順和煤礦水文地質(zhì)類型劃分探討

高 琳,王 輝 ,王 鵬,張 輝（永煤公司順和煤礦,河南 永城 476600）

順和煤礦水文地質(zhì)類型劃分探討

高 琳,王 輝 ,王 鵬,張 輝
（永煤公司順和煤礦,河南 永城 476600）

順和煤礦是永城煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司在永城本部開(kāi)發(fā)建設(shè)的第五對(duì)礦井。依據(jù)《煤礦防治水規(guī)定》第十二條規(guī)定順和煤礦組織編制了《順和煤礦礦井水文地質(zhì)類型劃分報(bào)告》，詳細(xì)的對(duì)礦井受采掘破壞或者影響的含水層及水體、礦井及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(kāi)采受水害影響程度以及防治水工作難易程度進(jìn)行了分析闡述?，F(xiàn)就順和煤礦礦井水文地質(zhì)類型劃分的依據(jù)進(jìn)行探討，進(jìn)而提出礦井生產(chǎn)中防治水工作開(kāi)展的一些建議。

水文地質(zhì)類型；含水層；礦井涌水量

1 引言

順和煤礦是永城煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司在永城本部開(kāi)發(fā)建設(shè)的第五對(duì)礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.6Mt/a，服務(wù)年限期38.7a，礦井共有三層可采煤層，分別為二2、三2和三4煤層。礦井主采煤層為二2煤層。礦井水文地質(zhì)類型是礦井防治水方案制定、中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、礦井安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)依據(jù)。正確的對(duì)煤礦進(jìn)行礦井水文地質(zhì)類型劃分，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，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。本論文以《煤礦防治水規(guī)定》為明確標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)整理、綜合分析礦井水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，全面考慮礦井充水諸因素的影響，確定順和煤礦水文地質(zhì)類型，為礦井防治水工作提供了地質(zhì)依據(jù)。

2 礦井水文地質(zhì)條件

2.1 井田邊界及其水力性質(zhì)

本區(qū)東南部二2煤層露頭外太原組及奧陶系石灰?guī)r分布面積有限，灰?guī)r水對(duì)區(qū)內(nèi)側(cè)向可有少量補(bǔ)給；西北深部太原組灰?guī)r埋深在-800m以下，巖溶發(fā)育程度隨深度增加而減弱，地下水運(yùn)移遲緩，為相對(duì)的隔水邊界；北部邊界F8（勘查區(qū)外）斷層為北升南降正斷層，北盤(pán)太原組石灰?guī)r與南盤(pán)石盒子組地層接觸，可能為北部進(jìn)水邊界。

2.2 礦井含（隔）水層的分布規(guī)律及水文地質(zhì)特征

按照井田內(nèi)各含水層（組）的地質(zhì)時(shí)代、巖性特征及富水性強(qiáng)弱，區(qū)內(nèi)主要含水層自上而下分為十個(gè)含水層組，即新生界孔隙含水層組（I），包括第四系全新統(tǒng)孔隙潛水－I1含水層、第四系更新統(tǒng)松散孔隙承壓水－I2含水層、上第三系上新統(tǒng)孔隙承壓水－I3含水層、上第三系中新統(tǒng)孔隙承壓水－I4含水層；下石盒子組三煤組頂板砂巖裂隙承壓水－II含水層組、山西組砂巖裂隙承壓水－III含水層組、太原組灰?guī)r巖溶裂隙承壓水－IV含水層組，包括上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水－IV1含水層、太原組下段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水－IV2含水層；奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙承壓水－V含水層組和巖漿巖裂隙接觸帶承壓水－VI含水層組。

上述含水層組中，II、III分別屬于三煤組、二2煤層頂板的直接充水含水層，富水性較弱，地下水以靜儲(chǔ)量為主。井田內(nèi)無(wú)漏水孔，單位涌水量0.001～0.008L/s.m，滲透系數(shù)0.0026～0.0583m/d。水質(zhì)類型為SO4CL－NaCaMg、SO4ΗCO3－NaCaMg型。不同含水層水位標(biāo)高差值很大，三煤組頂板砂巖和二2煤層頂板砂巖的水位標(biāo)高分別為＋30.32m和+4.28m。砂巖裂隙水一般對(duì)煤層開(kāi)采威脅不大。

石炭系灰?guī)r與奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙含水層均賦存于山西組二2煤層之下，屬底板充水含水層，是今后礦井可能的充水水源。

2.3 礦井充水因素分析

2.3.1 地表水體對(duì)礦井充水的影響

井田內(nèi)主要河流為薛溝、宋溝等，地表無(wú)其他較大水系，由于煤層之上有厚約359.41～439.70的新生界地層覆蓋，不同深度內(nèi)又有相應(yīng)的隔水層段，對(duì)礦井基本無(wú)充水影響。

2.3.2 新生界含水組對(duì)礦井充水的影響

新生界底部砂巖少，富水性較弱，加上與基巖之間有約平均20～35m厚的基巖風(fēng)化帶隔水層，對(duì)礦井一般無(wú)充水影響。

2.3.3 煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水對(duì)礦井充水的影響

煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水是礦井主要的直接充水水源，但由于井田范圍內(nèi)砂巖富水性很弱，滲透性差，補(bǔ)給源不足，易于疏干。通過(guò)永城其他礦井近幾年實(shí)際揭露水文地質(zhì)資料分析，煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水多為滴、淋水形式出現(xiàn)，水量較小，疏干期約4～6個(gè)月。

2.3.4 太原組上段灰?guī)r、下段灰?guī)r及奧陶系灰?guī)r巖溶裂隙水對(duì)礦井充水的影響

太原組上段灰?guī)r巖溶裂隙承壓水是開(kāi)采二2煤層時(shí)的間接含水層，二2煤底板下距K3（L11）灰?guī)r平均約55m，其間又有較穩(wěn)定的泥巖、砂質(zhì)泥巖相阻隔，正常情況不易發(fā)生突水。但在斷層影響下，當(dāng)灰?guī)r高于煤層或者與煤層對(duì)接時(shí)，灰?guī)r水有可能潰入工作面。

2.3.5 斷層破碎帶對(duì)礦井充水的影響

根據(jù)精查地質(zhì)報(bào)告及實(shí)際揭露情況來(lái)看，礦井范圍內(nèi)斷層多為高角度正斷層發(fā)育，斷層破碎帶間充填多為斷層泥，起到隔水作用，一般情況下不會(huì)發(fā)生大的突水威脅，建礦至今未曾發(fā)生過(guò)斷層破碎帶突水的事例。一般來(lái)說(shuō)，斷層破碎帶是造成灰?guī)r突水的主要媒介，只要不破壞斷層的自然狀態(tài)，不易發(fā)生突水。

2.3.6 陷落柱對(duì)礦井充水的影響

尚未發(fā)現(xiàn)陷落柱。

2.3.7 封孔不良鉆孔對(duì)礦井充水的影響

井田內(nèi)施工鉆孔的周期長(zhǎng)、單位多，尤其是普查和詳查穿過(guò)太原組灰?guī)r的鉆孔，封孔質(zhì)量往往較差，容易造成灰?guī)r承壓水沿鉆孔潰入工作面，因此在施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)類似鉆孔密切注意。

2.4 井田及周邊老空區(qū)分布狀況

順和煤礦北鄰薛湖煤礦，南鄰陳四樓煤礦，由于礦井煤層埋藏深，周邊沒(méi)有其他小煤窯存在，周邊不存在老空區(qū)的威脅，但今后工作面回采結(jié)束后老空區(qū)內(nèi)均會(huì)存在積水。

2.5 礦井涌水量及突水情況

2.5.1 礦井涌水量

礦井涌水量主要構(gòu)成為頂?shù)装迳皫r水，建井初期礦井涌水量隨著采掘接替的延伸逐漸增大，涌水量與單位開(kāi)拓長(zhǎng)度，關(guān)系尚不明顯，但隨著工作面的回采推進(jìn)，頂板砂巖水得到了很大程度的疏放，礦井水量有一定的增大。目前實(shí)測(cè)礦井涌水量最大為80m3/h（開(kāi)拓巷道水量及工業(yè)用水占45m3/h，回采工作面回采初期來(lái)壓，頂板跨落，底板采動(dòng)裂隙構(gòu)成的頂?shù)装迳皫r水占30m3/h，其它水占5m3/h），現(xiàn)基本穩(wěn)定在75m3/h左右。

2.5.2 突水情況

順和煤礦建設(shè)以來(lái)，未發(fā)生一起突水事故。

2.5.3 礦井涌水量構(gòu)成分析

礦井直接充水水源為二2煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水，間接充水水源為太原組上段灰?guī)r裂隙水，通常情況下在巷道掘進(jìn)期間太原組上段灰?guī)r不會(huì)發(fā)生突水（異常地質(zhì)區(qū)域進(jìn)行超前探注），回采工作面均對(duì)太原組上段灰?guī)r進(jìn)行底板注漿加固，故礦井涌水量的構(gòu)成為二2煤層頂板至冒落帶的全部砂巖含水層的水量、二2煤層底板至采動(dòng)裂隙帶（按20m考慮）的砂巖裂隙水量、底板改造后的灰?guī)r殘留水量和井下作業(yè)用水。

2.6 礦井涌水量計(jì)算

2.6.1 公式計(jì)算法

（1）二2煤層頂板正常涌水量。按照順和煤礦設(shè)計(jì)產(chǎn)量，近10年開(kāi)采面積累計(jì)約4860000m2。

二2煤層頂板砂巖水采用承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓“大井法”公式進(jìn)行計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算涌水量Q=139.7m3/h。

（2）二2煤層底板正常涌水量。二2煤層底板砂巖水采用承壓轉(zhuǎn)無(wú)壓“大井法”公式進(jìn)行計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算涌水量Q=131.6m3/h

（3）工作面底板改造后灰?guī)r殘留水量。根據(jù)鄰近礦井經(jīng)驗(yàn)，工作面底板改造后灰?guī)r殘留水量累計(jì)約30m3/h。

（4）井下作業(yè)用水量。采掘工作面打鉆降塵、沖洗巷道、鉆探操作用水等井下作業(yè)用水量，約100 m3/h。

（5）礦井正常涌水量。故礦井正常涌水量：Q=頂板水量+底板水量+工作面底板灰?guī)r殘留水量+井下作業(yè)用水=139.7+131.6+30+100=401.3m3/h。

（6）礦井最大涌水量。按臨近礦井經(jīng)驗(yàn)，礦井最大涌水量Qmax一般為正常涌水量的2.0倍，故順和礦井最大涌水量為802.6m3/h。

2.6.2 比擬法

緊鄰順和井田北部的薛湖煤礦設(shè)計(jì)年產(chǎn)120Mt，自2008年投產(chǎn)以來(lái)，礦井涌水量最大值為197.8m3/h。位于順和井田南部的陳四樓煤礦水量呈“北翼小，南翼大”的趨勢(shì)，與順和煤礦相鄰的北十、十二采區(qū)（均已采，累計(jì)面積2210680m2），近三年正常涌水量最大值為90.7m3/h。

順和煤礦近10年開(kāi)采面積是陳四樓北十、十二采區(qū)開(kāi)采面積的2.2倍，開(kāi)采二2煤層的厚度基本相同，根據(jù)比擬法，順和煤礦近10年的正常涌水量約180 m3/h。

為安全起見(jiàn)，采取“就高不就低”的原則，取礦井涌水量計(jì)算值和比擬法計(jì)算值中的最大值，確定順和煤礦礦井正常涌水量為401.3m3/h，最大涌水量為802.6m3/h。

3 礦井水文地質(zhì)類型劃分及防治水工作建議

3.1 礦井水文地質(zhì)類型劃分及結(jié)論

（1）含水層性質(zhì)及補(bǔ)給條件：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，屬中等類型。

（2）單位涌水量：二2煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水0.001—0.008L·s-1·m-1，太灰上段灰?guī)r裂隙水0.0084—0.0058L·s-1·m-1，屬簡(jiǎn)單類型。

（3）礦井涌水量：正常Q1401.3m3/h，最大Q2802.6m3/h。

（4）開(kāi)采受水害影響程度：采掘工程受水害影響，但不威脅礦井安全。

（5）防治水工作難易程度：防治水技術(shù)成熟，防治水工作簡(jiǎn)單或易于進(jìn)行。

綜合水文地質(zhì)類型劃分標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)指標(biāo)，確定順和煤礦礦井水文地質(zhì)類型為中等。

3.2 防治水工作建議

（1）堅(jiān)持“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原則，做好采掘工作面的水害預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，根據(jù)工作面評(píng)價(jià)結(jié)果采取相應(yīng)的防治水措施。

（2）充分利用先進(jìn)的物探技術(shù)，對(duì)斷層、陷落柱及底板富導(dǎo)水性進(jìn)行探查，同時(shí)根據(jù)物探結(jié)果采用鉆探手段，對(duì)富水區(qū)域進(jìn)行注漿改造，確保礦井安全生產(chǎn)。

（3）井田以前所施工的部分鉆孔封孔質(zhì)量存在問(wèn)題。因此，建議在今后的生產(chǎn)過(guò)程中，凡采、掘工程穿越鉆孔、或距鉆孔較近時(shí)，應(yīng)引起充分注意，并采取先探后采，防止突水事故發(fā)生。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.069