礦井水文地質(zhì)類型劃分研究

杜竹林琪

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

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礦井水文地質(zhì)類型劃分研究

杜竹林琪

(山西省煤炭地質(zhì)水文勘查研究院，山西 太原 030006)

結(jié)合某礦井的水文地質(zhì)條件，分析了該礦井含水層、隔水層、充水條件、水力聯(lián)系等情況，研究了其水文地質(zhì)特征及礦井防治水工作，并根據(jù)相關(guān)規(guī)定，對(duì)礦井水文地質(zhì)類型進(jìn)行劃分，指出該礦井水文地質(zhì)類型屬于中等類型，但亦應(yīng)加強(qiáng)探放水以及水文地質(zhì)觀測(cè)工作，保證礦井生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

礦井，水文地質(zhì)條件，涌水量，防治水

0 引言

我國(guó)作為典型的多煤、少油、少氣國(guó)家之一，長(zhǎng)期以來(lái)煤炭一直是推動(dòng)國(guó)家現(xiàn)代化發(fā)展的基礎(chǔ)能源，根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)煤炭在我國(guó)能源使用總占比中達(dá)50%以上。但是我國(guó)煤炭資源的廣泛分布也使得煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，類型繁多的礦井水文地質(zhì)災(zāi)害成為威脅井下生產(chǎn)作業(yè)安全的主要因素之一。鑒于各個(gè)礦區(qū)水文地質(zhì)狀況的千變?nèi)f化，如何實(shí)現(xiàn)礦區(qū)水文地質(zhì)環(huán)境的有效勘測(cè)，成為指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)防治水，保障回采安全的關(guān)鍵所在。目前我國(guó)針對(duì)礦井水文地質(zhì)類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)早已制定多年，并先后經(jīng)歷了多次的修訂完善，但在現(xiàn)階段各大礦區(qū)水文地質(zhì)類型劃分作業(yè)中，部分指標(biāo)存在工程師個(gè)人界定明顯的現(xiàn)象，導(dǎo)致最終判定結(jié)果客觀性不足，鑒于此進(jìn)一步針對(duì)礦井水文地質(zhì)類型劃分展開(kāi)分析研究，進(jìn)一步細(xì)分相關(guān)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，便成為后續(xù)相關(guān)研究的重中之重。

1 工程概述

某礦井井田位于一丘陵地帶，整體地勢(shì)東南高西北低，且有明顯的地勢(shì)起伏。區(qū)域內(nèi)有河流穿過(guò)井田，地區(qū)氣候?qū)儆诒睖貛О霛駶?rùn)季風(fēng)區(qū)。根據(jù)已有的地質(zhì)勘探資料得到，井田范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，地層整體呈向斜構(gòu)造，局部有小的短軸褶曲分布。礦區(qū)范圍內(nèi)有3組含煤地層，分別為太原組和山西組；煤層產(chǎn)狀較為穩(wěn)定，平均厚度在6.12 m。目前，-505水平和-850水平基本已開(kāi)采完畢，現(xiàn)階段主采3號(hào)煤層。根據(jù)已完成水平的開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，3號(hào)煤層可能造成頂?shù)装逋凰绊?，水量預(yù)計(jì)在3 m3/h～8 m3/h，但由于上兩個(gè)水平開(kāi)采中的探放作用，-1 030 m水平開(kāi)采水量不大，且受地表水影響較小，因此，礦井水文地質(zhì)條件亦屬于簡(jiǎn)單型。

2 礦井水文地質(zhì)條件

2.1 水文地質(zhì)概況

井田范圍內(nèi)的含水層主要有4層，其充水特性見(jiàn)表1。礦井的主要隔水層有5組，其分別為第四系下部巖層、石盒子組、下二疊統(tǒng)黑山段巖層、山西組與三灰?guī)r之間隔水層以及17號(hào)煤與奧灰水之間的隔水層組。井田所屬煤系地層中，寒武系灰?guī)r在地表有較大面積的出露，地表水源會(huì)通過(guò)其向地下滲入，并通過(guò)斷層向其他含水層進(jìn)行水源補(bǔ)給。同時(shí)，由于第四系下部隔水層厚度不一，加上工程擾動(dòng)等因素使得其隔水性有差別，部分第四系水會(huì)發(fā)生下滲。而地下水的排泄主要是泉水涌出和地下水抽排，近幾年由于地下水開(kāi)采強(qiáng)度增加，人工排泄逐漸成為區(qū)域地下水的主要排泄途徑。

表1 礦井主要含水層及其特性

2.2 礦井充水因素

井田周圍并不存在老窯積水，且礦井生產(chǎn)采用條帶式開(kāi)采，故礦井在未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)受老窯、老空積水影響。煤層直接充水層有3組，分別為煤層頂?shù)装迳皫r裂隙含水層以及太原組三灰?guī)r溶裂隙含水層。礦井的充水通道有多種，包括斷層、采動(dòng)裂隙、封閉不良的鉆孔以及巖溶陷落柱等，不同形式的導(dǎo)水通道的導(dǎo)水性存在差異。受開(kāi)采條件的影響，斷層、采動(dòng)裂隙以及封閉不良的鉆孔的導(dǎo)水性較弱，對(duì)采掘活動(dòng)的影響較小，但仍需做好探查與預(yù)防工作?，F(xiàn)階段對(duì)井田內(nèi)陷落柱探測(cè)程度不夠，其是礦井生產(chǎn)主要的安全隱患。

3 礦井水文地質(zhì)特征

3.1 礦井涌水量

經(jīng)過(guò)3號(hào)煤層初期投產(chǎn)實(shí)驗(yàn)得到，礦井涌水量以頂板涌水為主，其他還包括底板砂巖涌水和三灰涌水，其中三灰涌水量所占比重最小。工作面布置采用條帶式布置，巷道掘進(jìn)會(huì)穿過(guò)三灰含水層，形成補(bǔ)水通道，需重點(diǎn)考慮三灰涌水情況。下階段所開(kāi)采33采區(qū)水文地質(zhì)條件與初期較為類似，而其煤層開(kāi)采埋深較大，以就高不就低的原則，預(yù)計(jì)礦井的正常涌水量為208.7 m3/h，最大值為292.20 m3/h。根據(jù)以往開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)得出，三灰含水層富水性極不均勻，遇到斷層構(gòu)造其涌水量可能突然增加；同時(shí)，以往三灰含水層揭露時(shí)，涌水主要為靜儲(chǔ)量，但初期涌水量較大，需做好預(yù)防和探放水工作。

3.2 采掘活動(dòng)受水害影響

礦井開(kāi)采過(guò)程中發(fā)生過(guò)不同規(guī)模的突水現(xiàn)象，包括頂板砂巖突水、底板砂巖裂隙含水層突水以及三會(huì)巖溶突水。根據(jù)歷次突水?dāng)?shù)據(jù)得到，礦井年平均正常涌水量在79.05 m3/h，最大用水量為143.2 m3/h。抽水實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3號(hào)煤頂?shù)装搴腿液畬拥膯挝挥克糠謩e為0.72×10-3L/(s·m)，0.016 L/(s·m)，突水點(diǎn)不超過(guò)60 m3/h。同時(shí)，對(duì)煤層地下水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，得出該水平地下水礦化程度較低，水流并不通暢，這也說(shuō)明3號(hào)煤層地下水主要為靜儲(chǔ)量，或地下水補(bǔ)給條件不良。

現(xiàn)階段主采煤層埋深超過(guò)1 000 m，且上水平抽放采空區(qū)積水較為徹底，因此，本煤層開(kāi)采受老窯積水影響程度較低。但由于煤層回采采用條帶式開(kāi)采，工作面沿著傾向布置，在回采下部采區(qū)時(shí)可能存在一定積水。而根據(jù)密閉觀測(cè)孔觀測(cè)得出，孔內(nèi)并未出現(xiàn)涌水，積水空間與水量十分有限，故不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成影響，礦井開(kāi)采受水害影響程度中等。

3.3 防治水難易程度

3號(hào)煤層頂?shù)装鍡l件良好，地下水經(jīng)上兩個(gè)水平探放，本煤層頂?shù)装逅枯^小，故不會(huì)對(duì)煤層開(kāi)采較大造成較大的影響。但需注意，在工作面推進(jìn)斷層的過(guò)程中，需要做好斷層破碎帶的抽排疏防工作，由于斷層帶與上部采空區(qū)有一定的導(dǎo)通性，故其工作量較大。而由于上方采空區(qū)積水排放較為徹底，3號(hào)煤層中斷層導(dǎo)水性并不強(qiáng)。同時(shí)，現(xiàn)有勘探技術(shù)較為先進(jìn)，故工作面過(guò)斷層不會(huì)造成較大影響。

對(duì)于封閉不良鉆孔，在采掘過(guò)程中接近時(shí)需要圈定探水線，并做好相應(yīng)的探水作業(yè)，整體任務(wù)量較小。而對(duì)于開(kāi)采過(guò)程中揭露的陷落柱，其全貌并未完全揭露，但已揭露的情況顯示并未對(duì)安全開(kāi)采造成較大影響，需要在后期對(duì)其發(fā)育規(guī)律進(jìn)行進(jìn)一步研究。在特殊情況下，可采取綜合物探技術(shù)對(duì)其進(jìn)行勘探，保障礦井安全生產(chǎn)。綜合分析得到，礦井防治水難度不大，易于開(kāi)展防治水工作，防治水難度屬于中等。

4 礦井水文地質(zhì)類型劃分

按照煤礦防治水規(guī)定，結(jié)合上述分析結(jié)果，對(duì)該礦井水文地質(zhì)類型進(jìn)行劃分如下：

1)礦井現(xiàn)階段主采煤層有3層，且煤層頂?shù)装寰鶠楹畬?，包括頂?shù)装宓纳皫r和灰?guī)r巖溶裂隙含水層。經(jīng)初期水文地質(zhì)勘察以及生產(chǎn)揭露驗(yàn)證，井田范圍內(nèi)的含水層均為弱含水層，水源補(bǔ)給條件較差。頂?shù)装搴畬雍腿規(guī)r溶裂隙含水層的單位涌水量分別為0.000 723 L/(s·m)，0.015 68 L/(s·m)，均不超過(guò)0.1 L/(s·m)，因此，判定此項(xiàng)屬于簡(jiǎn)單類型。

2)礦井生產(chǎn)開(kāi)采還受到老窯積水的影響，包括-850 m水平以下的采空區(qū)積水和周邊老窯水(含水量最大的為單家村礦采空區(qū)積水)，但此積水水量有限，且位置、范圍、產(chǎn)狀等都已探明，因此判定老窯積水項(xiàng)屬于中等。

3)結(jié)合礦井勘探結(jié)果，通過(guò)礦井涌水量計(jì)算，得到礦井預(yù)計(jì)的正常涌水量在208.8 m3/h，最大值不超過(guò)292.20 m3/h，此項(xiàng)屬于簡(jiǎn)單類型。

4)根據(jù)礦井揭露的現(xiàn)有突水點(diǎn)數(shù)據(jù)情況分析，礦井最大突水量為58.86 m3/h，不超過(guò)60 m3/h，礦井突水點(diǎn)情況屬于簡(jiǎn)單類型。

5)礦井自建井到投產(chǎn)階段，所揭露的陷落柱僅有一處。但由于此陷落柱位置較為特殊，可能會(huì)對(duì)礦井正常生產(chǎn)造成影響。因此，判定屬于中等型。

6)礦井防治水工作難度較小，但由于礦井水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，因此，礦井防治水屬于中等。

綜上分析可知，在礦井煤炭開(kāi)采過(guò)程中，除第一、第三和第四項(xiàng)屬于簡(jiǎn)單型，其余均為中等型。以最高等級(jí)來(lái)衡量礦井水文地質(zhì)類型，綜合確定本礦屬于水文地質(zhì)類型中等礦井。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然3號(hào)煤層水文地質(zhì)條件為簡(jiǎn)單型，且井田范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造富水性及導(dǎo)水性較弱，但煤層開(kāi)采中仍有遭受水害的可能。因此，在煤層開(kāi)采中仍需要加強(qiáng)探放水工作，同時(shí)做好礦井用水的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)分析工作，避免礦井水患的出現(xiàn)，保障礦井生產(chǎn)的安全進(jìn)行。

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On hydrological classification of mines

Du Zhulinqi

(ShanxiCoalGeologicalandHydrologicalSurveyandResearchInstitute,Taiyuan030006,China)

Combining with the geological and hydrological conditions of some mines, the paper analyzes the circumstances at water-bearing stratums, water-resisting stratum, water-filled condition, and hydropower, researches its hydrological and geological conditions and water prevention in mines, classifies the hydrological and geological types of the mine according to related regulations, and points out the hydrological and geological type of the mine belongs to the medium, but it is necessary to enhance the water exploration, hydrological and geological work, and ensure the safety of the mine production.

mine, hydrological and geological conditions, water inflow, prevention water

1009-6825(2016)31-0101-02

2016-08-25

杜竹林琪(1984- )，女，助理工程師

P694

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