榆樹坡煤業(yè)可采煤層水文地質(zhì)類型分析及涌水量預(yù)測

狄應(yīng)龍

(山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司， 山西 寧武 036200)

1 前言

山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司由原山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司和已關(guān)閉的三岔煤礦兼并重組，整合后生產(chǎn)規(guī)模120萬t/a。井田內(nèi)發(fā)現(xiàn)斷層4條、褶曲4個，未發(fā)現(xiàn)陷落柱。井田內(nèi)含煤地層為太原組和山西組，太原組為該區(qū)主要含煤地層，共含煤8層，編號為自上而下依次為2、3、4上、4下、5上、5、5下及6號煤層，可采煤層為太原組的2號、3號、5號、5下號煤層。

區(qū)域內(nèi)河流屬海河流域桑干河水系，區(qū)內(nèi)河流主要恢河，其發(fā)源于寧武縣管涔山脈之天池，于區(qū)西邊界外由南向北流過，由陽方口鎮(zhèn)流出寧武縣境，向北流入朔城區(qū)境內(nèi)，為桑干河水系上游段，為寧武縣第二大河流。

區(qū)域內(nèi)主要含水巖層有3組。寒武奧陶系石灰?guī)r巖溶裂隙含水層組為灰?guī)r巖溶裂隙水的直接補給區(qū)，該含水層厚度大于800m，在盆地內(nèi)埋深200～450m，為煤系基底。碎屑巖類裂隙含水巖組主要包括石炭系上統(tǒng)的太原組、二疊系的一套陸相沉積碎屑巖地層。松散巖類孔隙含水巖組主要由第四系上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)地層組成。

區(qū)域內(nèi)隔水層有兩個。本溪組隔水層分布于煤系之下，巖性以泥巖、鋁土質(zhì)泥巖、粉砂巖和夾薄層泥灰?guī)r為主，一般厚度約45m。位于底部“奧灰”、巖溶裂隙含水層和上部煤系砂巖裂隙含水層之間，起相對隔水作用，為區(qū)域良好隔水層。

石炭系中統(tǒng)的太原組、二疊系砂巖裂隙含水層間的隔水層由泥巖、砂質(zhì)泥巖和煤層組成，厚度由數(shù)米至數(shù)十米，夾在各砂巖含水層之間，構(gòu)成平行復(fù)合結(jié)構(gòu)，起層間隔水作用。

2 可采煤層充水因素分析及水文地質(zhì)類型

2號、3號、5號、5下號煤層上層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖、砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖為主，冒落帶、導(dǎo)水裂隙帶最大高度計算公式為[1]

(1)

(2)

式中：Lf——預(yù)測冒落帶最大高度；

Hli——導(dǎo)水裂隙帶最大高度；

∑M——累計采厚(2號煤層取6.41m、3號煤層取2.85m、5號煤層取18.45m、5下號煤層取3.85m)。

2號煤層冒落帶最大高度為15.2m；2號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為51.9m。

3號煤層冒落帶最大高度為11.0m；3號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為40.5m。

5號煤層冒落帶最大高度為19.7m；5號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為61.3m。

5下號煤層冒落帶最大高度為12.6m；5號煤層導(dǎo)水裂隙帶最大高度為45.0m。

據(jù)冒落帶最大高度及導(dǎo)水裂隙帶最大高度計算，2號、3號、5號、5下號煤層可達山西組下部，而且開采5下號煤層時由于各可采煤層間導(dǎo)水裂隙帶的傳遞作用可達山西組下部，故其充水含水層為該煤層之上的二疊系砂巖裂隙含水層組和石炭系上統(tǒng)太原組砂巖裂隙含水層組[2]。

二疊系含水層組包括山西組、上下石盒子巖組。泥質(zhì)砂巖、泥巖和中、粗砂巖互層，雖然可以直接接受大氣降水、上覆松散層潛水的垂向補給，但由于泥巖和砂質(zhì)泥巖的相對隔水作用，據(jù)S201號水文孔對山西組以上，包括上下石盒子組含水層混合抽水試驗，單位涌水量為0.002 928L/s·m，滲透系數(shù)為6.89×10-5m/d，水位標高1 306.71m。另據(jù)S801號水文孔對山西組及下石盒子組含水層混合抽水試驗，單位涌水量為0.000 961～0.000 965L/s·m，滲透系數(shù)為1.95×10-5～2.34×10-5m/d，水位標高1 345.61m，富水性較弱。

據(jù)S201、S801號水文孔抽水試驗，單位涌水量為0.000 147～0.122 767L/s·m，滲透系數(shù)為1.24×10-7～7.51×10-3m/d，水位標高為1 236.97～1 348.16m，但不排除局部富水性強，對2、3、5、5下號煤層開采造成突水影響。

原山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司和已關(guān)閉的三岔煤礦原均開采2號、5號煤層，整合后的山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司井田內(nèi)2號、5號在東北部已形成一定面積的采空區(qū)，其積水位置、范圍、積水量較清楚，據(jù)估算2號、5號煤層采空區(qū)積水量分別為50 295m3、96 029m3，有可能造成礦井突水。此外與同煤集團陽方口北辛窯井田及被整合的原寧武縣陽方口工礦鎮(zhèn)南岔煤礦和寧武縣大運華盛煤礦老窯溝坑相鄰，其中同煤集團陽方口北辛窯井田為基建礦井，故其對井田的開采影響不大，但原寧武縣陽方口工礦鎮(zhèn)南岔煤礦的2號煤層采空區(qū)和寧武縣大運華盛煤礦老窯溝坑5號煤層的采空區(qū)中有大量的積水，且其積水區(qū)距離山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司井田較近，故其積水對井田今后的開采可造成威脅。

另外山西寧武榆樹坡煤業(yè)有限公司下部開采3、5號煤層時所產(chǎn)生的最大導(dǎo)水裂隙帶可達到上部2號煤層采空區(qū)及采動破壞區(qū)水平高度，對生產(chǎn)、開采造成威脅。并且2、3、5、5下號煤層在井田西部和南部為帶壓開采，經(jīng)計算2、3、5下號煤層可采范圍內(nèi)最大突水系數(shù)分別為0.042MPa/m、0.045MPa/m、0.059MPa/m，小于受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06MPa/m，奧灰突水危險性相對較?。?號煤層最大突水系數(shù)為0.112MPa/m，大于受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06MPa/m，有奧灰突水危險。

2號、3號、5下號煤層礦井防治水工作相對來說易于進行，5號煤層礦井防治水工程量相對較大，難度較高。

綜上所述，2號、3號、5下號煤層水文地質(zhì)條件應(yīng)為中等類型。5號煤層突水系數(shù)小于受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06MPa/m的塊段水文地質(zhì)條件應(yīng)為中等類型；突水系數(shù)大于受構(gòu)造破壞塊段臨界突水系數(shù)0.06MPa/m的塊段水文地質(zhì)條件應(yīng)為復(fù)雜類型，其范圍非常小。

3 礦井2號煤層涌水量預(yù)算

整合后的榆樹坡煤業(yè)先開采2號煤層，開采地段位于井田中部，面積取2.0km2， 涌水量計算為[3]

(3)

(4)

(5)

式中：Q——涌水量，m3/d；

K——滲透系數(shù)，m/d；

h——水頭高度，m；

H——水柱高度，m；

M——含水層厚度，m；

r0——影響半徑，m

R——引用影響半徑，m；

S——水位降深，m；

F——先期開采地段面積，km2。

經(jīng)計算采用S201號孔的抽水試驗資料計算的礦井涌水量結(jié)果為1 312m3/d，具體見表1。

表1 礦井涌水量預(yù)算結(jié)果表

據(jù)調(diào)查，榆樹坡、三岔一帶的煤礦，礦井涌水量很?。辉诘V井東部的大運華盛煤礦、七厘洼煤礦、石湖煤礦涌水量也不大，3個礦的生產(chǎn)、一部分生活污水加上溝谷的部分泉水，總排量(流經(jīng)ZK402孔處)約為1 800m3/d(8月分測量)，礦井涌水量不大。

4 結(jié)論

研究表明，2號、3號、5下號煤層水文地質(zhì)條件應(yīng)為中等類型，2號、3號、5下號煤層礦井防治水工作相對來說易于進行，5號煤層礦井防治水工程量相對較大，難度較高。

同時對礦井2號煤層的涌水量進行預(yù)測，經(jīng)計算采用S201號孔的抽水試驗資料計算得出2號煤層礦井涌水量為1 312m3/d。