內(nèi)蒙古霍林河煤田金正煤礦開采技術(shù)條件評價(jià)

王榮

（內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局153勘探隊(duì), 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

1、水文地質(zhì)

在煤田中部，由哈勒金哈達(dá)至1067 高地之間形成一個低平的地表分水嶺，其東部為霍林河水系，西為烏拉蓋河水系。東部霍林河水系，匯水面積可達(dá)1484km2，霍林河從煤田東部流過，旱季對地下水起著排泄作用，洪水期補(bǔ)給地下水?；袅趾影l(fā)源于煤田以南約30km 的罕山北麓，與查格達(dá)布拉格和熱木特季節(jié)河流匯合后向東北流出煤田，于高力板一帶潛入地下，全長250km，河寬不足6m，水深0.50～1.5m，流量0.37m3/s～1m3/s。

1.1 勘探區(qū)水文地質(zhì)特征

勘探區(qū)地處烏拉蓋河水文地質(zhì)單元南部，無河流發(fā)育。暴雨形成的洪流，匯入煤田中部呈東西方向分布的三個咸水湖之中，自西至東分別稱為輝特扎哈諾爾，敦德諾爾和扎哈諾爾，根據(jù)本次對輝特扎哈諾爾咸水湖的實(shí)測面積為0.40km2，水深為1m。對于本勘探區(qū)的水文地質(zhì)特征根據(jù)勘探區(qū)內(nèi)A18-5X、A18-6X、A18-8X 三個水文地質(zhì)鉆孔和區(qū)內(nèi)自東至西三個水井的調(diào)查資料，現(xiàn)將含水巖組水文地質(zhì)特征和隔水層特征敘述如下：

1.1.1 含水巖組水文地質(zhì)特征

①第四系（Q）松散巖層孔隙潛水。全勘探區(qū)分布，巖性主要為上更新統(tǒng)、全新統(tǒng)（Q）沖洪積細(xì)砂和礫石，含水層厚度2.00～34.12m，根據(jù)A18-8X 鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量1.7459～3.6632L/s.m，水位埋深3～9m，滲透系數(shù)為1.4561～2.8157m/d，富水性強(qiáng)，水質(zhì)類型HCO3－Ca·Mg 型，水質(zhì)較好。

②上含煤段（K1d5）孔隙、裂隙含水層。全區(qū)分布，含水層巖性主要為細(xì)砂巖和粗砂巖，含水層平均厚度75.98m，根據(jù) A18-6X、E-2X、14-3X 鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量為0.01408～0.2367L/s.m，滲透系數(shù)0.0698～0.2170m/d，富水性中等，其上被含水層履蓋，具有承壓性質(zhì)。水質(zhì)類型HCO3－Ca 型，水質(zhì)較好。

③下含煤段（K1d3）孔隙、裂隙含水層全區(qū)分布，含水層巖性主要為細(xì)砂巖和粗。砂巖，含水層平均厚度121.51 m，根據(jù)A18-5X、14-1X、14-2X、A19-10X 鉆孔抽水試驗(yàn)，單位涌水量為 0.02597～1.2617L/s.m，滲透系數(shù) 0.0426～0.8873m/d，富水性中等，其上被含水層履蓋，具有承壓性質(zhì)。水質(zhì)類型HCO3－Ca 型或HCO3－K、Na 型水，水質(zhì)較好。

1.1.2 勘探區(qū)隔水層主要為大磨拐河組頂泥巖段，上泥巖段和下泥巖段，現(xiàn)分述如下：

①頂泥巖段（K1d6）。主要分布在勘探區(qū)中西部，位于上含煤巖段之上，以湖泊相灰色泥巖和粉砂巖為主，勘探區(qū)中東部被完全剝蝕，勘探區(qū)揭露厚度 30.00～132.00m，平均73.36m，隔水性能較好。

②上泥巖段（K1d4）。全區(qū)大部發(fā)育并賦存，位于下含煤巖段之上，由湖泊相灰色泥巖、粉砂巖組成，勘探區(qū)邊緣局部缺失沉積，揭露厚度0～347.47m，平均80.20m，隔水性能較好。

③下泥巖段（K1d2）。全區(qū)大部發(fā)育并賦存，位于下含煤巖段下部，砂礫巖段之上由湖泊相灰色泥巖組成，勘探區(qū)邊緣局部缺失沉積，揭露厚度0～163.25m，平均76.99m，隔水性能良好。

1.1.3 各含水層之間的水力聯(lián)系。第四系含水層與煤系地層各巖段不整合接觸，在勘探區(qū)中西部有頂泥巖段與之相隔；在勘探區(qū)東部，無明顯隔水層，因此二者水力聯(lián)系比較密切，上、下含煤巖段之間，下含煤巖段與砂礫巖段之間有上、下泥巖段相隔，彼此水力聯(lián)系不密切。

1.1.4 地質(zhì)構(gòu)造、地表水、地下水的關(guān)系

勘探區(qū)總的構(gòu)造輪廓為一軸向NNE 的向斜構(gòu)造，其軸部為頂泥巖段，東翼為大磨拐河組1～5 巖段，其上為松散巖系。因此地質(zhì)構(gòu)造有利于地下水的聚集而不利于排泄。

勘探區(qū)內(nèi)無明顯水系，雨季洪水隨地形在區(qū)外匯集成季節(jié)性湖泊，季節(jié)性湖泊與勘探區(qū)地下水無明顯水力聯(lián)系。

1.1.5 充水因素分析

（1）大氣降水：為本區(qū)地下水主要補(bǔ)給源，降水多集中在6、7、8 三個月內(nèi)，為全年降水總量的86%以上。暴雨期間形成的大部分洪水流入低洼處，形成沼澤或流出區(qū)外匯入“三湖”，少部分洪水在流動中滲入地下。

（2）地下水的直接充水作用：地表覆蓋層的第四系（Q）砂礫在東南部直接與煤系地層接觸，大氣降水可通過透水性和含水性較好的砂礫石對礦床充水。

1.2 水文地質(zhì)勘查類型

勘查區(qū)內(nèi)直接充水含水層為第四系孔隙砂礫含水層和下白堊統(tǒng)砂巖裂隙含水層，地表無常年水體，含水層較穩(wěn)定，富水性中等～強(qiáng)，斷層導(dǎo)水性不強(qiáng)，單位涌水量在0.02597～2.8500L/s.m 之間，勘查區(qū)水文地質(zhì)勘查類型為二類三型，為以裂隙砂礫、砂巖含水層為主要充水礦床的水文地質(zhì)條件較復(fù)雜類型。

2 工程地質(zhì)

2.1 勘探區(qū)內(nèi)巖性組合特征

勘查區(qū)內(nèi)巖性主要有第四系（Q）粉砂、亞粘土、砂礫，白堊系下統(tǒng)大磨拐河組（K1d）泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤層、粉砂巖、細(xì)砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖和侏羅系上統(tǒng)白音高老組（J3b）火山巖、凝灰?guī)r組成；巖性主要以灰白色為主，黑色、淺黃色次之，主要可采煤層煤層頂?shù)装鍑鷰r以泥巖、砂巖泥巖為主，局部有粉砂巖或粗砂巖。

2.2 巖石物理力學(xué)性質(zhì)特征

2.2.1 上含煤段

（1）第四系砂礫（Q）。自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為4.4～18.2 MPa，真密度2563kg/m3，視密度1652 kg/m3，孔隙率 35.54%，含水率6.95%。

（2）白堊系下統(tǒng)大磨拐河組（K1d3～5）泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖、煤層。泥巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為4.3～43.0 MPa，平均10.1 MPa，普氏系數(shù)0.43～1.32，軟化系數(shù)0.03～0.63，真密度平均2585kg/m3，視密度平均 1757 kg/m3，孔隙率平均 27.23%，含水率平均5.82%，吸水率 13.55%，內(nèi)摩擦角 38 °27′，凝聚力1.4 MPa；

砂質(zhì)泥巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為4.4～17.2 MPa，平均8.6 MPa，普氏系數(shù)0.44～1.76，軟化系數(shù)0.03～0.31，真密度平均 2573kg/m3，視密度平均 1620kg/m3，孔隙率平均35.35%，含水率平均5.85%，吸水率平均22.54%，內(nèi)摩擦角37°46′，凝聚力2.5 MPa；

煤層：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為 3.7～11.0 Mpa，平均5.9Mpa，普氏系數(shù)0.43～0.83；

粉砂巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為 4.6～6.0 MPa，普氏系數(shù) 0.47，真密度平均 2618kg/m3，視密度平均 1750kg/m3，孔隙率平均32.70%，含水率平均6.79%，吸水率平均18.69%，內(nèi)摩擦角36 °59′，凝聚力1.7 MPa；

細(xì)砂巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為 3.0～27.7 MPa，平均10.0Mpa，普氏系數(shù)1.0～2.62，真密度平均2620kg/m3，視密度平均 1699kg/m3，孔隙率平均 35.15%，含水率平均8.41%，吸水率平均 17.61%，內(nèi)摩擦角 37 °01′，凝聚力1.3 MPa，彈性模量1.31～9.51×103，泊松比0.19；

粗砂巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為4.0～40.7 MPa，平均21.3 MPa，普氏系數(shù) 0.48～4.15，真密度平均 2676kg/m3，視密度平均1792kg/m3，孔隙率平均33.03%,含水率平均2.26%，吸水率平均14.93%，內(nèi)摩擦角38 °39′，凝聚力0.7 Mpa，彈性模量1.24～4.42×103，泊松比0.48；

含礫粗砂巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為1.1～58.2 MPa，平均13.3 MPa，普氏系數(shù)1.36，真密度平均2805kg/m3，視密度平均1766kg/m3，孔隙率平均37.04%，含水率平均2.70%，吸水率平均13.67%。

2.2.2 下含煤段

泥巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為 1.60～12.60MPa，平均4.74MPa，普氏系數(shù)0.30～1.40，軟化系數(shù)0.10～0.71，真密度平均2539kg/m3，視密度平均1986 kg/m3，孔隙率平均29.87%，含水率平均14.42%，吸水率17.67%，內(nèi)摩擦角20°00′，凝聚力0.40 MPa；彈性模量1769.34 MPa，泊松比0.38；

砂質(zhì)泥巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為1.80～11.70 MPa，平均5.20MPa，普氏系數(shù)0.40～1.30，軟化系數(shù)0.11～0.19，真密度平均2570kg/m3，視密度平均2160kg/m3，孔隙率平均28.95%，含水率平均11.01%，吸水率平均15.53%，內(nèi)摩擦角 23 °30′，凝聚力 0.80MPa；彈性模量 922.13～5236.07MPa，泊松比0.24～0.41；

細(xì)砂巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為 4.90～15.40MPa，平均Mpa，普氏系數(shù) 0.40～1.80，軟化系數(shù) 0.19，真密度平均2618kg/m3，視密度平均2140kg/m3，孔隙率平均25.13%，含水率平均9.56%，吸水率平均10.25%，內(nèi)摩擦角35 °17′，凝聚力0.91 MPa，彈性模量2015.33～6950.48 MPa，泊松比0.25～0.37；

粗砂巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為26.90 MPa，抗拉強(qiáng)度為1.37MPa，普氏系數(shù) 2.90，真密度 2740kg/m3，視密度2500kg/m3，孔隙率11.43%,含水率3.02%，內(nèi)摩擦角42 °48′，凝聚力2.10 Mpa，彈性模量9895.29 MPa，泊松比0.23；

礫巖：自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為 5.80～16.40MPa，平均11.10MPa，普氏系數(shù)0.70～1.90，軟化系數(shù)0.1,4～0.17，真密度平均2728kg/m3，視密度平均2230kg/m3，孔隙率平均23.79%，含水率平均7.36%，吸水率平均11.72%。

內(nèi)摩擦角平均39 °44′，凝聚力平均1.33MPa，彈性模量平均4633.48MPa，泊松比平均0.32；

煤層：（ⅠB～ⅢA 煤）自然狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為8.80～9.20 Mpa，平均9.00Mpa，普氏系數(shù)0.80～1.90，平均1.19。含水率～5.75～8.02%，平均6.91%。吸水率14.42～17.94%，平均16.78%。

2.3 礦床開采工程地質(zhì)條件分析

2.3.1 淺部主要為第四系粉砂、亞粘土、砂礫等松散層，固結(jié)不牢固，且含水豐富，易隨水流動，容易造成滑坡、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，所以開采過程中要針對第四系工程地質(zhì)條件進(jìn)行調(diào)研，選擇合理的施工方案。

2.3.2 主要可采煤層頂?shù)装鍑鷰r是以泥巖、砂質(zhì)泥巖等軟巖為主，遇水易軟化、膨脹，穩(wěn)定性差，在礦井開采過程中易產(chǎn)生冒頂、底鼓、片幫等現(xiàn)象，建議在施工過程中生產(chǎn)單位要與相關(guān)科研院所合作，尋求合理的井巷施工，支護(hù)措施。防止重大災(zāi)害意外事故的發(fā)生。

2.3.3 巖性抗壓強(qiáng)度隨著埋藏深度增加，同一種巖性抗壓強(qiáng)度增高；同一埋藏深度，巖石顆粒變細(xì)，抗壓強(qiáng)度偏大。

2.4 工程地質(zhì)勘查類型劃分

工程地質(zhì)條件勘查類型劃分為以層狀軟巖類為主的第三類、地質(zhì)構(gòu)造、裂隙較發(fā)育的中等型。即三類二型。

3 環(huán)境地質(zhì)

3.1 自然環(huán)境評述

霍林河煤田四周邊緣為石炭～二疊系輕變質(zhì)砂巖和上侏羅統(tǒng)火山巖構(gòu)成的低山丘陵，盆地內(nèi)部第四系覆蓋的沖洪積平原，第四系以下有煤系地層賦存。盆地的地形總體西南較高，北東較低，高差約70m。

霍林河是距煤田最近的地表水系，“三湖”位于煤田中部，水體不深，面積不大，且受季節(jié)影響。

在自然狀態(tài)，地表不會因降水而產(chǎn)生滑波、局部崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，由于煤層埋藏淺、礦層厚，露天開采會使礦坑增大，地下水不斷疏排，而使地面井泉水位下降，甚至干涸，溪水?dāng)嗔?，給本來水資源不豐富的礦區(qū)造成供水困難。

勘探區(qū)位于霍林河西南部山前丘陵地帶，在將來的礦井開采和小型露天開采過程中，由于采空區(qū)不均衡沉降，礦坑不斷加大，地下水不斷疏排，會造成局部塌陷、地裂，使洪水淹沒礦坑或礦井。

3.2 主要地質(zhì)環(huán)境問題及防治

①地面塌陷。采取留取煤柱的方式，保護(hù)地面建筑物、公路等地面設(shè)施，采空塌陷區(qū)、礦坑要及時(shí)回填，種草種樹恢復(fù)植被。

②地下水的防治。在生產(chǎn)過程中，地面防治水的主要內(nèi)容是及時(shí)處理好塌陷與地裂，杜絕地面人工湖的形成。要防止人為污染，在生產(chǎn)疏干排水的同時(shí)為生產(chǎn)水源供水。

③固體廢棄物處理。礦井生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體廢棄物主要為煤矸石，應(yīng)該合理堆放，及時(shí)滅火，綜合利用，不能棄之不顧，污染水源和大氣。

總之，煤炭資源的開發(fā)利用是促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，利國利民，造福于人類的善舉，我們一定要在開發(fā)利用煤炭資源的同時(shí)，注意保持生態(tài)環(huán)境，盡量避免人為的地質(zhì)災(zāi)害，提前做好預(yù)防措施，防患于未然。

4 礦床開采技術(shù)條件類型劃分

根據(jù)勘查區(qū)水文地質(zhì)為以裂隙砂巖、砂礫巖含水層為主要充水礦床的水文地質(zhì)條件較復(fù)雜類型；工程地質(zhì)為以層狀軟巖類為主，構(gòu)造、裂隙較發(fā)育的中等～復(fù)雜型；環(huán)境地質(zhì)質(zhì)量中等。其它開采技術(shù)條件中等的實(shí)際情況，對本礦區(qū)開采技術(shù)條件綜合評價(jià)為三類三型。即以水文、工程地質(zhì)問題為主的復(fù)雜類型。

[1]王榮，蘇俊生等。內(nèi)蒙古自治區(qū)霍林河煤田西南部詳查區(qū)金正煤礦煤炭生產(chǎn)勘2011.12.