寺河煤礦(西區(qū))水文地質(zhì)類型劃分探討

霍振龍，程紹強(qiáng)，劉 軍

(1.山西晉煤集團(tuán)，山西 晉城 048214；2. 華北科技學(xué)院，北京 東燕郊 101601；3.北京華安奧特科技有限公司，北京 100085)

0 引言

生產(chǎn)實(shí)踐證明，水害是影響與制約煤礦安全生產(chǎn)的主要障礙之一[1]。而礦井水文地質(zhì)類型及其復(fù)雜程度決定了礦井開采受水害威脅程度，也決定了礦井防治水工作的難易程度，它關(guān)系到礦井開拓方式的選擇和采掘系統(tǒng)的布置，進(jìn)而影響到礦井的總體規(guī)劃和設(shè)計(jì)[2]。為遏制水害事故的發(fā)生，減少和避免損失，煤礦應(yīng)按《煤礦防治水規(guī)定》要求并結(jié)合本礦的地質(zhì)及水文地質(zhì)資料[3]，在查明礦井充水條件、充水水源、充水因素、涌突水量及其危害程度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水文地質(zhì)條件類型劃分[4]。煤礦水文地質(zhì)條件類型劃分工作的落實(shí)，對(duì)于分析和評(píng)價(jià)礦井水害危害程度，排查礦井水害隱患，防患于未然，經(jīng)濟(jì)合理地搞好礦井防治水工作，大幅提升礦井防治水技術(shù)能力，實(shí)現(xiàn)礦井安全、有序、高效生產(chǎn)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

1 井田概況

1.1 礦井地理位置

寺河礦井位于山西省晉城市西偏北，行政區(qū)劃屬山西省晉城市所轄，跨沁水、陽(yáng)城、澤州三縣，其礦井工業(yè)場(chǎng)地位于沁水縣嘉峰鎮(zhèn)嘉峰村與殷莊村之間，距沁水縣城53 km，距晉城市區(qū)70 km。井田面積76.6229 km2，地面工業(yè)場(chǎng)地占地總面積207.7萬(wàn)m2。

圖1 山西省東南部構(gòu)造綱要圖

1.2 地形地貌

寺河煤礦所在井田位于太行山脈南段西側(cè)，沁水盆地南緣。地貌形態(tài)屬剝蝕、侵蝕山地，以低中山～丘陵為主，溝谷發(fā)育，地形較為破碎。井田地勢(shì)受河流影響，東西方向上中部地勢(shì)較低，東、西方向較高；南北方向上北高南低。

1.3 主要河流

井田內(nèi)主要河流為胡底河，屬黃河流域沁河水系，由七坡東，經(jīng)蒲池、李莊流經(jīng)井田南西部，于王莊溝東匯入固縣河，區(qū)內(nèi)河段長(zhǎng)度3.5km，枯水期流量2.55～3.08L/s。

1.4 井田地層及煤層

井田(西區(qū))主要出露的地層為新生界和古生界地層，新生界有第四系(Q)，古生界的地層主要有二疊系(P)、石炭系(C)、奧陶系(O)。

井田煤系地層主要為石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)、二疊系下統(tǒng)山西組(P1s)，平均總厚度136.02m，含煤15層，其中3號(hào)、15號(hào)為主要可采煤層，9號(hào)為局部可采煤層，其余為不可采煤層。

1.5 構(gòu)造

井田(西區(qū))內(nèi)構(gòu)造以褶皺為主，少見斷層，斷距大于20m的斷層僅在井田的西北分布。主要構(gòu)造如圖2所示。

圖2 山西省東南部構(gòu)造綱要圖

2 礦井水文地質(zhì)條件

2.1 主要含水層

1) 第四系松散巖類孔隙含水層組

第四系松散巖類孔隙含水層組由砂、卵石、礫石及砂土等組成，一般厚0～64.33 m，均厚11.56 m，富水性強(qiáng)，水位埋深2～10 m，涌水量一般在20～50 m3/h。孔隙潛水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水及河流兩側(cè)砂巖、泥巖裂隙水。

2) 基巖風(fēng)化帶裂隙含水層組

井田內(nèi)基巖出露較好，主要為碎屑巖類。該含水層厚度因風(fēng)化帶深度而異，山區(qū)最深達(dá)100 m。補(bǔ)給遠(yuǎn)主要為大氣降水及河(溝)谷地表水。

3) 二疊系石盒子組碎屑巖類裂隙含水層組

二疊系石盒子組碎屑巖類裂隙含水層組在井田內(nèi)普遍出露，直接受大氣降水補(bǔ)給，在地勢(shì)較低、砂巖發(fā)育及構(gòu)造復(fù)雜區(qū)，以下降泉形式排泄，流量較小。埋深大時(shí)，不接收大氣降水補(bǔ)給，富水性較差。

4) 二疊系下統(tǒng)山西組碎屑巖類裂隙含水層組

5) 石炭系上統(tǒng)太原組碎屑巖、碳酸鹽巖類裂隙巖溶含水層組

該組主要包括太原組砂巖裂隙含水層和K2、K3、K4及K5灰?guī)r裂隙巖溶含水層，為15號(hào)煤層的直接充水含水層。

6) 奧陶系碳酸鹽巖類巖溶裂隙含水層組

該含水層組主要指奧陶系中統(tǒng)石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r等，總厚度在670 m左右，其中以馬家溝組灰?guī)r含水較為豐富。

2.2 主要隔水層

1) 二疊系砂巖含水層間泥質(zhì)巖隔水層

主要由塑性泥巖、鋁質(zhì)泥巖及砂質(zhì)泥巖等構(gòu)成，單層厚度2米至數(shù)十米，其中以上、下石盒子組分界處鋁質(zhì)泥巖最厚。

2) 石炭系上統(tǒng)太原組底部及中統(tǒng)本溪組泥巖、鋁質(zhì)泥巖隔水層

本隔水層厚度變化較大，為14～75 m，一般20～30 m。與奧陶系碳酸鹽巖類巖溶含水層組呈平行不整合接觸，隔斷了奧灰?guī)r溶裂隙含水層組對(duì)上覆煤層的影響。主要含水層及隔水層如圖3所示。

3 礦井充水因素分析

礦井充水的三大因素為礦井充水水源、充水通道及充水強(qiáng)度[6]。

3.1 礦井充水水源

對(duì)寺河煤礦礦井生產(chǎn)存在災(zāi)害威脅的突水水源為地表水和奧灰水。其中，區(qū)域內(nèi)的地表水主要為地表發(fā)育的河流，而奧灰水則存在經(jīng)由第四系含水層、基巖風(fēng)化帶含水層及K0～K13砂巖等導(dǎo)水含水層組突入采掘空間的可能性。

3.2 礦井充水通道

3號(hào)煤層距沁河河谷的垂直距離僅為50 m，為3號(hào)煤的主要充水因素。

3.3 礦井充水強(qiáng)度

寺河礦(西區(qū))的突水系數(shù)在0～0.026 MPa/m之間，低于《煤礦防治水規(guī)定》的臨界值。

4 礦井涌水量及其變化

在2003～2006年期間，礦井涌水量與產(chǎn)量關(guān)系不大與大氣降水有一定的關(guān)系。而在2007～2009年期間，礦井涌水量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，其礦井涌水量基本與產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致。

5 礦井開采受水害影響程度和防治水工作難易程度評(píng)價(jià)

5.1 礦井開采受水害影響程度評(píng)價(jià)

寺河礦(西區(qū))多數(shù)陷落柱具有導(dǎo)水性，可能溝通煤層與下伏奧灰?guī)r溶水的水力聯(lián)系，構(gòu)成井田(西區(qū))突水的主要危險(xiǎn)來源。但寺河礦(西區(qū))目前尚未開采，采掘工程不受水害影響，屬于簡(jiǎn)單型。

圖3 井田(西區(qū))隔水層與煤層、含水層關(guān)系圖

5.2 防治水工作難易程度評(píng)價(jià)

1) 礦區(qū)地表水

寺河井田內(nèi)主要的地表水體為沁河，礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)地勢(shì)較低，安裝了排水設(shè)施，確保礦井安全度汛。安裝排水設(shè)施，在技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)，防治水工作簡(jiǎn)單。

2) 采空區(qū)積水

寺河礦井工作面的開采范圍和標(biāo)高清楚，采空區(qū)的積水范圍和積水量均可預(yù)測(cè)，探放水工作從技術(shù)上容易進(jìn)行。

3) 斷層水

① 留設(shè)斷層防水煤柱

在導(dǎo)水?dāng)鄬雍筒蓤?chǎng)之間留設(shè)斷層防水煤柱，從技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。

② 注漿加固、疏水降壓

煤層回采至斷層時(shí)，采取注漿加固或疏水降壓等安全措施，從技術(shù)上容易進(jìn)行。

4) 煤系含水層水

礦井主要充水水源的涌水量較小，補(bǔ)給較差，礦井以排水為主，易于防治。

5) 沖積層水

通過留設(shè)合理的防水煤柱預(yù)防第四系含水層對(duì)煤層的充水，從技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)。

6) 奧灰水

通過加強(qiáng)回采工作面的水情監(jiān)測(cè)，預(yù)防奧灰水經(jīng)由陷落柱突入采掘空間，技術(shù)上易于實(shí)現(xiàn)，防治水工作易于進(jìn)行。

6 礦井水文地質(zhì)類型劃分[7]

1) 受采掘破壞或影響的含水層及水體

寺河礦(西區(qū))受采掘破壞或影響的孔隙、裂隙、巖溶含水層，補(bǔ)給條件一般，有一定的補(bǔ)給水源，直接充水含水層單位涌水量≤0.1 L/s·m。受采掘破壞或影響的含水層為簡(jiǎn)單型。

2) 礦井及周邊老空水分布狀況

寺河礦存在少量老空積水，位置、范圍、積水量清楚，可以確定礦井及周邊老空水分布狀況為中等型。

3) 礦井涌水量

寺河礦西區(qū)的設(shè)計(jì)正常涌水量為280 m3/h，最大涌水量為556 m3/h。礦井正常涌水量在180～600 m3/h范圍內(nèi)，涌水量最大值在300～1200 m3/h范圍內(nèi)。礦井涌水量為中等型。

4) 突水量

寺河礦(西區(qū))尚未進(jìn)行采掘工程，并未發(fā)生突水，礦井突水量為簡(jiǎn)單型。

5) 開采受水害影響程度

寺河礦(西區(qū))采掘工程不受水害影響，屬于簡(jiǎn)單型。

6) 防治水工作難易程度

防治水技術(shù)工作易于實(shí)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)方面投入不大，總體來說，防治水工作簡(jiǎn)單，易于進(jìn)行，可以確定防治水工作難易程度為簡(jiǎn)單型。

7 結(jié)論

礦井水文地質(zhì)類型劃分依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》，根據(jù)礦井受采掘破壞或影響的含水層及水體、礦井及其周邊老空水分布狀況、礦井涌水量或者突水量分布規(guī)律、礦井開采受水害影響程度以及防治水工作難易程度等，將寺河礦(西區(qū))礦井水文地質(zhì)類型劃分為中等型(表1)。

表1 礦井(西區(qū))水文地質(zhì)類型

[1] 王建彬，程紹強(qiáng)，李永軍. 胡底煤礦水文地質(zhì)類型劃分探討[J]. 華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，(04)：25-30.

[2] 劉兆昌，李廣賀，朱琨，等.供水水文地質(zhì)(第三版)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000.

[3] 武強(qiáng)，趙蘇啟等. 中國(guó)煤礦水文地質(zhì)類型劃分與特征分析[J].煤炭學(xué)報(bào)，38，(6)：901-905.

[4] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定 [M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

[5] 鄭世書，陳江中，劉漢湖，等.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[6] 楊成田.專門水文地質(zhì)學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1981.

[7] 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.