淮北煤田袁店二井106采區(qū)水文地質(zhì)條件分析

馬　婧

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊報告編制室，安徽 宿州 234000）

淮北煤田袁店二井106采區(qū)水文地質(zhì)條件分析

馬婧

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊報告編制室，安徽 宿州 234000）

闡述了袁店二井煤礦106采區(qū)的水文地質(zhì)條件、含隔水層狀況、充水情況、突水情況，并估算了礦井的涌水量等等，據(jù)此評價了水文地質(zhì)類型為中等并提出了防治水害的幾點措施。

礦井；涌水量；含水層；袁店

1 采區(qū)范圍

袁店二井煤礦106采區(qū)位于礦井東南部，西南以LWF54-2和LWF54斷層為界與接104采區(qū)；北以LWWF斷層和礦井邊界為界；東以LDF8斷層或-750m等高線為界與108采區(qū)相鄰；南以袁店斷層和礦井邊界為界；呈不規(guī)則8字型，面積約2.18km2。本采區(qū)煤系地層為第四系及第三系松散層覆蓋，平均厚264.50m，地面地勢平坦，沒有大的河流經(jīng)過，但人工溝渠縱橫。

2 水文地質(zhì)工作

2.1工作量

采區(qū)中共利用鉆孔20個，底部取芯孔1個，界面取芯孔19個；3個鉆孔采取10煤層頂?shù)装鍘r石力學樣，其中13-7孔取樣5組，13-9孔取樣6組，14-4孔取樣6組，共計17組。

2.1采區(qū)水文地質(zhì)條件

2.1.1含、隔水層特征

采區(qū)為新生界第四系、新近系松散層覆蓋下的全隱蔽礦床，根據(jù)地下水賦存介質(zhì)特征可劃分為新生界松散層孔隙含水層（組）、二疊系煤系砂巖裂隙含水層（段）、石炭系太原組石灰?guī)r巖溶裂隙含水層和奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）。

1）新生界含、隔水層（組）：據(jù)采區(qū)20個鉆孔資料統(tǒng)計，松散層厚258.70～273.81m，平均264.50m。按剖面對比和巖性組合可分為四個含水層（組）和三個隔水層（組），自上而下有第一含水層（組）、第一隔水層（組）、第二含水層（組）、第二隔水層（組）、第三含水層（組）、第三隔水層（組）、第四含水層（組）。

2）二疊系主要含、隔水層（段）：礦區(qū)主采10煤層，依據(jù)地層巖性組合特征和主采煤層賦存位置、裂隙發(fā)育程度，對煤層開采有影響為為10煤層頂、底板砂巖裂隙含水層（段）和8煤層下隔水層（段）及10煤下至太原組一灰頂隔水層（段）。

3）石炭系含、隔水層（段）：石炭系含、隔水層（段）劃分為太原組石灰?guī)r巖溶、裂隙含水層（段）和本溪組鋁質(zhì)泥巖隔水層（段）。

4）奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）：該礦僅12-觀1孔揭露該層位，揭露厚度為100.12m。巖性為肉紅色致密塊狀性硬隱晶質(zhì)厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。奧灰含水層距離開采煤層較遠，正常情況下對礦坑無直接充水影響。

2.1.2采區(qū)水文地質(zhì)條件類型

10煤上下砂巖裂隙含水層（段），富水性弱，是采區(qū)直接充水含水層；灰?guī)r溶裂隙含水層（段），富水性弱～中等，是其間接充水含水層。10煤層上下砂巖裂隙水和灰?guī)r含水是該采區(qū)防治水工作的重點。按照《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》（GB/12719-91），《煤礦床水文地質(zhì)、工程地質(zhì)勘查評價標準》（MT/T10191-2008），綜合評定該采區(qū)以裂隙含水層為主的礦床，水文地質(zhì)條件屬二類二型。

2.2采區(qū)充水因素分析

1）充水水源，主要有新生界松散層第四含水層（組）；10煤層頂、底板砂巖裂隙含水層（段）；石炭系灰?guī)r、奧灰石灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）；老空區(qū)積水。

2）充水強度，根據(jù)礦內(nèi)資料，近年來主采煤層頂?shù)装迳皫r礦井的涌水量約56m3/h，充水強度弱；石炭系灰?guī)r含水層富水性為弱～中等，本礦雖未曾發(fā)生突水，但其充水強度為中等；老空水，具有來勢猛，破壞性強，危害大的特點，充水性強。

2.3充水途徑

礦井充水的通道主要有：構造裂隙、采動冒落帶裂隙、斷層及未封閉好的鉆孔等。

1）構造裂隙，煤層頂?shù)装迳皫r層（組）發(fā)育多組不同方位裂隙，具有較好的導水性。一般柔性的泥巖構造裂隙發(fā)育較弱，剛性的砂巖構造裂隙較發(fā)育。構造應力集中的部位，較向斜、背斜軸部、較大斷層的兩側、斷層的交匯部位、斷層的尖滅端構造裂隙相對發(fā)育。構造裂隙具有連通性好、充填物少、導水性強的特點，是采區(qū)充水的重要通道，應引起注意。

2）采動垮落帶及導水裂縫帶，煤層在開采中，會破壞頂?shù)装?，形成垮落帶及導水裂縫帶，成為礦井充水的主要通道。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中煤層覆巖內(nèi)為中硬巖層，垮落帶及導水裂縫帶高度計算公式：；， ∑M—煤層累計采厚（m）

分別計算了本采區(qū)20個鉆孔，10煤層的垮落帶及導水裂縫帶最大高度，計算結果見表1。

表1　10煤層頂板垮落帶、導水裂縫帶情況統(tǒng)計表

可以看出：10煤層導水裂隙帶標高為-804.50～-380.60 m，平均-632.50m；導水裂縫帶頂標高達不到松散層四含底界，在留設防水煤柱的情況下，四含水對10煤層開采影響不大。

一般來說，灰?guī)r水進入采區(qū)礦坑的途徑有三種：①高壓灰?guī)r水突破煤層底板進入，特別是在底板較薄的區(qū)段，由于采動時底板造成破壞，底板的有效隔水厚度可能不足以抵抗下伏的高壓水，因此可能導致突水；②灰?guī)r水沿斷裂帶進入礦坑；③采掘揭露或接近導水陷落柱導致突水（本采區(qū)未發(fā)現(xiàn)陷落柱）。煤層開采時，除要預防較大斷層突水、小斷層突水外；同時也要注意預防斷層滯后突水和小斷層連鎖突水。

3）封閉不良的鉆孔，本采區(qū)無封閉不良的鉆孔記錄。

3 采區(qū)涌水量估算

3.1估算范圍、方法及公式

該采區(qū)主要充水水源為10煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水，石炭系灰?guī)r水為其間接充水水源，分水平（-560m以淺、-560～-750m和-750～-900m三個水平）予以估算。估算方法采用地下水動力學公式法及水文地質(zhì)比擬法，以便于相互驗證涌水量估算結果，選擇較合適涌水量，作為采區(qū)排水設計的參考依據(jù)。

1）地下水動力學估算公式

公式中各字母的含義及單位：Q—礦井涌水量（m3/h）；H—承壓含水層隔水層底板至承壓水位的距離，在數(shù)值上H=S（m）；S—水位降低值（m）；K—滲透參數(shù)（m/d）；M—含水層厚度（m）；B—進水廊道長度（m）；h0—含水層底板以上動水位高度，四含水降至其底板或煤系砂巖水降至各煤層底板時，h0=0（m）；R—影響半徑（m）；r0—“大井”引用半徑（m）；R0—“大井”引用影響半徑（m）；F—10煤層匯水面積（m2）；F0—生產(chǎn)采區(qū)匯水面積（m2）；Q0—生產(chǎn)采區(qū)實測礦井涌水量（m3/h）

3.2礦井涌水量估算

3.2.110煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水進入礦井的涌水量

礦井水文地質(zhì)條件分析，井巷開拓時10煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水將直接進入礦坑，10煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層是礦井的直接充水水源。當承壓水頭H值降至含水層底板時，h0=0，地下水處于承壓轉無壓水流狀態(tài)，故估算涌水量時采用承壓～無壓完整井公式。含水層厚度數(shù)據(jù)的確定，考慮了主采煤層開采時頂板裂隙帶高度和底板破壞深度兩個因素。按照《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規(guī)程》中緩傾角、煤層覆巖內(nèi)中硬巖，導水裂隙帶高度計算公式：

估算采區(qū)10煤層開采時導水裂隙帶高度為35.32～54.92m。根據(jù)淮北各礦實際開采資料，煤層底板開采破壞深度在12m左右。故采集含水層厚度數(shù)據(jù)時一般考慮到煤層頂板40m左右，將粗、中、細粒砂巖厚度累加；若該水平上仍為砂巖或隔水層較?。ㄐ∮?m）時，應上推到大于5m的隔水層為止。采集底板含水層厚度時，一般考慮到底板下20m左右，將粗、中、細粒砂巖厚度累加，特殊情況處理方法與頂板相同。前已敘述，淮北各礦生產(chǎn)實際資料，礦井涌水量多數(shù)穩(wěn)定在一水平開拓面積1/2～1/5范圍內(nèi)，其后采區(qū)接替或開拓范圍的增大，而相應的涌水量無明顯的增加，故采區(qū)涌水量的估算面積采用10煤層各水平資源量估算面積的1/2。

1）利用地下水動力學公式法估算采區(qū)涌水量：F值采用10煤各水平儲量估算面積的1/2，即F1=41152m、F2=632602m、F3=219490m、全采區(qū)F=893244m。04-17孔抽水試驗取得的靜止水位標高為17.24m，水頭高度H值采用各水平標高與靜止水位標高17.24m的差值。H1=577.24m、H2=767.24m、H3=917.24m、全采區(qū)H=917.24m。含水層厚度M1=15.89m、M2=20.52m、M3=24.33m、全采區(qū)M=18.82m。滲透系數(shù)采用04-17孔及相鄰袁店一井04-67、檢3孔對10煤層砂巖裂隙含水層段抽水試驗取得滲透系數(shù)的加權平均值，即：

采用上述參數(shù)及公式（1）、（3）、（4）、（5）估算10煤層頂、底板砂巖裂隙水進入采區(qū)的涌水量，結果見表2。

表2　10煤頂、底板砂巖裂隙含水層涌水量估算結果表

2）水文地質(zhì)比擬法估算采區(qū)涌水量；①比擬條件。臨近的袁店一礦102采區(qū)水文地質(zhì)條件與本采區(qū)水文地質(zhì)條件基本相似，故采區(qū)涌水量用袁店一礦102采區(qū)實測涌水量進行比擬。②比擬參數(shù)的選擇袁店一礦102采區(qū)實測正常涌水量50 m3/h，最大涌水量72m3/h；水位降低S=762.15m，采區(qū)匯水面積約230 000m2。本采區(qū)水位降深S和面積選取與公式法相同。

利用上述參數(shù)及公式（6）估算采區(qū)正常涌水量和最大涌水量，估算結果見表3。

表3　水文地質(zhì)比擬法估算礦井涌水量結果表

3）石炭系灰?guī)r巖溶裂隙含水層可能涌水量估算，當工作面開拓因斷層影響使主采煤層與太灰間距縮短或“對口”，可能引起石炭系灰?guī)r水突入礦井，根據(jù)淮北各礦實際情況，工作面底板突水多發(fā)生在工作面初次來壓后，工作面初次來壓步距一般為20m，故底板突水面積一般采用工作面長a=30m，寬b=15m。

滲透系數(shù)采用04-07、07-9、09觀3孔抽水試驗取得的滲透系數(shù)的加權平均值，即：

石炭系灰?guī)r厚度采用1-4灰厚度平均值，M=21.34m。09觀3和11-觀1兩孔2014年1月10日測得水位標高的平均值為13.45m，水位降低值采用灰?guī)r水位標高與各水平平均標高的差值，S1=573.45m、S2=763.45m、S3=913.45。采用上述各參數(shù)及公式（3）估算太灰的可能涌水量，估算結果見表4。

3.2.2礦井涌水量估算結果評述

采用地下水動力學法估算全采區(qū)正常涌水量為91m3/h；采用水文地質(zhì)比擬法估算全采區(qū)正常涌水量為101m3/h，最大涌水量為146m3/h。兩種方法估算的涌水量結果相差不大，采區(qū)涌水量估算公式和參數(shù)選擇合理，基本符合采區(qū)水文地質(zhì)資料反映的規(guī)律，特別是水文地質(zhì)比擬法充分考慮了采區(qū)生產(chǎn)中反映的開采方法、開采強度、開采面積等諸多因素及涌水量變化的規(guī)律等，估算的采區(qū)涌水量更為可靠。建議采用水文比擬法公式估算的全采區(qū)正常涌水量101m3/h和最大涌水量146m3/h，作為采區(qū)排水設計的參考依據(jù)。估算石炭系灰?guī)r巖溶裂隙含水層（段）的可能涌水量一水平為388m3/h，二水平為504m3/h，三水平593 m3/h。石炭系灰?guī)r溶裂隙含水層（段）的可能涌水量不作為礦井正常涌水量亦不作為最大涌水量，僅為預防太灰突水時參考。

4 采區(qū)主要水害及防治措施

4.1采區(qū)主要水害

根據(jù)采區(qū)水文地質(zhì)條件，結合建井及采采掘過程中礦井涌（突）水情況分析，本采區(qū)今后開采可能誘發(fā)或加劇的主要水文地質(zhì)問題有：10煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水，煤層底板灰?guī)r巖溶裂隙水、斷層導水、老空區(qū)積水水害。今后隨著礦井開采水平的不斷延深，10煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水的危害但程度會逐漸弱，但老空區(qū)積水的危害會越來越顯著，太原組及奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙水壓會越來越大，突水系數(shù)變大，其危害程度會逐漸增加。

表4　太灰?guī)r溶裂隙含水層的可能涌水量估算結果表

4.2防治水措施

礦井防治水工作要堅持“預測預報，有疑必探，先探后掘，先治后采”的原則，落實“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。遵循“預測預報、超前探查、綜合治理、安全評估、驗收審批”的二十字防治水工作程序，構建“管理、投入、科研、培訓”并重的防治水安全保障體系。

1）主采煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水水害防治技術措施。在可能存在砂巖裂隙富水的塊段，對工作面頂?shù)装暹M行瞬變電磁法勘探，查明頂、底板的相對富水區(qū)。對物探確定的導水裂隙帶范圍內(nèi)的砂巖含水層富水異常區(qū)，工作面回采前應施工探放水鉆孔，進行鉆探驗證和超前疏放。

2）太原組巖溶溶隙水害防治措施。①疏降開采；②超前物探；③注漿加固與改造。

3）斷層水害防治措施：①采掘工程接近落差較大斷層時要采取超前探測措施，核準斷層的位置、產(chǎn)狀及其展布情況，重新計算斷層煤柱的尺寸，及時修改設計。②井巷通過導水或可能導水的斷層前，必須在工作面或巷道迎頭采用施工探水孔及瞬變電磁勘探超前查明其富水性。③嚴格控制斷層面的展布方向，核準斷層產(chǎn)狀、性質(zhì)、分析斷層帶的富（導）水性及與采掘工作面的空間幾何關系。

4）老空水害防治措施：①查明老空積水范圍、空間位置、積水量和水壓，在采掘工程圖上標出，并外推30m圈出老空積水區(qū)的探水線，采取超前探放水。②探放老空積水時，要制定預防有害氣體溢出傷人的專門措施。

5 存在問題與建議

1）采區(qū)內(nèi)10煤為中等變質(zhì)程度煤層，煤層埋藏較深，且鄰近礦井瓦斯含量較高，采掘過程中應加強對瓦斯的監(jiān)測與防護措施，并按相關規(guī)定測定瓦斯質(zhì)量參數(shù)，充分認清瓦斯賦存規(guī)律。

2）生產(chǎn)期間應加強對10煤層底板灰?guī)r水的研究與治理工作。

Hydrogeology of No.2 Shaft in the Yuandian Block, Huaibei Coalfield

MA Jing
(No.3 Geological Team, Anhui Bureau of Coal Geology, Suzhou, Anhui 234000)

The present paper expounds hydrogeological conditions such as aquifuge features, filling water and water inrush of aquifer as well as estimation of mine inflow in No.106 mining area of No.2 Shaft in the Yuandian Block, Huaibei Coalfield, assesses its hydrogeological type and puts forward some measures of prevention and control of water disaster.

mining shaft; mine inflow; aquifer; Yuandian

P641.4+1

A

1006-0995（2016）02-0284-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2016.02.025

2015-03-16

馬婧（1982-），女，安徽宿州人，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查