fā)育狀況及其水文地質(zhì)特征，將本區(qū)劃分為松散巖類孔隙含水層、二疊系山西組砂巖裂隙含水層、石炭系太原組碎屑巖類及碳酸鹽巖類裂隙含水層、奧陶系灰?guī)r巖溶含水層，現(xiàn)由上至下分述如下：

①松散巖類孔隙含水層。第四系中、上更新統(tǒng)主要以砂質(zhì)粘土、粘土、礫石層等組成，沉積厚度2.12-96.45m，平均厚度為60.00m，垂直節(jié)理發(fā)育，易接受大氣降水的補(bǔ)給，含水層位在松散的礫石層中沿下部隔水層面流出，流量約為0.0063-0.231L/s·m，富水性弱-中等，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg 型。

②山西組砂巖裂隙含水層。山西組地層厚57.00-63.00m 平均59.00m，K7 砂巖為其底部界線，巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖及細(xì)粒砂巖等組成，含水層為砂巖裂隙含水層，據(jù)高家莊、羊寨井田山西組、石盒子組混合抽水試驗(yàn)資料，屬弱富水性，滲透系數(shù)0.00485-0.137m/d，鉆孔單位涌水量為0.0042-0.0839L/s·m，富水性弱，上石盒子組較弱，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Mg 類型。根據(jù)2011 年山西省三勘院本井田內(nèi)LS-2 水文孔山西組以上地層抽水資料，混合水位標(biāo)高874.024m，單位涌水量0.0798L/s·m，滲透系數(shù)1.14m/d，水化學(xué)類型HCO3·SO4-Ca·Na 型。pH值7.75，礦化度0.4759g/L，總硬度267.9mg/L。

③石炭系太原組碎屑巖類及碳酸鹽巖類裂隙含水層。太原組厚度80-95m，平均85m。巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、細(xì)粒砂巖及石灰?guī)r等組成，地層中夾有4-6 層石灰?guī)r，其中K2、K3、K4 三層灰?guī)r全井田發(fā)育，層位穩(wěn)定，是太原組9+10+11 號(hào)煤的直接充水含水層。其中K2 灰?guī)r厚度為4.85-11.23m，平均7.55m，屬弱至強(qiáng)富水性。據(jù)高家莊、羊寨井田資料，K3、K4 灰?guī)r其厚度分別為6.60-10.57m 和2.95-3.56m，平均厚度分別為8.62m 和3.29m，裂隙發(fā)育。根據(jù)2011 年山西省三勘院本井田內(nèi)LS-2 水文孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，單位涌水量0.2273L/s·m，富水性中等。滲透系數(shù)0.1706m/d，水位標(biāo)高820.764m，與1956-1958 年高家莊羊寨勘探時(shí)水位相比，水位有所下降，水化學(xué)類型HCO3·SO4-Ca·Na 型。pH 值6.94，礦化度0.4309g/L，總硬度275.5mg/L。

④奧陶系灰?guī)r巖溶含水層該組含水層。主要為奧陶系石灰?guī)r地層，在井田內(nèi)屬埋藏型，從井田西向東埋藏深度逐漸加大，主要巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。巖溶裂隙的發(fā)育程度在水平和垂直方向上都有明顯差異，決定了巖溶含水層富水程度的不均勻性。在垂直方向上，從峰峰組至上馬家溝組，巖溶發(fā)育程度逐漸增強(qiáng)。根據(jù)2011 年山西省三勘院在本井田內(nèi)LS-1 號(hào)水文鉆孔資料，井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高在530-540m 之間，單位涌水量26.01L/s·m，富水性極強(qiáng)，滲透系數(shù)10.9945m/d，水化學(xué)類型為HCO3·SO4-Ca·Na 型，pH 值7.61，總硬度442.9mg/L。

2.2 隔水層

各基巖含水巖組之間泥質(zhì)巖類巖層，均起到隔水作用，使各含水巖組之間無水力聯(lián)系或水力聯(lián)系微弱，為隔水層或相對(duì)隔水層，分述如下。

①中上更新統(tǒng)粘土類隔水層。該隔水層由黃色亞砂土、亞粘土、砂質(zhì)粘土、鈣質(zhì)結(jié)核層組成，厚約0～60m，該隔水層夾在新生界砂、礫層之間，分布穩(wěn)定，隔水性較好。

②石炭系、二疊系含水層間隔水層。該隔水層由泥巖、砂質(zhì)泥巖和煤層組成，厚幾米至幾十米，夾在各砂巖和石灰?guī)r含水層之間構(gòu)成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，起層間隔水作用。

③本溪組和太原組底部隔水層。該隔水層由泥巖、鋁質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖和薄灰?guī)r組成，厚約66.40～70.75m，為奧陶系巖溶裂隙含水層和石炭系石灰?guī)r間夾砂巖裂隙巖溶含水層之間的隔水層，巖性致密，分布穩(wěn)定，隔水性良好。

2.3 井田及周邊地區(qū)老窯水分布狀況

井田內(nèi)采空區(qū)主要分布在井田西部、中、南部。2017 年6 月，山西地寶能源有限公司為本礦進(jìn)行了水患補(bǔ)充調(diào)查工作，本次引用《山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)龍峰煤業(yè)有限公司煤礦水患補(bǔ)充調(diào)查報(bào)告》中采空區(qū)積水的調(diào)查成果，并結(jié)合龍峰煤業(yè)在工業(yè)廣場(chǎng)南部施工一排水孔（鼎峰排水孔）及主斜井穿過2、4、5-2、9+10+11 號(hào)煤層時(shí)未發(fā)現(xiàn)積水情況，作為本次積水區(qū)劃分的依據(jù)。

采空區(qū)積水量[1-2]的估算依據(jù)《煤炭安全手冊(cè)》第五篇礦井防治水中的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行，如下：Q采=（K·M·F）/COSα

其中：Q采-相互連通的各積水區(qū)總積水量（m3）；K-采空區(qū)的充水系數(shù)，以往各煤礦都為倉(cāng)房式或房柱式開采，留有大量煤柱，回采率極低，充水系數(shù)取0.05-0.10；M-采空區(qū)的平均采高或煤厚（m）（采用煤層平均厚度）；F-采空區(qū)積水的投影面積（m2）；α-煤層傾角（°）（一般平均5°）。

井田內(nèi)2 號(hào)煤層積水區(qū)18 處，其中采空積水區(qū)16 處，分布于原鑫泰、鼎峰、龍泉源、坤達(dá)煤礦范圍內(nèi)，原鼎峰煤礦內(nèi)有兩處巷道積水區(qū)，井田內(nèi)2 號(hào)煤層積水面積為2013870m2，積水總量為20.71 萬m3；4 號(hào)煤層采空積水區(qū)7處，分布于原鼎峰、龍泉源、坤達(dá)、敬仁、維安五個(gè)煤礦，積水面積為1354247 萬m2，積水總量為6.79 萬m3；5-2 號(hào)煤層積水區(qū)6 處，其中采空積水區(qū)5 處，分布于原鼎峰、龍泉源、敬仁、維安四個(gè)煤礦，巷道積水區(qū)1 處（原鼎峰煤礦），積水面積為2191983m2，積水總量為13.26 萬m3；9+10+11 號(hào)煤層積水區(qū)8 處，其中采空積水區(qū)6 處，分布于原國(guó)能祥和、維安、安家、勝利、坤達(dá)、鑫泰六個(gè)煤礦，巷道積水區(qū)2 處（原維安、安家），積水面積為2375161m2，積水總量為85.29 萬m3。綜上，井田內(nèi)各煤層積水總量為126.05 萬m3（表1）。

表1 井田內(nèi)各煤層采空區(qū)積水情況一覽表

未來三年采掘過程中，副斜井掘進(jìn)將會(huì)受上部2 號(hào)煤層Q4、Q5 采空積水區(qū)、4 號(hào)煤層Q2 積水區(qū)、5-2 號(hào)煤層Q2 及巷道積水1 區(qū)的影響，回風(fēng)大巷、西主運(yùn)大巷、西輔運(yùn)大巷等將不同程度的受上部2 號(hào)煤層Q2、Q3 采空積水、4 號(hào)煤層Q1 采空積水、5-2 號(hào)煤層Q1、Q2 采空積水的影響，11905 工作面掘進(jìn)中將靠近4 號(hào)煤層Q2、Q3、Q5 積水區(qū)，受5-2 號(hào)煤層Q2 積水區(qū)及9+10+11 號(hào)煤層側(cè)幫Q5積水區(qū)的影響。故采空積水是本礦的主要充水水源，一旦采掘工程揭露發(fā)生突水，后果十分嚴(yán)重。采空積水極有可能成為本礦的透水水源。因此，采掘前必須對(duì)上部及側(cè)幫有影響的采空積水提前做好探放工作后，方可進(jìn)行掘進(jìn)。

2.4 周邊煤礦積水情況

本井田周邊現(xiàn)有兩座生產(chǎn)礦井，即北部的山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)龍山煤業(yè)有限公司礦井和南部的山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)利民煤業(yè)有限公司礦井。各礦井在本井田周邊均有積水，且積水區(qū)多與本礦貫通。經(jīng)調(diào)查積水情況如下：經(jīng)本次調(diào)查估算，周邊利民煤礦2 號(hào)煤層采（古）空區(qū)積水面積約為736512m2，積水量約為11.12 萬m3；周邊鼎峰煤礦4 號(hào)煤層采（古）空區(qū)積水面積約為11724m2，積水量約為1.12萬m3；周邊利民煤礦9+10+11 號(hào)煤層采（古）空區(qū)積水面積約為39247m2，積水量約為2.73 萬m3（表2）。

表2 周邊礦井采空區(qū)積水情況一覽表

這些采空區(qū)均位于現(xiàn)采煤層上部或淺部，采空區(qū)位于煤層上山一帶，從底板等高線上看西北部高，采空區(qū)有積水會(huì)向南東部運(yùn)移積聚。下一步開拓到采空區(qū)附近或下方時(shí)要注意，一定要執(zhí)行經(jīng)審批的探放水措施。而未來三年采掘區(qū)域遠(yuǎn)離周邊礦井，因此，未來三年基本不受周邊采空積水的影響[3-4]。

2.5 礦井充水狀況

2.5.1 礦井涌水量情況

井田內(nèi)重組前的九個(gè)煤礦，2008 年前先后開采2、4、5-2、9+10+11 號(hào)煤層，上組煤層2、4、5-2 號(hào)煤礦已全部采空，9+10+11 號(hào)煤層在礦區(qū)西部、西南部也形成較大面積的采空區(qū)。據(jù)調(diào)查，鼎峰煤業(yè)井下有一處涌水點(diǎn)，涌水量為199m3/d，為煤層頂板水，為此鼎峰煤業(yè)在停產(chǎn)后一直在抽排積水，其余各礦井于2010 年10 月前封閉，井下抽水設(shè)備均在關(guān)閉前拆除。近三年本礦一直處于基建狀態(tài)，基建中礦井將水量及涌水量見表3，近三年最大涌水量與正常涌水量見表4?？梢钥闯?，礦井涌水量與大氣降水的相關(guān)性均較小。

表3 龍峰煤業(yè)降雨量、涌水量統(tǒng)計(jì)表

表4 龍峰煤業(yè)近三年最大涌水量與正常涌水量統(tǒng)計(jì)表

本次利用水文地質(zhì)比擬法[5-6]，根據(jù)周邊煤礦山西孝義利民煤礦礦井涌水量參數(shù)，預(yù)測(cè)開采9+10+11 號(hào)時(shí)的礦井涌水量。公式如下：

式中：Q-預(yù)計(jì)礦井涌水量（m3/d）；Q0-現(xiàn)采礦井實(shí)際排水量（m3/d）；P0-實(shí)際生產(chǎn)能力（萬t/a）；P-設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力（萬t/a）。

原山西孝義利民煤礦實(shí)際生產(chǎn)能力為30t/a，正常涌水量為680m3/d，最大涌水量為750m3/d，采用比擬法計(jì)算當(dāng)本礦井開采9+10+11 號(hào)煤層達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力120 萬t/a 時(shí)，礦井正常涌水量為2720m3/d（113.33m3/h），最大涌水量為3000m3/d（125m3/h）。以上正常涌水量與最大涌水量均不考慮井下探放水的影響，所以在設(shè)置防排水系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合探放水量進(jìn)行必要的調(diào)整。

2.5.2 充水通道

龍峰煤業(yè)礦井充水通道有斷層、陷落柱、導(dǎo)水裂隙帶、封閉不良鉆孔及廢棄井筒，這些導(dǎo)水通道可造成可采煤層頂、底板含水層發(fā)生水力聯(lián)系，造成礦井充水，或?qū)е鹿ぷ髅姹谎汀?/p>

3 結(jié)論

①在回風(fēng)西巷已揭露5 條空巷，后期應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域采空積水的探測(cè)、探放措施。限于目前的探查技術(shù)及其他影響因素，采空區(qū)積水不排除有漏查、漏探的可能，因此，生產(chǎn)中必須嚴(yán)格執(zhí)行“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有掘必探、先探后掘、先治后采”，防止采空區(qū)積水危害礦井安全。同時(shí)，限于采空區(qū)及積水區(qū)調(diào)查的時(shí)效性，礦方需定期對(duì)其采空區(qū)及積水情況進(jìn)行重新調(diào)查圈定。②應(yīng)定期巡查井田周邊尤其是溝谷附近的小窯井口封堵情況，發(fā)現(xiàn)毀壞應(yīng)及時(shí)采取措施重新構(gòu)筑；對(duì)塌陷、滑坡形成的堆積物及時(shí)清理，防止堵塞河道，對(duì)采空形成的地表裂縫及時(shí)填埋。每年雨季前應(yīng)對(duì)地表塌陷、裂縫進(jìn)行全覆蓋調(diào)查，雨季加密巡查，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)治理，確保順利行洪泄洪；雨季期間加強(qiáng)對(duì)地表洪水和井下涌水量變化的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)礦井涌水量變化情況及時(shí)調(diào)整防排水設(shè)施。③井田內(nèi)有些鉆孔可能會(huì)因年代過長(zhǎng)及其它原因?qū)е路舛虏涣?，?dāng)工作面或巷道揭露這些鉆孔后，有可能使不同含水層發(fā)生聯(lián)系，有可能形成導(dǎo)水通道造成水害。因此采掘過鉆孔時(shí)需提前進(jìn)行探查。根據(jù)規(guī)劃情況，采掘前對(duì)富水異常區(qū)應(yīng)加強(qiáng)探測(cè)，有條件時(shí)對(duì)綜放開采“兩帶”發(fā)育高度進(jìn)行觀測(cè)。在主斜井落底時(shí)，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行排水系統(tǒng)的建設(shè)。