保利裕豐礦井水文地質(zhì)條件及水害特征分析

郝德華

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

1 礦井及井田概況

山西保利裕豐煤業(yè)有限公司井田位于山西省鄉(xiāng)寧縣南部柏坡-坪頭一帶，行政區(qū)劃屬尉莊鄉(xiāng)及昌寧鎮(zhèn)管轄。

工業(yè)場(chǎng)地地勢(shì)總體上呈東北高西南低之趨勢(shì)，原地面標(biāo)高平均在+1123.00～ +1163.00m之間。根據(jù)初步設(shè)計(jì)，以原木凹溝煤礦工業(yè)場(chǎng)地為主體進(jìn)行擴(kuò)建，在原木凹溝煤礦工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)新建主、副斜井；改造原木凹溝煤礦副斜井作為回風(fēng)斜井，關(guān)閉原高遠(yuǎn)裕豐主斜井、副斜井和回風(fēng)立井，在BL502鉆孔附近新建北風(fēng)井。全礦井采用兩個(gè)水平開拓整個(gè)井田，水平標(biāo)高為+1050m和+985m。

井田內(nèi)可采煤層共有三層，分別為2上、2下、10#煤層（見表1）。

表1 可采煤層特征表

礦井正常涌水量為80m3/d，最大涌水量為100～120m3/d。瓦斯絕對(duì)涌出量為0.68m3/min，相對(duì)涌出量為6.94m3/t，屬于低瓦斯礦井。

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

公司開采井田位于呂梁山脈南翼，河?xùn)|煤田南部。由于受東北走向大型構(gòu)造帶影響，井田總體為軸向北北東、兩翼傾角較陡的背向斜構(gòu)造，煤層傾角達(dá)到10～22°，局部煤層傾角最大達(dá)到30°。井田內(nèi)存在若干大小、特征差異的斷層，其中，落差達(dá)到10m及以上正斷層有9條，落差30m的逆斷層1條、落差為1.2～5m的小斷層共計(jì)26條。

1.2 井田水文地質(zhì)條件

屬于黃河?xùn)|斷坳水文地質(zhì)單元，總體趨勢(shì)由東北向西南徑流，至禹門口泉排泄。

井田周邊不存在較大斷裂構(gòu)造段或影響區(qū)形成的天然邊界，井田內(nèi)部的地下含水層通過(guò)其淺埋或露頭區(qū)，從外部接受大氣降水、河流孔隙水、地表水等地面水源的補(bǔ)給，奧陶系灰?guī)r含水層總體由東北向西南徑流、排泄。但井田西北部為棗園撓褶帶，撓褶帶周邊破碎帶發(fā)育，富水性好，可能導(dǎo)通上下含水層，在撓褶帶下山方向開采時(shí)應(yīng)特別注意。

同時(shí)應(yīng)特別注意井田內(nèi)及相鄰煤礦采空區(qū)積水情況，在采掘過(guò)程中一旦揭露，則會(huì)成為人為的強(qiáng)補(bǔ)給邊界。因此，煤礦采掘邊界、積水范圍及積水邊界以及構(gòu)造探測(cè)與防治應(yīng)為本礦井重點(diǎn)防治水工作。

1.3 井田內(nèi)部主要含水地層特征

根據(jù)近年來(lái)礦井生產(chǎn)施工過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，積累了較多水文地質(zhì)資料，通過(guò)綜合分析研究，并結(jié)合該區(qū)域其他水文地質(zhì)資料，將該井田的含水層劃分為6個(gè)。從上至下分別為：第四系砂礫層孔隙潛水含水層，該含水層為淺層，富水性弱，砂礫孔隙孔徑中等；上石盒子組底部（K10砂巖）裂隙含水層，該含水層也為弱富水性，且存在裂隙；下石盒子組（K9、K8）砂巖裂隙含水層，該含水層同樣富水性弱；山西組（K7砂巖）砂巖裂隙含水層，該含水層富水性弱，裂隙發(fā)育完整；太原組石灰?guī)r（K4、K3、K2）巖溶裂隙含水層，該含水層同屬富水性弱，裂隙發(fā)育完整；奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層；該含水層屬唯一富水性中等的含水層。

另外，井田隔水層劃分為兩個(gè)，分別為上石炭統(tǒng)及下二疊統(tǒng)和中石炭系本溪組，厚度分別為2～15m不等，可起到良好的層間隔水作用。

2 礦井水害類型分析

2.1 大氣降水及地表水

礦井主斜井井口標(biāo)高為1161.00m，副斜井井口標(biāo)高為1148.50m，回風(fēng)斜井井口標(biāo)高為1161.64m，最低井口標(biāo)高為副斜井1148.5m，因此，地表洪水對(duì)礦井坑口安全不構(gòu)成威脅。

井田內(nèi)2上號(hào)煤層埋深在20～470m（柏崖村以西吳家河河谷、柏崖村以東附近最深），最大厚度5.93m，頂板管理方式采用全部垮落法。井田2上號(hào)煤層頂板為粉砂巖、泥巖，巖性屬中硬巖。據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，開采煤層時(shí)的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度計(jì)算如下：

經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式一：

經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式二：

式中：

∑M-累計(jì)采煤厚度，m。

計(jì)算采煤形成頂板導(dǎo)水裂縫帶最大高度分別是50.91m、58.70m，2上號(hào)煤采動(dòng)導(dǎo)水裂縫帶在煤層淺埋處可達(dá)到地表，故大氣降水和地表水可能成為礦井水源。

2.2 煤系地層裂隙水

2上、2下號(hào)、10號(hào)煤層等主采煤層，其頂板均屬弱富水性含水層，煤層充水含水層富水性弱，補(bǔ)給條件差，因此一般不會(huì)影響礦井正常生產(chǎn)。但煤層充分采動(dòng)后，導(dǎo)水裂縫帶高度在煤層淺埋處及溝谷地段將達(dá)到地表，大氣降水和地表水會(huì)沿這些裂縫滲入井下，在這些地區(qū)發(fā)現(xiàn)裂縫應(yīng)及時(shí)填埋或留設(shè)防水煤柱，防治水工作易于進(jìn)行。

2.3 奧陶系巖溶水

井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高為562～563.5m，10#煤層底板最低標(biāo)高為660m，且礦井內(nèi)各水平、各工作面均不存在帶壓開采現(xiàn)象，所以?shī)W灰水對(duì)礦井開采幾乎不存在影響。

2.4 采空區(qū)積水

礦井及周邊老舊采空區(qū)積水對(duì)礦井工作面的開采存在兩方面的影響，一是積水可向底下滲流，二是開采面接近老舊采空區(qū)時(shí)，一旦失誤溝通，將給礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大危害。

（1）本井田采空區(qū)積水

根據(jù)《山西保利裕豐煤業(yè)有限公司采（古）區(qū)積水、積氣及火區(qū)調(diào)查報(bào)告》，本井田內(nèi)2上號(hào)煤層有4處小窯破壞區(qū)，3處存有積水，通過(guò)前文計(jì)算可知，2下號(hào)煤層導(dǎo)水裂縫帶會(huì)溝通2上號(hào)煤層古空區(qū)，在煤層淺埋處可達(dá)到地表，采空區(qū)積水范圍、積水量已基本查明，采掘工程受采空區(qū)積水水害影響，但不威脅礦井安全。

（2）井田周邊采空區(qū)積水

根據(jù)《山西保利裕豐煤業(yè)有限公司采（古）區(qū)積水、積氣及火區(qū)調(diào)查報(bào)告》，本井田周邊最近的臨汾宏大隆博煤業(yè)有限公司開采范圍距離達(dá)到700m，因此，在做好探放水工作的情況下，不存在周邊積水危險(xiǎn)，不會(huì)威脅礦井安全。

2.5 斷層構(gòu)造導(dǎo)水

井田總體概況為東北軸向，兩翼傾角較陡，背向斜構(gòu)造明顯，存在較多的斷層及陷落柱構(gòu)造。

斷層、陷落柱溝通地下水，是礦井涌水的主要因素，故開采時(shí)必須加強(qiáng)探放水工作，按礦井設(shè)計(jì)留設(shè)防水煤（巖）柱，確保煤礦安全生產(chǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)礦井含水巖組、充水條件及目前礦井開拓布置方案，結(jié)合礦井開采主要水患威脅的分析得出，本礦井防治水工作重點(diǎn)為采空區(qū)積水探放、河谷滲漏及探查導(dǎo)水構(gòu)造，防治水工作難易程度為中等。

防治水方面應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：

（1）加強(qiáng)及預(yù)防性探測(cè)斷層、陷落柱等構(gòu)造帶的充、導(dǎo)水性。

（2）在礦井開采過(guò)程中，注意水文地質(zhì)資料的分類總結(jié)，對(duì)開采及采動(dòng)影響范圍內(nèi)適時(shí)進(jìn)行地面三維地震等水文地質(zhì)補(bǔ)充勘探。

（3）在煤層淺埋處，大氣降水和地表水可通過(guò)導(dǎo)水裂縫滲入井下，增加井下工作面的排水量，但對(duì)礦井影響程度小，可加強(qiáng)對(duì)地面裂縫的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)裂縫及時(shí)填埋。

（4）正常開采情況下，礦井發(fā)生嚴(yán)重水害的可能性較小，較大斷層及陷落柱是導(dǎo)通地下水的主要因素，嚴(yán)重威脅礦井正常生產(chǎn)，故采掘工作面過(guò)構(gòu)造前，必須采取相應(yīng)措施，防止突水事故發(fā)生。