上榆泉煤礦礦井水文地質(zhì)調(diào)查

王向東

（河曲縣國(guó)土資源局，山西 忻州 036500）

1 礦井概況

上榆泉煤礦是一座大型現(xiàn)代化礦井。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力300萬(wàn) t/年，礦區(qū)面積 29.783 2 km2，批準(zhǔn)開采 9、10、11、12、13 號(hào)煤層，開采深度：700～980m。礦井采用平硐開拓，水平標(biāo)高850 m，先開采9、10號(hào)煤層。礦井采用大巷盤區(qū)式布置，三條上山，設(shè)于10號(hào)煤層中。各工作面順槽以及采、掘進(jìn)中都配有排水設(shè)備，積水排至主、輔運(yùn)上山，然后經(jīng)排水溝自流出井。

2 水文地質(zhì)調(diào)查

2.1 地貌地質(zhì)調(diào)查

井田地處山西黃土高原西北部，黃河?xùn)|岸，屬典型的黃土高原地貌，黃土厚度大，但植被稀少，水土流失嚴(yán)重，地形切割劇烈，沖溝發(fā)育，多呈“V”字形，基巖僅在井田西部溝谷中有少量出露。井田范圍內(nèi)沒(méi)有滑坡現(xiàn)象，雨季也未見有泥石流現(xiàn)象。

井田大部為上第三系和第四系黃土覆蓋，西部溝谷中有二疊系上、下石盒子地層出露。

上第三系上新統(tǒng)保德組（N2b）地層在井田溝谷中廣泛出露，賦存厚度0～129.09 m，平均厚度為58.60 m，巖性主要為紫紅色黏土、亞砂土、砂土、含礫石層。礫石主要為灰?guī)r、硅質(zhì)巖。

第四系上更新統(tǒng)馬蘭組（Q3m）及全新統(tǒng)地層大面積覆蓋于各地層之上，厚度為0～76.00 m，平均厚度為38.02 m，巖性主要為淺黃色黏土、亞砂土、砂土，垂直節(jié)理發(fā)育，直立性好，常形成各種微地貌景觀，與下伏地層呈角度不整合接觸。

井田總體為一走向北東，向北西傾伏的單斜構(gòu)造。井田內(nèi)地層產(chǎn)狀平緩，傾角一般為2～8°。斷裂構(gòu)造不發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)陷落柱，井田構(gòu)造簡(jiǎn)單，對(duì)礦井開采影響不大。

2.2 地表水體調(diào)查

黃河作為區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面，控制著區(qū)域水文地質(zhì)條件的形成，黃河歷年最高水位851 m；最低水位844.38 m，河床坡降為萬(wàn)分之七，流經(jīng)陽(yáng)面村的歷年最高水位為843.52 m。井田內(nèi)溝谷平時(shí)基本干枯無(wú)水，只有雨季時(shí)才有洪水排泄，自東而西流入黃河，屬黃河流域。

井田內(nèi)沒(méi)有常年性水流，地表切割嚴(yán)重，溝谷發(fā)育，雨季水流來(lái)去迅速，不利于地下水的補(bǔ)給。原鹿固水庫(kù)、石仁村水庫(kù)、曲峪水庫(kù)均已干枯，形成壩淤地，庫(kù)底均已種地，但雨季仍有洪水沿溝側(cè)下泄。開采前要對(duì)庫(kù)區(qū)調(diào)查，并應(yīng)注意開采塌陷裂隙，要及時(shí)充填，以防洪水潰入井下造成危害。

2.3 井泉調(diào)查

近年來(lái)，由于礦井的開采導(dǎo)致地表塌陷，井田內(nèi)溝谷中已無(wú)泉水出露。井田范圍內(nèi)當(dāng)?shù)卮迕耧嬘盟∽园准已伤?，水井為取自?shī)W灰?guī)r溶水深井。

2.4 采空區(qū)及古井老窯調(diào)查

2.4.1 本礦采空區(qū)

本礦井現(xiàn)開采9、10號(hào)煤層，井田南部9號(hào)煤層已形成17 590 m2面積的采空區(qū)，井田北部10號(hào)煤層已形成20 000 m2面積的采空區(qū)。經(jīng)調(diào)查，9號(hào)煤層采空區(qū)有1處積水，10號(hào)煤層采空區(qū)有1處積水。

對(duì)于采空區(qū)積水，根據(jù)《煤礦安全手冊(cè)》第五篇礦井防治水的采空區(qū)積水公式進(jìn)行估算：

式中：Q靜：預(yù)測(cè)采空區(qū)積水量，m3；

M：煤層采厚，m[m=（h0+hj）/2）h0-積水零邊界線標(biāo)高，hj：積水最深邊界線標(biāo)高；

F：采空區(qū)水平投影積水面積，m2；K1：采空區(qū)積水系數(shù)（0.30）。

表1 采空區(qū)積水量估算表

2.4.2 垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度

煤層上覆巖層主要為砂質(zhì)泥巖、泥巖、砂巖組成，為中硬巖性，使用《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中公式計(jì)算垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度。

9號(hào)煤層厚度0.00～6.95 m，形成的垮落帶高度為0.00～15.65 m；

10上號(hào)煤層厚度0.91～5.00 m，形成的垮落帶高度為6.11～13.96 m；

10號(hào)煤層厚度1.68～14.73 m，形成的垮落帶高度為8.45～18.89 m；

10下號(hào)煤層厚度0.96～6.30 m，形成的垮落帶高度為6.28～15.16 m；

9號(hào)煤層最大導(dǎo)水裂隙帶分別為63 m、53 m，采用63 m?？蓽贤ㄉ喜亢畬樱a(chǎn)生水力聯(lián)系。

10號(hào)煤層垮落帶高度大于9～10號(hào)煤層層間距（10.28 m），計(jì)算10號(hào)煤層導(dǎo)水裂隙帶采用煤層厚度為9、10、10上號(hào)煤層之和（26.68 m）。最大導(dǎo)水裂隙帶分別為113 m、63 m，采用113 m?？蓽贤ㄉ喜亢畬雍?、10上號(hào)煤層采空區(qū)積水，產(chǎn)生水力聯(lián)系。東部煤層露頭部位可溝通地表溝谷中雨季洪水。

根據(jù)以上垮落帶高度和最大導(dǎo)水裂隙帶情況，礦方應(yīng)采取針對(duì)措施預(yù)防水害事故和塌陷事故。

2.4.3 井田內(nèi)小窯及古窯

井田南部的磚窯溝煤礦，為村辦小礦，2007年整合到本礦。該礦開采9號(hào)煤層，僅掘進(jìn)了井筒，見煤后就停工未施工，礦井涌水量為8 m3/h，2003年前關(guān)閉，預(yù)計(jì)井筒巷道內(nèi)存有積水，積水量約300 m3。

補(bǔ)充勘探報(bào)告中敘述井田東部對(duì)應(yīng)地表大北溝東頭有老窯，Szk2-1孔打至老空。2008年在井田東部施工1003主運(yùn)順槽時(shí)，探明并揭露了古空區(qū)，古空面積約70萬(wàn)m2，僅在局部低洼點(diǎn)有少量積水。

2.5 周邊礦井調(diào)查

井田東北部與陽(yáng)坡泉煤礦相鄰，西南部及南部與沙坪煤礦相鄰，其他方向無(wú)礦。

陽(yáng)坡泉煤礦開采10、13號(hào)煤層，礦井涌水量160～220 m3/d，井田東部存在采（古）區(qū)，低洼處有積水，其積水位置距本井田1 000 m以外，對(duì)本井田無(wú)影響。

沙坪煤礦開采8、9、13號(hào)煤層，礦井涌水量360～2 000 m3/d，井田東部和西南部存在采（古）區(qū)有積水，其積水位置距本井田1 200 m以外，對(duì)本井田無(wú)影響。

2.6 地面巖溶調(diào)查

井田內(nèi)無(wú)奧陶灰?guī)r出露。

3 礦井含水層對(duì)開采煤層影響

（1）煤系地層含水層：井田主采煤層是太原組 9、10、11、12、13號(hào)煤層，其直接充水含水層是太原組砂巖裂隙、孔隙含水層。據(jù)上榆泉煤礦現(xiàn)井下揭露情況，在主付平硐、三條上山、9#01面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽，10#01面運(yùn)輸、回風(fēng)順槽均出現(xiàn)頂板淋水現(xiàn)象，局部淋水嚴(yán)重，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的排泄，可以疏干。全井正常涌水量為75 m3/h，最大涌水量120 m3/h。隨著開采面積的不斷擴(kuò)大，地應(yīng)力場(chǎng)的平衡將會(huì)遭到破壞，頂部巖層會(huì)產(chǎn)生塌陷、冒落，裂隙增大、增多，特別是井田東部煤層淺埋區(qū)，張裂隙將會(huì)發(fā)展到地表，淺層地下水將沿裂隙涌入坑道，因此說(shuō)可采煤層以上碎屑巖含水層是這些煤層的主要充水含水層。

（2）奧陶灰?guī)r含水層：井田奧灰水位835.00～855.00 m。9號(hào)煤層最低底板標(biāo)高為845 m，10號(hào)煤層最低底板標(biāo)高為735 m，井田各可采煤層均不同程度為“帶壓開采”。

4 開采受水害影響程度

該礦建井以來(lái)，不論掘進(jìn)還是回采過(guò)程中，均未發(fā)生過(guò)水害安全事故和因水害事故影響生產(chǎn)現(xiàn)象。因井田各可采煤層均不同程度為“帶壓開采”，各煤層最大突水系數(shù)均小于受構(gòu)造破壞地段突水系數(shù)臨界值0.06 MPa/m，發(fā)生奧灰水突水的危險(xiǎn)性較小，礦井采掘工程、礦井安全不受水害威脅。

從開采受水害影響程度分析，礦井水文地質(zhì)類型屬簡(jiǎn)單類型。

5 對(duì)防治水工作的建議

礦井水文地質(zhì)雖然簡(jiǎn)單，僅有采空積水影響下覆煤層的采掘，但還要加強(qiáng)水害防范意識(shí)，時(shí)刻保證安全生產(chǎn)，并建議做好以下防范水害的工作。

（1）堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，有掘必探，先探后掘，先治后采”的16字方針，落實(shí)“防、堵、疏、排、截”綜合治理措施。同時(shí)保持完善的井下排水系統(tǒng)，充分利用水災(zāi)發(fā)生的應(yīng)急救援預(yù)案，確保安全生產(chǎn)。

（2）要及時(shí)充填地表塌陷區(qū)或地表裂縫，防止洪水沿導(dǎo)水裂隙潰入井下。

（3）做好周邊煤礦和本井田采空區(qū)積水的調(diào)查、分析工作。定期收集、調(diào)查和核實(shí)相鄰煤礦情況，并在采掘工程平面圖及充水性圖上標(biāo)出開采范圍、開采年限、積水情況。

（4）積水區(qū)必須標(biāo)出探水線位置，在積水區(qū)及下覆采掘時(shí)，必須編制可行的探放水設(shè)計(jì)及措施，采掘必須在排除積水威脅以后進(jìn)行，以防止突水事故的發(fā)生。

（5）井田地下奧灰水位高于部分煤層，如有大的導(dǎo)水構(gòu)造，會(huì)溝通奧灰水，發(fā)生突水事故，在采新的開采區(qū)域時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)水文地質(zhì)勘探，查明大的導(dǎo)水構(gòu)造，防止發(fā)生重大突水事故。

（6）如有發(fā)現(xiàn)透水預(yù)兆（掛紅、掛汗、空氣變冷、霧氣、水叫、頂板淋頭水、加大頂板來(lái)壓、底板結(jié)膨脹、產(chǎn)生裂隙、出現(xiàn)滲水、水色發(fā)渾有臭味等現(xiàn)象時(shí)），必須立即撤人并采取相應(yīng)的防預(yù)措施。

（7）必須按《煤礦防治水規(guī)定》留設(shè)各類防水煤柱。